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シナプス伝達に関与する遺伝子の発現が、神経回路再生時の自己組織化プロセスを制御するメカニズムを解析するため、メタ的なシナプス学習のモデルを構築した。このモデルでは、シナプス後神経細胞の活動増加が、細胞内カルシウムレベルの上昇に伴うNMDA受容体の脱感作を通じて、シナプスの長期増強の発生を抑制する。この神経活動に依存したシナプス可塑性のフィードバックの効果は、シナプスの長期増強と減弱の間の動的なバランスを生成する。また、NMDA受容体の異なるNR2サブユニットの発現比(NR2A/NR2B)の増加は、神経活動依存フィードバックの効果を強化することで、長期増強/長期減弱の比を精密に減少させると同時に、神経発火の不規則性や個々の入力スパイクに対する反応性を著しく増加させる。皮質錐体細胞が、時間的相関を有するシナプス入力を受ける系の解析では、入力相関の時間長が短い場合には、相関のある入力や高頻度の入力を強めるヘッブ性が働くのに対し、入力相関の時間長が十分長くなると、逆に相関の無い入力や低頻度の入力を強める反ヘッブ性が機能することが判明した。さらに、NMDA受容体のサブユニット発現とGABA抑制の協調作用により、ヘッブ-反ヘッブ則間のスイッチングや、(反)ヘッブ効果の強度の調整、シナプス間競合に基づく入力履歴情報の神経回路への埋め込み等が可能になることが明らかになった。これらの成果は、神経伝達に関わる複数の遺伝子発現の協調が、神経スパイク群の時空間構造をシナプス回路に反映する機構を調節することを示唆しており、感覚刺激の影響下での回路の再生過程を理解する上で大変重要である。
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