脳機能のより良い視覚化の背後にある科学

○人間の脳の働きを理解する上で現在進行中の課題の 1 つは、その活動をリアルタイムで視覚化できるかどうかです。私たちの脳は神経細胞、つまりニューロンの集合体であり、信号を受信、変換し、他の細胞に送信して思考、決定、記憶を作成します。これまで、研究者らは電気生理学などの技術を使用して神経細胞から発信される信号を明らかにしてきましたが、入力信号は速すぎて微弱すぎて捕捉できないことが判明しました。

さて、最近出版された論文で説明されています ネイチャーメソッド、神経科学者は入ってくる化学信号を検出する方法を考案しました。 「私たちがここで発明したのは、さまざまなソースからニューロンに入ってくる情報を測定する方法であり、それは神経科学研究に欠けていた重要な部分でした」とシアトルのアレン研究所の研究主任著者カスパー・ポドゴルスキー氏は声明で説明した。

ポドゴルスキー氏と米国、ドイツ、イタリア、ロンドン、オーストリアからの国際共同研究チームは、入ってくる脳細胞信号を記録するために、タンパク質の変異体 iGluSnFR を開発した。神経細胞の信号は、ギャップまたはシナプスを越えて化学メッセンジャーを送ることによってニューロン間のギャップを橋渡しします。学習、記憶、感情の最も一般的なメッセンジャーはグルタミン酸分子であり、iGluSnFR タンパク質はグルタミン酸の優れた追跡指標です。

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研究者らは、マウスの脳で iGluSnFR の 70 種類の変異体の性能をテストした結果、最もかすかな入ってくる神経信号さえも検出できるほど感度の高い 2 種類の変異体を発見しました。グルタミン酸インジケーターは、新皮質、視床と海馬、中脳など、脳のさまざまな領域のマウスモデルでテストされ、さまざまなタイプのニューロン間の情報の流れを理解する窓を提供できることが証明されました。 iGluSnFR バリアントは、発信信号を監視する既存の技術と組み合わせることで、脳内の情報のスループット全体を解釈する方法を提供します。

「私たちがここでやっているのは、これらのニューロン間の接続を追加しているような気がします。そうすることで、ページ上の単語の順序とその意味が理解できるようになりました」とポドゴルスキー氏は続けた。

この科学の進歩は、アルツハイマー病、統合失調症、自閉症など、グルタミン酸シグナル伝達の乱れに関連するさまざまな病気の治療に影響を及ぼします。シナプスの活動を視覚化することができれば、脳障害の根底にあるメカニズムを理解し、正常なシナプス機能を回復する薬を開発する道が開かれます。

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リード画像: Juan Gaertner / Shutterstock

• デビン・リース

  投稿日 2026 年 1 月 2 日

  デビン・リースは、 自然史 バージニア州アレクサンドリアを拠点とするサイエンスライター。