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光で脳を操る新手法、米国スタンフォード大学が報告

光でうつ病を治療したり、記憶を呼び起こしたりといった技法が注目されている。光を使って特定の脳細胞を刺激することを可能にした光遺伝学。このたび、光ファイバーを使わずにネズミの頭部に埋め込んで光を送る小さな装置と、それを発光させるエネルギーをワイヤレスで送ることが可能な装置のセットが開発された。脳、脊髄、末梢神経での神経制御に成功している。

光ファイバーが邪魔に

米国スタンフォード大学の研究グループが、有力科学誌ネイチャーの姉妹誌で生命科学分野における新たな研究・実験方法などに焦点を当てる専門誌ネイチャー・メソッズ誌のオンライン版で2015年8月17日に報告した。光遺伝学は、光に反応するタンパク質を遺伝的に作れるようにして、脳や神経の働きをコントロールする技術(Medエッジ「体重の8%もの水を飲ませる遺伝子、「喉の渇き」を解明する光遺伝学」を参照)。通常はネズミの頭部に光ファイバーケーブルを接続して光を送る。ネズミの動きが制限されたり、閉じた空間での観察ができない、光遺伝学は、パーキンソン病の震えの緩和や脳卒中の研究に役立つ可能性があるほか、うつ病や不安などの軽減にも役立てられる可能性がある。ケーブルを接続していては邪魔になる。

高周波エネルギーを利用

研究グループには、まずワイヤレスで動く埋め込み型の極小装置を開発した(最も小さいもので20mg、10立方mm)。さらに、動き回るネズミに、効率よく極小装置にエネルギーを送る方法も開発した。高周波でエネルギーを送る方法になっている。日本に来て装置を作っていると説明している。装置は直径16cmほどの円筒になっており、ネズミの足が触れると中のエネルギーを受けれるようになっている。このセットを使うと、筋肉や内臓にも信号を送れる可能があるという。光遺伝学の技術進化で、神経に限らず体の機能をコントロールできるようになるかもしれない。

文献情報

A blue glowing device the size of a peppercorn can activate neurons of the brain, spinal cord or limbs in mice and is powered wirelessly using the mouse’s own body to transfer energy. Developed by a Stanford Bio-X team, the device is the first to deliver optogenetic nerve stimulation in a fully implantable format.

Nat Methods. 2015 Oct;12(10):969-74. doi: 10.1038/nmeth.3536. Epub 2015 Aug 17. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov’t; Research Support, U.S. Gov’t, Non-P.H.S.

Mice, it turns out, are dielectric. The authors use this property to couple intrinsic resonant modes of a mouse’s body to a wireless transmitter, and so power an implanted miniature electronic device with improved efficiency. This approach will enable behavioral and neuroscience experiments without wires, harnesses or tethers.

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