【導入事例】

沖縄科学技術大学院大学(OIST) 光学ニューロイメージングユニット 様

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多光子励起レーザ顕微鏡による最先端の神経細胞イメージング


主な研究内容

細胞の活動がどのように行動へと結びつくのか、情報がどのように脳の中で処理されるのか、この解明には、脳の活動を様々なレベルで把握することが必要となります。異なるスケールの神経ネットワークや、単一細胞内の現象を観察し、行動と関連づけることが必要です。脳の構造は複雑かつ微細に入り組んでいるため、神経細胞の活動を全レベルで測定する手法は極めて少ないのです。ところが近年、遺伝学的・光学的なツールが開発され、従来法よりもはるかに詳細な検討が可能となりました。
ベアン・クン准教授率いる沖縄科学技術大学院大学(以下、OIST) の光学ニューロイメージングユニットは、覚醒下のマウスの脳をイメージングし、局所神経回路の動態や単一細胞内の現象を研究しています。神経細胞の標識では、細胞種特異的に発現する遺伝子工学的カルシウム指示薬 (GECI) や膜電位感受性合成色素を用います。二光子顕微鏡は、細胞の形態の三次元再構成や、神経活動計測を可能にします。

マウスの目標位置表現

マウスの目標位置表現の神経基盤を調べるために、OISTの銅谷教授とクン准教授のユニットの合同チームは、マウスで、仮想環境での音源位置定位課題を実施し、後頭頂皮質(PPC)の最大600個の神経細胞のカルシウム変化を、レゾナントスキャン型二光子顕微鏡で計測しました。本研究は、皮質2、3、5層の神経活動と行動との関係や、行動中の神経回路の動態を知ることに役立ちます。本研究は、PPCの神経細胞が、動的ベイズ推定の要素を実装し、限られた感覚入力の中での目標位置推定に寄与することを示唆しました。

後頭頂皮質の錐体細胞

後頭頂皮質の錐体細胞

行動中のマウスの単一細胞電位イメージング

膜電位感受性合成色素で単一ニューロンを標識することで、覚醒下のマウスで、樹状突起の電位変化を計測できるようになりました。この計測法は、樹状突起のカルシウムイメージングや、細胞体での電気生理計測と組み合わせることが可能です。これらの計測で、神経細胞の入出力関係を、生体内で調べることができるようになります。

膜電位感受性色素ANNINE-6

膜電位感受性色素ANNINE-6

レーザ導入の決め手

これらの研究では、広い波長可変領域をもつ一体型Ti:Sレーザ「Chameleon」を使用しています。Chameleonレーザを選んだ理由について、ベアン・クン准教授は次のように述べています。

「単一細胞の電位変化や、皮質深層のカルシウム変化を高速でイメージングするためには、長波長・高出力のレーザ光源が必要不可欠です。カルシウムイメージングでは950 nmを、電位イメージングでは1020 nmまたは1040 nmの励起波長を使用します。私たちが必要とする長波長・高出力の要件を、Chameleonレーザは満たしてくれました。

また、Chameleonレーザが備えるリモートアクセス機能では、インターネットを経由するだけで、離れた場所から迅速なサポートとフィードバックを受けられます。時間と費用を大幅に節約することができます。これは非常に大きなメリットです。」

さらに、沖縄科学技術大学院大学 (OIST) では、他の研究室もコヒレント社製のレーザを数多く導入しており、OIST全体でコヒレント社の長期保証サービスプログラム契約を結んでいます。「この保証プログラムにより、定期的に導入レーザを検査することが可能です。また万一、製品に問題が起きた場合でも、迅速な対応を受けることができます。同プログラムのおかげで、沖縄のような美しい環境の遠隔地でも、常に安定した実験をすることができ、多種多様な研究活動を支えていただいています。」

レーザを使用した in-vivo二光子イメージングのセットアップ

膜電位感受性色素ANNINE-6

参考文献

[1] W. Denk et al. Science 248:73-76 (1990).
[2] B. Kuhn & P. Fromherz. J.Phys.Chem. B 107, 7903-7913 (2003)
[3] B. Kuhn et al. Biophys. J. 87:631-639 (2004).

導入レーザ製品

自動波長掃引 フェムト秒レーザ

Chameleon

Legend Elite Duo
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