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大脳新皮質５層から他の脳領域に投射する皮質下投射ニューロンは縦一列に並んでマイクロカラムを構成しており、マイクロカラムが皮質の機能単位として働いている可能性がある。しかし、大脳新皮質５層に存在するその他のニューロンにも規則的な配列構造が存在するのかは不明であった。本研究課題では、マイクロカラムの構造に対応した規則的な抑制性神経回路が存在するのか解明することを主な目的とした。
蛍光ニューロントレーサーや遺伝子組換えマウスを用いて大脳新皮質５層に存在する興奮性・抑制性ニューロンを細胞タイプ選択的に蛍光標識をし、組織透明化法を用いて大脳新皮質標本を透明化することで、大脳新皮質の広い範囲を二光子顕微鏡観察した。細胞タイプごとの３次元配置を解析した結果、大脳新皮質５層マイクロカラムは特定種類のニューロンのみによって構築されており、マイクロカラム構成ニューロン以外の細胞タイプはカラム配列から排除された細胞配置をとっていることを発見した。また、マイクロカラムは大脳新皮質の広範囲に普遍的に存在し、大脳新皮質５層平面上に周期的に配列していることも明らかになった。大脳新皮質急性スライス標本を作製し、スライスパッチクランプ法によって抑制性ニューロンと皮質下投射ニューロンのシナプス結合の規則性を解析することで、抑制性シナプス結合の規則性を見いだした。細胞配置の３次元解析の結果とシナプス結合規則から、大脳新皮質にはマイクロカラムと関連した規則的な抑制性神経回路が存在する可能性が考えられる。
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