MITが開発した「rsLSM顕微鏡」：脳全体の電気活動をミリ秒単位で記録する仕組み

神経科学者は長い間、ジレンマに直面してきました。電極を使えば少数のニューロンの活動をミリ秒単位で正確に記録できますが、脳全体の広がりは捉えられません。一方、蛍光カルシウムインジケーターを使えば脳全体の多くのニューロンをイメージングできますが、その時間分解能は神経計算の真の速度には遠く及びません。MITのエンジニアが開発した新しい顕微鏡が、そのギャップを埋めます。

**リモートスキャニングライトシート顕微鏡（rsLSM）**は、生きた生物の脳全体の電気活動をミリ秒単位の解像度で記録します 。2026年に学術誌『Neurophotonics』に掲載された論文と関連するプレプリントで報告されたこのシステムは、全脳光学イメージングに理想的な透明なモデル生物であるゼブラフィッシュの幼生で実証されました 。

なぜカルシウムイメージングでは追いつけなかったのか

過去10年以上にわたり、カルシウムイメージングは光学脳イメージングの主力技術でした。遺伝子コード化センサー（例：GCaMP）は、ニューロンが発火した後に流入するカルシウムイオンを検出します。しかしカルシウムは、電気信号そのものではなく、間接的なレポーターに過ぎません 。

2026年の解説記事では、「微小内視鏡的カルシウムイメージングは発火を測定するのではなく、蛍光の変化を測定する」と指摘されています。カルシウムの流入、除去、蛍光センサーの反応速度は、「活動電位のミリ秒単位のダイナミクスよりもはるかに遅い」のです 。その結果、カルシウムイメージングは個々のスパイクの正確なタイミングを体系的に捉えそこなっていました 。

これに対し、電圧イメージングは、**遺伝子コード化電圧インジケーター（GEVI）**を用いて膜電位を直接測定します 。これは遅延した化学的な反響ではなく、電気活動そのものを光学で直接読み取る手法であり、活動電位の追跡に必要なミリ秒単位の精度を提供します 。

rsLSMはどのように高速性を実現したか

MITのチームは、約200Hz（論文のバージョンでは200.8Hz）の全脳カバレッジを実現するため、rsLSMに2つの主要な革新を組み込みました 。

第一に、顕微鏡はサンプルを動かす代わりにリモートリフォーカスを採用しています。高速でスキャンするライトシートが脳ボリューム内の異なる平面に届けられ、機械的な動きを伴わずに、はるかに高速なボリュームスキャンを可能にしています 。

第二に、超高速デュアルカメラシステムがGEVIからの蛍光を捉え、個々の活動電位を識別するのに必要な速度でデータを取得します 。この組み合わせにより、従来のライトシート顕微鏡では到達できなかった速度で、ゼブラフィッシュの幼生の脳全体（約900×370×200µm）をスキャンすることが可能になりました 。

システムが明らかにしたもの：ゼブラフィッシュの幼生

rsLSMを用いて、研究者らはゼブラフィッシュの幼生の脳全体に分布する、ニューロンの約4分の1から3分の1の電位を測定しました 。その結果、「シーケンス内の異なるタイミングで発火するニューロンは、脳内の異なる場所に位置している」ことが観察され、自然な行動を駆動するミリ秒単位の集団ダイナミクスが明らかになりました 。

このレベルの時間的・空間的詳細——活動電位が脳全体をリアルタイムで伝播する様子を観察すること——は、これまでの全脳標本を使ったカルシウムイメージングでは不可能でした 。この研究は、逃避反応や遊泳などの高速な行動を、分散した神経回路がどのように協調しているのかを理解するための窓を開きます 。

技術の今後

rsLSMの即時的なインパクトは、ミリ秒単位の神経集団ダイナミクスがどのように自然行動を駆動するのかという、カルシウムイメージングでは答えられなかった疑問に研究者が取り組めるようにしたことです 。今後の研究では、より大型で複雑なモデル生物への電圧イメージングの適用や、光遺伝学と組み合わせることで、神経活動を高い精度で読み取り、操作する（リード＆ライト）技術の開発が期待されています 。