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学習や記憶の神経基盤にはシナプス後部構造である樹状突起スパインの形態変化があると考えられるようになってきた。しかし実際にどのようにスパイン形態可塑性は制御されるのか、またスパイン形態可塑性と行動や認知との対応については不明点が多い。
本研究ではまず情動学習の中枢のひとつとされる側坐核に着目し、光遺伝学を用いたマウス脳スライス上でのセロトニン信号の再現とケイジド・グルタミン酸の2光子刺激による単一スパイン操作を組み合わせて、セロトニンが刺激スパイン特異的に形態可塑性を増強することを明らかにした。この効果は側坐核に発現するGs共役型セロトニン受容体4を介しており、ストレス抵抗性に関する機能を持つ可能性が示唆された。
脳高次機能の中枢として様々な複雑な認知・行動に関わることが知られている前頭前野についてもスパイン形態可塑性を制御する機序の調査を進めた。これまでに社会的敗北ストレスを与えたうつモデルマウスの前頭前野脳スライスではスパイン形態可塑性が低下するが抗うつ薬ケタミンで回復することを示してきた。
そして新たにノルアドレナリンが神経細胞のシナプス可塑性を調節すること、錐体細胞で発現の低くミクログリアで発現の高いとされるβ２受容体がこの可塑性を制御していることが薬理学的な実験で示唆された。さらに前頭前野でミクログリアを除去、または抑制することで可塑性増強が起きることがわかった。このように前頭前野においてノルアドレナリンによるスパイン形態可塑性の調節はミクログリアによる制御を介しているという可能性を見出した。
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