私たちの脳では、神経細胞が回路を形成し、電気的な信号の伝搬を通じて認知・行動・記憶といった高次脳機能を実現します。それら脳機能を詳細に理解するために、従来は電極を用いた脳活動計測が行われてきました。しかしこの手法では、特に自由行動中の動物における脳活動を計測する際に、それぞれのマウスにケーブルを接続する必要があります。したがって、例えば社会性行動^*1を行っている複数のマウスから同時計測を行おうとすると、ケーブルが絡まってしまうことなどが問題となり、研 究が困難でした。

今回、東北大学大学院生命科学研究科の大原慎也 助教、飯島敏夫 名誉教授、大阪大学産業科学研究所の永井健治 教授、稲垣成矩 日本学術振興会特別研究員（当時）、揚妻正和 科学技術振興機構さきがけ研究員（当時）、理化学研究所光量子工学研究センターの横田秀夫 チームリーダーらの共同研究グループは、「生物発光膜電位センサー LOTUS-V^*2」を利用した新規脳活動計測法の開発に成功しました(図1)。LOTUS-Vが神経活動に応じてその発光色を変化させることを利用して、ミリ秒単位で変化する脳活動の計測ができます。生物発光を利用することで、夜にホタルの光を撮影するように、LOTUS-Vの色の変化を離れた場所からでも検出できます。このワイヤレスなライブ脳活動計測技術により、世界で初めて自由行動中の複数マウスからの同時計測が可能になりました。

そして、この計測法を用いて実際にマウスが他のマウスと接触する際の脳活動を観察したところ、一次視覚野^*4の神経活動が接触に応じて優位に上昇することを世界で初めて発見できました。これは今回開発された計測法が、未知の脳機能を発見する手段として有用であることを示唆しています。特に、これまで研究が困難であった、複数動物間のコミュニケーションなどの社会性行動を司る脳機能の解明、そして関連する自閉症スペクトラムや対人恐怖症などの精神疾患の研究・治療への貢献が期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Scientific Reports」に、5月16日18時（日本時間）に公開されました。

【用語解説】

＊1 社会性行動：人や動物集団の中で、その集団に適応している行動。 例えば、協力して仕事をする、困っている人を助ける、好きな人にアプローチをするなど。

＊2 生物発光膜電位センサー LOTUS-V（LOTUS-V; Luminescent Optical Tool for Universal Sensing of Voltage）： 細胞の電気シグナル（脱分極）に応答し、自身の発光色を水色から黄緑色へ変化させる。（図1）。この色の変化を検出することで、細胞の電気シグナルを可視化することが可能。永井教授らの研究グループが世界に先駆けて開発した。

＊3 脱分極: 細胞膜内外の電位差(膜電位)が減少すること。神経細胞の電気的な活性化。

＊4 一次視覚野: 動物の視覚に関する情報を処理している脳領域。例えばパターン認識などに重要な役割を持つことが知られる。

図1　ワイヤレス脳活動計測の概略図。LOTUS-Vが導入された脳領域からの発光色の変化を計測する。LOTUS-Vは発光タンパク質（水色）、蛍光タンパク質（黄緑色）、膜電位感受性ドメイン（灰色）からなる融合タンパク質。脱分極^*3した際、膜電位感受性ドメインが構造変化を起こし、発光タンパク質と蛍光タンパク質間の距離が近くなる。そしてFRETと呼ばれるエネルギー移動の効率が上昇し、黄緑色の発光が増強される（水色の発光は減衰する）。

詳細（大阪大学ウェブサイト）

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