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脳の高次機能を担う大脳皮質の情報処理様式の特徴として、大脳皮質は皮質下領域や他の皮質領野に多様な出力を行っていることが挙げられる。これまでに様々な投射領域に対応した錐体細胞サブネットワークを同定し、オプトジェネティクスを用いて錐体細胞サブタイプ選択的に神経活動を操作し、誘発される神経活動について解析した。その結果、錐体細胞サブタイプ依存的にオシレーション活動が発生することがわかった。オシレーション活動は脳の高次機能に関与していることが知られている。そこで、本研究課題では錐体細胞サブタイプ依存的に発生するオシレーション活動の運動学習への寄与と皮質‐線条体投射の運動学習による調節機構を明らかにすることを目的とした。回転かごを用いて足場バーの間隔を変えることによって、バーのパタン学習をラットに行わせた。一次運動野から局所電場電位を記録した結果、学習中にオシレーション活動が発生しており、ChR2を用いて光刺激を行うとオシレーションが増強された。さらに、学習中の動物に光操作を行うと錐体細胞サブタイプに依存して学習形成に影響が見られた。特定の錐体細胞サブタイプが学習形成に重要な役割を担っていることが示唆される。
本年度は、学習による調節機構を理解するために、ChR2を片側運動野に発現させたラットの錐体細胞サブタイプから線条体への投射様式についてスライス標本を用いて解析した。その結果、線条体の主要な細胞タイプである投射細胞（D1、D2受容体陽性）、FS細胞、non-FS細胞、Chat陽性細胞において2/3層や5層から神経終末への光刺激によって誘発されたシナプス入力がみられた。5層錐体細胞サブタイプ間では、線条体への投射様式に違いは見られなかったが、2/3層と5層間では介在細胞への投射に違いがみられた。皮質からの入力に対して異なる情報処理を線条体で行っていると考えられる。
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