カルシウムイメージングとAIで「マウスの見ている世界」を再現する 脳の視覚情報処理に関わる新しい研究室誕生！/?田盛史 研究室
大学院医歯薬学研究部 医学域 生理学分野 教授
?田 盛史（よしだ たかし）研究室
?田先生の研究室では、カルシウムイメージングと础滨を駆使し、マウスの脳活动から「见ている世界」を再现する研究に挑んでいます。自分の动きと视覚情报が统合される「感覚运动统合」の解明を通じ、脳が安定した世界を构筑する普遍的な仕组みを探求しています。この研究により、自闭スペクトラム症等の精神疾患における感覚処理の异常解明や、新たな治疗法开発に繋がることも期待されています。
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（「とく迟补濒办」2026年夏号掲载/取材2026年4月）
感覚运动统合のメカニズムを探求中
?田先生の研究のメインテーマは「视覚情报処理」です。特に大脳皮质がどのように情报を処理しているかという点に注目しています。
従来の视覚研究は被験者がモニターの前にじっと座り、刺激を観察するスタイルが主流でした。しかし私たちは常に动いています。そして动き回っても视野がブレることはありません。
「私たちは普段、絶えず头や目を动かしています。本来なら、自分自身の动きによって视界はブレた状态として脳に情报が入ってくるはずなのですが、私たちは安定した鲜明な世界を见ています。このようなブレの一部は反射性の眼球运动により补正されますが、それだけでは十分ではなく、残ったブレの成分は脳が自らの动きを予测し、情报を补正していると考えられます」。
このような、自分の动き（运动）と外からの情报（感覚）が脳内でどのように相互作用しているのかという「感覚运动统合」の研究を一つのテーマとして进めています。神経科学の分野では、脳が外界の変化を予测し、その予测と実际の入力との「误差」を処理するという「予测符号化（プレディクティブコーディング）」という理论が提唱されています。そうした理论の実証も见据えつつ、脳がどのように安定した世界を构筑しているのか、そのメカニズムの解明を目指しています。
カルシウムイメージングと础滨で「マウスの见ている世界」の再现が可能に
研究には、マウスの脳活动を顕微镜で観察する「カルシウムイメージング」という手法を用いています。カルシウムイメージングは特殊な蛍光タンパク质により细胞内のカルシウムイオンの浓度変化を蛍光顕微镜によって可视化?测定する技术です。神経细胞にこの特殊なたんぱく质を発现させ、神経活动にともなう细胞内のカルシウム浓度の上昇を手がかりに、神経细胞が活动した瞬间に光る（蛍光强度が上がる）様子をリアルタイムで捉えることができます。
加えて础滨や机械学习といった数理的アプローチも积极的に取り入れ、実験データと数理解析を组み合わせることで、神経细胞机能のモデル化や神経细胞が持つ情报の読み出し（デコーディング）などを通じて、より详细な脳机能の理解を目指しています。
「こうした解析を通じて、动物がどのように世界を认识しているのかを探ることができます。例えばマウスに写真を见せた际の神経活动を记録し、その活动パターンから『マウスが何を见ていたのか』を推定して画像を再构成することも可能です。マウスは视力があまり高くないため、実际の见え方に近づけるよう画像をぼかして解析すると、より现実的な视覚情报の再构成が得られることも分かってきました。さらに、1枚1枚の画像の视覚情报の再构成には、同时に测定された数百个の神経细胞のうち20个程度の神経细胞でも十分な情报が含まれていることが明らかになっています。このような情报を持つ少数の神経细胞の组み合わせが次々と入れ替わることで、多様な画像情报が表现されています。これは、少数の神経细胞だけを使って効率よく情报を表现する「スパースコーディング」という考え方を実験的に示した成果でもあります。また、スパースコ―ディングは、脳が省エネルギーかつ効率的に情报処理を行っていることを示唆しており、过剰な同期活动による异常な脳活动を防ぐ仕组みにも関係していると考えられています」。
とはいえ、マウスは视覚にあまり依存していない动物。そのため「20个程度という少ない神経细胞でこと足りるのでは？」という疑问について、?田先生は次のように答えます。
「スパースコーディングは、マウスだけでなくサルやネコなど多くの动物种で报告されている、普遍的な情报処理の仕组みと考えられています。确かにマウスは嗅覚やヒゲによる体性感覚への依存が大きい动物ですが、远くの情报を把握する际には视覚を利用しています。例えば、上空から黒い物体が急速に近づいてくるように见える刺激を与えると、マウスはそれを天敌と认识し、惊いて动きを止めたり、隠れたりします。このような生存に関わる行动においても视覚情报が重要な役割を果たしています。视覚の基本的な仕组みには、ヒトやサルと共通する部分も多く、マウスを用いた研究は、ヒトを含む脳の视覚情报処理を理解する手がかりにもなると考えています」。
自然な行動の中で脳を探る 精神疾患のメカニズム解明へ
実験ではこれまで、顕微镜下でマウスの头部を固定した状态で脳活动を计测してきましたが、最近はマウスが自由に动き回る、より自然な状态での计测にも取り组んでいます。
视野を撮影する小型カメラや回転センサー、マウスの头部に搭载できる超小型の蛍光顕微镜を用いることで、动き回るマウスが「何を见て」「どのように动き」、その时に「脳がどのように活动しているのか」を同时に记録します。これにより、感覚情报と运动情报が脳内でどのように统合されているのかを、より実环境に近い条件で解析することが可能になってきました。
こうした研究は、自闭スペクトラム症や统合失调症といった精神疾患の理解や治疗にもつながると期待しています。
「これらの疾患を抱える方々の中には、感覚が过敏になったり、逆に钝麻したりといった感覚処理の问题を抱えるケースが多く报告されています。例えば、『急に明るいところに出ると眩しすぎる』『雑多な场所で视覚的なノイズが见えてしまう』といった症状です。さらに、感覚と运动の统合不全も报告されています。しかし、これらについての脳内での具体的なメカニズムはまだ解明されていません。疾患モデルマウスの脳活动を解析し、彼らがどのように『変容した视覚経験』をしているのかを、脳活动からの视覚情报のデコーディングなどを通して、解明したいと考えています。また、将来的には、异常な神経活动をもたらす视覚入力や、运动情报との统合の破绽が生じる状况を特定し、环境要因の制御や异常な脳活动のフィードバック制御による新たな治疗介入法の开発を目指していきます」。
学生と共に创る、新しい脳科学研究室
?田先生が徳岛大学に着任したのは、2025年11月。当初は先生お一人の状态から始まった研究室ですが、半年が経过した现在、惊くべきスピードで体制が整いつつあります。
「3月までは本当に一人きりでしたが、4月から秘书の方が加わり、现在は二人体制です。そして何より、秘书さんの広报活动が素晴らしく、研究室の最大の强みになっています（笑）」。
生理学分野は医学部基础础栋１贵ドンツキにあるのですが、初めて来る人にはちょっと分かりにくい场所。そうした访问者のために廊下に生理学分野についての绍介文が掲示してあります。厂狈厂（苍辞迟别）でも热心に情报発信していて、こうした努力が功を奏し、今年度はすでに1年生から4年生までの８名の学部生が所属し、日常的に出入りする活気ある环境となっています。
研究室の様子は苍辞迟别「シン?あべみょん」をチェック！
「徳岛大学医学部の大きな特徴の一つに、半年间じっくり一つの研究室に所属できる『医学研究実习』など、学部学生が研究に携わることができるプログラムがあります。これらの制度を最大限に活用し、学部生が主役となって研究を进めてくれています。
今、来ている学生たちも『数理モデルを使った解析をしたい』『学习によって神経活动がどう変わるか调べたい』など、それぞれの兴味に基づいた研究を行っています。私はどうしてもこれまでの経験に缚られがちですが、学生のフレッシュで斩新なアイデアにはいつも惊かされます。彼らの『とんでもないアイデア』を大切にしながら、一绪に脳の谜解きを楽しみたいと思っています」。
兴味のある人はぜひ研究室を访ねてみてください。
