大脳皮質神経回路の自己組織化における調整因子としての抑制回路の解明

阐明抑制回路作为大脑皮质神经回路自组织的调节因素

• 批准号: 20019036
• 负责人: 姜 時友
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20019036/
• 关键词: 大脳皮質; 一次視覚野; 臨界期; 眼優位性; 理論モデル; 回路シミュレーション; 抑制回路; シナプス可塑性; 計算論的神経科学; 海馬; 再帰結合回路; スパイクタイミング依存可塑性; 自己組織化; 抑制

本研究課題は、皮質神経回路の入力応答特性と自己組織化における抑制回路の動的な役割を明らかにすることを目的としており、当該年度は主に、CRESTの矢崎陽子博士、ハーバード大のヘンシュ貴雄博士らとともに視覚野局所回路に関する研究を行った。両博士は、マウス一次視覚野両眼性領域の興奮性細胞における生体内細胞内記録を行い、特に細胞内ピクロトキシン注入による抑制シナプスのオンオフ状態それぞれにおける活動を比較することによって、興奮性細胞の眼優位性活動に対する抑制回路の役割が、単眼遮蔽期間の長短に応じて動的に変化することを明らかにした。代表者は、その実験データに基づいた視覚野回路モデル研究を行うことによって、抑制回路の機能変化に必要となるシナプス結合強度を明らかにするとともに、複数タイプの回路モデル間比較から、眼優位性シフトを実現する局所回路の様式を明らかにした。具体的には、介在している抑制細胞への興奮性シナプスにおける可塑性が必要であることと、そのシナプス投射が両眼性であること、さらにはそれらシナプス強度の眼優位性が双方向的に変化する必要があることを明らかにした。実際に、矢崎博士による抑制細胞への生体内細胞内記録を通じて、抑制細胞の応答が両眼性であり、その眼優位性活動が双方向的に変化することが確認された。さらに研究代表者は、近年明らかになっている新皮質抑制細胞への興奮性シナプスにおけるスパイクタイミング依存可塑性と、長期遮蔽に伴ったシナプス減弱が組み合わさることによって、抑制細胞の双方向的な眼優位性シフトを実現できることを明らかにした。これらの結果は、臨界期可塑性のメカニズムに抑制回路の役割という視点から迫るものであり、弱視の治療などへの応用が期待されるものである。以上の研究成果は、国際学術誌を通じて誌上発表が行われた。

本研究项目的目的是阐明皮层神经回路的输入响应特性以及抑制回路在自组织中的动态作用，我与高尾博士等人进行了视觉皮层局部回路的研究。两位研究人员对小鼠初级视觉皮层双眼区域的兴奋性细胞进行了体内细胞内记录，并通过细胞内注射印防己毒素专门比较了抑制性突触在开启和关闭状态下的活性。控制主导活动的抑制回路根据单眼闭塞期的长度动态变化。通过基于实验数据对视觉皮层回路模型进行研究，该代表将阐明抑制回路功能变化所需的突触连接强度，并通过比较多种类型的回路模型来研究眼优势。实现移位的局部电路的形式。具体来说，我们需要兴奋性突触对干预抑制性细胞的可塑性，突触投射是双眼的，并且这些突触强度的眼部优势是双向的。很明显，事情需要改变。事实上，矢崎博士通过对抑制细胞的体内细胞内记录，证实了抑制细胞的反应是双目的，并且它们的眼部主导活性是双向变化的。此外，主要研究者认为，最近揭示的新皮质抑制细胞兴奋性突触的尖峰时间依赖性可塑性，加上长期剥夺所伴随的突触衰减，可能会导致抑制性细胞的双向眼优势。是有可能实现性别转变的。这些结果从抑制回路作用的角度探讨了关键期可塑性的机制，有望应用于弱视等治疗。上述研究成果发表在国际学术期刊上。

项目成果

An accurate spike sorting algorithm and implementation to analyze higher order spike statistics

一种准确的尖峰排序算法和实现，用于分析高阶尖峰统计数据

• 发表时间: 2008
• 作者: Takashi Takekawa;et al.
• 通讯作者: et al.

大脳皮質神経回路の自己組織化における調整因子としての抑制回路の解明

阐明抑制回路作为大脑皮质神经回路自组织的调节因素

• 发表时间: 2008
• 作者: Takashi Takekawa;et al.;姜時友
• 通讯作者: 姜時友

Bidirectional plasticity in fast-spiking GABA circuits by visual experience

• DOI: 10.1038/nature08485
• 发表时间: 2009-11-12
• 期刊: NATURE
• 影响因子: 64.8
• 作者: Yazaki-Sugiyama, Yoko;Kang, Siu;Hensch, Takao K.
• 通讯作者: Hensch, Takao K.

Functional changes induced by multiple plasticity rules in the hippocampal circuit : simulation and experiment

海马回路中多种可塑性规则引起的功能变化：模拟和实验

• 发表时间: 2009
• 作者: 寺前順之介;深井朋樹;寺前順之介;坪泰宏;Kang S
• 通讯作者: Kang S

Formation of Cortical Cell Assemblies : Synaptic Plasticity and Beyond

皮质细胞组件的形成：突触可塑性及其他

• 发表时间: 2008
• 期刊: Brain and Nerve(Review) 60
• 作者: Tomoki Fukai;et al.
• 通讯作者: et al.