視覚弁別課題を用いた、大脳皮質における学習成立の神経回路メカニズムの解析

利用视觉辨别任务分析大脑皮层学习建立的神经回路机制

• 批准号: 12J05995
• 负责人: 石川 理子
• 金额: $ 2.53万
• 依托单位: National Institute for Physiological Sciences
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J05995/
• 关键词: 神経回路網の生後発達; 同期発火の形成メカニズム; 視覚情報処理の神経基盤; 可塑性; 一次視覚野; 二次視覚野; 神経活動同期性; 視覚野; 知覚学習; カルシウムイメージング; 視覚反応性; ラット; 神経回路網の生後発達; 同期発火の形成メカニズム; 視覚情報処理の神経基盤; 可塑性; 一次視覚野; 二次視覚野; 神経活動同期性; 視覚野; 知覚学習; カルシウムイメージング; 視覚反応性; ラット

本研究は，成熟脳における視覚を手掛かりとした学習成立の神経回路メカニズムを明らかにすることを目的としていた．当初の計画において学習中経時的に二光子励起顕微鏡下におけるカルシウムイメージングを行う予定だったが，この点がうまくいかなかったため，よりダイナミックに神経回路再編が生じていると考えられる発達期のラットを用いて，生後の視覚経験依存的な神経回路形成を明らかにする実験を行った．切片標本を用いた回路解析により，大脳皮質一次視覚野(V1)の浅層の神経細胞が視覚経験に依存してクラスター化した神経回路網を形成することを見出した．視覚経験依存的に形成されるこの神経回路網が視覚機能に及ぼす役割を明らかにするために，V1神経細胞群の神経活動の同期性の生後発達に着目し，マルチチャネル電極を用いたin vivo視覚生理実験を実施した．開眼直後の幼若ラットと発達期に視覚体験を操作して飼育したラットを対象に，個々の視覚細胞の視覚反応選択性および複数の神経細胞の活動同期性の性質を定量的に解析した．開眼直後のV1では，個々の神経細胞の視覚反応選択性は観察されたが，視覚刺激に誘発される同期的な神経活動は観察されなかった．正常な視覚体験を経たV1浅層では，視覚反応選択性が類似したニューロン群選択的に強い同期発火が生じた．しかし，正常な視覚経験を遮断したV1浅層では反応性が類似した細胞群における同期発火が減弱した．この結果は，視覚経験に依存して形成される神経回路網が，類似した視覚反応性をもつ細胞群における同期発火の基盤となる可能性を示唆する．またV1深層では，視覚経験に依存せず同期した神経活動が形成された．したがって浅層と深層は，発達期において異なるメカニズムにより神経回路網が形成されている可能性が示唆された．

这项研究旨在阐明学习的神经回路机制，将视觉作为成熟大脑中的线索。在最初的计划中，钙成像是在学习过程中随着时间的流逝而在两光子激发显微镜下计划的，但这并不成功，进行了实验，以阐明在出生后使用大鼠在发育阶段出生后的视觉体验的形成，这些神经回路经验在发育阶段，被认为是动态重新组织的神经回路。使用截面样品的电路分析表明，大脑皮层的主要视觉皮层（V1）浅层的神经细胞根据视觉体验而取决于聚集的神经网络。为了阐明这种神经网络的作用，该神经网络以视觉经验依赖性的方式形成，在视觉功能上，我们使用多通道电极进行了一个体内视觉生理实验，重点是在V1神经元组中神经活动的同步产后发展。我们定量地分析了单个视觉细胞的视觉反应选择性和多个神经元的活性同步，在少年大鼠睁开眼睛和通过在发育阶段操纵视觉体验而抚养的大鼠后，在其发育阶段抬起的大鼠。在睁开眼睛后，在V1中，观察到了单个神经元的视觉反应选择性，但是没有观察到视觉刺激引起的同步神经活动。在经历了正常视觉体验的浅V1层中，在具有相似视觉响应选择性的神经元组中有选择性地发生了强同步放电。然而，在反应性细胞组中，V1浅层中的同步发射阻断了正常的视觉体验。该结果表明，基于视觉经验形成的神经网络可能是在具有相似视觉反应性的细胞组中同步发射的基础。此外，在深V1层中，形成同步的神经活动，而无需视觉体验。因此，建议神经网络可以通过开发过程中浅层和深层的不同机制形成。