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経頭蓋への微弱な電気刺激が脳を活性化するメカニズムを明らかに-AMED

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2016年03月25日 PM03:00

ノルアドレナリンを介したアストロサイトの活動によりマウスの脳が活性

)は3月22日、理化学研究所脳科学総合研究センター神経グリア回路研究チームの毛内拡研究員、平瀬肇チームリーダーらの共同研究グループが、経頭蓋直流電気刺激がマウス脳機能に及ぼす影響とその作用メカニズムを明らかにしたと発表した。研究成果は、国際科学雑誌「Nature Communications」に3月22日付けで掲載されている。


画像はリリースより

「経頭蓋直流電気刺激法」(tDCS)は、頭蓋骨の上から微弱な直流電気を流し、頭蓋骨を介して脳を刺激する方法で、ヒトではうつ症状の改善、運動機能障害のリハビリテーション、記憶力の向上などへの効果が知られている。しかし、その詳しい作用メカニズムは解明されておらず、これまでの動物実験の結果からは、tDCSがシナプス伝達を増強することが、電気生理学的手法を用いて断片的に報告されている。

また、グリア細胞の1種であるアストロサイトは、神経細胞 (ニューロン)とは異なって電気的応答が微弱であり、脳波記録などの電気生理学的手法ではその活動を捉えることは困難なために、これまで神経回路内ではニューロンの隙間を埋める単なる支持細胞と考えられてきた。しかし近年、アストロサイトが細胞内カルシウム濃度をダイナミックに変動させ、神経伝達に大きく作用し、シナプス伝達の増強を引き起こすということが分かってきている。

うつ病などの精神疾患に対する創薬や治療法開発に期待

そこで共同研究グループは、アストロサイトとニューロンの細胞内カルシウム動態をリアルタイムで観測できる遺伝子改変マウスを作製し、tDCS前後の大脳皮質のカルシウム動態を計測。その結果、tDCSによって大脳皮質におけるアストロサイトの細胞内カルシウム濃度が一過的に著しく上昇することを発見し、さらにtDCS後に視覚刺激などの感覚刺激に対するニューロンの応答が大きくなることから、シナプス伝達の増強が起こることが明らかとなり、アストロサイトのカルシウム応答を抑制した遺伝子改変マウスでは、tDCSによる感覚刺激に対する応答は増強しなかったという。

さらに薬理実験によって、神経伝達物質の1種であるノルアドレナリンの受容体「α1アドレナリン受容体」が、tDCSによるアストロサイトのカルシウム応答に必須であることも明らかとなり、ノルアドレナリン作動性ニューロンを神経毒により損失させると、アストロサイトのカルシウム応答も感覚刺激に対する応答の増強も起こらなかったという。

以上の結果からtDCSによりノルアドレナリンが放出され、アストロサイトのカルシウム上昇を介してシナプス伝達の増強を起こしやすくなることが明らかとなった。同研究成果により、うつ病などの精神疾患に対してのアストロサイトを標的とした創薬や治療法の開発が期待できる、と研究グループは述べている。(大場真代)

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