Technical development of neural activity measurement of specific input-pathways from multiple brain regions and its application to sleeping-state hippocampal activities

多个脑区特定输入通路的神经活动测量技术进展及其在睡眠状态海马活动中的应用

基本信息

批准号：
22KJ1454
负责人：
長内尚之
金额：
$ 3.08万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

海馬CA1にシリコンプローブと光ファイバーをインプラントし、記録した局所電場電位に対して独立成分分析を用いて複数の信号源を分離した。さらに、分離した信号源において特定回路の光刺激に対する誘発応答を調べ、入力回路由来活動を同定した。光刺激アーティファクトと神経誘発活動は光刺激に対する応答の動態が異なっており、短パルス波形と指数減少関数の畳み込みを用いてアーティファクト波形モデルを作製し、モデル波形をカーブフィットして元の波形から差し引くことで神経誘発応答波形を得た。誘発応答が見られたコンポーネントから海馬CA3と嗅内皮質細胞由来活動を再構成し比較したところ、海馬CA1錐体細胞層においてリップル活動の大きさに差が見られた。さらに、嗅内皮質3層細胞と嗅内皮質2層島細胞由来活動を比較したところ、シータリズムの大きさや、海馬CA1におけるLFPとのシータ-ガンマカップリングの強さに差がある傾向を見出した。よって、本研究で開発した技術は異なる脳領域からの入力活動動態の違いを示せることを確認した。さらに、海馬歯状回において外側嗅内皮質と内側嗅内皮質からの入力を分離した。分離した入力は、オブジェクト認識記憶と空間作業記憶のタスク中で異なる傾向にあった。上記の進展に加えて、局所電場電位記録に対し独立成分分析を用いることで解析的に筋電位情報を抽出できることを示した。この技術は直接的な筋電位測定をしなくても筋電位情報の取得を可能にし、筋電位を利用した動物の動きや睡眠の長期的・安定的な行動解析を可能にする。

将海马CA1用硅探针和光纤植入，并使用独立的组件分析对记录的局部电场电位分开多个信号源。此外，在孤立的信号源中检查了特定电路对光刺激的诱发响应，以识别输入电路衍生的活动。对光刺激的反应和神经诱导的活性的反应动力在对光刺激的响应中有所不同，并使用短脉冲波形和指数减小功能的卷积创建了伪影波形模型，并从原始波形中弯曲并减去模型波形，以获得神经诱导的响应响应波形。重建海马CA3和内嗅皮层细胞衍生的活性并将其与观察到诱发反应的成分进行比较时，发现海马CA1锥体细胞层中纹波活性幅度的差异。此外，当比较源自内嗅皮层三层细胞和内嗅皮层双层胰岛细胞的活性时，我们发现在theta节律的大小和theta-gamma在海马CA1中与LFP偶联的强度有所不同。因此，已经证实，这项研究中开发的技术可以证明来自不同大脑区域的输入活性动力学差异。此外，在海马齿状回中分离了外侧和内侧内侧皮层的输入。分离的输入往往在对象识别和空间工作内存的任务之间有所不同。除了上述进步外，还表明，可以通过使用独立的组件分析对局部电场电位记录进行分析提取肌电潜在信息。该技术允许在无直接肌电潜在测量的情况下获取肌电潜在信息，从而可以使用肌电潜力对动物运动进行长期和稳定的行为分析。