2016 年度実績報告書

運動学習に伴う局所神経回路の変化

研究課題

研究課題/領域番号	26830019
研究機関	生理学研究所
研究代表者	木村梨絵生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特任助教 (60513455)
研究期間 (年度)	2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード	神経生理学 / 大脳皮質 / 神経回路 / ラット / 学習
研究実績の概要	本年度は、特に、学習後における、一次視覚野の神経活動の特徴を詳細に解析した。頭部固定のラットに、縦縞が提示されるとレバーを押し、横縞ではレバーを引くという視覚弁別誘発性の運動課題を学習させた後、視覚刺激のコントラストを下げて、弁別難易度を高くした刺激も提示した。この課題遂行中のラットの一次視覚野の深層の発火活動を、同時に数十個程度の細胞からマルチユニット記録した。この発火活動は、スパイクの形から、単一の細胞由来の発火活動に分離され、さらに、主に興奮性のRS細胞と、主に抑制性のFS細胞に分類された。このRS細胞、FS細胞、いずれにおいても、視覚刺激のコントラストを低くすると、応答が減少する細胞が観察された。さらに、このような単純な入力と出力の関係を示す、高コントラスト選択性の細胞に加えて、視覚刺激のコントラストを低くすると、逆に応答が増加する細胞も観察された。このような、逆相関の入力と出力の関係を示す、低コントラスト選択性の細胞は、課題を遂行するラットからはよく観察されるが、同じラットの麻酔下では、ほとんど観察されなかった。このことから、高次の皮質領域からのトップダウン入力の関与が示唆された。また、この低コントラスト選択性の細胞は、低コントラストの刺激を用いた、難しい弁別課題を正解するときに、不正解のときに比べて強く応答する傾向があることがわかった。一方、高コントラスト選択性の細胞は、課題の正誤と関連した応答は示さなかった。このことから、低コントラスト選択性の細胞は、強度が弱くてあいまいな視覚刺激を弁別するのに貢献していると考えられた。このように、学習後には、外界の入力情報が多少変化してもなお、柔軟な神経活動を示して、特定の運動出力をすることができる。この知覚・運動連関には、特に、視覚弁別時にダイナミックに働くトップダウン入力が重要であると考えられた。