小脳ー橋ー延髄標本を用いた発達小脳における機能的神経回路発現の解析

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18500318
• Research Institution: Hyogo College of Medicine
• Principal Investigator: 荒田 晶子 Hyogo College of Medicine, 医学部, 准教授 (00266082)
• Keywords: 摘出小脳-橋-延髄標本 / 機能的神経回路 / 呼吸活動 / 電気生理学的手法 / 光学的測定法 / 下オリーブ核 / 橋傍腕結合核 / 活動依存的シナプス形成

Research Abstract

小脳-橋-延髄-脊髄標本(小脳ブロック標本)に電位感受性色素を浸潤させて、下オリーブ核のニューロンの発火パターンを指標に光学的測定法を行った。
発達過程において、活動依存的なシナプス形成に発達初期からリズムを作り、発火相を作る呼吸性ニューロンは重要な貢献をしているのではないかと考えた。そこで、小脳の機能発達において呼吸性活動が神経回路形成に関わるのかどうか検討した。小脳ブロック標本で呼吸活動をモニターしながら光学的サイクルトリガーヒストグラム法により30-50回加算平均すると、呼吸性ニューロンマッピングが出来て、呼吸性活動が時間的・空間的に小脳-橋-延髄-脊髄に見えてくるのである。
光学的呼吸性活動が延髄の呼吸関連の場所だけでなく、小脳の外側部や虫部にシグナルが捕らえられた。発達初期においては、登上線維の走行の仕方に良く似たコンパートメント状に呼吸性ニューロン活動が観察された。また、その呼吸性活動は下オリーブ核、橋傍腕結合核(Nucleus Parabrachialis:NPB)に存在し、パッチクランプ法を用いた結果より、Post-Inspiratory neuronが記録された。それと同様の活動が小脳にも観察された。さらに、迷走神経からは、肺伸展受容器からの呼吸性活動が求心性に入力し、NPBを経て平行線維に到達する。呼吸性活動が登上線維からと平行線維から小脳へ向かっていることになる。この結果より、呼吸性活動が小脳神経回路の発達・形成に関与する可能性があると推察した。呼吸性活動は、発達初期に小脳神経回路の活動依存的シナプス形成に深く関わると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] DSCAM deficiency causes loss of pre-inspiratory neuron synchroneity and perinatal death. (2009)
  • Author(s): Amano, K., Fujii, M., Arata, S., Ogawa, M., Arata, A., Yamakawa, K., 他7名
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 29 Pages: 2984-2996
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catecholaminergic modulation of the respiratory rhythm generator in the isolated brainstem-spinal cord preparation from neonatal rat. (2008)
  • Author(s): Arata, A., Fujii, M.
  • Journal Title: Advances in experimental medicine & biology. 605 Pages: 83-87
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Adrenaline contributes to respiratory neural network maturation in developing rat medulla-spinal cord preparation. (2008)
  • Author(s): Arata, A., Fujii, M., Matsunaga, W., Obata, K.
  • Organizer: 6^<th> Forum of European Neuroscience
  • Place of Presentation: Geneva, Switzerland
  • Year and Date: 20080712-20080716
• [Presentation] Respiratory activities presumably play roles in the activity-dependent formation of neuronal networks in the developing cerebellum. (2008)
  • Author(s): Arata, A., Fujii, M., Ito, M.
  • Organizer: The 31^<st> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20080709-20080711
• [Presentation] Abnormal facial nucleus activity in Dscaml-deficient mouse : A model for sudden infant death syndrome. (2008)
  • Author(s): Amano, K., Fujii, M., Arata, S., Ogawa, M., Itohara, S., Arata, A., Yamakawa, K.
  • Organizer: The 31^<st> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20080709-20080711
• [Presentation] Optical imaging analysis on the memory trace in zebrafish. (2008)
  • Author(s): Aoki, T., Agetsuma, M., Aizawa, H., Arata, A., Higashijima, S., Okamoto, H.
  • Organizer: The 31^<st> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20080709-20080711