医科学専攻

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Super-network Brain Physiology超回路脳機能分野

  • 脳内グリア細胞
  • シナプス伝達
  • 細胞生理学
  • てんかん
  • 脳梗塞
  • パッチクランプ電気生理学
  • 急性脳スライス標本
  • オプトジェネティクス

STAFF

Professor

  • Matsui, KoProfessor. 松井 広 教授

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TEL:+81-22-217-6209
E-MAIL:matsui*med.tohoku.ac.jp
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OUTLINE

Every scientific endeavor starts with observation. However, observation alone can only lead to analysis of correlation. Experimental perturbation is required to understand the causal relationship between the components that constitute the system under study. The brain is a complex multicellular organ. Our current understanding of its function suggests that communication between these cells underlies the formation of the mind. This is mainly deduced from studies of correlation between cell activity and animal behavior. Recently developed tools enable specific control of cell activity. For example, light-sensitive proteins found in microorganisms, such as channelrhodopsin-2, can now be genetically expressed in mammalian brain cells which allow experimenters to optically control cell activity at will. We have introduced various methods to study communication between neuron-to-neuron, neuron-to-glia, and glia-to-neuron. Our recent report using transgenic mice shows that selective optogenetic stimulation of glia can lead to release of glutamate as gliotransmitter, induce synaptic plasticity, and accelerate cerebellar modulated motor learning. This finding suggests that glia also participates in information processing in the brain, a function once thought to be solely mediated by neuronal activity. These reports demonstrate the use of optogenetic tools for exploring the causal relationship between brain activity and mind.

私たちが追究するテーマは、「心とは何か」という問いです。デカルトはひとつの答えを提供しています。我思うゆえに我有り。では、他者の心の存在を実感することは可能でしょうか。他者の心は、わずかに、言葉や行動といった筋肉の動きを通して、窺い知ることができるだけです。筋肉の動きを支配しているのは神経ですから、神経の塊である脳にこそ心が宿ると考えられて、脳科学は進んできました。ところが、脳をよく見てみると、神経とは異なるグリア細胞という細胞があり、グリアのほうが、神経より数も多く容積も大きいことが分かってきました。最近の私たちの研究から、グリアは神経の活動に細かく反応していることが分かりました。また、細胞の活動を光で制御できる分子をグリアに発現させ、グリアだけを光刺激すると、神経に情報が伝わることも示されました。そして、生きているマウスの頭部に光ファイバーを刺しこんで、運動を調整する働きを持つ小脳のグリア細胞を光刺激すると、瞳孔が開き眼球運動が変化する、などの効果が表れました。つまり、グリアは、神経を通して筋肉の活動を左右しているのです。この他、マウスに麻酔薬を投与すると、神経の活動はほとんど影響を受けないのに、グリアの活動が強力に抑制されるという報告もあります。麻酔によって、選択的に失われるのは何か。意識です。心のもっとも重要な機能のひとつである意識に、グリアは影響しているのかもしれません。

  • Opto-electrophysiological recordings of neuron-glial activity in acute brain slices
    脳スライス標本での電気光生理学記録装置

  • In vivo optogenetic manipulation of glial activity
    生きているマウスの脳内グリア細胞を光操作

  • Suppression of ischemic damage by optogenetic glial activity
    グリア光操作による脳虚血性ダメージの抑制

  • Closure of gap junction between astrocytes underlie exacerbation of epilepsy
    てんかん重篤化にグリアギャップ結合閉塞化

ARTICLE

Shimoda Y, Beppu K, Ikoma Y, Morizawa YM, Zuguchi S, Hino U, Yano R, Sugiura Y, Moritoh S, Fukazawa Y, Suematsu M, Mushiake H, Nakasato N, Iwasaki M, Tanaka KF, Tominaga T, Matsui K* (2022) Optogenetic stimulus-triggered acquisition of seizure resistance. Neurobiology of Disease, 163: 1055602.
URL:https://doi.org/10.1016/j.nbd.2021.105602

Beppu K, Kubo N, Matsui K* (2021) Glial amplification of synaptic signals. Journal of Physiology, 599: 2085-2102.
URL:https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1113/JP280857

Onodera M, Meyer J, Furukawa K, Hiraoka Y, Aida T, Tanaka K, Tanaka KF, Rose CR, Matsui K* (2021) Exacerbation of epilepsy by astrocyte alkalization and gap junction uncoupling. Journal of Neuroscience, 41: 2106-2118.
URL:https://www.jneurosci.org/content/41/10/2106

Beppu K, Sasaki T, Tanaka KF, Yamanaka A, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K* (2014) Optogenetic countering of glial acidosis suppresses glial glutamate release and ischemic brain damage. Neuron, 81: 314-320.
URL:https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(13)01079-9

Budisantoso T, Matsui K*, Kamasawa N, Fukazawa Y, Shigemoto R (2012) Mechanisms underlying signal filtering at a multi-synapse contact. Journal of Neuroscience, 32: 2357-2376.
URL:https://www.jneurosci.org/content/32/7/2357.short

Matsui K, Jahr CE (2003) Ectopic release of synaptic vesicles. Neuron, 40: 1173-1183.
URL:https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(03)00788-8

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