コバリアンス学習におけるシナプス結合可塑性の細胞・分子機構

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皮質ニューロンにおける同期した繰り返し発火、すなわち、synchronous oscillationは視覚などの情報処理や記憶にかかわるニューロン群で発見され、大きな注目を集めている。培養下で自己組織化された皮質ニューロン回路が、頻度こそやや低いが、同じようなsynchronousなoscillationの性質をもつ発火を自発的に生じることは大変に興味深い。そこで、培養下で同期発火を繰り返しているニューロン群がHebbの提唱した閉回路で発火を継続するニューロン群(cell assemblyと彼は呼んだ)と同じく、記憶のニューロン回路の性質を示すのではないかと考え、この同期発火の時間的、空間的パターンが外部刺激で変化するかどうかの実験を行なった。あらかじめ特定のニューロンが自発的に同期発火を繰り返しているニューロン回路網を含んだ培養ニューロン系を外部から高頻度刺激を10秒間行ない、刺激前と刺激中、刺激後の同期発火しているニューロンの発火の時間的、空間的パターンを、細胞内Ca濃度の変化を指標に、ビデオ画像をコンピューター解析して観察した。刺激前は同期発火に参加していなかったニューロンもフィールド刺激によって、ほとんどのニューロンが発火を起こし、しかも、刺激後は異なった発火パターンを示した。すなわち、かなりのニューロンが刺激後は同期発火に参加するように変化し、一部のニューロンは逆に同期発火に参加しなくなった。この刺激による変化は少なくとも刺激停止後30分間は持続した。また、同時に同期発火の頻度も刺激後上昇した。外部からの高頻度刺激により、ニューロン間のシナプス結合が変化し、発火の時間的空間的パターンが変化したものと考えられ、「刺激を培養下のニューロン群が回路として“記憶"した」といえるかもしれない。今後さらに詳細な検討が必要である。