大脳聴覚野シナプス可塑性による回路調節

• Project/Area Number: 12053224
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 澁木 克栄 (渋木 克栄) 新潟大学, 脳研究所, 教授 (40146163)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 工藤 雅治 新潟大学, 脳研究所, 助教授 (80153310) ; 菱田 竜一 新潟大学, 脳研究所, 助手 (90313551)
• Project Period (FY): 2000 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥96,800,000 (Direct Cost: ¥96,800,000); Fiscal Year 2004: ¥19,100,000 (Direct Cost: ¥19,100,000); Fiscal Year 2003: ¥19,700,000 (Direct Cost: ¥19,700,000); Fiscal Year 2002: ¥19,300,000 (Direct Cost: ¥19,300,000); Fiscal Year 2001: ¥19,300,000 (Direct Cost: ¥19,300,000); Fiscal Year 2000: ¥19,400,000 (Direct Cost: ¥19,400,000)
• Keywords: フラビン蛋白 / 脳機能イメージング / 聴覚野 / 体性感覚野 / 視覚野 / マウス / シナプス可塑性 / 発達 / 行動解析 / スキナー箱 / 振動覚 / 報酬 / ラット / フラビン蛋白質 / 光学的記録法 / 自家蛍光 / 振動刺激 / アセチルコリン / 行動学的解析 / LTP / GABA受容体 / 18a野 / 結合問題

Research Abstract

マウスの頭蓋骨は透明度が高いので麻酔マウスの大脳皮質の光学的なイメージングを頭蓋骨を介して行うことができる。今年度はこの経頭蓋的フラビン蛋白蛍光イメージングを用いてマウス大脳皮質感覚野の可塑性を解析した。
聴覚野では音刺激の高さによって特徴的な反応パターン(tonotopic map)が知られているが、これを確認した。次に特定の周波数(10キロヘルツ)の音に幼若期より曝したときの聴覚野可塑性について解析した。その結果、10キロヘルツの反応は有意に増強されるが、5キロや20キロヘルツに対する反応は必ずしも増強されなかった。音に曝す期間を色々変化させたが、その効果に特定の臨界期は認められなかった。また動物を防音室で飼育すると聴覚野の反応の振幅や持続時間が有意に小さくなった。明確な臨界期が認められないことは視床-皮質シナプスではなく、皮質内回路の変化を推定させる。この可能性について検討するため、様々な音環境で飼育した動物から皮質切片を作製し、上顆粒層に連発電気刺激を加えて、興奮パターンをフラビン蛋白蛍光法で解析した。その結果、皮質の深さ方向への興奮の伝搬が防音室で飼育したマウスでは有意に抑えられた。以上の結果は、発達期の音環境が聴覚野応答を可塑的に調節し、特に皮質の垂直方向の結合が活動依存的に調節されることを示している。
さらに経頭蓋的フラビン蛋白蛍光イメージングをマウス視覚野活動の解析に利用したところ、視野に応じた皮質部位が応じ(retinotopic map)、また単眼の遮蔽により、遮蔽眼の応答が弱まることが判った。この時の可塑性は生後4週間前後に明確な臨界期が認められた。また体性感覚野では尾の切断に伴って、周辺の皮膚刺激に対する皮質応答部位(somatotopic map)が可塑的に改変されることが判った。

Research Products

• [Journal Article] 複雑なスペクトルパタン音のラット弁別学習の聴覚野依存性 (2005)
  • Author(s): 中山遥子 他2名
  • Journal Title: 新潟医学会雑誌 (印刷中)
• [Journal Article] 経頭蓋的自家蛍光イメージングで捉えたマウス体性感覚野機能マップの可塑性 (2005)
  • Author(s): 池田謙輔 他4名
  • Journal Title: 新潟医学会雑誌 (印刷中)
• [Journal Article] Learning of sound sequence discrimination dependent on cholinergic inputs to the rat auditory cortex. (2004)
  • Author(s): Kudh M 他2名
  • Journal Title: Neurosci.Res. 50 Pages: 113-123
• [Book] Coupling of brain function and metabolism : Autofluorescence imaging of neural activities by local changes in energy metabolism. (Handbook of Neurochemistry & Molecular Neurobiology. Neural Energy Utilization) (2005)
  • Author(s): Shibuki K 他4名
  • Publisher: Plenum, New York (印刷中)
• [Patent(Industrial Property Rights)] 学習機能障害評価方法、及びその学習機能障害評価用装置 (2004)
  • Inventor(s): 澁木 克栄, 工藤 雅治
  • Industrial Property Rights Holder: 新潟TLO
  • Filing Date: 2004-09-06
• [Publications] 村上博淳 他7名: "Short-term plasticity visualized with flavoprotein autofluorescence in the somatosensory cortex of anesthetized rats."European Journal of Neuroscience. 19. 1352-1360 (2004)
• [Publications] 北浦弘樹 他3名: "Activity-dependent persisting modification of polysynaptic neural circuits involving layer V pyramidal neurons in rat auditory cortex in vitro."European Journal of Neuroscience. 19. 356-364 (2004)
• [Publications] Maffei A 他5名: "NO enhances presynaptic currents during cerebellar mossy fiber-granule cell LTP."Journal of Neurophysiology. 90. 2478-2483 (2003)
• [Publications] 関健二郎 他2名: "Polysynaptic slow depolarization and spiking activity elicited after induction of long-term potentiation in rat auditory cortex."Brain Research. 988. 114-120 (2003)
• [Publications] 澁木克栄 他8名: "Dynamic imaging of somatosensory cortical activities in the rat visualized by flavoprotein autofluorescence."Journal of Physiology (London). 549. 919-927 (2003)
• [Publications] 菱田竜一 他4名: "Anisotropic functional connections between the auditory cortex and area l8ain rat cerebral slices."Neuroscience Research. 46. 171-182 (2003)
• [Publications] 工藤 雅治 他2名: "Differential dependence of LTD on glutamate receptors in the auditory cortical synapses of cortical and thalamic inputs"Journal of Neurophysiology. 88. 3167-3174 (2002)
• [Publications] 菱田竜一 他4名: "Anisotropic functional connections between the auditory cortex and area 18a in rat cerebra slices"Neuroscience Research. (in press). (2003)
• [Publications] 小野健太郎 他2名: "Relational discrimination learning between amplitude-modulated sounds in the rat"Neuroscience Letters. (in press). (2003)
• [Publications] 渡部俊介他3名: "Long-lasting memory of sounds combined with reward in rats"Neuroscience Letters. 311. 25-28 (2001)
• [Publications] 関健二郎他2名: "Sequence dependence of posttetanic potentiation after sequential heterosynaptic stimulation in the rat auditory cortex"Journal of Physiology (London). 533. 503-518 (2001)
• [Publications] 木村慎二他6名: "Cerebrospinal Fluid Nitric Oxide Metabolites are Novel Predictors of Pain Relief in Degenerative Lumbar diseases"Pain. 92. 363-371 (2001)
• [Publications] Seki K et al.: "Sequence dependence of posttetanic potentiation after sequential heterosynaptic stimulation in the rat auditory cortex."J.Physiol.(Lond.). (in press). (2001)
• [Publications] Kimura S et al.: "Cerebrospinal Fluid nitric oxide metabolites are novel predictors of pain relief in degenerative lumbar diseases."Pain. (in press). (2001)
• [Publications] Shibuki K et al.: "Suppression of the induction of long-term depression by carbon monoxide in rat cerebellar slices."Eur.J.Neurosci.. 13. 609-616 (2001)