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脳の高次機能を担う大脳皮質は皮質下領域や他の皮質領野に多様な出力を行っている。研究代表者は、これまでに様々な投射領域に対応した錐体細胞サブネットワークを同定した。一方、皮質の主要な抑制性介在細胞であるfast-spiking（FS）細胞と錐体細胞はシナプス結合を相互に形成し、活動を強く制御していることが知られている。皮質の多様な投射先に対応した情報処理様式を理解するために、本研究ではFS細胞と投射先が異なる錐体細胞サブタイプ間の制御機構を明らかにすることを目的とした。昨年度までは、前頭皮質の5層においてFS細胞と錐体細胞間の結合様式について脳スライス標本を用いて検討した。5層錐体細胞は、対側皮質に投射する細胞（COM）と同側橋核に投射する（脊髄路）細胞（CPn）を同定し、錐体細胞サブタイプ間で比較した。その結果、FS細胞はCOM細胞とCPn細胞間で同様に双方向性のシナプス結合を非選択的に形成していることがわかった。そこで本年度は、2/3層錐体細胞群や5層錐体細胞サブタイプ選択的に子宮内電気穿孔法を用いてチャネルロドプシンを発現させ、FS細胞と錐体細胞サブネットワーク間の活動制御様式を検討した。光刺激を用いて2/3層錐体細胞の活動を活性化した場合、CPn/FS細胞間でオシレーション活動が発生した。また、5層錐体細胞の活動を光刺激で直接誘発した場合、CPn系の細胞を光刺激した時にオシレーション活動がCPn/FS細胞間で発生し、細胞サブタイプ依存性がみられた。これらの結果は、昨年度に行った細胞モデルを用いて作成した5層の回路モデルにおいても再現することができた。これらのことは、錐体/FS細胞間の結合回路は錐体細胞サブタイプに依存せず形成されており、FS細胞は錐体細胞サブネットワーク間の活動を相互に制御するインターフェイスとしての役割を担っていると考えられる。
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