前頭連合野機能コラムのダイナミクスに対するモノアミン修飾作用の解明

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本研究では、前頭連合野機能コラムのダイナミクス(コラム内及びコラム間相互作用による情報処理過程)と、その活動に及ぼすモノアミンの修飾作用を、膜電位感受性色素を用いた高速光学測定法を用いて画像化・解析する。この光学測定法を用いて、どのような受容体がコラム内及びコラム間相互作用に、いかなる役割を持ちうるかを明らかにすることを目的とした。まず、サル前頭連合野の一部からスライス作成装置により脳スライス標本を作成し、光学測定法によって測定するin vitro系での実験を行った。特に、スライスを電気的に刺激した際に誘発されるコラム活動と、解剖学的なコラム構造に焦点をあて、そのダイナミクスを詳細に調べた。はじめに解剖学的な染色法によって解剖学的コラム構造を同定し、そのスライスを電気的に刺激し誘発されるコラム活動を光学的に調べることで、コラムの細胞構築学的構造とその活動ダイナミクスの対応付けを行った。その結果、コラム活動が解剖学的コラム構造を形成する遠心性出力ニューロン群を駆動することを明らかにした。次に、ダイナミックなコラム活動に対するモノアミン(特にドーパミン)の修飾作用に焦点を当てた。ドーパミンD1及びD2受容体を活性化するために、その受容体の促進薬を各々添加した際のコラム活動を光学測定法により可視化・解析した。その結果、D2受容体でなくD1受容体のみが隣接するコラムに影響を与えることなく、コラム内部でのみ、その活動を増強することを明らかにした。以上の結果は、前頭連合野の機能コラムが他の皮質領域と動的に相互作用し、ドーパミンD1受容体によりコラム内部で修飾を受けた情報処理結果が他の皮質へ出力されることを示唆する。このような前頭連合野機能コラムのダイナミクス(コラム内及びコラム間相互の情報処理過程)とドーパミンD1受容体による機能コラムの修飾作用は、前頭連合野の担う高次認知機能の基礎的、かつ、重要な神経メカニズムであると考えられる。