手を使った細かい動きが可能なコモン・マーモセットを用いて研究

東京大学大学院は5月15日、霊長類コモン・マーモセットの大脳皮質で運動課題中の多細胞活動を2光子カルシウムイメージングで長期間・同時計測することに成功したと発表した。この研究は、同大大学院医学系研究科機能生物学専攻生理学講座細胞分子生理学分野の松崎政紀教授、蝦名鉄平助教、正水芳人助教、川崎医療福祉大学医療技術学部感覚矯正学科の彦坂和雄教授、自治医科大学分子病態治療研究センター遺伝子治療研究部の水上浩明教授、生理学研究所生体システム研究部門の南部篤教授、実験動物中央研究所マーモセット研究部の佐々木えりか部長、理化学研究所脳神経科学研究センター高次脳機能分子解析チームの山森哲雄チームリーダーらの研究チームによるもの。研究成果は「Nature Communications」に掲載されている。

画像はリリースより

新世界ザルであるコモン・マーモセットは手を使った細かい動きができるため、マウスでは研究することが不可能な「ヒトの手による複雑な運動を脳がどのように制御しているのか」という疑問に答える実験を行うことができる。今回の研究では、「霊長類の高度に発達した脳機能ネットワークを細胞レベルで理解する」という目標に向け、手を使って道具を操作するマーモセットの大脳皮質において、多細胞の神経活動を長期間にわたって計測し、解析するための技術開発を目指した。

認知や行動などヒトの高次脳機能の神経ネットワーク基盤の理解へ寄与

研究チームは、コモン・マーモセットが手を使って道具を操作するための運動課題用装置と課題の訓練方法を開発した。その後、マーモセットを訓練すると、手でコントローラーを操作し、画面上のカーソルを特定の位置に移動させられるようになった。また、妨害する動きを加えると、カーソル軌道を修正することができることもわかった。さらに、運動中の状態を2光子顕微鏡という脳の比較的深い層まで生きたまま“見る”ことができる顕微鏡を用いて観察。運動中のマーモセットの大脳皮質から、運動に関連した神経細胞の活動を長期間・同時計測する事に成功した。

その結果、ある神経細胞がこの期間を通してある特定の位置へカーソルを移動させる時にのみ活動する事、運動の妨害によってカーソルの軌道が変化すると、それに合わせて個々の神経細胞の活動が変化する事が判明、加えて、神経軸索や樹状突起の活動を運動中にイメージングし、到達運動に関連した活動を検出する事にも成功した。

マーモセットはヒトと共通性を持った高度に発達した脳を持っている。また、ヒトと類似した生理学的、解剖学的な特徴や薬物代謝を持っている。今回の研究で開発した技術によって、さまざまな疾患モデルマーモセットで多数の神経細胞の活動を同時に計測する事が可能となり、どのように手と道具を使って日々の問題を解決しているのかという、ヒト特有の高次脳機能の理解が大きく進展すると考えられる。また、この計測技術を精神・神経疾患モデルマーモセットにおける神経ネットワーク変容の理解に役立てる事で、新たな治療方法の開発につながると研究チームは述べている。（横山香織）