研究分担者
研究課題基本情報（最新年度）
研究期間
2004年度〜2006年度研究分野
審査区分
一般
研究種目
基盤研究(B)
研究機関
鳥取大学
配分額
- 総額：12800千円
- 2004年度：6700千円 (直接経費：6700千円)
- 2005年度：3500千円 (直接経費：3500千円)
- 2006年度：2600千円 (直接経費：2600千円)
研究概要（最新報告）
本課題は、研究代表者らが見出した、発達期視覚野での活動依存的軸索退縮現象について、その発現機構を明らかにすることで、神経回路発達のメカニズムの一端を探ろうとするものである。発達期の眼優位可塑性に関するこれまでの研究により、発達期には両眼入力が競合し、片眼遮蔽により遮蔽眼に対する視覚野ニューロンの反応性が失われることがわかっている。一方、片眼遮蔽と同時に視覚野ニューロンを抑制しておくと、通常とは逆に、視覚野ニューロンは遮蔽眼により強く反応するように変化し、健常眼への反応性が失われる。これらの知見は、従来より想定されてきた、有効な神経結合を強化する仕組みに加えて、皮質ニューロンが抑制されている時により強く活動している入力、すなわち無効な神経結合を選択的に淘汰する仕組みが働いていることを示している。
そのメカニズム解明の第1歩として、年齢依存性などについて正常皮質での眼優位可塑性との比較を行った。まず、逆向きの眼優位可塑性が成熟期には発現せず、発達期特異的な現象であることが判明した。そこで、その発現の速さについて検討したところ、3日間の片眼遮蔽後でも顕著な逆向きの眼優位可塑性は発現しない例が多く、通常の眼優位可塑性より遅い時間経過で発現することが明らかとなった。次に両眼入力の競合の関与について検討した。正常皮質での眼優位可塑性は、片眼遮蔽により両眼入力が不均衡となったときのみ発現し、両眼を遮蔽しても顕著な効果は見られない。ところが、抑制皮質では、両眼とも遮蔽しない場合に、片眼遮蔽での健常眼と同様に顕著な軸索退行が観察され、両眼遮蔽では退行は見られなかった。このことは、抑制皮質での眼優位可塑性には両眼不均衡は必要ないということを示す。この結果は、眼優位可塑性にはこれまで想定されてきたheterosynapticな「競合メカニズム」ではなく、homosynapticな機構が関与する可能性を示唆するものである。
Monocular visual deprivation (MD) in the early postnatal life causes a significant loss of cortical responses to a deprived eye and a retraction of geniculocortical axons serving the deprived eye (ocular dominance plasticity). On the other hand, when MD is combined with a pharmacological inhibition of the visual cortex by administering a GABAA agonist, muscimol, cortical neurons lose their responses to an open eye. Furthermore, active arbors serving an open eye selectively retract, whereas the branches of arbors from a deprived eye remain mostly intact, suggesting that uncorrelated activity between presynaptic inputs and cortical neurons leads to the pruning of afferent axons. To clarify the mechanism of ocular dominance plasticity in the inhibited cortex. we tested whether it has characteristics, such as age-dependency, similar to the plasticity in the normal cortex.
Muscimol-treatment of adult visual cortex did not induce a loss of open eye response, suggesting that the ocular dominance plasticity in the inhibited cortex operates only in developing animals as in the normal cortex. Further study showed that the ocular dominance plasticity proceeds in slower time course than in the normal cortex. Three days MD did not induce the ocular dominance plasticity in the inhibited cortex, while it exerted a saturated effect in the normal cortex.
Binocular deprivation (BD) exerts a much weaker effect on cortical responses than MD and does not induce the retraction of afferent axons. Thus, we examined whether the retraction of geniculocortical axons in an inhibited cortex could be induced in the absence of binocular imbalance. We analyzed the morphology of geniculocortical axons in a pharmacologically inhibited visual cortex of animals with normal vision and binocularly deprived animals. In the normal vision animals, the axonal arbors in the inhibited cortex showed robust retraction. On the other hand, the arbors in binocularly deprived animals remained mostly intact. These results suggest that a homosynaptic associative mechanism, rather than a heterosynaptic competition between inputs, may play an important role in the ocular dominance plasticity.
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