脳全体の活動リズムを 3 次元で可視化~マウス脳のさまざまな領域の朝・昼・夜の活動パターンを明らかに~

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2025-11-14 東京大学,大阪大学,久留米大学

東京大学らの研究グループは、組織透明化技術「CUBIC」と c-Fos 免疫染色を組み合わせ、マウス脳全体の神経活動を3次元で時系列解析し、脳領域の約8割に一日周期のリズムが存在することを明らかにした。恒暗条件下で2日間にわたり144個の脳を解析し、642領域のうち508領域で24時間周期の活動変動を確認。特に、記憶を担う海馬では CA1 と歯状回が異なる時間帯にピークを示し、同一機能系の中でも役割に応じたリズム分担があることが分かった。また、ボクセル単位の解析により、一つの領域内部にも複数のリズムが存在することが示された。さらに、全脳活動パターンから体内時計上の「脳時刻」を推定できることも実証された。本成果は、脳機能を時間軸から理解する新たな基盤となり、睡眠・記憶・薬効などの時間依存的研究や医療応用の発展に貢献すると期待される。

脳全体の活動リズムを 3 次元で可視化~マウス脳のさまざまな領域の朝・昼・夜の活動パターンを明らかに~
マウス全脳の 3 次元活動リズムマップ

<関連情報>

マウスの概日神経活動の全脳単一細胞アトラス A whole-brain single-cell atlas of circadian neural activity in mice

Katsunari Yamashita, Fukuaki L. Kinoshita, Shota Y. Yoshida, Katsuhiko Matsumoto, […] , and Hiroki R. Ueda
Science  Published:13 Nov 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/science.aea3381

Abstract

The mammalian brain comprises numerous anatomical regions with distinct functions despite their extensive connectivity. However, how spontaneous neural activity is coordinated across regions over the circadian cycle remains elusive. We employed tissue clearing and whole-brain c-Fos immunostaining on 144 mouse brains collected over two days under constant darkness. Time-series analysis revealed brain-wide circadian rhythmicity at single-cell resolution, with 79% of the 642 anatomically defined regions oscillating in diverse circadian phases that delineate functional specializations. Voxel-wise analyses further highlighted distinct subregions, suggesting intricate spatiotemporal coordination within regions. Additionally, brain circadian time can be accurately inferred from global c-Fos patterns using omics-derived prediction methods. This whole-brain circadian atlas enhances our understanding of neural coordination and provides a resource for integrating time-of-day information into functional and pharmacological research.

生物環境工学
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