広報活動

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2016年3月22日

理化学研究所
埼玉大学
日本医療研究開発機構

微弱な電気刺激が脳を活性化する仕組みを解明

-ノルアドレナリンを介したアストロサイトの活動が鍵-

tDCSがマウスのシナプス可塑性を生じるモデル図

図 tDCSがシナプス伝達の増強を生じるモデル

「経頭蓋直流電気刺激法(tDCS)」は、頭皮の上から1~2mA(ミリアンペア)の極めて微弱な直流電流を10~30分間流して脳を刺激する手法です。近年ヒトでは、うつ病の改善や運動機能障害のリハビリテーションなどへの有効性が報告され、臨床応用への期待が高まっています。さらに、学習や記憶力の向上への効果も報告され、様々な分野への応用が期待されています。しかしながら、tDCSの詳しい作用メカニズムの細胞・分子基盤は解明されていませんでした。

脳内には神経細胞(ニューロン)の他に、ニューロンをサポートする細胞(グリア細胞)があります。理化学研究所の研究チームはこれまで、シナプス伝達の増強がグリア細胞の1種であるアストロサイトのカルシウム活動によって促進され得ることに注目してきました。

そこで今回、共同研究グループは遺伝子改変マウスを作製し、tDCSを行なっている間の大脳皮質のアストロサイトとニューロンの細胞内カルシウム動態を、生きたままの動物で観測しました。その結果、tDCSを行なっている間に、ニューロンではなくアストロサイトの細胞内カルシウム濃度が、一過的に著しく上昇することを発見しました。また薬理実験により、このアストロサイトのカルシウム上昇には、神経伝達物質の1つである「ノルアドレナリン」が重要な役割を果たしていることを見出しました。

本研究の結果から、tDCSにより脳内では、①ノルアドレナリンが放出される。②ノルアドレナリンは、アストロサイトのノルアドレナリン受容体 (A1AR)に作用し、アストロサイトの細胞内カルシウム濃度を上昇させる。③その結果、シナプス伝達が増強されやすくなる、というtDCSがシナプス伝達の増強を生じるモデルを提案しました(図)。アストロサイトが何らかの伝達物質を放出して(グリア伝達)、シナプスの機能を調節していると想定されますが、今後のさらなる研究によって明らかになることが期待されます。

今回の成果によって、うつ病などの精神疾患に対して、アストロサイトを標的とした創薬や治療法の開発の可能性が示唆されました。また、tDCSの効果や安全基準には今後、神経細胞だけではなくグリア細胞の研究も含めて議論することが必要と考えられます。

理化学研究所
脳科学総合研究センター 神経グリア回路研究チーム
研究員 毛内 拡 (もうない ひろむ)
チームリーダー 平瀬 肇 (ひらせ はじめ)