ないものを「見せる」ことに成功! 光で脳神経を操作

2019年07月24日
脳神経
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光遺伝学
人工的な脳への刺激によって、他のニューロンが連鎖的に反応し、
脳の視覚に関わる部分が本物の視覚同様に反応したことを示唆し
同様の手法を用いれば、
匂いや感触、味など他の知覚を人工的に作り出すことも可能なようです。

ないものを「見せる」ことに成功! 光で脳神経を操
2019/07/22 ニコニコニュース
https://news.nicovideo.jp/watch/nw5680784

■光遺伝学は、光で活性化されるタンパク質を細胞内に発現させ、
 光の照射で神経細胞の活動を制御する技術だ
■光遺伝学により神経細胞を一部遺伝子操作されたマウスに対して、
 レーザー光線の照射で存在しない線を見せることに成功した
■光遺伝学による神経制御技術はかなり進歩しており、
 今後は匂いや触覚、味などの近くも自由に作り出せる可能性がある

光遺伝学と呼ばれる分野をご存知だろうか。

これは細胞内に光の刺激で活性化するタンパク質を作り出し、
特定の波長の光(レーザー光線)を照射するだけで、
高精度でターゲットの神経細胞のみを活性化させる技術
だ。

脳神経科学分野に衝撃を与え、ネイチャー・パブリッシング・グループにより、
科学全分野の中で、最も優れた研究手法として
「メソッド・オブ・ザ・イヤー2010」にも選定された注目の最新技術だ。

そんな光遺伝学の研究において、
マウスを使った実験で、レーザー光線を脳に照射することで
存在していない線をマウスに見せることに成功した

という報告が発表された。

視覚をジャックしたに等しいこの成果は、光遺伝学の目覚ましい進歩と、
人の感覚を自由に操作できる未来への可能性を示すものとして、注目されている。

この研究はスタンフォード大学の研究者グループにより発表され、
7月18日付けでSienceに掲載されている。

Cortical layer–specific critical dynamics triggering perception
https://science.sciencemag.org/content/early/2019/07/17/science.aaw5202

光で脳を制御する 光遺伝学
光遺伝学は21世紀になってから実用的な研究が始まったばかりの
脳神経学における新しい神経制御手法だ。

光遺伝学の原理は、簡単に説明すると、
神経細胞の中に特定の波長の光(青いや緑色)で活性化するタンパク質を発現させ、
ピンポイントに光を照射することで神経活動を細胞単位に自由にオン、オフできる

というものだ。
しかもその応答速度はミリ秒単位だという。

微生物からヒトに至るまで多くの生物種には、
光で活性化するタンパク質があることが知られており、
これらのタンパク質は光の刺激によってイオンを発生させる。

細胞内でイオンが発生すると、
細胞内外のイオン濃度の差によって電位が生じ、神経細胞が活性化するのだ。
このタンパク質は逆に細胞内のイオンを汲み出す作用をするものもあり、
この場合は神経細胞の活動を抑制させる方向に働く。

これまで神経細胞の制御に電気刺激を用いた方法などは存在していたが、
従来の方法では広範囲に電気刺激を与えてしまうため、
関係ない神経細胞まで活性化させてしまい
神経の制御という意味においてあまり有効ではなかった。

薬物を利用した脳神経の制御方法もあるが、
これは応答時間という点については非常に遅く、
また大雑把に神経を活性化、または抑制するだけのものなので
神経の制御と呼ぶには程遠いものだった。

光遺伝学による手法では、まさに細胞単位での活性・抑制の制御が可能になる。

ただ、光に反応するタンパク質は通常細胞内に発現していない。

そのため、この手法を使うためには、
細胞内でこの光活性のタンパク質を発現させるような遺伝子操作が必要になる。
現在これは、ウィルスベクターというものを使っている。

ウィルスベクターはその名の通り、
任意の遺伝子を生体に運び込むウィルスの運び屋だ。
任意の遺伝子組換えウィルスが特定の細胞に感染し、
目当ての遺伝が細胞内で働くように作用
させるのだ。

なにそれ、怖い。という気もするが、こういうことをやっているので、
この手法は光”遺伝”学と呼ばれるわけだ。

神経制御で存在しない物を見ているマウス
今回の実験ではマウスが、水平線、
または垂直線を見た際に活性化される脳のニューロンを調べ、
該当の神経をピンポイントでレーザー照射し神経細胞の活性を試みた。

マウスは、もともと水平線などを見た場合、
その線の先にある注ぎ口から水を飲むように訓練されている。

そして、何も見えない暗闇の状態で、
水平線(あるいは垂直線)を見たとき活性化するニューロンへレーザー照射を行ったのだ。

すると何も視覚的な情報の入力がない状態にも関わらず、
マウスは確かに線を見てその先にある注ぎ口の水を飲んだ
のだという。

これは人工的な脳への刺激によって、他のニューロンが連鎖的に反応し、
脳の視覚に関わる部分が本物の視覚同様に反応したことを示唆している。

研究者のDeisseroth教授は、同様の手法を用いれば、
匂いや感触、味など他の知覚を人工的に作り出すことも可能だと語っている。

さらに、この手法を発展させていけば、
より複雑なニューロンの集合体を制御することも可能になるだろうという。
それはこの手法を使って、記憶を取り扱うことも十分に可能な話しということだ。

脳に電極を埋め込む様な研究に比べると、こちらの分野の発展に期待したくなってくる。

この手法が確立されれば、ウィルスベクターを投与しさえすれば、
あとは脳内にレーザー光を届けるヘッドギアのような物をかぶるだけで
自由に知覚を操作できるようになる可能性があるのだ。

そのうち、『PS Optogenetics』的なものが発売されるかもしれない。

2020年中に人間の脳と機械を直結する「Neuralink」 中には懐疑的な意見も…

reference:sciencenews/ written by KAIN
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のぞみ
この記事を書いた人: のぞみ
<発症原因>
中学時にいたずらによる椅子引きで
尾骨を骨折する
原因不明の多彩な症状が現れ
寝たきり車椅子生活となる
ドクターショッピングを重ね
脳脊髄液減少症だと
診断確定したのは発症から10年後

<診断・検査・治療病院>
国際医療福祉大学熱海病院

<検査結果>
画像診断より
腰椎から複数の髄液ダダ漏れ
脳下垂・硬膜肥厚・静脈拡張
髄圧一桁・残存率一桁の所見あり
脳脊髄液減少症と診断確定

<再検査>
先進医療が実施され再検査の結果
胸椎からの髄液漏れ有り
診断基準に該当
脳脊髄液(漏出症)と診断確定

<病歴20年・治療後10年・男性>
ブラッドパッチ療法2回
アートセレブ(人工髄液)髄注1回

<治療経過>
発症から20年、治療から10年経過
診断前後の7年間は介助が必要な
寝たきり車椅子生活となりましたが
治療+自己流リハビリを重ねて
多彩な症状は消失しましたが
僅かな頭痛・倦怠感の残存症状があり
共存しながらも社会復帰に至りました
全完治まであと一歩です
新ガイドライン策定news(2018年12月~) (4)
ブラッドパッチ療法保険適用決定(2016年) (3)
┗  ブラッドパッチ療法保険適用 (2)
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光過敏・複視・霧視・残像・視力低下 (2)
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加齢黄斑変性 (2)
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┣  中枢性羞明 (3)
┗  アーレン症候群 (2)
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耳菅開放症 (2)
外リンパ瘻 (2)
メニエール病 「中耳加圧治療」 (2)
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歯肉炎・親知らず抜歯・ドライマウス (1)
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顎関節症・三叉神経痛・噛み締め (2)
慢性上咽頭炎・EAT(上咽頭擦過療法) (2)
咽頭痛・異物感・息苦しさ・期外収縮不整脈 (1)
リンパ扁桃腺の腫れ・下顎と首のしこり (1)
長引く咳・むせる咳・咳喘息との関連 (2)
甲状腺機能亢進症(別名バセドウ病) (1)
帯状疱疹 (1)
座位・起立・労作不耐・末梢神経障害 (1)
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トゥレット症候群と不随意運動 (1)
血糖値上昇 (2)
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IgG抗体検査に関する注意喚起 (1)
胃痛・胃液逆流・下痢 (1)
機能性ディスペプシア (2)
過敏性腸症候群(IBS) (2)
潰瘍性大腸炎(UC) (3)
頻尿・膀胱炎 (3)
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無痛分娩・帝王切開(硬膜外麻酔) (4)
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うつ病・抑うつ状態 (6)
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高次脳機能障害 (6)
軽度外傷性脳損傷 (12)
外傷性脳損傷 (4)
遅発性脳障害 (1)
筋痛性脳脊髄炎/慢性疲労症候群 (55)
小児の慢性疲労症候群 (1)
カルニチン欠乏症 (2)
筋痛性脳脊髄炎/線維筋痛症 (42)
慢性疼痛 (10)
腰痛(慢性痛) (2)
神経障害性疼痛 (7)
複合性局所疼痛症候群(CRPS) (2)
神経疾患(脊磁計) (1)
脊髄刺激療法(SCS) (2)
筋筋膜性疼痛症候群(MPS) (1)
強直性脊椎炎(AS) (10)
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椎間板ヘルニア (1)
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