「研究者たちは、海馬のCA1領域のさまざまな部分が学習と記憶のさまざまな側面を処理しているのではないかと長い間疑っていましたが、その下にある細胞がどのように配置されているかは明らかではありませんでした」と、この研究の上級著者であり、生理学、神経科学および生物医工学の助教授であるマイケル・S・ビエンコウスキー博士は述べた。
「私たちの研究は、CA1ニューロンが4つの薄い連続したバンドに組織されており、それぞれが固有の分子特徴によって定義される異なるニューロンタイプを表していることを示しています。これらの層は所定の位置に固定されているのではなく、海馬の長さに沿って微妙に移動し、厚さが変化します。このシフトパターンは、CA1の各部分にニューロンタイプの独自の組み合わせが含まれていることを意味し、これは、異なる領域が異なる行動をサポートする理由を説明するのに役立ちます。また、これにより、特定のCA1ニューロンがアルツハイマー病のような状態でより脆弱である理由も解明される可能性があります」病気とてんかん: 病気が 1 つの層の細胞型を標的にしている場合、その影響は CA1 のその層が最も顕著な場所に応じて異なります。」
高解像度 RNA イメージングにより細胞の区別が明らかになる
この構造を調べるために、研究チームはRNAscopeと呼ばれるRNA標識技術と高解像度顕微鏡を併用した。このアプローチにより、マウス CA1 組織内の単一分子遺伝子発現を観察し、活性遺伝子に基づいて個々のニューロンの種類を特定することができました。研究者らは、58,065個のCA1錐体細胞から、遺伝子がいつどこで発現するかを示す遺伝的指示を表す33万個以上のRNA分子を記録した。これらの遺伝子活性パターンをマッピングすることにより、CA1 領域全体にわたる異なる神経細胞タイプ間の境界を概説する詳細な細胞アトラスが作成されました。
彼らの結果は、CA1 には連続した 4 層の神経細胞が含まれており、各層が活性遺伝子の独自のパターンによって区別されていることを示しました。三次元で見ると、これらの層は海馬に沿って厚さと形状が異なるシート状の構造を形成します。この明確に定義された配置は、CA1 を細胞型のより混合された、またはモザイク状の混合物として説明していた以前の研究を明らかにします。
隠された「縞模様」が脳の内部構造を強調
「遺伝子 RNA パターンを単一細胞解像度で視覚化すると、岩石の地層のような明確な縞模様が確認できました。それぞれが異なるニューロンの種類を表しています」と、スティーブンス INI 統合コネクトミクスセンターの博士研究員で論文の共同筆頭著者であるマリカルメン パチカーノ氏は述べています。 「これは脳の内部構造のベールを剥がすようなものです。これらの隠れた層は、海馬の回路が学習と記憶をどのようにサポートするかの違いを説明する可能性があります。」
海馬はアルツハイマー病で最初に影響を受ける領域の 1 つであり、てんかん、うつ病、その他の神経学的症状に関与しているため、CA1 の層状構造を特定することは、これらの疾患が進行するにつれてどのニューロンの種類が最も危険にさらされるかを判断するための有望なガイドとなります。
最新のイメージングとデータサイエンスによる脳マッピングの進歩
「このような発見は、現代の画像処理とデータサイエンスが脳の解剖学に対する私たちの見方をどのように変えることができるかを例示しています」と、スティーブンスINIの所長であり、南カリフォルニア大学ケック医科大学神経科学のガーダ・イラニ教授であるアーサー・W・トーガ博士は述べた。 「この研究は、分子からネットワーク全体に至るあらゆるスケールで脳をマッピングするというスティーブンスINIの長年の伝統に基づいて構築されており、記憶と認知を対象とした基礎的な神経科学とトランスレーショナル研究の両方に情報を提供するでしょう。」
研究者が利用できる新しい CA1 細胞型アトラス
研究チームは、海馬遺伝子発現アトラス (HGEA) のデータを使用して、その発見を新しい CA1 細胞型アトラスにまとめました。このリソースは世界中の科学者が無料で利用でき、Stevens INI で開発された Schol-AR 拡張現実アプリを通じてアクセスできるインタラクティブな 3D 視覚化が含まれています。このツールを使用すると、研究者は海馬の層状構造を詳細に調査できます。
マウスのこの層状パターンは、CA1の厚さの同等の変動を含め、霊長類やヒトで見られる同様の配置に似ているため、研究者らは、この組織が多くの哺乳類種で共有されている可能性があると考えている。ヒトのこの構造がマウスで観察されたものとどの程度一致しているかを判断するにはさらなる研究が必要だが、今回の発見は、海馬の構造が記憶と認知をどのようにサポートしているかを調べる将来の研究の強力な出発点となる。
「これらの層がどのように行動に結びついているかを理解することは、次のフロンティアです」とビエンコウスキー氏は語った。 「私たちは現在、特定のニューロン層が記憶、ナビゲーション、感情などのさまざまな機能にどのように寄与しているのか、またその破壊がどのように病気につながるのかを研究するための枠組みを手に入れました。」
研究について
Bienkowski と Pachicano に加えて、この研究の他の著者には Shrey Mehta、Angela Hurtado、Tyler Ard、Jim Stanis、Bayla Breningstall が含まれます。
この研究は、国立衛生研究所/国立老化研究所 (K01AG066847、R36AG087310-01、補足 P30-AG066530-03S1)、国立科学財団 (助成金 2121164)、および USC 神経長寿センターからの資金援助によって支援されました。この出版物で報告された研究データは、受賞番号 S10OD032285 の下で国立衛生研究所所長室によって支援されました。
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#科学者が脳の記憶中枢に隠れた層を発見
2025-12-06 13:16:00