Clarification of the mechanisms of cortical information processing by visualization of neuronal activity in the visual cortex during sleep

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大脳皮質の神経細胞は、覚醒時だけでなく、外界からの情報入力のない睡眠時にも活発に活動する。この睡眠時神経活動は、記憶の固定や学習に関与することが示唆されており、覚醒時と同様に、何らかの情報処理を行うと考えられている。そこで、本研究では、大脳皮質視覚野において、睡眠時神経活動が、どのような情報処理を行っているかを明らかにすることにより、大脳皮質における情報処理メカニズムを解明することを目的としている。これまでに、睡眠時神経活動を捉えるため、大脳皮質神経細胞に蛍光カルシウムインジケータを発現させたトランスジェニックマウスを用いて、自然な睡眠覚醒時における視覚野神経細胞のカルシウムシグナルを可視化する測定システムを実用化した。当該年度では、この測定システムをwide-field顕微鏡において使用することで、睡眠覚醒時における一次視覚野および高次視覚野の神経活動を測定した。測定した神経活動の時空間パターンから、レム睡眠・ノンレム睡眠・覚醒時における領野間の機能的結合性を推定した。さらに、二光子励起顕微鏡を用いて、睡眠時および覚醒時における一次視覚野の神経細胞のカルシウムシグナルを計測したところ、睡眠時と覚醒時で、個々の神経細胞の活動パターンが変化した。今後は、この神経細胞の活動パターンを、覚醒時の視覚応答の活動パターンと併せて解析することで、睡眠時神経活動がどのような情報処理を行っているかを明らかする。