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脳における情報処理の驚異的な特徴の一つとして、不確実性を伴う構成要素を用い、しかもnoisyな環境にあるのにもかかわらず、数多くのプロセスが安定して処理されること、が挙げられる。この頑強性(robustness)の基盤には、情報伝達が単純な神経細胞のつながりではなく、興奮性および抑制性神経細胞を含む神経細胞集団により行われ、その過程で情報の選択・増強・消去などが積極的になされているためと考えられる。しかしながらシステムに頑強性をもたらすメカニズムに関する理解は、局所神経回路・細胞・シナプスレベルでは皆無に近い。本研究計画では、主に脳スライス標本のin vitro記録(スライスパッチ)により、局所神経回路におけるrobustな情報処理機構の解明を目指した。
視床から大脳皮質第4層への投射は、同一の主細胞に投射する神経線維は、共通の抑制性神経細胞にも線維を送る事を明らかにした上で、ダイナミッククランプを用いてフィードフォワード抑制回路の機能を検討した。その結果、この回路により視床からの入力の同期タイミングが調節されることが示された。またこの調節は神経調節因子に影響を受けることが明らかになってきている。
一方、視床は大脳皮質から多くの投射を受けることが知られている。大脳皮質より視床リレー細胞および網様体核に投射する入力に対するカイニン酸の効果を検討したところ、リレー細胞シナプスには抑制性に、網様体核シナプスには興奮性に働き、全体的には視床の活動を抑制する事が示された。
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