2020 Fiscal Year Annual Research Report
新皮質運動野におけるトップダウン入力と局所振動の機能連関
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20H03359
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| Research Institution | Tamagawa University |
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Principal Investigator |
川口 泰雄 玉川大学, 脳科学研究所, 研究員 (40169694)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
窪田 芳之 生理学研究所, 脳機能計測・支援センター, 准教授 (90192567)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 前頭皮質 / 錐体細胞 / FS細胞 / 皮質間投射 / 振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前頭皮質機能を発現する重要な構造である、トップダウン投射と振動生成回路をニューロンタイプからボトムアップに理解するために、以下の実験・解析を行った。
(1) 前頭皮質間トップダウン投射の巧緻運動学習への関与: マウスが片方の前肢を使って、スリットの先に置いた餌を採れるようになる行動学習の時間経過を定量化した。この学習に関与する一次運動野(M1)前肢領域に入力する二次運動野(M2)ニューロンに、M1からの逆行性ウィルスとM2での局所ウィルス注入の手法を組み合わせて抑制性受容体を発現させ、その活動を化学的遺伝学的に抑制したところ、学習の進捗が阻害された。形態的にはM2からM1への軸索終末は１層に多く分布していた。興奮性シナプス後部マーカー標識を組み合わせて、M2からM1の１層への終末が、蛍光標識された5層錐体細胞樹状突起タフトのスパインへシナプスすることを確認した。この運動学習へのトップダウン入力の役割を、生体イメージングの手法で検索している。
(2) 前頭皮質の振動生成回路の人工的活性化: 新皮質では興奮性錐体細胞とGABA作動性のパルブアルブミンFS細胞との相互結合が局所振動の生成に必要だと想定されている。前頭皮質5層錐体細胞には、終脳内投射細胞と錐体路細胞という二種類のサブタイプがあり、振動現象への関与の違いは知られていない。5層錐体細胞への主要な局所入力である2/3層細胞にチャネルロドプシンを発現させ、脳切片標本で強度が漸増する光刺激すると、5層錐体細胞にベータ/ガンマ帯域の膜電位振動が観察された。FS細胞にも膜電位振動が起きたが、振動位相が錐体細胞と異なっており、この振動が5層内の局所回路で作られることが分かった。投射先から逆行性標識で同定した終脳内投射細胞と錐体路細胞からホールセル記録することで、これらサブタイプの振動への関与が異なるかを調べた。
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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
皮質間トップダウン投射と振動回路の構造と機能を理解するために必要な行動学的・形態学的手法の開発や、ニューロンサブタイプの刺激・抑制条件の同定を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
トップダウン投射の構造解析を進めるために、生体イメージング・電子顕微鏡相関解析、同一標本での皮質間入力・視床入力の同定、ニューロンサブタイプ選択的光抑制の手法を導入していく。
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[Journal Article] Deep learning-based point-scanning super-resolution imaging2021
Author(s)
Fang L, Monroe F, Novak SW, Kirk L, Schiavon CR, Yu SB, Zhang T, Wu M, Kastner K, Latif AA, Lin Z, Shaw A, Kubota Y, Mendenhall J, Zhang Z, Pekkurnaz G, Harris K, Howard J, Manor U
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Journal Title
Nat Methods
Volume: 18
Pages: 406-416
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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