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大脳皮質聴覚野のスライス標本に、電位感受性色素を用いたオプティカルイメージング法を適用し、神経活動の時空間パターンを記録することにより皮質内の信号伝達様式変化を調べた。ラットあるいは、マウスの脳をアイソフルレン麻酔下でとりだし、大脳皮質聴覚野を含む厚さ400μmのスライス標本を前額断に切り出した。このスライス標本を蛍光性電位感受性色素であるDi-4-ANEPPSを用いて染色した後、正立型顕微鏡に設置した浸漬型記録槽内に移し変えて記録を行った。電位感受性色素を用いた記録速度の速いオプティカルイメージングのために、画像取得装置として、90×60のチャネル数を持つCCD型の高速カメラを使用し、1フレームあたり1msで蛍光画像を取り込んだ。
まず、同一個所での一発刺激に対する応答と多発刺激に対する応答とにおいて、どのような違いがあるかを調べた。5・6層あるいは、白質と6層の間を電気刺激すると、興奮は5・6層に拡がると共に、2・3層に伝播しそこで振幅が増大し、2・3層に伝播した興奮はさらに上顆粒層に沿って伝播した。この興奮活動は一発刺激でも起こるが、2OHz以上で多発刺激を与えると興奮活動が次第に増大し、空間的には興奮活動の大きさが拡がり、時間的には興奮活動の延長が見られた。この結果は、2・3層刺激でも、4・5層刺激でも同様であった。さらに、刺激を2箇所、上顆粒層および下顆粒層に与えるとどうなるかも調べた。その結果、2箇所刺激に対する応答は、それぞれの個所の刺激に対する応答のほぼ線形的な加算になった。したがって、同一個所の高頻度多発刺激と異なる個所での刺激とを組み合わせると、可塑性などのような神経活動様式の変化に十分な興奮が生じることが示された。
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