自然科学研究機構生理学研究所と東北大学の研究チームは、光によって神経細胞を制御する技術(オプトジェネティクス)を用いてサルの手を動かすことに世界で初めて成功した。

 光で活性化するチャネルロドプシンという物質を特定の細胞群や神経経路に発現させ、光照射により神経の活動を制御するオプトジェネティクスは、脳機能の解明に大きく貢献し、ネズミなどにおける研究で盛んに用いられている。しかし、霊長類における研究では成功例が少なく、眼球の運動など限られた研究でしか報告がなかった。

 本研究者らは、霊長類でオプトジェネティクスを活用するために、まずチャネルロドプシンをサルの脳内で効率的に発現させる遺伝子導入法を検討した。そして、サルに適したアデノ随伴ウイルスベクターを探索し、大脳皮質運動野のうち手の運動に関与する領域にウイルスベクターを投与したところ、周辺の神経細胞にチャネルロドプシンを発現させることに成功した。

 大脳皮質運動野では、刺激を加えると刺激の場所に応じた体の部位にはっきりとした運動が生じる。本研究者らは、チャネルロドプシンが発現している神経細胞に光照射を行い、光刺激で引き起こされるサルの運動を観察した。その結果、光照射は運動野の神経細胞を効率よく興奮させ、目で見て分かる手の運動を起こすことに成功した。また、この運動は電気刺激によって引き起こされる運動と同程度の強さであることがわかった。すなわち光刺激は、古くから神経細胞を活性化させるために用いられてきた電気刺激と比較しても遜色のない有効な刺激方法であることが確認された。

 周囲の全ての細胞を活性化させてしまう電気刺激に対して、オプトジェネティクスは特定の神経細胞のみ活動させることができるという利点がある。今回の成果は、霊長類を用いた脳研究においてオプトジェネティクスの活用の扉を開くものであり、ヒトの病気治療への応用にもつながると期待される。

論文情報:【Nature Communications】Forelimb movements evoked by optogenetic stimulation of the macaque motor cortex

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