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哺乳類における空間認知・ナビゲーションシステムは脳内の海馬体と嗅内皮質を中心領域として、場所細胞、格子細胞、頭部方向細胞を組み入れた神経回路網によって成り立っている。頭部方向細胞は、動物の頭部が特定の方位に振れたときに活動を高める細胞で、場所細胞と格子細胞が作り出す脳内地図に対し、方位を指し示す脳内コンパスの機能を果たすと考えられている。先行研究により、頭部方向情報は背側被蓋核（DTN）→外側乳頭体（LMN）→視床前背側核の一連の回路網で処理されることが示唆されている。本研究は、各階層における神経細胞及び核内・核間のシナプス接続について電気生理学的・薬理学的・形態学的性質を明らかにし、この回路網の情報処理過程を明らかにすることを目的としている。
本研究期間では、まず改変型狂犬病ウイルスを用いた逆行性トレース法により、DTNの腹側部に結節乳頭核のヒスタミン神経へ投射して、直接シナプス接続するGABA作動性神経細胞を見出した。次に光遺伝学的手法により、乳頭体においてDTNから投射された入力線維特異的にGABA作動性シナプス伝達を誘導した。さらに脳スライス標本において電気生理学的解析を行い、ヒスタミン神経と接続するDTN神経は、入力電流量の増加に比例して活動電位の発火頻度を上昇させる特性を持つことが分かった。また、ヒスタミン神経に接続しないものの、乳頭体へ投射する別のDTN細胞も存在し、その細胞は常時高頻度で自励発火する特性を持つ異なった細胞であることが分かった。しかしながら、この２種類のDTN細胞ともGABA細胞であり、それぞれに特異的な入出力経路を厳密に特定することに課題が残った。
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