脳は膨大な数のシナプス(注１)を介して情報をやり取りすることで、記憶を形成し行動を制御しています。シナプスにはさまざまな構造や機能がありますが、ひとつの神経細胞の内部でその構造がどれほど多様であり、この違いがどのように決まるのかは、これまでほとんど分かっていませんでした。東北大学大学院生命科学研究科の谷本拓教授らの研究グループは、モデル生物のショウジョウバエを用いて、空腹や睡眠不足といった生理的ストレスが神経細胞内の再編成を促し、ヒトのノルアドレナリンに相当するオクトパミン(注２...

妊娠期の母体免疫状態が胎児の脳発達に影響を及ぼす可能性が示唆されていましたが、その分子機構は十分に明らかになっていませんでした。東北大学大学院医学系研究科 器官解剖学分野の切替日奈子大学院生、大和田祐二教授、前川素子准教授、北海道大学大学院医学研究院 薬理学分野の吉川雄朗教授らの研究グループは、妊娠中の母体免疫反応で増加する免疫因子「顆粒球コロニー刺激因子（G-CSF）」が、仔の脳のシナプス発達に影響する可能性があることをマウス研究で明らかにしました（図1）。本研究では、免疫活性化状態で上昇するG-CSFに着目し、妊娠マウスにG-CSFを投与して仔の脳発達への影響を調べま...

人工ニューラルネットワーク（ANN）やスパイキングニューラルネットワーク（SNN）（注4）は、現在のAI技術の基盤となっています。これらは、脳神経回路に着想を得て作られた技術ですが、逆に、ANNやSNNの働きを生体系に実装できれば、脳の情報処理原理に対する理解を一段と深め、さらに生体の仕組みに基づく新しい計算技術の創出にもつながります。今回、東北大学電気通信研究所の山本英明准教授（同大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）兼任）、佐藤茂雄教授、公立はこだて未来大学の香取勇一教授らからなる研究チームは、マイクロ流体デ...

私たちは、同じ刺激を受けても、脳の状態しだいで異なる体験として捉えることがあります。東北大学大学院生命科学研究科の道念佑樹大学院生、生駒葉子助教、松井広教授（大学院医学系研究科兼任）らは、ラットを用いて、1日の時間帯による脳内での神経信号応答の変化を世界で初めて直接観測しました。ラットは夜行性動物であり、夜間での行動が盛んです。観測により、夜が明ける頃には、眠気に関わる神経調節物質アデノシン濃度が脳内に蓄積し、神経活動が抑制されることが明らかになりました。一方で、学習や記憶に関わる神経信号の長期的増強現象（LTP）は、日の出前の時間帯にのみ誘導可能でした。この結果は、脳の興奮性や可...

ウナギなどの細長い魚は、脊髄が損傷した後も泳ぐことができ、水中だけでなく陸上も移動できる優れた運動能力を持っています。東北大学学際科学フロンティア研究所の安井浩太郎助教、電気通信研究所の鈴木朱羅助教、石黒章夫教授は、公立はこだて未来大学の加納剛史教授、オタワ大学のEmily M. Standen准教授、スイス連邦工科大学ローザンヌ校のAstha Gupta大学院生、Auke J. Ijspeert教授らとの共同研究により、この驚異的な運動能力を生み出す神経回路メカニズムの解明に取り組みました。研究グループは、身体に備わる「伸展感覚」と「圧力感覚」の二つの感覚フィードバック...

地下深くでプレートから供給され、地表へと上昇する"水"が、巨大なプレート境界地震の広がりを止める一方で、直下型地震を引き起こす可能性があることを明らかにしました。東北大学大学院理学研究科の鈴木琳大郎大学院生（研究当時）と内田直希准教授（研究当時。現在東京大学地震研究所教授）らの研究グループは、深層学習モデルを用いた大量の地震波形解析により、東日本の太平洋沿岸海域〜関東地方下に「前弧地震帯」を発見しました。この地震帯は、従来よりも浅い場所でのプレートからの脱水を示し、そこから上昇する水の経路となっています。深さ約35-75kmのプレートから出た水は、その直上のプレート境界断層を潤滑し、プレート...

嫌な記憶を思い出すと、胸が苦しくなったり冷や汗が出たりすることがあります。こうした「記憶」と「感情・自律神経」の連携は、危険を避けて生き延びるうえで重要なしくみです。東北大学大学院生命科学研究科の大原慎也准教授らの研究グループは、記憶の中枢である海馬と、意思決定や感情の制御に関わる内側前頭皮質とをつなぐ神経回路を、最先端の神経科学的手法を用いて詳細に解析しました。その結果、これまであまり注目されてこなかった背側海馬の後部（dcHPC）が、自律神経系や情動の制御に関与する背側脚皮質（DP）と強く結びついていることが明らかになりました。さらに、この神経回路が多くの抑制性ニューロン...

細胞エネルギー源であるATPは生存に必須であり、その濃度は通常大きく変動しないと考えられてきました。東北大学大学院生命科学研究科の古川孝太大学院生と松井広(こう)教授（大学院医学系研究科兼任）らのグループは、てんかん発作による代謝的負荷をかけた際のマウス神経細胞内ATP、アストロサイト内ピルビン酸、および血流量の変動を解析し、脳内でのエネルギーの流れを決定する要因を探ることに挑戦しました。研究グループは、ATP、ピルビン酸、血流量に対する蛍光センサー（注６）を用いた新規解析法を開発し、マウスの脳内エネルギーのダイナミクスを調べました。その結果、てんかん発作時に神経細胞内...