神経回路状態に依存したシナプス統合の多次元的解析

根据神经回路状态进行突触整合的多维分析

基本信息

批准号：
20021031
负责人：
井上剛
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Okayama University
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

项目摘要

本研究課題では、スライスパッチクランプ法にダイナミッククランプ法を組み合わせることにより「ハイブリッド神経回路」を構築し、この手法を用いて視床-大脳皮質神経回路の動作挙動について調べた。二つの視床リレー細胞から大脳皮質4層主要細胞(Regular Spiking細胞)へのシナプス統合を調べた結果、この視床-大脳皮質神経経路には三種類のシナプス統合が存在すること、またこれらのシナプス統合が神経修飾物質(ノルエピネフリン、アデノシン)によってスイッチされることも明らかにした。すなわち、神経修飾物質は局所神経回路レベルにおいて「タイミングスイッチ」として働いている。次に、局所神経回路レベルにおけるタイミングスイッチが、細胞・シナプスレベルでどのように制御されているのか、そのメカニズムに関して電気生理学的手法を用いて検討した。対象の局所神経回路上のFast-Spiking(FS)細胞に着目した結果、ノルエピネフリンはFS細胞を脱分極させるが、FS細胞における視床由来のシナプス電位にはほとんど影響を与えなかった。一方で、アデノシンはFS細胞の膜電位をほとんど変化させないが、FS細胞にける視床由来のシナプス電位の振幅を顕著に小さくすることが明らかとなった。最後にネットワークシミュレーションを用いた研究によって、上記の細胞・シナプスレベルの変化のみで、局所神経回路レベルの現象であるタイミングスイッチが説明可能であることも明らかとなった。すなわち、電気生理学的アプローチ・コンピュータシミュレーション・およびその融合型アプローチ(ハイブリッド神経回路)を用いることにより、「抑制回路状態に依存したシナプス統合」の存在と、その細胞・シナプスメカニズムについて明らかにすることができた。

在本研究项目中，我们将切片膜片钳法与动态钳法相结合，构建了“混合神经回路”，并利用该方法研究了丘脑-大脑皮层神经回路的运行行为。通过研究两个丘脑中继细胞与大脑皮层第四层主要细胞（规则尖峰细胞）的突触整合，我们发现丘脑-大脑皮层神经通路中存在三种类型的突触整合，这些突触整合还被发现是由神经调节剂（去甲肾上腺素、腺苷）切换的。换句话说，神经调节剂在局部神经回路层面充当“定时开关”。接下来，我们使用电生理学技术来研究如何在细胞和突触水平上控制局部神经回路水平的定时开关。针对目标局部神经回路中的快速尖峰（FS）细胞，去甲肾上腺素使 FS 细胞去极化，但对 FS 细胞中丘脑衍生的突触电位影响不大。另一方面，尽管腺苷几乎不改变FS细胞的膜电位，但已表明它显着降低了FS细胞中源自丘脑的突触电位的幅度。最后，使用网络模拟的研究表明，时序切换是局部神经回路层面的一种现象，只能通过细胞/突触层面的变化来解释。换句话说，通过使用电生理学方法、计算机模拟及其组合方法（混合神经回路），我们能够阐明“依赖于抑制回路状态的突触整合”及其细胞和突触机制的存在。能够做到。