運動学習時にシナプス長期増強・抑圧を引き起こす運動野神経回路の描出

运动学习过程中引起突触长时程增强和抑制的运动皮层神经回路的描绘

• 批准号: 21K15200
• 负责人: 孫 在隣
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Osaka University (2022)National Institute for Physiological Sciences (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15200/
• 关键词: 運動学習; 大脳皮質運動野; シナプス可塑性; マウス; 神経回路; スパイン可塑性; シナプス長期増強; 電子顕微鏡

動物は学習により外的環境に適応する。その過程における脳内変化は、神経回路の再構築として現れ、可塑的なシナプスの結合変化がそれを可能にしていると考えられている。本研究課題では、運動学習中の大脳皮質運動野におけるシナプス可塑性を観察し、神経回路がどのように結合変化をみせるのかについて、網羅的解析を行っている。大脳皮質錐体細胞には、シナプス後構造として、樹状突起上にスパインと呼ばれる突起が存在する。このスパインが新生することは、新たな神経回路が形成されたことを示す形態変化である。運動学習中には運動野においてスパイン新生が頻繁に観察されるが、この新生されたスパインに結合するシナプス前軸索の由来については不明であった。本研究では、運動学習中の運動野におけるスパイン動態を2光子顕微鏡により生体観察し、さらにその脳組織標本を用いて、免疫組織化学や電子顕微鏡観察を経ることにより、新生スパインへの入力元の同定に成功した。それにより、学習中に出現するスパインには皮質錐体細胞由来の軸索が、学習した技能を維持する際には皮質下（視床）からの軸索終末がシナプスを形成することが判明した（Sohn et al., Science Advances, 2022）。すなわち、シナプス前細胞の由来によって、シナプス後構造の動態が特徴的な時間的変化をみせることが示唆された。これは、これまで学習の延長として捉えられてきた記憶のメカニズムが、実は異なる神経回路が担当していることを示す所見であった。

动物通过学习来适应外部环境。在此过程中大脑的变化表现为神经回路的重组，人们认为突触连接的可塑性变化使这成为可能。在这个研究项目中，我们正在观察运动学习过程中大脑皮层运动皮层的突触可塑性，并全面分析神经回路的连接性如何变化。大脑皮层锥体细胞的树突上有称为棘的突起，作为突触后结构。新一代的刺是一种形态变化，表明新的神经回路的形成。在运动学习过程中，在运动皮层中经常观察到脊柱的生成，但连接到这些新生成的脊柱的突触前轴突的起源仍然未知。在这项研究中，我们利用双光子显微镜观察了运动学习过程中运动皮层中的脊柱动力学，然后利用脑组织标本进行免疫组织化学和电子显微镜检查，以识别新脊柱的输入来源，鉴定成功。 。结果发现，源自皮质锥体细胞的轴突在学习过程中出现的棘上形成突触，而来自皮层下（丘脑）的轴突末端在维持学习技能时形成突触（Sohn et al., Science Advances, 2022）。这表明突触后结构的动力学表现出特征性的时间变化，具体取决于突触前细胞的起源。这一发现表明，被认为是学习延伸的记忆机制实际上是由不同的神经回路控制的。

项目成果

大脳皮質神経回路の空間的・時間的シナプス結合選択性

大脑皮层神经回路的时空突触连接选择性

• 发表时间: 2023
• 作者: Sohn Jaerin;Suzuki Mototaka;Youssef Mohammed;Hatada Sayuri;Larkum Matthew E.;Kawaguchi Yasuo;Kubota Yoshiyuki;孫 在隣
• 通讯作者: 孫 在隣

「学んだ」ことが「身につく」ときの脳の変化

当“习得”的东西“习得”时，大脑会发生变化

Humboldt University of Berlin(ドイツ)

柏林洪堡大学（德国）

Temporally-selective reconfiguration of cortical synapses underlies acquisition of proficient motor skill

皮质突触的时间选择性重构是获得熟练运动技能的基础

• 发表时间: 2023
• 作者: Sohn Jaerin;Suzuki Mototaka;Youssef Mohammed;Hatada Sayuri;Larkum Matthew E.;Kawaguchi Yasuo;Kubota Yoshiyuki;孫 在隣;Jaerin Sohn
• 通讯作者: Jaerin Sohn

Presynaptic control of spine dynamics for learning and memory in neocortex

新皮质学习和记忆中脊柱动力学的突触前控制

• 发表时间: 2021
• 作者: Jaerin Sohn;Mototaka Suzuki;Sayuri Hatada; Mohammed Youssef;Matthew E Larkum;Yasuo Kawaguchi;Yoshiyuki Kubota
• 通讯作者: Yoshiyuki Kubota