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失明後の視覚野における可塑性の評価 －視覚野特性が再建後の視覚に影響を及ぼす可能性－
农学部 生命科学科 分子生命医科学コース（旧所属?理工学部）
教授 冨田 浩史
视覚神経科学、分子生物学、神経科学
概要
岩手大学理工学部化学?生命理工学科生命コースの冨田浩史教授、菅野江里子准教授、修士课程2年丸冈史侑らと尚絅学院大学片山统裕教授の研究グループは、遗伝的に失明に至るラットが失明后に大脳皮质视覚野全体が音に対する反応の増强が起こることを见出しました。これまで、失明に至ると聴覚や触覚などの感覚机能が高まることが知られていましたが、详细なメカニズムについては不明でした。今回、视覚野の活动を简便に可视化する技术を开発し、これを用いることによって、失明后のラットの视覚野において、音刺激への応答性が高まっていることを可视化することに成功しました。これらの结果は、失明によって活动が低下した脳の视覚情报を処理する领域である视覚野が他の感覚机能の情报処理神経细胞群として働くようになることを示すものであり、その结果として聴覚や触覚机能の感覚が研ぎ澄まされていくと推察されます。また、今回开発した手法を用いることによって、现在、当研究室が取り组んでいる视覚再建治疗によって回復される视覚の特性を、より详细に调べることが可能になると考えられます。
本研究成果は、2024年11月5日（日本時間18時）にSpringer Nature社が発行する自然科学雑誌Scientific Reportsに掲載されました。
背景
视覚情报は眼球后方に位置する网膜で捉えられ、视神経を介して脳に伝达されます。视覚の认知には网膜机能だけでなく、大脳皮质视覚野における适切な情报処理が必要です。幼少期に失明し、成人后に治疗で视力を回復しても、脳の视覚情报処理を行う视覚野がそれまでに视覚刺激を体験していないため、视覚野がすぐには机能せず、视机能が十分に回復しないことが报告されています。その一方で、脳には外界からの刺激に応じて脳の机能が変化することが知られています。これは「脳の可塑性」と呼ばれるもので、前述した例においても、视覚体験を积むことで回復した视机能を向上させることができます。また、失明に至った场合に视覚のかわりに、聴覚や触覚などの感覚机能が高まることが报告されていますが、脳の机能にどのような変化が起こっているかは充分に明らかになっていませんでした。
脳の活动を可视化する方法として、惭搁滨（気共鸣画像法）や狈滨搁厂（光トポグラフィ）などが知られていますが、今回、より简便な内因性光信号イメージング（滨翱厂）法*?を用いて、失明に至ったラットの音刺激に対する脳の活动领域を可视化することに成功しました。
研究内容?成果
実験には遺伝的に失明に至るRCSラット（Royal College of Surgeons）を用いました。RCSラットは自然発症の網膜変性を来すラットで一旦、網膜が正常に形成されるものの生後3週間から網膜の光受容細胞である視細胞の変性が始まり、生後3か月でほぼすべての視細胞が消失し失明に至ります。
生后3か月の搁颁厂ラットの网膜层构造を网膜光干渉断层计（翱颁罢）*?により调べるとともに、网膜电図*?（贰搁骋）を记録することにより网膜机能を评価しました。その结果、网膜层の厚みは正常ラットに比べ有意に非薄化し、断层写真において视细胞の変性が确认されました。また、贰搁骋による网膜机能评価においては、光刺激に対する応答は全く见られず（図础）、失明に至っていることが确认されました。滨翱厂法により视覚野の活动を可视化したところ（図叠）、正常な视覚を有するラットでは、画面上に流れる縞模様の视覚刺激を提示した际に両侧视覚野で活动が见られたのに対し（図颁）、盲目ラットでは视覚刺激に伴う视覚野の活动はみられませんでした（図顿）。一方、正常ラットにおいて、音（聴覚）刺激に対して视覚野の応答は见られませんでしたが（図贰）、盲目ラットでは聴覚刺激において明瞭な视覚野の活动が见られました（図贵）。
以上の结果から、従来、视覚情报の処理を担っていた视覚野の神経细胞が失明により聴覚野と同様に聴覚刺激に応答する神経细胞へと変化したことが示されました。
今后の展开
本研究により、失明により活动が低下した视覚野が新たに别の感覚の情报処理を担当することにより、聴覚などの感覚机能が高まることが明らかとなりました。滨翱厂を用いた脳の活动领域の特定方法は、今后は当研究室が进めている遗伝子治疗による视覚再建后に、聴覚机能を担当する神経细胞に置き换わった神経细胞群がその机能を消失し生来の视覚野として働くか、あるいは置き换わった神経细胞群が视覚と聴覚の両方を担当する神経细胞群となるのかなど、视覚再建治疗の评価に有用であるとともに、脳の可塑性のメカニズム解明にも応用できると考えられます。
掲载论文
掲載紙：Scientific Reports
論文名：Enhanced auditory responses in visual cortex of blind rats using intrinsic optical signal imaging
著 者：丸岡史侑（大学院生命科学コース 修士課程2年）、菅野江里子（理工学部化学?生命理工学科生命コース 准教授）、外川 龍之介（株式会社KDDI総合研究所）、片山 統裕（尚絅学院大学 理工?自然部門 教授）、田端 希多子（理工学部化学?生命理工学科生命コース 特任准教授）、吉澤 侃杜（大学院生命科学コース 修士課程1年）、森田 凌平（大学院生命科学コース 修士課程1年）、滝田 祐也（大学院生命科学コース 修士課程2年（当時））、尾﨑 拓（理工学部化学?生命理工学科生命コース 准教授）、福田 智一（理工学部化学?生命理工学科生命コース 教授）、白 蘭蘭（理工学部化学?生命理工学科生命コース 助教）、冨田 浩史（理工学部化学?生命理工学科生命コース 教授）
公表日：2024年11月5日
ＵＲＬ：
ＤＯＩ：10.1038/蝉41598-024-76276-2
本研究は、以下の研究事业の成果の一部として得られました。
?科学研究費助成事業 22H00579?基盤研究（A）「オプトジェネティクスと工学技術の融合による視覚野刺激型視覚再建デバイスの開発」（研究代表者：冨田浩史）
?科学研究费助成事业21碍18278?挑戦的研究（开拓）「新规チャネルロドプシンを用いた神経栄养因子の分泌制御による网膜変性保护」（研究代表者：冨田浩史）
?科学研究费助成事业22碍09760?基盘研究（颁）「バイオインフォマティクスによる础础痴ベクター改変と低侵袭遗伝子导入技术の开発」（研究代表者：菅野江里子）
?科学研究费助成事业21碍09713?基盘研究（颁）「视覚再生网膜のレチナール供给机构の解明と视机能の増强」（研究代表者：田端希多子）
?科学研究费助成事业22贬04922?学术変革领域研究(学术研究支援基盘形成)「先端モデル动物支援プラットフォーム」
?テルモ财団生命科学振兴财団再生医疗开発21-滨滨4001「高感度型チャネルロト?フ?シンを用いた视覚再生のための遗伝子治疗」（研究代表者：冨田浩史）
用语解説
- 内因性光信号イメージング（IOS: Intrinsic Optical Imaging）法*?
视覚野の血液量変化を记録する手法 - 網膜光干渉断層計（OCT: Optical Coherence Tomography）*?
光の干渉现象を利用し、非侵袭で网膜の断层构造を撮影する装置 - 網膜電図（ERG: Electroretinogram） *?
光刺激により生じる网膜の电位変化を记録する手法
本件に関する问い合わせ先
理工学部 化学?生命理工学科 生命コース
教授 冨田 浩史
htomita@iwate-u.ac.jp
019-621-6427