2013 Fiscal Year Annual Research Report
大脳皮質の領野間相互作用を担う神経回路の細胞・シナプスレベルでの機能解明
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25221001
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
大木 研一 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50332622)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 大脳皮質 / 領野間相互作用 / 情報分配 / 並列処理 / 軸索 / 2光子イメージング / 方位選択性 / 空間周波数 |
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| Research Abstract |
一次視覚野(V1)の情報は、複数の高次視覚野に並列に伝えられ、異なる高次視覚野では異なる情報が処理されている。最近、げっ歯類の高次視覚野に背側経路と腹側経路が存在することが報告され、背側経路は低い空間周波数に反応し、腹側経路は高い空間周波数に反応することが示された。一方、V1は両方の特性の視覚刺激に反応し、背側・腹側それぞれの特性に反応する細胞が混在している。それでは、背側経路と腹側経路への情報の分配はどこでどのようになされているのだろうか？以下の２つの可能性が考えられた。(1)V1からの出力の段階で、既に情報が分配されている。即ち、背側経路には、V1の細胞のうち背側経路の特性を持ったもののみが投射する。(2)V1からの出力は選択的ではないが、高次領野内の回路により必要な情報だけが選択される。この仮説のどちらが正しいかを、V1から高次視覚野へ投射する軸索の反応特性を調べることにより検証した。高次視覚野のうち、低空間周波数に反応し方位選択性も低い神経細胞が多いAL野と、高空間周波数に反応し方位選択性も高い細胞が多いLM野の２つの領野に着目し、V1からそれぞれの領野にどのような情報が送られているかを調べた。カルシウム感受性タンパク質GCaMP5GをV1の細胞に発現させ、AL野、LM野に投射している軸索末端の活動をin vivo二光子カルシウムイメージングで調べた。その結果、マウスのV1は、AL野とLM野に異なる視覚情報を送っていることが明らかになった。AL野に投射している軸索は、低空間周波数に選択的で方位選択性も低く、LM野に投射している軸索は高空間周波数に選択的で方位選択性も高かった。これらの結果は、大脳皮質の階層的ネットワークにおいて「低次領野から高次領野へは、その高次領野の特性に合わせて選択的に情報が送られる」という情報処理の原理があることを示唆する（論文として発表）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初、今年度報告した実験を行うために、軸索からの２光子カルシウムイメージングの開発・最適化を今年度の目標としていたが、予想以上に実験が進行し、本実験まで含めてすべて完成させて論文として発表することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度には、大脳皮質全体での領野間相互作用をカルシウムイメージングを用いてマクロレベルで示すことを目標とする。マクロレベルでの領野間相互作用は、従来、機能的MRIなどを用いて示されてきたが、神経活動と直接的に相関するカルシウムイメージングを用いて、安静時の領野間の相互作用を調べる。カルシウムイメージングには、Emx1-Cre x floxed-GCaMP3マウス（大脳皮質の興奮性細胞にカルシウム感受性タンパク質であるGCaMP3が発現）を用い、マクロ蛍光顕微鏡を用いて、血流変化と同時にカルシウムシグナルを計測する。これにより、領野間相互作用の全体像をマクロレベルで解明するとともに、血流変化による領野間相互作用がカルシウムシグナルによる相互作用と対応しているかどうかを検証する。以上により得られる領野間相互作用のマクロレベルでの全体像を参照して、次次年度以降に再度ミクロレベルでの相互作用の検証を行う。
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Research Products
(19 results)
