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蛍光イメージングで脳のビジュアルコネクションデータを明らかにする

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September, 7, 2015, Kuopio--脳の接続は、神経発達を通じて不要な部分が取り除かれると神経科学者は考えている。教科書通りなら、機能が構造を作り出す。しかしバージニア工科大学カリリオン研究所(Virginia Tech Carilion Research Institute)の研究チームは、教科書が間違いであることを発見した。
 「視覚に関係する網膜神経は脳内に接続を作り出す。脳の発展にともないそれは強化され、その接続の中には他のものよりも強く維持されるものがある。使用されない接続は除去される。このような活動依存の除去は、われわれが考えるほど簡単ではない」と研究リーダー、准教授、Michael Foxは説明している。
 研究チームは、2つの異なる技術を使って網膜神経節細胞がマウスモデルでどのように発展するかを調べた。
 Foxによると、「約20の網膜神経節細胞からのシナプス結合が、発達中に外測膝状核の細胞集中し、その数はマウス寿命の第3週までに1か2に減少することが広く認められている。成熟した網膜神経節細胞は、情報交換点に集中するいくつかのシナプス末端に発展すると考えられていた」。
 同じ網膜神経節細胞からいくつかの末端が開花すると言う理論はまだ証明されていないので、研究チームは末端を根源まで辿ることにした。
 「ブレインボウ(brainbow)」と名付けた技術を使って研究チームは、異なる色の蛍光を発するタンパク質で末端にタグをつけた。研究チームは、多くの末端の単一源となる1つの色がクラスタを支配すると考えていた。しかしそうではなく、複数の異なる色がいっしょに現れ、より合わさっているが鮮明であった。
 結果は、成熟したマウスの脳で1個以上の網膜神経節細胞から個々の末端が出ていることを示していた。研究は、神経の発達が網膜神経節軸索と脳のターゲット細胞との間のほとんどの接続を除去することを示す他の研究と矛盾するものであり、Foxの研究チームはより多くの疑問を抱え込むことになった。
 ブレインボウ技術に加えて、研究チームは電子顕微鏡でもこれらのシナプス結合を撮像した。データは、ブレインボウ分析からの結果を確認するものであった。つまり、多数の網膜神経節細胞からの網膜軸索は、大人の脳細胞に残っていた。
 「こうした結果は予期したものではなく、われわれは神経経路を通した視覚情報のアーキテクチャと情報の流れについてのわれわれの理解を見直さざるをえない。このような結果の二分は、科学における複雑な問題を理解するための統合的アプローチの利点の重要性に光を当てるものでもある」とFoxはコメントしている。
 「この研究は、多重神経支配の有力な証拠を示すものであり、視覚システムにおける情報の流れと神経回路成熟についての現在の理解の見直しを求めている」とジョージアリージェンツ大学医科准教授で、この研究には参加していない、Albert Pan氏はコメントしている。