視床-大脳皮質神経回路における感覚情報の変換機構

• Project/Area Number: 17023049
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 井本 敬二 生理学研究所, 生体情報研究系, 教授 (00176512)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 剛 生理学研究所, 生体情報研究系, 助手 (40370134)
• Project Period (FY): 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2005: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000)
• Keywords: 視床 / 大脳皮質 / 脳スライス / パッチクランプ / ダイナミッククランプ / カルシウムチャネル / てんかん / 変異マウス

Research Abstract

感覚入力(視覚・聴覚・体性感覚等)は、視床で中継され大脳皮質へ送られるが、"視床は単たる中継なのか、それとも何らかの情報処理を行っているのか"、という疑問に対する明確な解答は実験的には得られていない。一つの仮説として、"視床は感覚情報を大脳皮質が受け取りやすい形に変換する"といわれている。本研究計画では、その神経ネットワークレベルの仮説を、細胞・シナプスレベルで実証することを目的とし、解析システムの開発と病態の解析の両面から研究を進めた。
ダイナミッククランプ法とは、神経回路の一部を人工的神経回路に置き換える手法であり、神経回路の機能解析ツールとして最近注目されている。視床神経細胞群の同期性神経発火の発生機構を明らかにするため、4細胞(3つの視床リレー細胞と1つの網様核細胞)からの同時記録にダイナミッククランプ法による人工シナプス電流を組み合わせ、視床ハイブリッド神経回路を構築した。この実験系を用いることにより、視床リレー細胞間の神経発火の同期性が、シナプス電流やシナプス配線の異常によってどのように修飾されるのか、検証することが可能になった。
遺伝子変異マウスtotteringは、P/Q型電位依存性カルシウムチャネルに点変異を持ち、欠神てんかん脳波を呈することが知られている。欠神てんかん発作の責任病巣は、視床-大脳皮質神経回路であると考えられている。我々はこれまで、視床から大脳皮質へのフィードフォワード抑制電流が激しく減弱していることを報告してきた。今年度において、この抑制電流の減弱が大脳皮質神経細胞において長期にわたる脱分極を引き起こすことを明らかにした。加えて、この抑制電流の減弱は体性感覚野では観察されるが、聴覚野では観察されないことも明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of AMPA receptors targeted by the climbing fiber transmitter mediating presynaptic inhibition of GABAergic transmission at cerebellar interneuron-Purkinje cell synapses. (2006)
  • Author(s): Satake S, Song SY, Cao Q, Satoh H, Rusakov DA, Yanagawa Y, Ling EA, Imoto K, Komshi S
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 26 Pages: 2278-2289
• [Journal Article] Imaging cellular signals in the heart in vivo : Cardiac expression of the high-signal Ca^<2+> indicator GCaMP2. (2006)
  • Author(s): Tallini YN, Ohkura M, Choi BR, Ji G, Imoto K, Doran R, Lee J, Plan P, Wilson J, Xin HB, Sanbe A, Gulick J, Mathai J, Robbins J, Salama G, Nakai J, Kotlikoff MI
  • Journal Title: Proceedings of National Academy of Science, U.S.A. 103 Pages: 4753-4758
• [Journal Article] Impaired feedforward inhibition of the thalamocortical projection in epileptic Ca^<2+> channel mutant mice, tottering. (2006)
  • Author(s): Sasaki S, Huda K, Inoue T, Miyata M, Imoto K
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 26 Pages: 3056-3065
• [Journal Article] Arrhythmogenesis in the short QT syndrome associated with combined HERG channel gating defects : a simulation study. (2006)
  • Author(s): Itoh H, Horie M, Ito M, Imoto K
  • Journal Title: Circulation Journal (in press)
  • NAID: 110004497242
• [Journal Article] A mechanism for the inactivation of Ca^<2+>/calmodulin-dependent proteinkinase II during prolonged seizure activity and its consequence after the recovery from seizure activity in rats in vivo. (2006)
  • Author(s): Yamagata Y, Imoto K, Obata K
  • Journal Title: Neuroscience (in press)
• [Journal Article] In vitro odor-aversion conditioning in a terrestrial mollusk. (2006)
  • Author(s): Inoue T, Murakami M, Watanabe S, Inokuma Y, Kirino Y
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology (in press)
• [Journal Article] Clinical and electrophysiological characteristics of Brugada syndrome caused by a missense mutation in the S5-pore site of SCN5A. (2005)
  • Author(s): Itoh H, Shimizu M, Mabuchi H, Imoto K
  • Journal Title: Journal of Cardiovascular Electrophysiology 16 Pages: 378-383
• [Journal Article] A novel missense mutation in the SCN5A gene associated with Brugada syndrome bidirectionally affecting blocking actions of antiarrhythmic drugs. (2005)
  • Author(s): Itoh H, Shimizu M, Tanaka S, Mabuchi H, Imoto K
  • Journal Title: Journal of Cardiovascular Electrophysiology 16 Pages: 486-493
  • NAID: 10014384040
• [Journal Article] Genetically encoded bright Ca^<2+> probe applicable for dynamic Ca^<2+> imaging of dendritic spines. (2005)
  • Author(s): Ohkura M, Matsuzaki M, Kasai H, Imoto K, Nakai J
  • Journal Title: Analytical Chemistry 77 Pages: 5861-5869