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

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．

这项研究的目的是阐明成熟大脑中利用视觉线索建立学习的神经回路机制。最初的计划是在学习过程中随着时间的推移在双光子激发显微镜下进行钙成像，但这并没有成功，因此我们决定研究处于神经回路重组被认为更加动态发生的发育阶段的大鼠。通过这种方法，我们进行了实验来阐明出生后依赖于视觉体验的神经回路的形成。通过切片样本的电路分析，我们发现大脑皮层初级视觉皮层（V1）浅层的神经元根据视觉体验形成簇状神经网络。为了阐明这种根据视觉经验形成的神经网络对视觉功能的作用，我们关注V1神经元群神经活动同步性的出生后发育，并使用多通道电极进行了体内实验。进行了视觉生理学实验。我们定量分析了刚睁开眼睛的幼年大鼠和在发育期间通过视觉经验操纵饲养的大鼠中单个视觉细胞的视觉反应选择性的特性以及多个神经元活动的同步性。在睁眼后立即的V1中，观察到单个神经元的视觉反应选择性，但没有观察到视觉刺激诱导的同步神经活动。在正常视觉体验后的 V1 浅层中，具有相似视觉反应选择性的神经元组选择性地发生强同步放电。然而，在正常视觉体验受到阻碍的 V1 浅层中，具有相似反应性的细胞群中的同步放电被减弱。这一结果表明，根据视觉体验形成的神经网络可以作为具有相似视觉反应性的细胞群同步放电的基础。此外，在深层 V1 层中，形成了独立于视觉体验的同步神经活动。因此，有人提出，神经网络在发育过程中可能通过浅层和深层的不同机制形成。

项目成果

発達期の視覚遮断は二次視覚野の視覚反応を顕著に減少させる

发育过程中的视觉剥夺显着降低了次级视觉皮层的视觉反应

• 发表时间: 2012
• 作者: 石川理子