妊娠期ニコチン摂取マウスの子はADHD様の行動異常、より詳細な解析へ

信州大学は2月8日、マウスの体の各部位の動きをとらえ、動きを統合して行動パターンを自動で読み取るAIシステムの開発に成功し、同システムを用いて、妊娠期にニコチンを摂取させたマウスから生まれた子の行動異常の解析を行った結果を発表した。この研究は、同大先鋭領域融合研究群バイオメディカル研究所ニューロヘルスイノベーション部門／医学部分子細胞生理学教室の田渕克彦教授、森琢磨助教らの研究グループによるもの。研究成果は、「Cells」に掲載されている。

AIを用いた技術は近年、医学分野で急速に取り入れられるようになっており、ますますの発展が期待されている。マウスは、医学研究において最も汎用性の高い実験動物として用いられており、精神、神経科の分野では、疾患モデルマウスの行動異常の解析の重要性が増している。妊娠期にニコチンを摂取させたマウスから生まれた子は、ADHD様の行動異常をきたすことが知られていたが、それ以上の知見は少なく、より詳細な解析をする余地が残されていた。

行動パターン検出AIシステムを開発、胎生期ニコチン暴露マウスで解析

そこで研究グループは今回、AIを用いたマウスの行動パターンの検出システムを開発。このマウスの行動解析に適用し、効果判定を行った。具体的には、機械学習プログラムのDeepLabCutおよびSimBAを改良し、マウスの行動パターンを学習させ、行動異常を検出。また、研究者が手動でも解析し、AIで得られた結果と照らし合わせた。その他、妊娠後期のマウスの飲料水にニコチンを混入し、出産するまでニコチンを持続的に摂取する環境下で飼育した。

胎生期ニコチン暴露マウスはADHD＋ASD関連の行動異常と脳組織像を示す

研究の結果、マウスの行動解析において、AI解析システムで検出した結果と、研究者が手動で解析した結果が一致。AIによる行動異常のパターンの自動検出システムの開発が成功していると判定した。胎生期ニコチン暴露マウスにおいて、ADHD様行動異常に加えて、社会行動の異常など、自閉スペクトラム症関連行動の異常も検出することができた。

なお、胎生期ニコチン暴露マウスでは、成熟後海馬ニューロン新生の異常が見られ、自閉スペクトラム症との関連が指摘される組織像と一致した。

神経症状の診断や、一人暮らし高齢者の状態観察システムの開発につながる可能性

今回の研究によって開発したAI解析システムは、さまざまな疾患モデルマウスの行動解析に利用することが可能だという。また、研究成果により、妊娠期の喫煙が、ADHDのみならず、自閉スペクトラム症のリスクファクターになる可能性も示された。AI解析システムは、人間の状態検出にも応用可能と考えられる。さらなる改良を加えることで、神経症状の診断や高齢者の一人暮らしの状態観察システムの開発につながる可能性がある、と研究グループは述べている。（QLifePro編集部）