認知タスクにおける異種の神経応答からの潜在回路推論 学術的背景 認知タスクにおいて、脳の高次皮質領域（例えば前頭前野皮質、prefrontal cortex, PFC）は、多様な感覚、認知、運動信号を統合します。しかし、個々のニューロンの応答はしばしば複雑で異種性（heterogeneity）を示します。つまり、それらは同時に複数のタスク変数に反応します。この異種性により、研究者は神経活動から行動を駆動する神経回路メカニズムを直接推測することが困難になります。従来の次元削減手法（dimensionality reduction methods）は、神経活動とタスク変数間の相関に依存していますが、これらの異種応答の背後にある神経回路接続を明らかにすることはできません。 この問題を解決するために...

認知と運動プロセスの分離：マウス行動研究における画期的な進展 学術的背景 動物行動の研究において、認知プロセスと運動プロセスは通常密接に絡み合っています。例えば、マウスが環境を探索する際、その顔の表情や能動的なサンプリング行動は運動だけでなく、脳内の神経活動とも密接に関連しています。しかし、長い間研究者たちは根本的な問題に直面してきました。それは、認知プロセスと運動プロセスは分離可能なのか、あるいはそれらが共通の神経メカニズムによって駆動されているのかという疑問です。もしこれらを分離できなければ、研究者は運動に関連する神経活動を誤って認知プロセスの指標と考えてしまい、神経回路機能の正しい理解に影響を与える可能性があります。 この問題を解決するために、Boston Universityの研究チ...

人類のデフォルトモードネットワークのアーキテクチャの探求：細胞構造、神経接続、および信号フローに基づく研究 学術的背景 デフォルトモードネットワーク（Default Mode Network, DMN）は、安静状態で高度に活動する脳領域の集合であり、主に前頭葉、側頭葉、頭頂葉に分布しています。DMNは、特に自己参照思考、記憶の想起、未来の計画などの内部指向型認知タスクにおいて、人間の複雑な思考や行動において重要な役割を果たします。しかし、DMNの機能的重要性が広く認められている一方で、その内部構造と情報処理のメカニズムについては依然として不明な点が多いです。過去の研究は主にDMNの機能的結合に焦点を当てていましたが、その細胞構造と神経結合の具体的な特徴については十分に理解されていません。DM...

精神疾患の細胞タイプ分類：精神分裂病などの複雑な脳疾患の細胞基盤を明らかにした新研究 学術的背景 精神分裂病、うつ病、双極性障害などの精神疾患は、世界的に重要な公衆衛生問題です。これらの疾患は通常、遺伝的および環境的な要因が複合的に関与し、治療手段も限られています。全ゲノム関連解析（GWAS）により、数千の精神疾患に関連する遺伝的座が特定されていますが、これらの座の生理学的意義は依然として不明確です。近年、単一細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）や単一核RNAシーケンス（snRNA-seq）技術の発展により、研究者は遺伝子発現を単一細胞レベルで解析することが可能となり、精神疾患の細胞基盤に関する理解が深まりました。しかし、GWASデータと単細胞トランスクリプトームデータを統合し、どの細...

視覚認識と運動調整の神経メカニズムに関する研究 学術的背景 日常生活において、動物は外部環境によって引き起こされる感覚体験と自身の動きによって引き起こされる感覚体験を区別する必要があります。この区別は正確な知覚と運動制御にとって非常に重要です。しかし、行動の多様性とそれが感覚に与える複雑な影響により、この課題は非常に困難です。特に視覚システムでは、眼球運動（サッカード）、歩行、または瞳孔の変化といった動物の動きが視覚画像のぼやけや歪みを引き起こし、これは「自己運動による視覚的な摂動」（reafferent signals）と呼ばれます。知覚の一貫性を維持するためには、脳はこれらの摂動を補正する仕組みを必要とします。この仕組みは一般的に「運動コマンドのコピー」または「随伴放電」（corolla...

マウスの条件付き免疫反応の検索は前-後部島皮質回路によって媒介される 学術的背景 脳と免疫システムの双方向的な関係は、哲学および科学研究の基盤である。近年、研究者たちは免疫システムが脳活動に影響を与える複数の経路を特定しており、同時に脳が免疫反応を調整する証拠も示されている。条件付き免疫反応（Conditioned Immune Response, CIR）は、典型的なパブロフ型条件反射であり、感覚刺激（例えば味）が免疫調節剤と対を成すことで、その味を再体験すると嫌悪行動と予測される免疫反応が引き起こされる。島皮質がCIRにおいて重要な役割を果たしていることは分かっているが、その具体的な神経回路メカニズムは依然として不明瞭である。 本研究は、特に前部島皮質（Anterior Insular ...

視覚皮質の発達における信頼性のある表現の形成 学術的背景 視覚皮質の発達は神経科学における重要な研究分野です。発達の初期段階では、視覚皮質のネットワーク構造はすでに形成されていますが、これらのネットワークがどのように視覚経験の開始に応答し、最終的に成熟した視覚表現を形成するかは、未解決の謎のままです。これまでの研究では、視覚皮質の初期ネットワーク構造は内因性メカニズム（endogenous mechanisms）によって駆動される、つまり外界の視覚刺激なしに形成されることが示されています。しかし、視覚経験の導入がこれらのネットワークにどのように影響し、信頼性のある視覚表現を発展させるかは、依然として不明です。本研究では、単一試行レベルでの慢性生体カルシウムイメージング技術を用いてこの問題を探...

ニューロン由来マイクロニュークレウスの伝播によるミクログリア特性の調節に関する研究 学術的背景 ミクログリア（microglia）は中枢神経系（CNS）に常在する免疫細胞であり、脳内の恒常性維持、神経細胞の発生調節、シナプスの刈り込み、および病理状態への応答において重要な役割を果たしています。しかし、ミクログリアの分化と成熟に依存する微小環境シグナルについてはまだ十分に理解されていません。特に、ミクログリアが局所環境シグナルに応じてどのように形態と機能を変化させるかという問題は、未解決のままでした。 この背景において、研究者たちは新しい仮説を提唱しました：ニューロン由来のマイクロニュークレウス（micronuclei、MN）がシグナル分子として働き、ミクログリアの特性と機能を調節する可能性が...

神経集団活動の時間的ダイナミクス制約：ブレイン・コンピュータ・インターフェースが明らかにした神経計算メカニズム 学術的背景 脳の神経活動が時間とともにどのように進化するかは、知覚、運動、認知機能を理解する上での核心的な問題の一つです。長い間、神経ネットワークモデルでは、脳の計算プロセスがネットワーク接続によって形成される神経活動の時間的経過を含むと考えられてきました。この見方は、神経活動の時間的経過が破ることが難しいものであるべきだという重要な予測を立てています。しかし、この予測が実際の生物学的神経ネットワークにおいて成立するかどうかは、まだ直接検証されていません。この問題に答えるために、研究チームはブレイン・コンピュータ・インターフェース（Brain-Computer Interface,...

星形膠質細胞が行動を調節する新たな発見：AstroLightツールの応用 学術的背景 これまで、神経科学の研究は主にニューロンの活動に焦点を当てており、脳機能における星形膠質細胞（astrocytes）の役割は見過ごされてきました。星形膠質細胞は脳内で最も多数存在する細胞タイプの一つですが、従来は均一で機能的に単純な支持細胞と考えられていました。しかし、最近の研究では、星形膠質細胞がシナプス活動やニューロン間の通信、さらには行動の制御において重要な役割を果たしていることが明らかになっています。それでも、特定の星形膠質細胞サブセットを正確に操作できるツールの欠如により、研究者たちは星形膠質細胞の神経回路における機能的多様性や具体的な作用メカニズムについて十分に理解できていませんでした。 本研究...