意識・無意識脳での神経のつながり方の可視化に成功~睡眠中に感覚応答を知覚できない脳の謎にヒント~

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2026-02-07 理化学研究所,,東京大学,横浜市立大学,生理学研究所

理化学研究所、東京大学、横浜市立大学、生理学研究所の共同研究は、覚醒(意識)と睡眠・麻酔(無意識)で大脳皮質の機能的ネットワークがどう変わるかを、単一細胞レベルで広域に可視化した。独自開発の広視野2光子顕微鏡で10以上の脳領域から1万超の神経細胞活動を同時記録し解析した結果、無意識状態ではネットワークが複数のサブネットワーク(モジュール)に強く分離し、サブネットワーク間結合が弱まることが判明。サブネットワークを構成する細胞は領域を越えて混在し長距離結合も存在した。高次数のハブ細胞はネットワーク形成には寄与するが、意識・無意識差を生む分離度の違いには寄与せず、中程度の次数の細胞群が差に関与した。睡眠中に感覚応答があっても知覚できない理由の手掛かりとなり、意識障害やてんかん、統合失調症、認知症などのネットワーク変容を細胞レベルで理解する基盤が期待される。成果はCell Reports掲載。

意識・無意識脳での神経のつながり方の可視化に成功~睡眠中に感覚応答を知覚できない脳の謎にヒント~
細胞レベルの機能的ネットワークの統合・分離、細胞分布

<関連情報>

無意識時の単一細胞解像度の機能ネットワークは空間的に混在したモジュールに分離されている Single-cell resolution functional networks during unconsciousness are segregated into spatially intermixed modules

Daiki Kiyooka ∙ Ikumi Oomoto ∙ Jun Kitazono ∙ … ∙ Kenta Kobayashi ∙ Masanori Murayama ∙ Masafumi Oizumi
Cell Reports  Published:February 6, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116902

Highlights

  • Cellular-resolution wide-field calcium imaging enables multi-scale network analysis
  • Cellular-scale networks in sleep and anesthesia are more segregated than wakefulness
  • Segregation is apparent only at the cellular level but not at the mesoscale
  • Modules are intermixed at the cellular scale but localized at the mesoscale

Summary

The common neural mechanisms underlying the reduction of consciousness during sleep and anesthesia remain unclear. Previous studies have examined changes in network structure by only using recordings with limited spatial resolution, which has hindered the investigation of the critical spatial scales for the reduction of consciousness. To address this issue, we recorded calcium signals from approximately 10,000 neurons across multiple cortical regions in awake, sleeping, and anesthetized mice and compared network structure at different spatial scales by leveraging single-cell resolution and wide-field two-photon microscopy. At the single-cell scale, both sleep and anesthesia exhibit higher network modularity than an awake state, indicating a segregated network, but modules are spatially intermixed in all three states. In contrast, at the mesoscale, there are no consistent differences in modularity between states, and modules are spatially localized. Our multi-scale analysis challenges the traditional view of network segregation during unconsciousness and indicates a scale-dependent network organization.

医療・健康
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