【本学研究者情報】

〇電気通信研究所　准教授　山本英明
ウェブサイト

【発表のポイント】

• 神経細胞をマイクロ流体デバイス^注１で培養することで、哺乳類の大脳皮質の配線構造を模倣した神経回路を人工的に再現しました。
• デバイスの形状を制御することで、同期する神経細胞（ニューロン）の集合体である神経アンサンブル^注２を培養細胞に保持させ、外部からの信号に柔軟に反応して状態を変化させることに成功しました。
• 脳の学習や記憶のメカニズムを明らかにするための新たなモデル系としての応用が期待されます。

【概要】

哺乳類の大脳皮質では神経アンサンブルと呼ばれる同期的に活動する多数の神経細胞がある特定の情報を表現していると言われています。神経アンサンブルは外部からの入力などにより書き換わり、それが長期的に持続することが学習?記憶の基盤となっていると考えられていますが、これまで培養細胞を使ってそのプロセスを調べることは難しいと言われてきました。

東北大学電気通信研究所の室田白馬大学院生（大学院工学研究科）、山本英明准教授（材料科学高等研究所 (WPI-AIMR) ?大学院工学研究科兼務）、平野愛弓教授（同）らの研究チームは、微細な3次元構造を持つマイクロ流体デバイス上でラットの神経細胞を培養し、神経アンサンブルの発現や書き換えを調べるための実験系を構築しました。そして、デバイスの3次元構造を調整することで、神経アンサンブルの多様性を制御できることを明らかにしました。さらに、生体脳のような多様な神経アンサンブルを示す神経回路では、外部入力によって神経アンサンブルを書き換えられることを実験で示しました。本研究は、学習?記憶機能のメカニズムを調べるための新しい実験モデルなどとしての応用が期待されます。

本研究成果は、2024年11月23日付けで科学誌 Advanced Materials Technologies にオンライン掲載されました。

【用語解説】

注1. マイクロ流体デバイス
マイクロスケールの微細な3次元構造が組み込まれた小型のデバイス。

注2. 神経アンサンブル
同期的に活動する神経細胞の集団。哺乳類の大脳皮質ではこれが一つのユニットとなってある特定の情報を表現すると考えられている。

【論文情報】

タイトル：Precision Microfluidic Control of Neuronal Ensembles in Cultured Cortical Networks (マイクロ流体デバイスを用いた培養大脳皮質神経回路上の神経アンサンブルの精密制御)
著者： Hakuba Murota, Hideaki Yamamoto*, Nobuaki Monma, Shigeo Sato, Ayumi Hirano-Iwata
*責任著者：東北大学電気通信研究所　准教授　山本英明
掲載誌：Advanced Materials Technologies
DOI：10.1002/admt.202400894

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学電気通信研究所
（兼）東北大学材料科学高等研究所 (WPI-AIMR)
（兼）東北大学大学院工学研究科
准教授　山本英明
TEL: 022-217-6102
Email: hideaki.yamamoto.e3*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学電気通信研究所
総務係
TEL: 022-217-5420
Email: riec-somu*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）