睡眠と睡眠調節 ― 皮質徐波の理解
私たちは毎日眠らなければ、苦しくなり、脳の働きが低下します。なぜ睡眠は必要で有益なのでしょうか？驚くことに、私たちはまだよく分かっていないのです。私たちの研究室メンバーは、睡眠についての理解を深め、誰もが良質な睡眠をとることができるように貢献したいと思っています。
私たちの脳は、覚醒時と睡眠時とで、その活動が大きく変化しています。特に、徐波睡眠とも呼ばれる深いノンレム睡眠（NREM）では、脳は非常に特異な信号を生成します。これらのゆっくりとした振動や徐波は、脳の外側の層である大脳皮質の神経細胞の高度に同期した活動によって生み出されます。これらの皮質神経細胞は、およそ1秒間に1回、一斉に活動から静寂へと変化します。この活動は、ヒトやマウスなどの哺乳類の頭皮表面から電気信号を記録することで検出することができ、この信号を脳波といいます。
私たちの研究室では、睡眠が脳に与える影響や脳の活動に与える影響を調べることで、睡眠の有益な役割を理解しようとしています。特に、睡眠が学習や記憶に与える効果に興味を持っています。また、良い睡眠と悪い睡眠を区別するものは何なのかを理解したいと思っています。
研究内容
私たちは、覚醒時と睡眠時のマウスの大脳皮質の活動パターンを調べ、脳の活動がどのように変化しているかを解明しています。睡眠中の活動はあまり組織化されていないことが分かっています。
また、覚醒時と睡眠時の脳を刺激したところ、睡眠時の脳の方がより大きな反応を示すことが分かりました。
これらのことから、脳の機能的な繋がりは、覚醒時と睡眠時で大きく変化することが分かっています。そして、どの繋がりが強くなり、どの繋がりが弱くなるかを判断したいのです。
また、新しいツールを使って神経細胞の行動を操作し、覚醒や睡眠の制御や操作に利用しています。
ヒトの場合、脳波は脳活動を測定する唯一の新しいツールであることが多いのです。私たちは常に、脳波の解析に磨きをかけ、より多くのデータを抽出することを目指しています。
メンバー
研究業績
- 1. Park I, Kokudo C, Seol J, Ishihara A, Zhang S, Uchizawa A, Osumi H, Miyamoto R, Horie K, Suzuki C, Suzuki Y, Okura T, Diaz J, Vogt KE, Tokuyama K: Instability of NREM sleep in older women evaluated by sleep-stage transition and envelope analyses. In Front. Aging Neurosci. doi: 10.3389/fnagi.2022.1050648 (2022)
- 2. Takahashi TM, Hirano A, Kanda T, Saito VM, Ashitomi H, Tanaka KZ, Yokoshiki Y, Masuda K, Yanagisawa M, Vogt KE, Tokuda T, Sakurai T: Optogenetic induction of hibernation-like state with modified human Opsin4 in mice. In Cell Reports Methods 2, 100336 https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2022.100336(2022)
- 3. Han GE, Matsumoto S, Diaz J, Greene RW, Vogt KE: Dihydropyridine calcium blockers do not interfere with non-rapid eye movement sleep. Front. Neurosci. 16:969712. doi:10.3389/fnins.2022.969712 (2022)
- 4. Sakamoto K, Morikuni K, Sakurai T, Matsumoto S, Vogt K: Online Spectral Classification for Long-Term Spike Sorting. In 5th International Conference on Medical and Health Informatics, 89-97, https://doi.org/10.1145/3472813.3472830 (2021)
- 5. Tsai C-J, Nagata T, Liu C-Y, Suganuma T, Kanda T, Miyazaki T, Liu K, Saitoh T, Nagase H, Lazarus M, Vogt KE, Yanagisawa M, Hayashi Y: Cerebral capillary blood flow upsurge during REM sleep is mediated by A2a receptors. In Cell Reports 36 (7), 109558 (2021)
- 6. Park I, Díaz J, Matsumoto S, Iwayama K, Nabekura Y, Ogata H, Kayaba M, Aoyagi A, Yajima K, Satoh M, Tokuyama K, Vogt KE: Exercise improves the quality of slow-wave sleep by increasing slow-wave stability. In Sci Rep. Feb 24;11(1):4410. doi: 10.1038/s41598-021-83817-6. (2021)
- 7. Hirose Y, Kitazono T, Sezaki M, Abe M, Sakimura K, Funato H, Handa H, Vogt KE, Yanagisawa M: Hypnotic effect of thalidomide is independent of teratogenic ubiquitin/proteasome pathway. In Proc Natl Acad Sci U S A. 15;117(37):23106-23112. doi: 10.1073/pnas.1917701117. (2020)
- 8. Kumar D, Koyanagi I, Carrier-Ruiz A, Vergara P, Srinivasan S, Sugaya Y, Kasuya M, Yu TS, Vogt KE, Muratani M, Ohnishi T, Singh S, Teixeira CM, Chérasse Y, Naoi T, Wang SH, Nondhalee P, Osman BAH, Kaneko N, Sawamoto K, Kernie SG, Sakurai T, McHugh TJ, Kano M, Yanagisawa M, Sakaguchi M: Sparse Activity of Hippocampal Adult-Born Neurons during REM Sleep Is Necessary for Memory Consolidation. In Neuron. 5;107(3):552-565.e10. (2020)
- 9. Ohyama K, Kanda T, Miyazaki T, Tsujino N, Ishii R, Ishikawa Y, Muramoto H, Grenier F, Makino Y, McHugh TJ, Yanagisawa M, Greene RW, Vogt KE: Structure of cortical network activity across natural wake and sleep states in mice. In PLoS One. 15(5):e0233561. doi: 10.1371/journal.pone.0233561. (2020)
- 10. Matsumoto S, Ohyama K, Díaz J, Yanagisawa M, Greene RW, Vogt KE (2020) Enhanced cortical responsiveness during natural sleep in freely behaving mice. In Sci. Rep. 10(1):2278. doi: 10.1038/s41598-020-59151-8. (2020)
- 11. Ogawa Y, Kanda T, Vogt K, Yanagisawa M: Anatomical and electrophysiological development of the hypothalamic orexin neurons from embryos to neonates. In J Comp Neurol. 525(18):3809-3820. (2017)
- 12. Irukayama-Tomobe Y, Ogawa Y, Tominaga H, Ishikawa Y, Hosokawa N, Ambai S, Kawabe Y, Uchida S, Nakajima R, Saitoh T, Kanda T, Vogt K, Sakurai T, Nagase H, Yanagisawa M: Nonpeptide orexin type-2 receptor agonist ameliorates narcolepsy-cataplexy symptoms in mouse models. In Proc Natl Acad Sci U S A. 30;114(22):5731-5736. (2017)
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