2014 Fiscal Year Annual Research Report
前頭皮質・基底核における時間差情報保持回路の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Elucidation of neural computation for prediction and decision making: toward better human understanding and applications |
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| Project/Area Number |
26120730
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
川口 泰雄 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 教授 (40169694)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 前頭皮質 / 錐体細胞 / 線条体 / 遅延活動 / TD誤差 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前頭皮質には感覚情報が無くなっても必要に応じて、それをコードする細胞があるが、その詳しい細胞種や、遅延活動を作る神経回路は解明されていない。私たちはこれまでにin vitro実験から、この持続的活動を生じうる皮質局所回路結合の候補を見つけた。この皮質局所回路の発火様式が基底核に伝搬し、TD誤差計算に使われるという仮説も提案した。本研究では、この皮質興奮性局所結合が時間差を作っている可能性を生理学的に検索するとともに、回路モデル研究者との共同研究を開始した。平成26年度は以下の二つの解析が進捗した。
1 前頭皮質第５層局所回路では、対側線条体へ投射する細胞から橋核へ投射する細胞への一方向性結合がある。この回路特性が発火順序へ影響するどうかを検討している。もしこのような時系列が見つかれば、錐体細胞サブタイプ特異的な時間差で情報を表現する回路の存在を支持する。麻酔下ラットで二種類の細胞をそれぞれ同側橋核と対側線条体の刺激による逆行性応答で同定して、発火様式を比較した。錐体細胞間で平均発火頻度は似ていたが、スパイク間隔が短いバースト発火は橋核投射細胞で多く見られた。前頭皮質活動が上がると対側線条体投射細胞の発火が橋核投射細胞のものより早く起きる傾向が見られたが、応答性には多様性があるので、対側線条体・橋核投射細胞の両方で、さらにサブタイプを同定して解析する必要があることが分かった。
2 多様な錐体細胞の皮質内シナプス伝搬を検討するにはサブタイプを選択的に刺激する必要がある。橋核投射細胞を選択的刺激するために、GFP/ChRを発現するレンチウイルスを同側橋核に注入し軸索終末に取り込ませた。注入動物ではGFP蛍光からウイルスが皮質まで運ばれることが分かった。皮質ニューロンからホールセル記録すると、光刺激するとEPSCが誘発された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
状態や行動において時間差のある情報を前頭皮質から線条体へ運ぶと予想される二種類の錐体細胞の活動をin vivoで比較した結果、それを支持する所見を得ることをできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前頭皮質から線条体へ投射する5層錐体細胞は皮質下投射先の違いだけでなく、視床入力が異なるサブレイヤー間でも異なる可能性があり、その間の比較解析も進める。
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