教員の研究紹介
宮本 大祐

認知・情動脳科学専攻 Major of Cognitive and Emotional Neuroscience

睡眠と高次脳機能の関係
Sleep and cognition
Daisuke Miyamoto 
宮本 大祐 Daisuke Miyamoto

研究の背景と目的 Background and Purpose of Study

脳は24時間フル稼働することは出来ず、睡眠や休息を必要とする。一方、睡眠時の脳は外敵情報等の外部入力から隔離されているため、睡眠は動物にとってリスクを伴う。不思議なことに、夢を見ることからも予想されるように、睡眠中も脳の神経細胞はエネルギーを消費して活動している。しかし、リスクとエネルギーに対して、睡眠がどの様なリターンを持つのかは未だに良く分かっていない。なぜ睡眠時にも脳のネットワークは情報を連絡しているのか?睡眠が記憶や情動や創造力といった高次脳機能に果たす役割は何か?そんな疑問に答えるために、睡眠脳ダイナミクス研究室は、電気生理学や光遺伝学や行動薬理学等の実験技術の適用・開発を通じて、記憶・情動関連ネットワークの動態を解析して、睡眠の潜在能力を探求する。


The brain cannot fully operate 24 hours a day and requires sleep and rest. Meanwhile, sleep is a risky behavior for animals because the brain during sleep is isolated from external inputs such as predator information. Mysteriously, central nerve systems are active consuming energy even during sleep as you can expect from dreaming experience. However, the benefits of sleep on risk and energy are still unknown. Why does the brain network communicate information even during sleep? What roles do sleep play in higher brain functions such as memory, emotions, and creativity? To answer such questions, the Laboratory for Sleeping-Brain Dynamics explores the potential functions of sleep through analyzing brain network dynamics with state-of-the-art experimental skills such as electrophysiology, optogenetics, and behavioral pharmacology.

研究内容

私たちは睡眠脳ダイナミクスの全貌とその機能を捉えるために、神経活動の実験・解析技術を生体マウスに適用してきた。まず、自然な睡眠・覚醒パターンを生じる自由行動マウスにおいて、光ファイバーを用いた神経活動の観察・操作法を確立した (Miyamoto & Murayama, Neurosci Res, 2016)。さらに、脳波と筋電位を用いてコンピューター上でオンライン睡眠状態の判定をしてトリガーを出すことで、睡眠状態選択的なクローズドループ光操作系を開発した (Miyamoto et al., Science, 2016; Miyamoto et al., Front Neural Circuits, 2017)。これらの実験・解析系を用いて、ノンレム睡眠時の徐波のリズムで大脳皮質を刺激することによって、睡眠不足による記憶力の低下を回復させることに成功した。睡眠中だけではなく、断眠中における徐波刺激も記憶力を向上したことは、睡眠そのものよりも、睡眠時のオシレーションの記憶への重要性を示唆している。

 

参考文献

1. *Miyamoto D, Hirai D, *Murayama M “The roles of cortical slow waves in synaptic plasticity and memory consolidation.” Front Neural Circuits, 11: 92, 2017.

2. Miyamoto D, Hirai D, Fung CCA, Inutsuka A, Odagawa M, Boehringer R, Adaikkan C, Matsubara C, Matsuki N, Fukai T, McHugh TJ, Yamanaka A, *Murayama M “Top-down cortical Input during NREM sleep consolidates perceptual memory.” Science (New York, NY), 352(6291): 1315-8, 2016.

3. Miyamoto D, *Murayama M “The fiber-optic imaging and manipulation of neural activity during animal behavior.” Neurosci Res, 103: 1-9, 2016.

4. Miyamoto D, Iijima M, Yamamoto H, *Nomura H, Matsuki N "Behavioral effects of antidepressants are dependent and independent on the integrity of the dentate gyrus." Int J Neuropsychopharmacol 14(7): 967-76, 2011.

 
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