意識・無意識脳での神経のつながり方の可視化に成功―脳の深部を調べられる2光子顕微鏡を広視野化し観察：理化学研究所ほか
(2026年2月7日発表)
（国）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グループは2月7日、意識のある状態と意識のない状態の脳の活動を、特殊な顕微鏡を開発して、単一の脳神経細胞レベルで調べ、意識・無意識状態での脳機能メカニズムに関する新たな知見を得たと発表した。
全身麻酔中のような意識のない状態でも、神経細胞は自発的に活動し、外界からの刺激に応答していることが分かっている。ところが、無意識状態においては神経細胞の活動による情報をわれわれは知覚することができない。その仕組みはどうなっているのか？
脳全体の活動を計測する手法として機能的磁気共鳴画像法（fMRI）という技術があり、脳内の神経細胞間の機能的繋がり方を指す機能的ネットワークの構造をマクロレベルで観察できる。fMRIを使ったこれまでの研究で、無意識状態の脳領域間ネットワーク構造は覚醒時と違ってサブネットワークに分かれていることが報告されている。
しかし、fMRIには細胞レベルの解像度はないため、個々の神経細胞が脳内で機能的ネットワークをどのように形成しているのか、機能的ネットワーク構造の変容にどのように関与してるのかを調べることはできなかった。
研究グループは、生体組織の深部を観察できる2光子顕微鏡という装置を改良、広視野化し、独自開発したこの広視野2光子顕微鏡を用いて、無意識状態および意識状態におけるマウスの大脳皮質の神経活動を、多領域にわたり単一細胞レベルで観察・記録、そのデータを用いて機能的ネットワークの構造を詳細に解析した。
広視野2光子顕微鏡は10以上の脳領域から10,000以上の神経細胞の活動を同時に記録でき、ミクロな解像度を保ったまま大規模な機能的ネットワーク構造を解析できる。
解析の結果、無意識状態では、意識状態時とは異なり、大脳皮質の機能的ネットワークが複数のサブネットワークに分離していること、サブネットワークを構成する神経細胞は脳の複数の領域に混在し、領域を超えた神経細胞間のつながりが存在すること、多数の神経細胞と協調的な活動を示すハブ細胞と考えられる細胞群は、ネットワーク構造の形成に大きな貢献をしているものの、意識・無意識状態における脳のネットワーク構造の違いには貢献をしていないこと、を発見した。
今後、意識障害、てんかん、統合失調症、認知症などで臨床的に報告されている脳機能ネットワーク構造の変容を、細胞レベルで理解できる可能性があり、疾患の早期発見や、細胞に着目した治療戦略の立案に貢献することが期待されるとしている。
