意識・無意識脳での神経のつながり方の可視化に成功－睡眠中に感覚応答を知覚できない脳の謎にヒント－

横浜市立大学大学院データサイエンス研究科データサイエンス専攻の北園淳准教授、理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター触知覚生理学研究チームの村山正宜チームディレクター、大本育実基礎科学特別研究員、東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻の大泉匡史准教授、清岡大毅博士後期課程院生、生理学研究所行動・代謝分子解析センターウィルスベクター開発室の小林憲太准教授らの共同研究グループは、無意識状態では、意識状態時に比べて脳の大脳皮質の機能的ネットワークが複数のサブネットワークに分離していること、サブネットワークを構成する神経細胞は脳の複数の領域に混在し、領域を越えた神経細胞間のつながりが存在すること、多数の神経細胞と協調的な活動を示すハブ細胞と考えられる細胞群は、ネットワーク構造の形成に大きな貢献をしているものの、意識・無意識状態における脳のネットワーク構造の違いには貢献をしていないことを発見しました。

本研究成果を応用することで、脳損傷などに伴う意識障害（昏睡・無反応覚醒症候群〔UWS；従来の植物状態〕・最小意識状態）や、てんかん、統合失調症、認知症（アルツハイマー病）などで臨床的に報告されている脳機能ネットワーク構造の変容を、細胞レベルで理解できる可能性があり、疾患の早期発見や、細胞に着目した治療戦略の立案に貢献することが期待されます。
今回、共同研究グループは、村山チームディレクターらが独自に開発した広視野2光子顕微鏡[2]を用い、無意識状態（睡眠・麻酔時）および意識状態（覚醒）におけるマウスの大脳皮質の神経活動を、多領域にわたり単一細胞レベルで大規模に記録し、そのデータを用いて機能的ネットワークの構造を詳細に解析しました。