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脳の情報処理機構は、非常に緻密でありながら、その性質を適宜調整できるしなやかさを持つ。そのため認知機能にかかわる脳の動作原理を解明するためには、実際に認知課題中の動物から神経情報を読み取る必要がある。本課題では、我々が独自に開発した内視顕微鏡を用い可塑性と神経情報を同時に計測することで、線条体における行動選択にかかわる情報処理機構の解明を行った。本研究で用いた顕微内視鏡は、自由行動中動物の脳深部から多色蛍光観察が可能なイメージング技術であり、Ca2+イメージングによる神経活動計測とERK FRETバイオセンサーによる可塑性動態の計測を、学習中の動物から行うことができる。
タッチパネル式オペラント学習装置を用い、視覚弁別課題を行わせたところ、線条体中型有棘細胞において、ERKは一過的な活性化を繰り返し示していること、またこの変化は、直接路細胞（D1陽性細胞）および間接路細胞（A2a陽性細胞）のどちらの細胞種においても起こっており、その動態は非常に類似していることが分かった。また薬理学実験との組み合わせにより、これらのERKの活性化には、ドーパミン依存的な応答と、グルタミン酸依存的な応答が関与していることが明らかになった。さらに、学習ピリオドにおいてＥＲＫの活性が特徴的な変化を示すこと、ERKの活性と神経活動の変化に相関があることが明らかになり、ERKの活性が学習獲得に関与していることが示唆された。
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