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高等生物は、新生仔期における外環境からの感覚刺激によって脳神経を可塑的に変化させ、嗜好性・社会性・環境適応性などを獲得する。我々は最近マウス嗅覚系を用いて、新生仔期における嗅覚刺激が、先天的神経回路の強化や神経地図の精緻化のみならず、その出力判断の抑制や変更を引き起こすことを見出した。そこで本研究では、臨界期の匂い刷り込みによって脳内で何が起きるのかを、嗅覚神経回路を中心に分子・神経回路レベルで理解することを目指した。
まず、生後一週間という臨界期にマウス鼻腔閉塞により嗅覚入力を遮断すると、嗅細胞軸索と僧帽細胞樹状突起間のシナプス形成が未熟なまま留まることを見出した。そしてこのシナプス形成に、神経活動依存的に嗅細胞の軸索末端で発現するリガンドSema7Aと、僧帽細胞の樹状突起に生後一週間限定で発現する受容体PlxnC1が関与することを明らかにした。一方、臨界期に特定の匂いを嗅がせ、Sema7Aシグナルを介してシナプス形成を促進させると、匂いに対する反応性が高まるだけでなく、匂いの質感が本来は忌避性であっても、刷り込み後のマウスはその匂いに対して誘引性を示すことを発見した。また、刷り込んだ匂い刺激によって、誘引的社会行動を司る領野として知られている扁桃体内側前部が特異的に活性化することを見出した。更に、この刷り込み記憶の誘引的な価値付けに、臨界期に脳内での発現濃度が高いオキシトシンが関与することを、遺伝子欠損マウスの解析などから明らかにした。
本研究の成果は、百年以上も未解明であった刷り込み現象を分子レベルで理解するための突破口になった。また将来的にはヒトに関しても、臨界期における適切な刺激や体験の欠如が社会性獲得の障害となる原因を、分子レベルで理解することにも貢献すると期待される。
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