Investigation of effect on the extra-large dendritic spine to neuronal firing

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15908
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Shirai Fukutoshi 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, リサーチアソシエイト (20849038)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シナプス / 2光子イメージング / 樹状突起スパイン

Outline of Final Research Achievements

Neurons receive inputs from a lot of other neurons via dendritic spines. And dendritic computation and neuronal firing occur. However, how spine size affects the dendritic and somatic events is unknown. To investigate their relationships, we combined glutamate uncaging, imaging, and electrophysiological technics. And we found small and large spines have different effects on dendritic computation and neuronal firing even if we stimulated the same numbers of spines. Futhermore, the stimulation to only a few extra-large spines could induce firing. It suggests that extra-large spines could interfere with functioning as a coincidence detector.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々が知る限り、スパインサイズが樹状突起の演算機能に大きな効果を与えることを世界で初めて示そうとする研究である。従来の報告によれば、8個のスパインへの同時入力で神経発火が生じるとあるが、今回の結果から、巨大なスパインを刺激した場合、より少数のスパイン入力から神経発火を誘導する事を示唆する。我々の別の研究から精神疾患モデルマウスにおいて巨大なスパインが増加する知見が得られつつあり、病態解明の基本的な知見となる可能性がある。