2020 Fiscal Year Annual Research Report
Encoding of syllable sequence by context dependent response modulation in auditory neurons
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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, 研究員 (60649078)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 形態学的神経細胞分類 / 細胞内記録法 / 脳透明化 / 形態計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鳴鳥であるキンカチョウは、数種類の音節を定型的な配列で繰り返しさえずる。この歌は幼鳥が成鳥の歌を聞き覚えることで後天的に獲得されるが、その際音節の配列がどのように聴覚野神経の活動に符号化されるのか明らかでない。
音節とその配列が作るリズムは、LF神経・HF神経と呼ばれる聴覚野神経の活動にそれぞれ符号化される。そこで、これら聴覚野神経の応答が入力履歴に依存して修飾されることで音節の配列も表現されると考え、逆相関法を用いてHF・LF神経の応答から読み取られる聴覚情報が音節配列でいかに修飾されるかを調べた。
応答記録のため細胞内へ電極を刺入すると、一過性に膜電が一部失われる。残念ながらLF・HF神経からの記録では膜電位の喪失が記録中も継続し、履歴依存的な応答修飾の評価に十分なデータを集めることが出来なかった。
そこで、過分極電流の注入で電位損失を補償しながらLF・HF神経様の応答を示す細胞を探索し、細胞内にトレーサーを導入・光学的な三次形態計測を行うことで、これら神経の形態学的同定を行った。その結果、HF・LF神経はそれぞれ異なる形態的特徴を持つ細胞種であり、特にHF神経はギャップ結合によって近傍細胞と局所回路を形成していることが示唆された。
最終年度では、ウイルスベクターにより蛍光ラベルした聴覚野神経細胞の形態計測手法を確立し、数百細胞についてその細胞体・樹状突起形状のモデルを作成した。LF神経と相同な形態を持つ細胞同士は疎に分布する一方、LF神経様・HF神経様の細胞は近接して分布し、両者が接続して情報処理ユニットを構成している可能性が示唆された。
神経細胞の形態と機能は密接な結びつきを持ち、異なる形態を持つ細胞の空間的相互配置を明らかにすることは局所神経回路の構造理解につながる。本研究で確立した手法は、層構造を持たない脳領域における局所神経回路の解明に寄与すると期待される。
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