光学ニューロイメージングユニット (ベアン・クン)

研究概要

ベアン・クン

光学ニューロイメージングユニット

ベアン・クン 准教授

bkuhn at oist.jp

研究

概要

細胞の活動がどのように行動へと結びつくのか、そして情報がどのように脳の中で処理されるのかは、神経科学における重要なテーマとなっている。その解明には、脳の活動をその組織の異なるレベルで把握することが必要となる。すなわち、単一のニューロンにおける活動、局所的なニューロンネットワークにおける活動、および脳全体における活動である。しかし、脳の構造は複雑かつ微細で入り組んでおり、脳の活動は高速かつ同時並行的に起こるため、残念ながら現在もニューロン活動を全レベルで測定する手法は極めて少ない。ところが最近になって遺伝学的および光学的なツールが開発され、従来法よりもはるかに詳細な検討が可能となった。

ニューロンが活動すると、ニューロンの膜電位が変化し、多くの場合、カルシウム濃度も変化する。過去数十年にわたって、膜電位またはカルシウム濃度の変化を蛍光変化に変換する化学合成型や遺伝子コード型の蛍光プローブが開発されてきた。これにより、ニューロンの活動が光信号に変換される。この指示薬を用いれば、ニューロン活動の可視化が可能となり,最新の顕微鏡検査技術を用いてこの光信号を記録することが可能である。

我々の研究室では、ニューロンのサブポピュレーションを特異的に標的化することができる遺伝子コード型カルシウム指示薬を使用する。二光子顕微鏡とこの標識技術を組み合わせることによって、細胞を三次元的に再構築し(動画を参照)、細胞内の各コンパートメント(ニューロンの細胞体、樹状突起、および軸索)からのカルシウム活動をほぼ同時に行動中の動物から記録することができる。さらに時間的分解能を高めるため、膜電位感受性合成色素、および二光子顕微鏡または1000フレーム/秒以上の記録が可能なカメラを使用する。我々の研究対象は、マウスのバレル皮質(体性感覚皮質のヒゲの感覚に特化した領域)および小脳である。

我々の目的は、インタクトな脳でのシグナル検出の現在の制約を打破する新規技術を開発することにある。現在開発中のツールは、神経科学における様々な分野に適用できると考えられる。そしてこのツールを用いれば、行動と脳内情報処理に関するテーマの解明に一歩近付けると期待している。

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詳細:B. Kuhn (O.I.S.T), M.T. Hasan (Max Planck Institute for Medical Research, Germany), and S.S.-H. Wang (Princeton University, U.S.A.