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Journal of Clinical and Experimental Medicine Volume 286, Issue 5 （July 2023）

医学のあゆみ 286巻5号（2023年7月発行）

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第5土曜特集生体イメージングの最前線――絶え間ない技術革新と生命医科学の新展開

イメージングで神経活動を解析する

広視野高速二光子励起顕微鏡FASHIO-2PMによる大脳皮質ネットワークのin vivoイメージング Fast and wide-field two-photon microscope FASHIO-2PM for in vivo imaging of cortical networks 太田桂輔 ¹ , 村山正宜 ² Keisuke OTA ¹ , Masanori MURAYAMA ² ¹東京大学大学院医学系研究科脳神経医学専攻神経生化学分野 ²理化学研究所脳神経科学研究センター触知覚生理学研究チームキーワード：二光子励起顕微鏡 , in vivoカルシウムイメージング , 大脳皮質 , 大規模神経活動記録 , 機能的ネットワーク解析 Keyword: 二光子励起顕微鏡 , in vivoカルシウムイメージング , 大脳皮質 , 大規模神経活動記録 , 機能的ネットワーク解析 pp.351-358

発行日 2023年7月29日 Published Date 2023/7/29

DOI https://doi.org/10.32118/ayu28605351

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　脳は異なる役割を担う部位の集合体であり，脳領域間の相互作用により機能が発現すると考えられている．しかし，多領域から神経細胞の活動を計測できる顕微鏡は存在せず，広域ネットワークの機能的構造は不明であった．筆者らは，低倍率かつ高開口数を満たす大型対物レンズ，大口径・高感度・高出力光検出器を開発することで，広視野，高解像度，高速撮像，高感度，無収差を同時に満たす二光子励起顕微鏡 “FASHIO-2PM（fast-scanning high optical invariant two-photon microscopy）” を開発した．マウス大脳皮質2層に存在する16,000個以上の神経細胞の活動を，9mm²（従来の36倍）の単一視野面から7.5Hzの撮像速度で高感度に測定することに成功した．単一神経細胞の活動に基づくネットワークを解析したところ，脳はスケールフリーネットワークではなくスモールワールドネットワークの特性を有することが明らかになった．同時に長距離の機能的結合も含め100以上の細胞と協調的に活動する非常にレアなハブ細胞（存在確率は1％未満）の存在も明らかにした．