広報活動

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2017年5月2日

理化学研究所

マウスでバーチャル空間の認識メカニズムを解明

-海馬の活動と自閉症関連遺伝子Shank2がカギ-

バーチャルリアリティ(VR)はコンピュータによって作り出された仮想空間をあたかも現実であるかのように体験できる技術で、医療、教育、製造、観光、娯楽などをはじめとする、さまざまな分野において注目されています。

脳科学の分野においても、ヒトの脳機能を研究するために行動課題などとして使われてきましたが、近年霊長類以外のマウスやラットなどの小動物でもVRを認識できることが明らかになってきました。脳がVRを認識するメカニズムを、マウスのような実験動物を用いて明らかにすることは、「現実感」のような複合的な感覚を神経回路や遺伝子のレベルで詳しく理解することにつながると考えられます。

今回、共同研究チームは、マウスのVRの認識メカニズムを明らかにするために、頭部を固定したマウスが歩行装置上を走ることで、液晶モニタに提示されたVR空間を探索するようなマウス用VRシステムを構築しました(図参照)。そして、このVR空間内の目的地に一定時間留まると報酬がもらえるという行動課題をマウスに学習させ、さまざまな状況下でその課題を解かせました。その結果、VR空間の目的地の認識には、実世界で場所の記憶に関わる「海馬」と呼ばれる脳部位の活動と、自閉症の関連遺伝子の一つである「Shank2」の働きが重要であることを発見しました。

今後、この手法と脳の働きを一細胞レベルで画像化できる技術を組み合わせることにより、正常マウスと疾患モデルマウスの神経回路の働きを比較することで、従来の手法では見つけることができなかった微細な脳の病変が明らかになると期待できます。

マウス用VRシステムの図

図 マウス用VRシステム

A.今回構築したマウス用VRシステム。頭部を固定したマウスが空気で浮かせた発泡スチロール製球形トレッドミル(歩行装置)の上を走ると、その回転を光学センサーが検知し、ワイド液晶モニタにVR空間の風景が描き出される。目的地ではチューブから報酬の水が得られる。

B.VR空間の行動課題。(a) 直線路の始点を出発したマウスは、途中で壁と床に緑のパネルの目印のついた目的地を通過する。直線路の外には、山、タワー、建物などを模した手がかりが配置される。直線路の終点に到達したマウスは、再び始点に戻されて次のトライアルを繰り返す。(b) マウスの視点からみたVR空間の直線路。

理化学研究所
脳科学総合研究センター 精神生物学研究チーム
客員研究員 佐藤 正晃 (さとう まさあき)
(埼玉大学大学院理工学研究科/同研究機構脳末梢科学研究センター 特任准教授、
研究当時:記憶メカニズム研究チーム客員研究員および科学技術振興機構さきがけ研究者)