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生後発達期の中枢神経系では、初期に一過性に過剰なシナプス結合が形成され、その後、神経活動依存的に必要な結合は強化され、不必要な結合は弱化、および除去される。このような過程を経て適正な機能的神経回路網が形成されると考えられている(シナプスの刈り込み)。しかし、これまで、実際の脳においてどのような神経活動パターンがこのシナプスの刈り込みを誘導する活動実態であるかはほとんどわかっていなかった。申請者は発達期小脳における登上線維-プルキンエ細胞シナプスの刈り込みを対象に研究を進めてきた。これまでに、複数の登上線維支配をうける発達期小脳プルキンエ細胞から電気活動を記録したところ、複数登上線維シナプスが同期的に入力することを明らかにした。平成21年度での研究において、in vivoホールセルパッチクランプ法と2光子励起イメージングを組み合わせた実験によって、複数登上線維シナプスの同期入力が、細胞内カルシウム上昇を引き起こすことを明らかにした。このことは複数登上線維の同期入力によってシナプスの刈り込みが誘導されることを支持している。さらに、以前、in vitroにおいて報告された、発達期登上線維シナプス可塑性がin vivoにおいて、複数登上線維の同期入力によって誘導されることが予想できる。平成22年度においては、in vivoにおいて、複数登上線維の同期入力によってシナプス可塑性が誘導されるか明らかとする。さらに、この同期活動は登上線維の起始核である下オリーブ核神経細胞の同期活動によることが予想されるので、この同期活動を薬理学的に操作したときの効果をin vivoパッチクランプ法と二光子観察を用いて調べる。具体的には同期活動を亢進する薬剤と、阻害する薬剤を動物に投与して、その前後の活動を比較する。これによって、複数登上線維同期入力がこのシナプスにおける刈り込みを誘導する実態であることを明らかとする。
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