脳深部の神経回路を「記録しながら操作」する革新的プローブ「Neuropixels Opto」

その結果、開発者が「撹乱＆記録（perturb-and-record）」能力と呼ぶものが実現した。ある皮質層で遺伝的に定義されたニューロン集団を刺激し、同時に、周囲の何百ものニューロン、さらには遠く離れた脳領域に生じる波及効果を記録できるのだ 。

驚くべき発見：局所的な刺激がもたらす非局所的な影響

『Nature Methods』誌に報告されたマウスでの初の体系的なテストでは、プローブが皮質の異なる深度でニューロンを選択的に活性化または抑制できることが実証された 。これは想定通りだった。研究者たちを驚かせたのは、その局所的な撹乱の影響がどれほど遠くまで伝わるかだった。

マウスの線条体や他の脳深部構造において、Neuropixels Optoは効率的な「光タグ付け（optotagging）」を実現した。これは、光駆動型の応答に基づいて遺伝的に定義された細胞種を同定する手法である 。さらに重要なことに、960カ所での同時記録により、局所的な皮質カラムの操作が、離れたニューロンや脳領域に広範かつ非局所的な効果を生み出すことが明らかになったのだ 。

従来の技術では、研究者は刺激用と記録用に別々のツールを使わざるを得なかったため、こうしたネットワークレベルの伝播パターンを観察するのは極めて困難だった。Neuropixels Optoは、その分離を単一の機器へと集約し、局所的な撹乱が生きた脳全体にどのように波及するのか、その真の複雑さを露わにする。

疾患研究にどのような変革をもたらすか

脳深部の構造に到達しつつ、特定の細胞種を同時に記録・操作できる性能は、本質的に回路レベルの障害である神経疾患や精神疾患の研究にとって、このプローブを強力なツールとする。

アルツハイマー病

海馬と嗅内皮質は、アルツハイマー病の病理に最も早く侵される構造の一つである。Neuropixels Optoの長いシャフトはこれらの深部領域に到達でき、その光照射部位は、アミロイドβやタウの蓄積によって機能不全に陥ることが知られている特定の介在ニューロン集団を標的にする 。これらの細胞を操作し、ネットワークの応答をリアルタイムで記録することで、研究者は単なる相関関係を超えて、病理が回路機能をどのように低下させるかという因果モデルを構築できる。

パーキンソン病

パーキンソン病は、黒質のドーパミンニューロンの脱落と、線条体および大脳基底核における異常な発火パターンを特徴とする。Neuropixels Optoは線条体などの深部構造に挿入でき、空間的に精密な光遺伝学的刺激を与えながら、異なる細胞種や回路経路を代表する何百ものニューロンからの記録を可能にする 。これにより、運動症状を実際に引き起こす細胞種や、ドーパミンシグナルが失われた際の相互作用を解きほぐす手助けになる可能性がある。

統合失調症

統合失調症に関する有力な仮説の一つは、パルブアルブミン陽性の介在ニューロンと、皮質ネットワークを協調させるガンマ周波数振動の生成におけるその役割を関係づけている。Neuropixels Optoは、遺伝的に標識されたこれらの介在ニューロンを直接活性化または抑制しながら、分散した皮質の集団から記録することができる。これにより、介在ニューロンの機能不全がこの疾患の認知および知覚症状の根底にあるという仮説を、因果的に検証できるようになる 。

研究者たちはもはや、神経活動を行動や病理と単に相関づけるだけでなく、特定の細胞種が機能不全に陥ったときに実際に何を引き起こすのか、という問いを立て、それに答えることができる。相関から因果へのこの転換こそが、Neuropixels Optoをトランスレーショナル神経科学における真の飛躍へと導くものである。