マイクロ流体デバイスで哺乳類の大脳皮質を模倣した神経回路の再現に成功 ～脳機能を解明するツールへの応用に期待～

マイクロ流体デバイスで哺乳類の大脳皮質を模倣した神経回路の再現に成功～脳機能を解明するツールへの応用に期待～

2024年12月12日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇电気通信研究所　准教授　山本英明

【発表のポイント】

神経细胞をマイクロ流体デバイス^注１で培养することで、哺乳类の大脳皮质の配线构造を模倣した神経回路を人工的に再现しました。
デバイスの形状を制御することで、同期する神経细胞（ニューロン）の集合体である神経アンサンブル^注２を培养细胞に保持させ、外部からの信号に柔软に反応して状态を変化させることに成功しました。
脳の学习や记忆のメカニズムを明らかにするための新たなモデル系としての応用が期待されます。

【概要】

哺乳类の大脳皮质では神経アンサンブルと呼ばれる同期的に活动する多数の神経细胞がある特定の情报を表现していると言われています。神経アンサンブルは外部からの入力などにより书き换わり、それが长期的に持続することが学习?记忆の基盘となっていると考えられていますが、これまで培养细胞を使ってそのプロセスを调べることは难しいと言われてきました。

东北大学电気通信研究所の室田白馬大学院生（大学院工学研究科）、山本英明准教授（材料科学高等研究所 (WPI-AIMR) ?大学院工学研究科兼務）、平野愛弓教授（同）らの研究チームは、微細な3次元構造を持つマイクロ流体デバイス上でラットの神経細胞を培養し、神経アンサンブルの発現や書き換えを調べるための実験系を構築しました。そして、デバイスの3次元構造を調整することで、神経アンサンブルの多様性を制御できることを明らかにしました。さらに、生体脳のような多様な神経アンサンブルを示す神経回路では、外部入力によって神経アンサンブルを書き換えられることを実験で示しました。本研究は、学習?記憶機能のメカニズムを調べるための新しい実験モデルなどとしての応用が期待されます。

本研究成果は、2024年11月23日付けで科学誌 Advanced Materials Technologies にオンライン掲载されました。

図1. マイクロ流体デバイス上に培養した神経細胞

【用语解説】

注1. マイクロ流体デバイス
マイクロスケールの微细な3次元构造が组み込まれた小型のデバイス。

注2. 神経アンサンブル
同期的に活动する神経细胞の集団。哺乳类の大脳皮质ではこれが一つのユニットとなってある特定の情报を表现すると考えられている。

【论文情报】

タイトル：Precision Microfluidic Control of Neuronal Ensembles in Cultured Cortical Networks (マイクロ流体デバイスを用いた培養大脳皮質神経回路上の神経アンサンブルの精密制御)
著者： Hakuba Murota, Hideaki Yamamoto*, Nobuaki Monma, Shigeo Sato, Ayumi Hirano-Iwata
*责任着者：东北大学电気通信研究所　准教授　山本英明
掲載誌：Advanced Materials Technologies
顿翱滨：

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