高次嗅覚中枢における情報統合のメカニズム

高级嗅觉中枢的信息整合机制

• 批准号: 13J00456
• 负责人: 稲田 健吾
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J00456/
• 关键词: ショウジョウバエ; 嗅覚回路; 二光子励起; 光遺伝学; 電気生理学

本研究は嗅覚を支える神経回路における、情報処理様式の解明を目的とした。実験対象にはショウジョウバエの成虫を用いた。ショウジョウバエ成虫の嗅覚受容細胞は匂い物質と結合すると、その情報を嗅覚一次中枢の投射細胞に伝える。投射細胞はキノコ体とlateral hornという嗅覚二次中枢に投射する。キノコ体は学習や記憶に、lateral hornは生得的な行動に関与していると考えられている。これらの脳領域は、同じ嗅覚一次中枢から情報を受けているにも関わらず異なる機能を生み出している。嗅覚二次中枢における情報処理の様式を解析するため、本研究では投射細胞を人為的に発火させつつ嗅覚二次細胞から電気生理学的に応答を記録した。投射細胞の発火には光感受性タンパク質と二光子励起法を用いた。二光子励起法を用いて光感受性タンパク質を刺激し細胞を発火させる技術は、世界的に見ても完全には確立されていない。そこで研究代表者らは、まずこれまでに開発された光感受性タンパク質の変種を投射細胞に発現させ発火させることができるか評価した。その結果ReaChRという変種が多くの投射細胞を高い時間・空間分解能で発火させられることが分かった。キノコ体のKenyon細胞は、複数の投射細胞から入力を受ける。研究代表者らはこれらの投射細胞がほぼ同時に入力を送った場合Kenyon細胞はどのように応答するか調べた。その結果二つの投射細胞が短い時間差で発火した場合の応答は、各投射細胞を刺激した応答の線形和にほぼ等しいことが分かった。この線形性は入力を送る投射細胞数が増えてもおおむね保存されていることが示唆されている。これらの結果は、複数の投射細胞が短い時間内に入力を送らなければKenyon細胞は発火しないという、これまでの予想を実験的に示している。Lateral hornに関しても興味深い知見が得られている。今後論文発表する予定である。

这项研究旨在阐明支持嗅觉的神经回路中信息处理的方法。成年果蝇昆虫被用作实验。当成年果蝇的嗅觉受体细胞与气味物质结合时，它们将此信息传输到原发性嗅觉中心的投影细胞中。投影的细胞投射到蘑菇体和次生嗅觉中心，称为侧角。蘑菇体被认为参与了学习和记忆，而横向角被认为参与了先天的行为。尽管从同一原发性嗅觉中心收到信息，但这些大脑区域仍会产生不同的功能。为了分析嗅觉二级中心中的信息处理方式，在这项研究中，我们记录了嗅觉二级细胞的电生理反应，同时人为地发射了投影的细胞。光敏蛋白和两光子激发被用来发射投影细胞。使用两光子激发方法刺激光敏蛋白和发射细胞的技术尚未在全球范围内完全建立。因此，研究人员首先评估了在投射细胞中是否可以表达和发射先前开发的光敏蛋白的变体。结果，发现一种称为RECHRR的变体会导致许多投影细胞在高空和空间分辨率上发射。蘑菇体肯尼恩细胞从多个投影细胞中获得输入。研究人员研究了肯尼恩细胞在大约同时发送输入时的反应。结果表明，两个在短时间差异的投影细胞发射时的响应大约等于刺激每个投影细胞的响应的线性总和。建议即使在发送输入的投影单元格的数量增加时，这种线性也在很大程度上是保存的。这些结果在实验上证明了先前的预测，除非多个投影细胞在短时间内发送输入，否则肯尼恩细胞不会发射。有趣的知识也获得了侧向角。我计划将来发表我的论文。