慶應義塾大學醫學部精神與神經科學教室的阿部欣史特任助教和田中謙二副教授等人，與東北大學、實驗動物中央研究所、東京大學、新潟大學和電氣通訊大學組成的聯合研究團隊，開發出了可以透過光照射自由增加或減量大腦局部血流的操控技術，併成功地應用到了小鼠身上。
據田中副教授介紹：「雖然在臨牀上人類的腦血流被廣泛測量，但一直不清楚腦血流的變化是否會導致神經活動和人類行為發生變化，或者剛好相反。因此，我們一直想開發一種只操控腦血流的技術」。
圖：本研究的目標
爲明確血流變化給大腦帶來的影響（左），開發了用光操控血流的技術（右）。（圖片由慶應義塾大學提供）
研究團隊透過將光遺傳學應用於血管細胞，開發出了可在大腦内的任何區域增加或減量血流的技術，並將該技術應用於了小鼠。在該技術中，首先培育了具有使血管細胞表達光敏感通道蛋白2（ChR2）或光活化型腺苷酸環化酵素（PAC）蛋白的2種轉基因小鼠。然後將光纖插入小鼠大腦的任意區域產生光刺激發現，ChR2會引起血流減量，PAC會引起血流增加。
研究團隊利用這些小鼠，明確了光刺激誘導的腦血流變化的時間程序和光刺激誘導的腦血流變化的空間擴展方式，並證明這種血流變化是可逆的，可以反復誘導產生，而且可以將這種血流操控技術應用於自由行動（未感覺缺失）狀態的小鼠。
接下來，研究團隊利用該血流操控技術調查人爲操控的腦血流變化會對小鼠的神經活動和小鼠的行為產生怎樣的影響，並明確了腦血流對大腦的影響。實驗中將小鼠大腦中腹側紋狀體的血流減量34±3.3％後發現，腹側蒼白球的神經細胞放電被抑制了87±3.4％，小鼠的運動量減量了89±4.7％。另外研究團隊還發現，此時會按照血流減量（光刺激後0.5±0.1秒血流減量）→神經細胞放電減量（光刺激後11.4±1.4秒放電減量）→小鼠活動量減量（光刺激後22.2±1.4秒活動量減量）的順序連續誘發。
本次研究不僅開發了可在大腦的任意位置增加或減量血流的技術，還應答了該技術在自由行動狀態下也可應用，以及受光強影響導致的血流變化在腦内物理可用能空間的擴展情況。這個結果表明，該技術可作爲明確局部腦血流、受血流控制的神經活動以及行為三者之間相互關係的方法使用。
田中副教授表示：「目前還完全不知道，短時間（分鐘）的腦血流操控與長時間（天-周）操控會導致神經細胞活動、大腦體積等發生怎樣的變化。透過在動物身上明確這種目前還完全未知的情況，可以查明是血流減量引發癡呆症，還是癡呆症會引起血流減量的這種「先有雞還是先有蛋的關係」，而且不僅是癡呆症，在很多病症中都能明確這種關係」。
【注】光遺傳學：一般來說是透過在神經細胞中表達視蛋白，透過光照射來激發或者抑制神經活動的技術。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
