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生物は、異なった文脈においても同じ行動を発現すべき時には同一運動を発現するが、大脳皮質局所回路（一次運動野、M1）の活動が異なった入力に対してどのように遷移してひとつの安定した出力を実現するかは不明である。これを明らかにするために本研究で、頭部固定マウスが内発性におよび外発性にレバーを引くオペラント課題を実行中に、３次元２光子カルシウムイメージングをM1で行う系を確立した。カルシウム感受性蛍光タンパク質遺伝子をコードするAAVをマウスM1に導入しその後、頭部固定したで右前肢レバー引き運動を内発性に、または外発性に行うことを2～3週間学習させた。内発性レバー引きと音誘発性レバー引きを1セッション内で入れ替えてもマウスが両文脈で速やかに反応できるように訓練した。課題実行中に２光子カルシウムイメージングをM1において３次元的に行い、2層から5b層までの細胞活動データを取得した。その結果、内発性選択的にまた音刺激選択的に活動を示す細胞があること、両方の条件で同様に活動する細胞があることがわかった。集団活動での内発性と音刺激選択性がどのようなダイナミクスを持っているのかを定量化するための統計数理解析法を開発した。また一次運動野へ強く入力する高次運動野(M2)においても同様のイメージングを可能とした。さらに、M1とM2の活動の同期的変化を捉えるために、独自に開発した視野回転装置を用いた高速視野切り替えを行うことで、M1とM2を連続してイメージングすることを可能とした。
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