脳から運動ニューロンに中継された信号は筋肉の動きを可能にしますが、これらの信号は通常、目的地に到達する前に脊髄介在ニューロンを通過します。脳とこの非常に多様な「交換機オペレーター」細胞のグループがどのように接続されているかはほとんどわかっていません。これに対処するために、セント ジュード小児研究病院の科学者たちは、運動に必要な細胞のグループである V1 介在ニューロンに直接入力を送る脳の領域を視覚化した全脳アトラスを作成しました。作成されたアトラスとそれに付随する 3 次元のインタラクティブな Web サイトは、神経系の解剖学的状況と脳が脊髄とどのように通信するかをさらに理解するためのフレームワークを提供します。調査結果は本日、 ニューロン。
「運動システムが分散ネットワークであることは何十年も前から知られていますが、最終的な出力は脊髄を介して行われます」と責任著者であるセント・ジュード発生神経生物学部門のジェイ・ビコフ博士は述べた。 「そこには、筋肉の収縮を引き起こす運動ニューロンがありますが、運動ニューロンは単独では機能しません。その活動は、分子的および機能的に多様な介在ニューロンのネットワークによって形作られています。」
脳と運動出力をつなぐネットワークのもつれを解く
脳のさまざまな領域が運動制御のさまざまな側面にどのように関係しているのかを理解する上で大きな進歩が見られましたが、正確にはこれらの領域が脊髄内の特定のニューロンにどのように接続されるのかは、この分野では盲点でした。介在ニューロンは、主に何百もの異なる種類が混在しているため、研究が困難です。
「これは、クリスマスイルミネーションのボールを解くことに似ていますが、私たちが解明しようとしていることが30億年以上の進化の結果であることを考えると、より困難であることを除けば」と共筆著者のアナンド・クルカルニ博士は述べた。
最近の進歩により、分子的および発生的に異なる介在ニューロンのサブクラスの存在が証明されていますが、神経伝達におけるそれらの位置についてはまだ不明な点が多くあります。 「下行性運動システムの細胞標的を定義することは、運動と行動の神経制御を理解するための基礎です」とビコフ氏は述べた。 「脳がこれらの信号をどのように伝達しているのかを知る必要があります。」
脳と脊髄をつなぐ回路を解剖するために、研究者らは、表面から重要なタンパク質である糖タンパク質を欠いている遺伝子組み換えバージョンの狂犬病ウイルスを使用した。これにより、ウイルスがニューロン間で広がる能力が阻害されました。
これにより、ウイルスは本質的に発生源から足止めされたことになります。この糖タンパク質を特定の介在ニューロン集団に再導入することにより、ウイルスは再び動けなくなる前にシナプスを一度ジャンプすることができます。研究者らはウイルスを追跡するために蛍光タグを使用した。ウイルスがどこに到達するかを追跡することで、研究者らは脳のどの領域がこれらの介在ニューロンに接続されているかを正確に特定することができた。
3D マップにより研究者はつながりを視覚化できます
「我々はV1介在ニューロンだけをターゲットにしているが、これらは実際には非常に異質なニューロンのグループであるため、『できるだけ多くのV1をターゲットにして、それらに何が投影されているかを見てみよう』と考えた」とビコフ氏は語った。
研究者らは、これらのニューロンを視覚化し、3 次元の参照アトラスを生成するために、シリアル 2 光子トモグラフィーに注目しました。この技術では、数百ミクロンの厚さの切片を作成しながら脳をレンダリングし、蛍光標識されたニューロンを明らかにします。このアトラスにより、研究者らは、さまざまな脳構造を脊髄と相互作用する介在ニューロンに接続するネットワークについて正確に予測することができました。
これらの構造がどのように脊髄にリンクしているかを特定することで、研究者は運動を制御する神経回路をさらに詳しく調査できるようになり、付属のウェブアトラスにより、誰でもデータに自由にアクセスできるようになります。 「特定された脳領域の一部が行動の観点から何をしているのかを私たちは理解しています」とビコフ氏は説明した。「しかし、これらの効果がどのように媒介されるのか、そしてV1介在ニューロンの役割が何であるのかについて仮説を立てることができるようになりました。これは、次のことに非常に役立ちます。仮説生成エンジンとしてのフィールドです。」
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#脳マップは運動機能の背後にあるニューロンの接続を明らかにする
2024-12-23 22:13:00