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本課題では、視覚遮断による大脳皮質視覚野の機能変化が神経回路にどのような変化として固定されるのか、どのような分子機構が関わるのかという疑問に取り組んでいる。
1) 薬理学的に抑制した視覚野での入力軸索退縮
発達期の大脳皮質一次視覚野では、片眼遮蔽によって、遮蔽眼の情報を伝える入力軸索が退縮する。これまでに薬理学的に抑制した皮質での研究により、入力軸索と皮質ニューロンの神経活動に依存したhomosynapticな軸索退縮メカニズムの存在を示した。この実験系では、皮質ニューロンは抑制されているが、入力軸索からの伝達物質放出は抑制されていないため、局所的なシナプス伝達が寄与している可能性がある。そこで、シナプス伝達物質の放出をボツリヌス毒素を皮質に投与することで阻害し、入力軸索の退縮が起こるかどうかを観察した。その結果、シナプス伝達放出を阻害した条件でも、視覚入力を阻害しない動物では入力軸索は顕著な退縮を示したが、視覚遮断を行った動物では軸索退縮は観察されなかった。このことは、抑制視覚野に見られる経験依存的な軸索退縮は、シナプス伝達を必要とせず、シナプス前性のメカニズムによることを示している。
2) 皮質活動による皮質-視床フィードバックシナプスの制御
視覚野(V1)から外側膝状体(LGN)へのフィードバック投射が、活動依存的な制御を受けるかを明らかにするため、フィードバック軸索のシナプス前後部にそれぞれ特異的に発現する、小胞性グルタミン酸トランスポーター1(VGluT1)と代謝型グルタミン酸受容体1型α(mGluR1α)が、皮質からの入力依存的に変化するかどうかを検討した。発達期ラットのV1を薬理学的に抑制したところ、LGNでのmGluR1αは2日後より有意に減少し、その減少は皮質抑制期間中持続した。一方、VGIuT1シグナルは、14日以上の長期間抑制の後、有意に増加した。そのような調節は成熟ラットでは観察されなかった。以上より、フィードバック投射シナプスが、発達期特異的に皮質活動によって制御されることが示された。
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