膜電位感受性色素
↑ Ross WN, Salzberg BM, Cohen LB, et al : A large change in dye absorption during the action potential, Biophys J 14 : 983-986, 1974
↑ Cohen LB and DeWeer P : Structural and metabolic processes directly related to action potential propagation. In, Handbook of Physiology, Nervous system. set. 1, vol. 1, pp137-159, 1977
1 2 3 Cohen LB, Salzberg BM : Optical monitoring of membrane potential. Rev Physiol Biochem Pharmacol 83 : 35-88, 1978
1 2 Cohen LB, Salzberg BM, Davila HV, et al : Changes in axon fluorescence during activity : molecular probes of membrane potential. J Membr Biol 19 : 1-36, 1974
1 2 3 4 5 Ross WN, Salzberg BM, Cohen LB, et al : Changes in absorption, fluorescence, dichroism, birefringence in stained giant axons. J Membr Biol 33 : 141-183, 1977
もう1つは、アプリシア(英語版)のえら引っ込め反射 (gill-withdrawal reflex) が取り上げられている (Zecević, et al, 1989)。これは Eric Kandelら (Kupferman, et al, 1988) が詳細に調べているが、Cohenらの研究は、このアプリシアのえら引っ込め反射に関する神経回路網とその動的神経機構を解析することがそのねらいである (Cohen, et al, 1989)。サイフォン、えら、および腹部神経節を含む神経系を付けたままで切り出した標本で、サイフォンに軽い機械的な刺激を加えると、えらの運動が引き起こされる。この運動をビデオテープに撮りながら、一方で腹部神経節内のニューロン活動を多数部位から同時記録するという方法である。12×12-素子photodiode arrayでニューロン活動を同時記録して、えら引っ込め反射時は、これまでに示唆されているよりはるかに多くのニューロンが活動していることを示した。さらに慣れ (habituation) および感作 (sensitization) に伴うニューロン活動の記録で、急性的に感作された神経節内で、えら引っ込め反射に伴って活動するニューロンの数は250から400個ぐらいと見積もっている。
哺乳類の中枢神経系におけるニューロン活動の光学的測定は、intactな中枢神経系とslice標本についてなされている。
一方、皮質のほうから考えると、それは光を反射、拡散、吸収する粒子(細胞)が不均一に詰まった層でもある。かつ、その散乱は大粒子の多重散乱である。これに加えて、着色系で吸光度の変化がreflectanceの中にどの程度入ってくるかという問題もある。したがって、測定している光学的変化が、皮質のどのような変化を反映しているかを一意的に決めることは難しい。この実験で膜電位感受性色素を用いているということで、ストレートに皮質における電位活動を見ていると結論づけるのは危険であるようにみえる。事実、ここで使われている色素NK2367の活動電位に伴う吸光変化は背景光に対して10~10 のオーダーであり、ビデオカメラで、それを捉えることはほとんど不可能といってよい。したがって、ここでは、電位活動によって引き起こされた何かほかの現象を拾っているかもしれない。 膜電位感受性色素を用いた画像法では、Kauer (1988) も発表している。彼はサンショウウオの嗅球をstyryl系色素 (RH414) で染色し、嗅神経線維を電気刺激して、嗅球での螢光変化(励起波長530nm, 螢光波長610nm)をTVカメラで捉え、画像化した。この実験では対照測定としては膜電位に対して非感受性色素が併用されており、その結果からも、この画像は明らかに嗅球での電位変化の場所的分布を示していると考えられる。
膜電位感受性色素は、膜電位変化に対する応答時間に応じて、fast-response dyesとslow-response dyesの2つに分類される (Waggoner, 1979)。また、slow-response dyesをdistributing dyesと呼ぶこともある。(Cohen and Salzberg, 1978 ; Waggoner, 1979)。研究の初めの段階では、merocyanine系がfast-response dyesに、cyanine系、oxonol系がslow-response dyesに属し、前者は局在化した陰性電荷をもち、後者は非局在性の陽性電荷をもつと単純に定義づけられたが (Waggoner, 1976 ; Cohen and Salzberg, 1978 ; 神野、1978)、その後、新しい膜電位感受性色素の開発合成に伴って、この概念には修正が加えられた。