2017 Fiscal Year Research-status Report
履歴依存的な神経応答修飾によるさえずり配列の符号化
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17K07067
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
荒木 亮 沖縄科学技術大学院大学, 臨界期の神経メカニズム研究ユニット, ポストドクトラルスカラー (60649078)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 聴覚 / 配列情報の符号化 / 細胞内記録法 / 神経分類 / 形態計測 / アデノ随伴ウイルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトの脳は、話者が発することばの配列から複雑な情報を読み取るが、音声配列がどのように神経活動に符号化されるのか、明らかでない。本研究は、短い発声（シラブル）の配列からなる歌を、個体の識別や求愛に用いるキンカチョウを用い、聴覚入力の配列情報を符号化する神経基盤を明らかにすることを目的とする。
キンカチョウは、幼鳥時に親の歌を聞き覚え、その記憶を基に自身の歌を身に付ける。歌情報の符号化には、聴覚野に存在する、シラブルに選択的に応答するLF神経と、歌のリズムに応答するHF神経が、重要な役割を果たしていると考えられる。そこでまず、これらの神経が受ける神経入力と形態的な特徴を細胞内記録とトレーサーの細胞内導入により調査した。
その結果、HF神経は、幅広い断続的な音刺激に対し、有音区間と無音区間でそれぞれ持続的な脱分極性、過分極性応答を示した。リズム依存的な応答は、興奮性と遅延抑制入力のバランスで成り立っていると考えられる。一方、LF神経は、短い脱分極応答を繰り返し、刺激の音響的特徴に応じた興奮性入力を受けることで、シラブル選択性の高い応答を示すと考えられる。形態計測の結果、HF神経は錐形の細胞体と方向性を持った樹状突起を共通して有していた。
そこで、アデノ随伴ウイルス用いて細胞型特異的に聴覚野神経に蛍光タンパクを発現させ、聴覚野神経の網羅的分類を試みた。その結果、興奮性神経と考えられるクラスタの一つとHF神経の形態的特徴が一致し、HF神経が興奮性神経の1グループを形成している可能性が示唆された。
神経回路を構成する神経細胞種と、それらの入力・応答特性を知ることは、回路の作動機序の理解に欠かせない。LF、HF神経への神経入力の特徴を明らかにするのみでなく、網羅的な神経細胞分類法を確立したことは、今後の研究の基盤となる重要な成果であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究対象となるLF、HF神経は聴覚野出力層に存在している。ガラス管微小電極をこれらの神経に刺入し、膜電位応答を記録するためには、出力層背側に広がる聴覚野入力層を突破する必要がある。この層は、視床からの神経投射を密に受けるため、薄いが非常に強固で、しばしば微小電極の先端を破損させ、細胞から安定した記録を維持することが困難であった。また、安定して膜電位応答を記録できている状態であっても、静止膜電位のわずかな変動で聴覚刺激に対するスパイク応答頻度が大きく変動する問題に直面した。このため、膜電位応答記録実験の進捗が遅れ、逆相関法を用いた聴覚応答特性モデルの作成と、これを用いた配列依存的な応答修飾の解析について、当初予定したよう進めることができていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
ガラス管電極の進入角度を聴覚野入力層に対して垂直になるよう変更するなど、電気生理学的実験手法を改良し、履歴依存的な聴覚応答修飾の動態と生理機構について、引続き研究を遂行する。
当初、応答修飾の神経生理メカニズム解明のため、２連ガラス管電極を介して細胞内記録と局所圧力注入を同時に行う薬理実験を計画していた。しかし、細胞内記録自体の難易度が高く、現時点で実現は困難であると判断した。そこで、アデノ随伴ウイルスベクターを利用して、光活性化チャンネルを選択的に興奮性、或は抑制性の聴覚野神経に発現させた個体を作成し、細胞内記録中に光遺伝学的な神経活動操作を行うことで、履歴依存的な応答修飾の生理メカニズムの解明を試みる。
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| Causes of Carryover |
単一微小ガラス管電極を用いた細胞内記録実験に困難が生じたため、当初予定していた、2連ガラス管電極を介して細胞内記録と薬物圧力注入を同時に行う実験は、現時点では困難であると判断した。この実験に必要な2連ガラス管、及び、専用プラーの購入を見送ったため、当初予定した使用額に至らなかった。次年度使用額は、引き続き行う細胞内記録実験に加え、上記実験の代替として、膜電位記録と光遺伝学的な神経活動操作と組み合わせ、聴覚応答修飾の神経生理機構の解明を目指す実験に使用する予定である。
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