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大脳皮質錐体細胞は樹状突起上に棘突起（スパイン）を持ち、興奮性シナプスを形成している。このスパインは動物の学習中に頻繁に出現・消失することから、スパイン可塑性は学習による神経回路変化を表す指標の一つとされている。しかしながら、シナプス後構造であるスパインの動態観察のみでは、どのような神経回路が新生・消退しているのかを知ることはできない。そのためにはスパイン動態の観察に加え、シナプス前軸索終末の特性を調べる必要がある。電子顕微鏡はシナプスなどの微細構造に対する高解像度の観察と、全ての細胞膜構造の可視化が可能である。新生スパインにシナプスを形成する軸索の網羅的解析のため、我々は2光子顕微鏡で観察された樹状突起・スパインを電子顕微鏡で観察する光学・電子顕微鏡相関観察法を確立した。さらに重金属染色を走査型電子顕微鏡観察に最適化し、ATUMにより作成された連続超薄切切片を観察した。その結果、運動学習により新生したスパインとそこにシナプスを形成する軸索終末は安定シナプスと比較して有意に小さかった。このことから、運動学習により出現した新生シナプスは未熟であり、その後成熟し残存するものと、縮小し消退するものが存在することが示唆された。我々はさらに生体2光子顕微鏡観察によるスパイン動態の観察に免疫組織化学を組み合わせることで、入力源によるスパイン可塑性の違いを探った。それにより、興奮性シナプス入力の入力源により、成熟・膨化するスパインと、縮小・消退するスパインとが異なる興奮性入力を受けることが判明した。
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