2017 Fiscal Year Annual Research Report
Cortical local circuits for multi-area interconnectivity and parallel processing
| Project Area | Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing |
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| Project/Area Number |
17H06311
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
川口 泰雄 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 教授 (40169694)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
倉本 恵梨子 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 助教 (60467470)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 前頭皮質 / 錐体細胞 / 局所回路 / ソマトスタチン / 電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多様な出力に対応した皮質局所回路の結合原理と多様な視床入力の局所結合選択性を解明すること、その結合解析のための光学・電子顕微鏡相関解析の確立を目指している。本年度は前頭皮質出力サブネットワークに対応した抑制結合分化と、光顕・電顕相関構造解析のための技術開発を行った。
1.出力サブネットワークに対応した抑制結合分化
前頭皮質5層の主要なGABA作動性細胞である、ソマトスタチン陽性のLTS(low threshold spike)細胞と、5層錐体細胞の主要な投射サブタイプである、橋核投射(CPn, corticopontine)細胞と交叉性線条体投射(CCS, crossed corticostriatal)細胞との間の結合選択性とシナプス伝達特性を比較解析した。LTS細胞グループは、電気的・形態的性質が多様な細胞から成っていた。LTS細胞はCCS細胞よりCPn細胞から興奮性入力を受ける確率が高かった。CCS細胞が、入力抵抗が低く、リバウンド発火が弱く、樹状突起が垂直方向に拡がるLTS細胞と相互結合するのに対して、CPn細胞は高抵抗、強いリバウンド発火、狭い樹状突起領域のLTS細胞と結合していた。これらの興奮性入力の時間的促通様式もLTS細胞の種類に依存していた。ソマトスタチン細胞は錐体細胞を出力依存的に抑制することが分かった。
2.光顕・電顕相関構造解析のための技術開発
テープに載せた超薄切片を走査型電顕を使って連続的に撮像することで、光学顕微鏡でタイプを同定した樹状突起・軸索のシナプス結合解析を定量的に行う、光顕・電顕相関構造解析の技術開発を進めている。試料への電荷蓄積が走査型電顕の解像度・像質を悪くするので、極めて導電性の高いテープを導入した。並行して開発してきた新規の重金属染色法を組みわせることで、透過型電顕のものに近い電顕像を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前頭皮質局所回路の理解にとって大切な、5層抑制性細胞の出力依存的シナプス結合を明らかにできた。新規のテープ・染色法の開発よって、走査型電顕によるシナプス像の改善を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前頭皮質局所回路構造を理解するために、錐体細胞・抑制細胞サブタイプの結合規則を更に明らかにするとともに、電顕像の取り込み・神経要素の立体再構築の技術を改良し、特定入力のシナプス構造定量的解析に適用したい。
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