スパインCa2+イメージングを用いた顔選択性細胞のシナプスレベルの機能構築の解明

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本研究はカルシウムイメージングを用いてマーモセット大脳皮質の顔応答領野を同定し、顔選択性細胞の樹状突起から2光子記録を行うことを目的とする。本年度は昨年度マーモセットのMT/MST野で確立したカルシウムイメージング法を側頭皮質に適用し、顔応答領野からの記録実験を行った。イメージング実験の準備として、アデノ随伴ウイルスベクター(AAV)を下側頭皮質の十数か所にインジェクションし、1 cm以上の広い範囲にGCaMP6sを均一に導入した。次に、顔応答領野の位置を同定するために一光子広域カルシウムイメージングを行った。視覚刺激として顔、身体パーツ、物体の3つのカテゴリー属する画像をそれぞれ数十枚用意し、各カテゴリーに特異的に応答する皮質領域を調べた。その結果、上側頭溝の前側と後ろ側に顔画像を提示したときに強い応答を示す直径1 mm程度の領域を同定した（顔応答領野）。また、その近くには身体パーツや物体画像に対して強く応答する領域が観察された。次に、2光子カルシウムイメージングを用いて、顔応答領野付近の神経細胞集団の応答特性を調べた。その結果、顔画像に特異的に応答する細胞、身体パーツに特異的に応答する細胞、物体画像に特異的に応答する細胞がそれぞれ観察された。また、顔画像に応答する細胞の中には、特定の顔の向きに選択性を持つ細胞や、鏡面対称な顔画像セットに選択性を持つ細胞が観察された。この結果は旧世界ザルであるマカクザルの電気生理学を用いた先行研究の結果(Freiwald and Tsao, 2010)と似ており、新世界ザルであるマーモセットの脳にもマカクザルと同様の顔情報処理回路が実装されている可能性が示唆された。最後に、高倍率の2光子イメージングを用いて、下側頭皮質の単一神経細胞の樹状突起イメージングを行った。その結果スパインを含む樹状突起でカルシウムシグナルを観察することに成功した。