セロトニン作動性幻覚剤DOIが聴覚皮質の異常検出を損なう

2025-02-11 Tue
セロトニン作動性幻覚剤DOIが聴覚皮質における異常検出を抑制する研究の背景幻覚剤（psychedelics）は、知覚、認知、および感情を劇的に変化させる精神活性物質の一種であり、近年では抑うつや不安症などの治療可能性から再び注目を集めています。幻覚剤の視覚効果は広く研究されていますが、聴覚システムへの影響についてはほとんど知られていません。過去の研究では、幻覚剤が時間の知覚や音の知覚の歪みを引き起こす可能性が示されていますが、その背後にある神経メカニズムはまだ完全には解明されていません。特に、幻覚剤が神経活動をどのように変化させて聴覚知覚に影響を与えるかは未解決の謎です。
本研究では、セロトニン受容体作動薬である2,5-ジメトキシ-4-ヨードアンフェタミン（DOI）が聴覚皮質ニューロンの活動に及ぼす影響、特に異常検出（deviance detection）への影響を探ることを目的としています。異常検出は、脳が予期された刺激と予期されない刺激を処理する重要なメカニズムであり、トップダウン（top-down）とボトムアップ（bottom-up）の神経信号処理のバランスを反映しています。DOIが聴覚皮質ニューロンに及ぼす影響を研究することで、研究者は幻覚剤がどのように神経活動を変化させて知覚の歪みを引き起こすのかを明らかにしようとしています。
研究の出典本研究は、Max Horrocks、Jennifer L. Mohn、およびSantiago Jaramilloによって共同で行われました。著者らは全員、米国オレゴン大学神経科学研究所に所属しています。研究論文は2025年に『Journal of Neurophysiology』に掲載され、初版は2024年12月27日に公開されました。DOIは10.1152/jn.00411.2024です。
研究設計と手法本研究は、系統的実験手法を用いて、DOIが覚醒マウスの聴覚皮質ニューロン活動に及ぼす影響を評価しました。実験設計には以下の主なステップが含まれます：
1. 動物と実験の準備動物選択：研究では6匹の成体C57BL/6Jマウスを使用し、そのうち4匹は電気生理記録に、2匹は頭部けいれん反応テストに使用されました。

音刺激：実験は防音箱内で行われ、純音と周波数変調（FM）音を刺激として使用しました。音はスピーカーから再生され、周波数範囲は2 kHzから40 kHzまでです。

電気生理記録：ニューロピクセルスプローブ（Neuropixels probes）を使用して、マウスの聴覚皮質ニューロン活動を記録しました。プローブは聴覚皮質に埋め込み、複数のサブ領域をカバーしました。
2. 実験の流れ実験グループ：各マウスは実験中に3つの段階を経験しました：生理食塩水注射前、生理食塩水注射後、およびDOI注射後。各段階で音刺激を提示し、ニューロン活動を記録しました。

薬物注射：DOIを10 mg/kgの用量で皮下注射し、対照群には生理食塩水を注射しました。

データ解析：Kilosortソフトウェアを使用して単一ニューロンのスパイクソーティングを行い、その後Pythonを使用してデータを解析し、ニューロンの周波数選択性、応答変動性、および異常検出能力を評価しました。
3. 実験手法のハイライトニューロピクセルスプローブ技術：この技術により、多数のニューロンの電気活動を同時に記録でき、高精度なデータ収集を実現しました。

異常検出の評価：標準-異常刺激シーケンスを設計し、ニューロンが予期された（標準）刺激と予期されない（異常）刺激に対しどのように反応するかを定量化しました。

研究結果1. DOIがニューロン活動に及ぼす影響研究によると、DOIは聴覚皮質ニューロンの自発的および誘発的発火率を有意に低下させました。自発活動と音刺激に対する応答のいずれにおいても、DOI注射後のニューロン活動は有意に減少しました。
2. 応答の変動性の増加DOIはまた、ニューロンの試行間変動性（trial-to-trial variability）を増加させました。これは、ニューロンの応答の一貫性が低下したことを示しています。この効果は運動状態でより顕著でした。
3. 周波数選択性に顕著な変化なしDOIはニューロンの全体的な活動に影響を与えましたが、周波数選択性への影響は一貫していませんでした。ほとんどのニューロンの周波数チューニング曲線は、DOI注射前後で顕著な変化を示しませんでした。
4. 異常検出能力の低下DOIは、異常刺激と標準刺激に対するニューロンの応答の差を有意に減少させました。この差の減少は、主にニューロンが異常刺激に対する応答を弱めたことによるものであり、標準刺激に対する応答が増加したわけではありませんでした。これは、DOIが聴覚皮質の予期外事象に対する感受性を低下させたことを示しています。
研究の結論本研究は、幻覚剤DOIが聴覚皮質ニューロンの活動と応答変動性を低下させることで、異常検出能力を弱めることを明らかにしました。この発見は、幻覚剤がどのように神経信号処理を変化させて知覚の歪みを引き起こすのかについての新しい視点を提供します。研究結果は、幻覚剤がトップダウンとボトムアップの信号バランスを混乱させることで、脳が予期外事象に対する感受性と処理能力に影響を与える可能性を示唆しています。
研究のハイライトと意義科学的価値：幻覚剤DOIが聴覚皮質ニューロン活動、特に異常検出に及ぼす影響を初めて系統的に評価しました。

方法論の革新：ニューロピクセルスプローブ技術を使用し、多数のニューロン活動の高精度記録と分析を実現しました。

応用的価値：研究結果は、幻覚剤の作用メカニズムを理解する上で重要な手がかりを提供し、関連する精神疾患の治療に新たなアプローチを提供する可能性があります。

その他の有益な情報研究者は実験中に動物の行動（例えば運動状態）をモニタリングし、DOIがニューロン活動に及ぼす影響が単なる行動変化によるものではないことを確認しました。また、研究ではDOIの用量効果を検証し、実験結果の信頼性を確保しました。
本研究は、幻覚剤が知覚と神経活動に及ぼす影響を探る上で重要な実験的根拠を提供し、今後の関連研究の基盤を築きました。