神経インプラントは一度に複数の脳領域を監視します

学習と記憶形成の間、脳のさまざまな部分はどのように相互に通信しますか？カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者による新しい研究は、この基本的な神経科学の質問に答える第一歩を踏み出しました。

この研究は、表面から深層構造まで、脳のさまざまな部分の活動を同時に監視する神経インプラントを開発することによって可能になりました。これは、この分野で初めてのことです。この新しい技術を使用して、研究者は、学習と記憶形成に役割を果たすことが知られている2つの脳領域（海馬と大脳皮質）の間で双方向コミュニケーションの多様なパターンが発生することを示しています。研究者たちはまた、これらのさまざまなコミュニケーションのパターンが、睡眠と休息の間に海馬で発生する鋭い波の波紋と呼ばれるイベントに関連していることを示しています。

「私たちの神経インプラントは用途が広いです。脳のあらゆる領域に適用でき、海馬や大脳皮質だけでなく、他の皮質および皮質下の脳領域の研究を可能にします」とDuyguKuzum教授は述べています。

神経インプラントは、マイクロメートルサイズの金電極のアレイで製造された薄くて透明で柔軟なポリマーストリップで構成されており、その上に白金ナノ粒子が堆積されています。各電極は、マイクロメートルの細いワイヤーでカスタムプリント回路基板に接続されています。大脳皮質のような広い領域を画像化しながら、海馬のように脳の奥深くにある単一のニューロンからの電気信号を記録することができます。

いくつかの設計機能により、マルチリージョンの監視が可能になります。 1つは、このプローブが柔軟であることです。海馬のような領域を監視するために脳の奥深くに挿入すると、脳から突き出た部分を曲げて、顕微鏡を表面近くに下げて大脳皮質のイメージングを行うためのスペースを作ることができます。同時。従来の神経プローブは剛性があるため、顕微鏡の邪魔になります。その結果、脳の表面を画像化する際に脳深部構造を監視するために使用することはできません。また、この神経プローブは柔らかく柔軟性がありますが、挿入時の圧力下での座屈に耐えるように設計されています。もう1つの重要な機能は、プローブが透明であるため、顕微鏡に明確な視野を与えることです。また、イメージング中に影や追加のノイズが発生することもありません。

この研究の動機は、学習や記憶形成などのさまざまな認知プロセスが脳でどのように発生するかという根源に到達することでした。このようなプロセスには、海馬と大脳皮質の間のコミュニケーションが含まれます。しかし、このコミュニケーションはどの程度正確に行われるのでしょうか。そして、どの脳領域がこのコミュニケーションを開始しますか：海馬または大脳皮質？これらの2つの脳領域を同時に研究することは非常に困難であるため、これらのタイプの質問は未解決のままになっています、とKuzumは言いました。

研究者らは、トランスジェニックマウスの海馬と大脳皮質の活動を監視するためにプローブを使用しました。具体的には、海馬で鋭波リップルと呼ばれる振動が発生する前、最中、後の活動を監視しました。彼らの実験により、海馬と大脳皮質の間のコミュニケーションは両面的であることが明らかになりました。皮質がコミュニケーションを開始する場合もあれば、海馬である場合もあります。これは、脳内の領域間コミュニケーションを理解するための重要な最初の手がかりであると研究者らは述べています。

「ここで報告した両面コミュニケーションは、皮質が海馬から情報を受動的に受け取るという従来の概念とは異なります。代わりに、皮質は脳への情報の符号化に積極的に関与しており、記憶の統合と検索の際に有益な役割を果たす可能性があります」と研究者の1人であるChiRen博士は述べています。