研究概要

• 手塚 太郎　Taro Tezuka
  システム情報系／人工知能科学センター（機械学習分野）
• 坂口 昌徳　Masanori Sakaguchi
  医学医療系／国際統合睡眠医科学研究機構

研究概要

睡眠時に脳の大域的状態が遷移することは多くの動物で観察されますが、当研究室ではマウスから記録された脳波に対し、4秒単位で睡眠ステージをリアルタイム分類するソフトウェアの開発を進めてきました。このシステムを利用し、高精細の脳波をリアルタイムで分析する環境の構築を進めています（図1）。
さらに、光遺伝学による介入操作と組み合わせることで、特定の神経細胞集団だけを生きた動物の脳内で活動制御することができます。

具体的にはREMやnon-REMといった特定の睡眠ステージにおいてのみマウスの脳にレーザーを照射し、光感受性タンパクを通して神経細胞集団を抑制します。これによって睡眠時のどのような活動が記憶の固定化に必要であるのかを明らかにします。このような知見はアルツハイマー病やレム睡眠行動障害の新たな治療法に繋がる可能性があります。

図１:リアルタイム脳操作実験系の概要

参考文献

[1] Iyo Koyanagi, Taro Tezuka, Jiahui Yu, Sakthivel Srinivasan, Toshie Naoi, Shinnosuke Yasugaki, Ayaka Nakai, Shimpei Taniguchi, Yu Hayashi, Yasushi Nakano and Masanori Sakaguchi, Fully automatic REM sleep stage-specific intervention systems using single EEG in mice, Neuroscience Research, 186:51-58, January 2023. [DOI:10.1016/j.neures.2022.10.001]
[2] Masaki Taniguchi and Taro Tezuka, Pablo Vergara, Sakthivel Srinivasan, Takuma Hosokawa, Yoan Cherasse, Toshie Naoi, Takeshi Sakurai, and Masanori Sakaguchi, Open-Source Software for real-time calcium imaging and synchronized neuron firing detection, Proceedings of the 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2021), November 2021.
[3] Taro Tezuka, Deependra Kumar, Sima Singh, Iyo Koyanagi, Toshie Naoi, Masanori Sakaguchi, Real-time, automatic, open-source sleep stage classification system using single EEG for mice, Scientific Reports, 11:11151, pp. 1-8, May 2021. [DOI:10.1038/s41598-021-90332-1]
[4] Masaki Taniguchi and Taro Tezuka, Automatic trimap generation by a multimodal neural network, Proceedings of the 2021 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2021), Anchorage, Alaska, September 2021.