単一細胞解像度での機能的ネットワークは、意識不明瞭時に空間的に混在するモジュールに分離される

科学分野:

• 神経科学
• システム神経科学
• 計算神経科学

背景:

• 睡眠および麻酔中の意識レベル低下の神経基盤は十分に理解されていない。
• 以前の研究における空間分解能の限界は、意識レベル低下の重要な空間スケールの探求を妨げていた。

研究 の 目的:

• 意識レベル低下時の神経ネットワーク組織化を異なる空間スケールで調査すること。
• マウスの覚醒時、睡眠時、麻酔時のネットワーク構造を比較すること。

主な方法:

• マウスの皮質領域全体で約10,000個のニューロンからのカルシウム信号を記録した。
• 単一細胞解像度および広視野二光子顕微鏡を使用した。
• 単一細胞およびメソスケールレベルでネットワーク構造を解析した。

主要な成果:

• 単一細胞スケールでは、睡眠と麻酔の両方で、覚醒時よりも高いネットワークモジュール性（分離されたネットワーク）が示された。
• 単一細胞モジュールは、すべての状態で空間的に混在していた。
• メソスケールでは、状態間のモジュール性の違いは一貫性がなく、空間的に局在するモジュールが見られた。

結論:

• 意識レベル低下時の脳ネットワーク組織化はスケール依存的である。
• 意識レベル低下時の広範なネットワーク分離という従来の考え方に疑問が投げかけられている。
• マルチスケール解析により、意識の変容状態における複雑なネットワークダイナミクスが明らかになった。