レーザー光刺激法を利用したヒゲ入力遮断後のシナプス結合種特異的可塑性の解析

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20500358
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 木村 文隆 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (00202044)
• Keywords: バレル皮質 / 可塑性 / スパイクタイミング依存性可塑性 / 抑制性細胞 / 臨界期 / 視床皮質投射 / 4層-2/3層結合 / 生後第2週

Research Abstract

ホ乳類の感覚皮質には、発達期の一時期に入力依存性にシナプスの伝達効率を変え得る臨界期が存在し、遺伝的な枠組みの中で形成された神経回路は、臨界期中の神経活動に従ってさらに精緻に仕上げられていくことが知られている。このような可塑性発現のメカニズムは、学習や記憶の素過程と多くを共有していると考えられており、その解明は社会的にも大きな期待が寄せられているが、未だに不明な点が多い。本研究では、感覚遮断に伴う受容野変化の基盤となっているシナプス結合の変化を、回路内の結合種ごとに明確にすることを目的としている。
これまでに、バレル皮質においては感覚遮断に伴う受容野の変化は生後14日以降に始まること、またこれは皮質4層-2/3層間のシナプス結合の変化によって担われている可能性があること、さらにこのシナプス結合はシナプス前細胞と後細胞の発火タイミングによって可塑性の方向が決まる、スパイクタイミング依存性があること、また抑制性細胞が関与している可能性があることなどが示唆されてきた。今回、4層-2/3層間シナプスにおいて、これまで報告されていない新たなタイプのスパイクタイミング依存性可塑性(STDP)が、生後7日から生後14日以前に存在することを発見した。以前報告したように、この時期には4層の抑制性細胞が、視床からの活動により4層、2/3層細胞の発火タイミングを制御することが出来ない。しかしながら、この時期は4層細胞が2/3層へ軸索投射を延ばす時期である。新たなSTDPは、発火制御なしに4層細胞が2/3層へシナプスするのに好都合な可塑性と考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Fast activation of feedforward inhibitory neurons from thalamic input and its relevance to the regulation of spike sequences in the barrel cortex (2010)
  • Author(s): Kimura, F., Itami, C., Ikezoe, K., Tamura, H., Fujita, I., Yanagawa, Y., Obata, K. and Ohshima, M.
  • Journal Title: Journal of Physiology Volume: 588 Pages: 2769-2787
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Myelination and isochronicity in the neural networks (2009)
  • Author(s): Kimura F., Itami C.
  • Journal Title: Frontiers in Neuroanatomy
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Developmental switch in the spike-timing-dependent plasticity between L4-L2/3 synapse in parallel with feedforward inhibition in mouse barrel cortex (2009)
  • Author(s): Itami, C.
  • Organizer: 39th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2009-10-19
• [Presentation] Activation of a2A adrenoceptors suppresses excitatory transmission to layer 4 cells both from thalamic and Intracortical sources in the mouse barrel cortex through presynaptic mechanism (2009)
  • Author(s): Kimura, F.
  • Organizer: 39th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2009-10-19
• [Presentation] Maturation of precise temporal control of spike timing by feedforward inhibition and associated developmental switch in the L4-L2/3 plasticity in the barrel cortex (2009)
  • Author(s): 木村文隆
  • Organizer: 第32回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] Activation of α 2A adrenoceptors suppresses excitatory synaptic transmission to layer 4 cells in the mouse barrel cortex through presynaptic mechanism (2009)
  • Author(s): 大島稔
  • Organizer: 第32回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2009-09-17