Research press release





今回、Karl Deisserothたちは、光信号を用いて心筋細胞を標的とする非侵襲的な光学ペースメーカーを開発し、マウスの心拍数を基準心拍数(毎分660回)から毎分900回に増加させられるようにした。マウスを使った実験で、心拍数を光学的に増加させたところ、不安様行動と恐怖が強く現われるようになったが、そうなったのは潜在的に危険な環境におかれたマウスだけだった。Deisserothたちは、こうした影響が現れることの背景にある機構を調べるため、脳のスキャン画像を分析して、脳の活動の変化を調べた。その結果、心拍数が増加した時に不安様行動や不安そうな行動の誘発を仲介する脳領域の候補として、後部島皮質が特定された。この脳領域は、全身からのシグナルを受け取って処理する機能を果たしている。さらに、光学的方法で心臓を人工的に拍動させると誘発される不安様行動が、後部島皮質の抑制によって減少することも分かった。

同時掲載のYoni CoudecとAnna BeyelerのNews & Viewsでは、「今回の研究では、心拍数が不安に影響することがあり、他の情動行動にも影響する可能性が非常に高いことが、少なくともマウスの場合に明確に実証された」とされている。心拍数の増加が脳や感情的行動に及ぼす長期的な影響を特定し、今回の知見のトランスレーショナルな応用や治療への応用の可能性を調べるために、さらなる研究が必要とされる。

An increased heart rate is linked to an increase in anxiety-related behaviours in mice, according to a study published in Nature. The findings demonstrate how signals from the body may influence affective behaviours relevant to emotions such as anxiety and fear.

Emotional states influence how the body functions. For example, anxiety and fear can cause the heart to beat faster. However, whether the reverse may be true — an increase in heart rate might induce anxiety or fear responses — has remained an unanswered question. One of the major challenges for evaluating the effects of heart rates on emotions is that the researchers lacked a proper tool to precisely control the heart rate without causing side effects or introducing confounding factors.

Karl Deisseroth and colleagues developed a non-invasive optical pacemaker, which uses light signals to target heart muscle cells, that can increase the heart rate of mice to 900 beats per minute (bpm), compared to baseline heart rates of 660 bpm. The authors found that an optically induced increase in heart rate enhanced anxiety-like behaviours and fear in mice, but only in potentially risky environments. To investigate the underlying mechanisms of this effect, the authors scanned the brain for changes in activity. They identified the posterior insular cortex, a region in the brain that receives and processes signals from around the body, as a potential mediator for the anxiety-like and apprehensive behaviours that were induced by increased heart rates. Moreover, inhibition of the posterior insula cortex was found to reduce the anxiety-like behaviours induced by optical cardiac pacing.

“This is an unequivocal demonstration that, at least in mice, heart rate can affect anxiety, and can probably influence other emotional behaviours, too,” write Yoni Coudec and Anna Beyeler in an accompanying News & Views article. Further studies are needed to identify the long-term effects of increased heart rates on the brain and affective behaviours, and to explore potential translational and therapeutic applications of these findings.

doi: 10.1038/s41586-023-05748-8

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