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感覚情報は中枢神経系においてしばしば時間的な神経活動パターンとして表現されるが、その意義やメカニズムについては十分に理解されていない。そこで、本研究ではマウス嗅球における匂い情報処理の時間コーディングに着目して、2光子カルシウムイメージング法を用いて、その意義とメカニズム解明を試みた。我々は嗅球におけるシータ波に着目し、これが呼吸サイクルによって末梢刺激によって生み出されていることを明らかにした。このシータ波の振幅と位相がそれぞれ匂い情報処理に果たす役割について検討を行い、位相コードが匂い認識における濃度非依存性やサンプリングモード非依存性の鍵であることを明らかにした。具体的には、位相情報は幅広い濃度条件で安定であり、また繰り返しの匂い刺激においても一定であるという傾向が認められた。一方、振幅情報は匂いの濃度やサンプリング条件によって大きく変化すること、不安定であることが判明した。次に申請者はシータ波が匂い情報表現にどのように必要であるかについて検討を行った。具体的には、匂い刺激の時間情報は保持しつつ、呼吸によるairflowの刺激のみをなくす実験を行った。その結果、匂い応答がより小さくなっていること、匂い情報の時間的表現がより不安定になっていること、などが明らかになった。これらのことから、シータ波は匂い情報処理においてはノイズではなく、積極的に匂い情報処理の精度向上に寄与していることが明らかとなった。どのような嗅球内回路がこのような時間コーディングを担うのかについては、現在シミュレーションと嗅球内回路の超解像3Dイメージングを併用して進めている。
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