新皮質運動野におけるトップダウン入力と局所振動の機能連関

新皮质运动皮层自上而下输入与局部振动之间的功能关系

基本信息

批准号：
20H03359
负责人：
川口泰雄
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tamagawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H03359/
关键词：
前頭皮質錐体細胞運動学習皮質間投射光顕電顕相関 FS細胞振動 GABA

项目摘要

前頭皮質機能を発現する重要な構造である、トップダウン投射と振動生成回路をニューロンタイプからボトムアップに理解するために、以下の実験・解析を行った。(1) 二次運動野(M2)から一次運動野(M1)へ投射する終脳投射(IT)細胞の多様性: これまでに、M2からM1の１層への軸索終末が5層錐体細胞樹状突起タフトへシナプスすることや、M2からM1へトップダウン投射する錐体細胞は主に3層と5層にあることを明らかにした。本年度は、M2の5層IT細胞のM1の1層投射様式を解析した。5層IT細胞に選択的にCreを発現する遺伝子改変マウスを用いて、蛍光標識したM2-5層IT細胞の軸索は1層に分布していた。M1皮質表面に逆光性トレーサーを適用すると、M2の5層IT細胞の6割ほどが標識され、5層IT細胞軸索の層分布に多様性があることが考えられた。転写因子の一つであるER81(ETV1)が5層IT細胞の一部に発現していたので、1層投射とER81発現の関係を調べた。その結果、M1の1層へ投射する5層IT細胞がER81を発現することが分かった。(2) 前頭皮質の振動生成回路の同定: これまでに、前頭皮質5層錐体細胞のサブタイプである錐体路(PT)細胞を振動成分のない漸増光刺激で選択的に興奮させると、ベータ/ガンマ帯域の振動が引き起こされ、この誘発にはパルブアルブンFS細胞との結合が必要であることを見つけた。これまでに明らかにした、前頭皮質5層のPT、IT、FS細胞の内因的特性、同種間・異種間の化学シナプス特性、FS細胞の電気結合特性を使って、局所回路モデルを作った。このモデル回路でPT細胞を漸増刺激するとベータ/ガンマ振動が誘発されたのに対して、IT細胞刺激では振動が起こらなかった。前頭皮質の振動誘発におけるPT細胞の重要性が実験的にも計算論的にも明らかになった。

为了从神经元类型自下而上地理解自上而下的投射和振动产生电路这些表达额叶皮层功能的重要结构，我们进行了以下实验和分析。（1）从次级运动皮层（M2）投射到初级运动皮层（M1）的端脑投射（IT）细胞的多样性：迄今为止，从M2到M1第1层的轴突末端已被发现与体树突簇突触的锥体神经元以及从 M2 到 M1 的自上而下的投影主要位于第 3 层和第 5 层。今年，我们分析了M2第5层IT单元到M1第1层的投影模式。使用在第 5 层 IT 细胞中选择性表达 Cre 的基因工程小鼠，我们发现 M2-5 层 IT 细胞的荧光标记轴突分布在第 1 层。当逆向照相示踪剂应用于 M1 皮质表面时，M2 中大约 60% 的第 5 层 IT 细胞被标记，表明第 5 层 IT 细胞轴突的层分布存在多样性。由于转录因子 ER81 (ETV1) 在一些第 5 层 IT 细胞中表达，因此我们研究了第 1 层投射与 ER81 表达之间的关系。结果显示，投射到M1第1层的第5层IT细胞表达ER81。（2）额叶皮层中振动产生回路的识别：先前的研究表明，额叶皮层第5层锥体细胞的一种亚型锥体束（PT）细胞通过逐渐增加无振动成分的光刺激而选择性兴奋，发现β/γ带的振荡被诱导，并且这种诱导需要与parvalubun FS细胞结合。我们利用额叶皮层五层中PT、IT和FS细胞的固有特征、同种和不同物种之间的化学突触特征以及已揭示的FS细胞的电连接特征，创建了局部电路模型。远的。在这个模型电路中，PT 细胞的增量刺激会引起 β/γ 振荡，而 IT 细胞的刺激则不会。 PT 细胞在诱导额叶皮层振动方面的重要性已通过实验和计算得到揭示。