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大脳神経細胞の複雑な樹状突起構造の機能的意義は未解明である。その中でも、大脳皮質第5層錐体細胞が脳表近く第1層まで伸ばす樹状突起部位は、高次領野および視床からの入力を受けること、運動学習によって運動野第1層でのシナプス生成・消失が起こること、から、この部位でのシナプス情報統合の重要性が想定されている。しかし、その実体、機能、意義については不明である。そこで本研究では、U第1層樹状突起における他領野や同一領野内の興奮性・抑制性シナプス信号の統合様式と運動出力の関係を明らかにすることを目標とする。これを微細メゾ回路演算の代表例として検証する。このために今年度は、これらの研究の実験系を立ち上げることに主眼をおいた。運動課題としてマウスの頭部固定での運動課題を可能とし、運動課題中に大脳細胞活動を2光子イメージングすることを可能とした。チャネルロドプシン2遺伝子導入マウスを用いて、電気計測をしている領野外からのシナプス入力を同定する方法を確立し、入力領域を決定するために光刺激を広範囲にわたって走査することを実現した。またハロロドプシン遺伝子導入マウスを用いて、任意の大脳皮質領域における細胞活動を抑制する方法を確立し、一部の細胞活動を抑制することで、運動出力も抑制することも実現した。これに加えてスライス標本において、神経細胞を系統的に光刺激し、光刺激された細胞から入力を受けるシナプス後部スパインをイメージングによって同定することを可能とした。
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