サル低次視覚野神経細胞の高次元機能モデルと微小神経回路

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K11885
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 佐々木 耕太 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 特任講師(常勤) (40467501)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 機能モデル / 受容野 / 刺激選択性 / 微小神経回路 / 機能的結合 / データ駆動科学 / データマイニング

Outline of Annual Research Achievements

私たちは豊かな感覚体験を日頃享受している。この体験の基盤として、感覚器からの入力は大脳皮質においてどのように表現されているのだろうか？単一神経細胞の性質は刺激選択性として特に低次視覚野において定量的にある程度理解されつつあるが、神経細胞集団がどのように振る舞うかは検討され始めたばかりである(微小神経回路)。
大脳皮質感覚領野のモデル系である霊長類視覚野において以上の問題に取り組むため、シリコンプローブ電極により一度に多数の神経細胞から細胞外電位を記録し、(1) 高次元の視覚特徴空間においてどのような刺激選択性を持っているのかそれぞれの神経細胞ごとにデータ駆動科学の方法論(データマイニング)により同定し(機能モデル)、(2) どういった刺激選択性を持った細胞同士が接続しているのか神経活動の相互相関関数を計算することで機能的結合を求めた。情報処理の階層を経ることでどのような差異が生じるのか検討するため、同種の実験と解析を1次視覚野と4次視覚野について行った。
その結果、1次視覚野では刺激選択性が似た細胞同士しか機能的に結合していないのに対し、4次視覚野ではよく応答する方位が大きく異なる細胞同士も機能的に結合している傾向があることがわかった。このことは、視覚入力として与えられた折れ線や曲線(すなわち、複数の方位成分からなる刺激)を神経細胞集団の同期発火により符号化する際、これに適した微小神経回路が4次視覚野において構築されていることを示唆する。また、空間周波数に関しては、1次視覚野でも4次視覚野でもよく応答するパラメータが似ている細胞同士しか機能的に結合していなかった。