大脳皮質興奮性－抑制性細胞間双方向性結合の発達と機能的意義

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K15193
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 山本 真理子 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特任研究員 (70898824)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 大脳皮質 / 抑制性細胞 / 錐体細胞 / 発達

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、大脳皮質一次視覚野におけるパルブアルブミン陽性のFast-spiking抑制性細胞（PV-FS細胞）と錐体細胞間のシナプス結合の発達過程を調べ、さらに発達過程のこれらのシナプス結合を操作することで発達により獲得されるシナプス結合の機能や特徴を見出すことを目的としている。令和５年度では下記の研究を行った。

これまでの研究で一次視覚野において錐体細胞を遺伝化学的に活性化させたマウスではPV-FS細胞－錐体細胞間結合における興奮・抑制バランスへの影響が見られた。この変化が視覚機能へ及ぼす影響を調べるため、in vivo 二光子カルシウムイメージングの実験系を構築し、結合変化を起こしたマウスにおいて視覚応答や活動相関の解析を行った。その結果、錐体細胞を遺伝化学的に活性化させたマウスでは錐体細胞及びPV-FS細胞の神経活動の増加が観察され、PV-FS細胞－錐体細胞間や錐体細胞間における神経活動の相関に変化が見られた。これらより、錐体細胞の神経活動のかく乱により視覚応答に応じた神経細胞間の正常な同期活動が阻害される結果、PV-FS細胞－錐体細胞間結合における興奮・抑制バランスが破綻する可能性が示唆された。

これまでの結果と合わせ、錐体細胞ーPV-FS細胞間結合における興奮・抑制バランスは発達過程において生じ、正常な神経活動の阻害および特定の細胞種におけるNMDA受容体の欠損によりそのバランスが破綻することが明らかとなった。また神経活動計測の結果より、錐体細胞ーPV-FS細胞間結合の興奮・抑制バランスの調節には、視覚応答に応じた神経細胞間の正常な同期活動が重要である可能性が考えられた。