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。

我们将硅探针和光纤植入海马 CA1，并使用独立分量分析从记录的局部场电位中分离出多个信号源。此外，我们使用隔离信号源研究了特定电路对光刺激的诱发反应，并确定了输入电路衍生的活动。光刺激伪影和神经诱发活动对光刺激有不同的响应动力学，因此我们使用短脉冲波形和指数递减函数的卷积创建伪影波形模型，然后对模型波形进行曲线拟合并从原始波形中减去它。通过该方法获得神经诱发反应波形。当我们重建并比较来自观察到诱发反应的成分的海马 CA3 和内嗅皮层细胞的活动时，我们发现海马 CA1 锥体细胞层的波纹活动幅度存在差异。此外，当我们比较内嗅皮层第3层细胞和内嗅皮层第2层岛细胞的活动时，我们发现θ节律的幅度和θ-γ耦合的强度往往存在差异。与海马 CA1 中的 LFP 一起。因此，我们证实本研究开发的技术可以显示不同大脑区域的输入活动动态差异。此外，我们将海马齿状回外侧和内侧内嗅皮层的输入分开。在物体识别记忆和空间工作记忆任务中，单独的输入往往会有所不同。除了上述进展之外，我们还表明可以通过对局部场电位记录使用独立分量分析来分析提取肌电位信息。该技术使得无需直接测量肌电位即可获得肌电位信息，并能够利用肌电位对动物运动和睡眠进行长期稳定的行为分析。