Elucidation of the mechanism of diversity formation of cortical neural circuits during the critical period
| Project Area | Inducing lifelong plasticity (iPlasticity) by brain rejuvenation: elucidation and manipulation of critical period mechanisms |
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| Project/Area Number |
20H05917
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大木 研一 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50332622)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥136,370,000 (Direct Cost: ¥104,900,000、Indirect Cost: ¥31,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥23,010,000 (Direct Cost: ¥17,700,000、Indirect Cost: ¥5,310,000)
Fiscal Year 2021: ¥21,840,000 (Direct Cost: ¥16,800,000、Indirect Cost: ¥5,040,000)
Fiscal Year 2020: ¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000)
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| Keywords | 臨界期 / 大脳皮質 / 神経回路 / 多様性 / 発達 / 視覚野 |
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| Outline of Research at the Start |
我々の脳は、ほぼ無限に多様な視覚情報を、視覚野のほぼ無限に多様な細胞群によって認識出来る。それでは、この多様性を担う神経回路はどのように形成されるのか？V1の神経細胞の機能の多様性は、 (1)発生・発達プログラムと分子メカニズムによる初期機能の形成、(2) 前臨界期における自発活動による多様性増大、(3) 臨界期における視覚経験によるほぼ無限の多様性形成という複数の過程を通して成立していると考え、これらの多様性形成のメカニズムを解明する。(4)また、高次視覚野では、神経活動に依存した高次視床およびV1から各高次視覚野への情報分配・機能分化の形成が重要であると考え、その形成メカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に、V1から高次視覚野への皮質間投射はP5であまり発達しておらず、高次視覚野間の皮質間投射も十分発達していないことがわかった。一方、高次視床(LPN)から高次視覚野への投射は、P5の段階で十分発達していることがわかり、背側経路の高次視覚野、腹側経路の高次視覚野はLPNの異なる部位から投射を受けていることがわかった。このことから、P5の段階では、網膜由来の自発活動が、V1を介さず、LPNを介して高次視覚野に到達している可能性が示唆された。
今年度は、このことを、以下の二つの方法で検証した。(1)V1を損傷しても、高次視覚野の自発活動は減少しないことを示した、(2)一方、LPNをGABA agonistで抑制すると、高次視覚野の自発活動は大きく減少することを示した。以上により、各高次視覚野に、高次視床経由で、網膜由来の自発活動が伝わっていることがわかった。
さらに、この網膜から高次視床経由で高次視覚野に伝わってくる自発活動の役割について検証した。この自発活動は、V1から高次視覚野、または高次視覚野間の結合の形成に重要であると仮説を立てた。これを検証するため、生後すぐにマウスの両眼を除去したところ、V1から高次視覚野、または高次視覚野間の結合の発達が重篤に障害された。
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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
研究計画通りに進捗した。
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| Strategy for Future Research Activity |
マウスには９つの高次視覚野があるが、最近我々は、各高次視覚野は多様な反応特性を持ち、機能分化があることを示した（Murakami et al., 2017）。さらに開眼直後には、高次視覚野間の機能差は存在するものの大人よりは分化が進んでおらず、開眼後10日の間に急速に機能分化が進むことを示した（Murakami et al., 2017）。
開眼後に機能分化が進むのは、高次視床もしくはV1から受け取る情報の分化が進むからと考えられる。まず高次視床について考える。高次視床から高次視覚野への投射はP5で既に形成され、背側経路・腹側経路で経路が分離していることがわかってきた。従って、高次視床から高次視覚野への経路は、開眼直後から既にある程度の機能分化を示している可能性がある。このことを、高次視床から高次視覚野へ投射している軸索の2光子カルシウムイメージングで検証する。
Beltramo & Scanziani(2019)は、高次視覚野の一つであるPORの活動は高次視床からの入力に大きく依存していることを示しており、これが他の高次視覚野についても正しいとすると、高次視覚野での開眼後の機能分化の発達は、高次視床から高次視覚野への入力の機能分化が進む結果である可能性が考えられる。これを検証するため、(1)開眼直後には、高次視床から高次視覚野への軸索は機能分化が（ある程度はあるが）あまり進んでいないかどうか、(2)開眼後10日の間に、必要な情報を伝える軸索を残して刈り込まれ機能分化が進むかどうか、高次視床から高次視覚野に投射する軸索の2光子イメージングにより検証する。
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Report
(2 results)
Research Products
(25 results)
