麻酔がもたらす脳の「時空間的孤立」 -ヒトから線虫まで6種に共通する神経動態を発見-

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2026-10-08 理化学研究所,東京都立大学

理化学研究所と東京都立大学などの国際共同研究グループは、ヒトから線虫まで6種の生物に共通する、麻酔下の脳活動の変化を明らかにした。ヒト、マカク、マーモセット、マウスでは機能的磁気共鳴画像法(fMRI)、ゼブラフィッシュと線虫ではカルシウムイメージングを用い、複数の麻酔薬による神経活動データを比較した。6,827種類の時系列特徴を解析した結果、麻酔下では過去の神経活動の影響が持続する時間尺度が短縮し、脳領域間の同期性も低下することが判明した。研究チームは、この状態を神経活動の「時空間的孤立」と名付けた。さらに、マカクの特定の視床領域を脳深部刺激すると、外部刺激への行動反応性の回復とともに、神経活動の持続性や領域間の連携も回復方向に変化した。生物物理学的な全脳モデルでも、実測された神経動態の変化の多くが再現された。本成果は、麻酔による意識・反応性の低下を理解する共通原理の手掛かりとなり、将来的には脳機能や神経疾患の研究にも役立つと期待される。

麻酔がもたらす脳の「時空間的孤立」 -ヒトから線虫まで6種に共通する神経動態を発見-
6種・複数の麻酔条件を共通の時系列特徴で比較

<関連情報>

系統発生全体にわたる麻酔中の脳ダイナミクスの包括的なプロファイリング Comprehensive profiling of brain dynamics during anesthesia across phylogeny

Andrea I. Luppi, Lynn Uhrig, Jordy Tasserie, Golia Shafiei, Antoine Légaré, Kanako Muta, Junichi Hata, Hideyuki Okano, Daniel Golkowski, Andreas Ranft, Rudiger Ilg, Denis Jordan, Silvia Gini, Zhen-Qi Liu, Yohan Yee, Pablo Castro, Camilo M. Signorelli, Rodrigo Cofre, Alain Destexhe, David K. Menon, Emmanuel A. Stamatakis, Patrick Desrosiers, Paul De Koninck, Christopher W. Connor, … Bratislav Misic
Nature Neuroscience  Published:29 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41593-026-02460-4

Abstract

The behavioral effects of anesthetics are highly conserved across species, hinting at shared and fundamental underlying mechanisms. Here we compile a dataset of multiscale neural activity during wakefulness and anesthesia, encompassing human, macaque, marmoset, mouse, zebrafish and nematode. Applying massive feature extraction, we characterize local neural dynamics across >6,000 time-series features. This reveals a conserved dynamical profile of anesthesia across species, characterized by shorter intrinsic timescales of neural activity and dampened inter-regional synchrony. Deep-brain stimulation of the macaque centromedian thalamus reverses this profile and restores behavioral responsiveness. This conserved dynamical phenotype covaries with conserved transcriptional profiles of excitatory and inhibitory neurotransmission. Biophysical modeling provides a potential mechanistic link between the macroscale dynamical phenotype of anesthesia and microscale effects of key molecular targets on the timescales of synaptic excitation and inhibition. These analyses reveal a shared neural endpoint of anesthesia: across species and scales, anesthetics induce spatiotemporal isolation of local neural activity.

医療・健康
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