塩辛いポテトチップスを食べた後、おそらく喉が渇いたと感じることでしょう。 また、長時間運動をした後にも、喉の渇きを感じることでしょう。

最初の例では、おそらく水に手を伸ばします。 これは、ポテトチップスを食べた後、血液中の塩分やミネラルの濃度が高くなり、浸透圧性渇きと呼ばれる状態が引き起こされるからです。 一方、運動をした後は、水分補給と電解質（体の機能に重要なミネラル）の補給ができるゲータレードなどに手が伸びます。

今回、カリフォルニア工科大学の研究者たちは、浸透圧性渇きと脱血性渇きを別々に引き起こす、マウスの脳内のユニークなニューロン集団を発見しました。 この研究は、特定の行動や刺激によって活性化されるニューロンをマッピングするための、ハイスループットで堅牢な技術を利用したものです。

哺乳類の飲酒行動には、角下器官（SFO）と血管終末器官（OVLT）という2つの脳領域が重要であることが知られています。 岡研究室は以前、これらの領域のそれぞれに、飲酒行動を誘発する神経細胞と抑制する神経細胞の2つの一般的なカテゴリーがあることを明らかにした。

生物学および生物工学の博士研究員であるアラン-ヘルマン・プール氏が率いる研究チームは、これらの領域内の異なるタイプの神経細胞の特徴を明らかにすることを目的とした。 神経細胞は、発現する遺伝子レパートリーに基づいて異なる「タイプ」とみなされます。 プール教授らは、単一細胞RNA-seq法という手法を用いて、マウスのSFOとOVLT内のすべての神経細胞における遺伝子発現を測定した。 その結果、それぞれの脳構造には、少なくとも8種類の神経細胞が存在することが判明した。

次に研究チームは、刺激-細胞タイプマッピングという迅速かつ拡張可能な技術を開発し、異なる細胞タイプの機能を調べた。 この重要なツールにより、研究チームは、神経の活性化に関する分子シグネチャーをマッピングすることで、どの細胞が特定の行動状態に関与しているかを特定することができた。 このようにして研究チームは、SFO および OVLT 内に、浸透圧性渇きまたは脱血性渇きによってそれぞれ活性化される、2 種類のユニークなニューロンタイプがあることを発見しました」

プール教授は、「刺激-細胞タイプマッピング法は、あらゆる行動、意欲状態、薬物作用の原因ニューロンを迅速に特定するのに特に有効です」と述べています。 「かつて数年かかったことが、今では2週間で済むようになりました」

次に、研究チームは、光遺伝学と呼ばれる技術により、浸透圧および低出力に敏感なニューロンを光のパルスで活性化できるように、マウスを遺伝的に改変しました。 その結果、浸透圧感受性ニューロンが活性化されると、マウスは純水を飲み、塩分を含む水を避けるようになることがわかった。 一方、低浸透圧感受性ニューロンを活性化すると、マウスはミネラル豊富な液体に食欲を示しました。

「今回の結果は、渇きが異なる刺激によって引き起こされるマルチモーダルな感覚であることを示しています。 これは、味覚や嗅覚などの末梢感覚システムと非常によく似た戦略で、脳が内部状態を感知していることを示すものであり、非常に興味深い発見です」と岡教授は述べています。 「エストニア出身のPool氏は、「この研究は、米国の大学全般、特にカリフォルニア工科大学が支持するオープンで歓迎される環境なしには、実現不可能だったでしょう」と述べています。 プールはこの研究の筆頭著者である。 プールと岡に加え、キャルテックの他の共著者は、大学院生のTongtong Wangと元大学院生のSangjun Lee (PhD ’20)です。 その他の共著者は、カリフォルニア大学バークレー校のDavid Stafford (BS ’04), Rebecca Chance, John Ngai (BS ’82, MS ’84, PhD ’89)です。 資金提供は、カリフォルニア工科大学学長および生物工学部、サール奨学金プログラム、マリンクロット財団、マクナイト財団、クリンゲンシュタインサイモンズ財団、ニューヨーク幹細胞財団、国立衛生研究所からのスタートアップ資金によって行われました。 この研究は、カリフォルニア工科大学ベックマン研究所のシングルセルプロファイリングセンターを利用したものです。 岡はキャルテックのTianqiao and Chrissy Chen神経科学研究所の提携教授である

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