海馬ニューロンの自発発火活動の時空構造にみる回路発達とシナプス可塑性

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中枢神経系において、ニューロンは巨大かつ精細なネットワークを形成している。反射などの単純な運動から、思考・意識・情動といった高次な脳活動を含め、動物の所為はすべて、神経ネットワークに基づいて実行されている。本年度はこうした神経ネットワークの活動を統合的に理解する目的で、我々が近年改良を重ねてきたCaイメージング法を海馬回路に応用することで、単細胞レベルとネットワークレベルの神経活動を高次に関連づけることを目指した。まず、ニポウ板型の共焦点顕微鏡システムを構築し、画像取得とパッチクランプ装置と刺激装置をメタモルフ環境のジャーナルによって同期させることに成功した。これによって自発発火だけでなく刺激に対する応答を、イメージングと電気生理記録の両者で高い時間精度で記録できるようになった。またCa指示薬のロード条件を詳細に検討し、さらに効率のよい負荷法を編み出し、視野内のほぼ100%の神経細胞から単発スパイクを記録することが可能になった。この新しい系(←おそらく世界で一番美しい記録ができている)を用いて、現在、大きく二つのプロジェクトを進めている。一つはシナプスおよびネットワーク可塑性の評価であり、もう一つは可塑性によって回路演算がどう変化するかの検討である。前者の評価には、回路が本来もっている「試行毎のバラツキ」の特性の扱いが難しく、逆にその特性を扱う過程で、バックグラウンド活動とセルアセンブリー動態の関係を見いだしたことは特筆すべき成果である。これは論文としてまとめ、現在は改訂を済ませ再投稿中である。また後者については、自発活動の時空パターンが内発的に可塑的に変化することを、数理解析することで見出し、こちらは最近投稿を済ませたところである。