脳のリズム生成と意味
Rhythms of the Brain
脳状態を特徴づける神経活動の律動を理解し、その生成機構と生理的役割を解明する
Understanding how neural rhythms generate brain states and regulate physiology
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睡眠徐波はどのように生成され、睡眠要求を反映するのか？
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REM睡眠やケタミン麻酔では脳律動はどのように形成されるのか？
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神経回路やイオンチャネルは脳状態をどのように切り替えるのか？
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How are sleep slow waves generated and how do they encode sleep need?
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How are neural rhythms generated during REM sleep and ketamine anesthesia?
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How do neural circuits and ion channels regulate transitions between brain states?
脳では、睡眠・覚醒、REM睡眠、麻酔など、それぞれの脳状態に特徴的な神経活動の律動が観察されます。これらの律動は脳状態を反映するだけでなく、その状態の維持や切り替えにも重要な役割を果たしています。しかし、それらがどのような神経回路や分子機構によって生み出されるのかは、まだ十分には解明されていません。
私たちの研究室では、睡眠徐波、レム睡眠における海馬シータ波、前障を中心とした皮質活動、さらに解離性麻酔薬ケタミンによって誘導される特徴的な脳律動を研究しています。睡眠徐波は睡眠要求の重要な指標であり、その生成には前障を含む皮質神経回路が関与します。また、レム睡眠では海馬シータ波が認知機能や記憶処理と密接に関連し、その形成にはナトリウムリークチャネルNALCNが重要な役割を果たすことを明らかにしてきました。
分子、神経回路、脳全体の活動を統合的に解析することで、脳律動がどのように脳状態を形成し、生理機能や行動を制御しているのか、その基本原理を理解することを目指しています。
Distinct neural rhythms characterize different brain states, including wakefulness, non-REM sleep, REM sleep, and anesthesia. These oscillatory activities are not merely biomarkers of brain states but actively contribute to their generation, maintenance, and transitions. However, the molecular and circuit mechanisms underlying these rhythms remain incompletely understood.
Our laboratory investigates the mechanisms that generate cortical slow waves, hippocampal theta oscillations during REM sleep, cortical activity centered on the retrosplenial agranular cortex (RSA), and the characteristic neural rhythms induced by the dissociative anesthetic ketamine. Sleep slow waves provide a quantitative measure of sleep need and are generated through coordinated cortical network activity. During REM sleep, hippocampal theta oscillations support cognition and memory processing, and we have identified the sodium leak channel NALCN as a key molecular component regulating these brain-state dynamics.
By integrating molecular genetics, electrophysiology, calcium imaging, and systems neuroscience, we aim to uncover the fundamental principles by which neural rhythms generate brain states and regulate physiological functions.
Selected publications
Funato et al., Ann Rev Genet in press
Narikiyo et al., Nat Neurosci 2020