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大脳皮質の出力細胞である興奮性の錐体細胞は、様々な脳領域に情報出力を行う。錐体細胞間は投射先に依存して選択的にシナプス結合を行い、皮質の層内・層間でサブネットワークを形成していることが研究代表者らの知見によって明らかにされている。本研究では、抑制性介在細胞が錐体細胞サブネットワークからどのように入力を受け、制御されるのかを明らかにすることを目的とした。
ラット前頭皮質スライス標本において、主要な介在細胞であるfast-spiking(FS)細胞への錐体細胞のシナプス入力についてホールセル記録法・グルタミン酸刺激法・逆行性蛍光トレーサーによる投射細胞サブタイプの同定法などを用いて、第５層内のシナプス結合様式を検討した。その結果、FS細胞はnon-FS細胞と比べて錐体細胞からの入力確率が高かった。また、FS細胞は異なる錐体細胞サブタイプから同程度の確率で入力を受けており、錐体細胞サブタイプに非依存的であった。FS細胞間はギャップジャンクションを介して電気的に結合しており樹上突起網を形成していることが知られている。そこで、FS細胞サブネットワークへの錐体細胞の結合特異性を検討するためにFS細胞のペア記録を行い、錐体細胞からの共通入力確率を検討した。その結果、FS細胞間で電気結合がある細胞ペアにおいて共通入力確率が高かった。さらに、FS細胞の神経活動が電気的に結合したFS細胞ネットワークをどのように伝搬するのかについて実験とシミュレーションを用いて検討した。共通入力によって誘発された活動は、近傍のFS細胞に脱分極状態では抑制性、過分極状態では興奮性に作用した。
以上の結果から、5層FS細胞サブネットワークはFS細胞間の電気結合とネットワークの状態に依存して錐体細胞から選択的に入力を受け局所的に活動が制御されていることが示唆された。
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