発達期視覚野における求心性線維単一軸索の形態学的可塑性と神経栄養因子の役割

发育中的视觉皮层传入单轴突的形态可塑性和神经营养因子的作用

基本信息

批准号：
12053248
负责人：
畠義郎
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

哺乳類視覚野の片眼視覚遮断による変化は、発達脳の可塑性のモデルとして広く研究されてきたが、近年、この可塑性に神経栄養因子が重要な役割を果たすことが示唆されている。シナプス後皮質細胞より分泌される神経栄養因子を、シナプス前線維が競合的に受容し、その競合の結果コラムの拡大や縮小を引き起こすという仮説である。報告者はこれまで、発達期の一次視覚野に脳由来神経栄養因子(BDNF)を持続的に投与すると、すでに出来上がった眼優位性コラムがdesegregateし、コラム構造が見られなくなることを見いだした。また、片眼遮蔽を行った動物では、健常眼のコラム、遮蔽眼のコラム共にdesegregationを示した。このことはBDNFが発達期の視覚野において、視床からの入力線維の皮質内分布に影響を与えうることを示す。しかし、入力線維の分布や形態が神経活動の変化によっても引き起こされることは、広く知られており、投与したBDNFが視覚野ニューロンの活動の変化、例えば、活動性を上昇させることで神経結合の強化や新生を引き起こしたために、結果として眼優位コラムがdesegregateしたという可能性も考えられる。そこで本研究は、BDNFの投与や内因性BDNFの抑制により、発達期視覚野ニューロンの光反応性がどのように変化するかを明らかにすることで、BDNFの視覚野神経回路網への影響のメカニズム理解の手がかりを探る。生後4-5週の仔ネコの両側一次視覚野にステンレスカニューレを留置し、浸透圧ミニポンプを用いてBDNFあるいはリンゲル液を2週間にわたり持続投与した。その後、動物を麻酔、非動化し、BDNF投与部位周辺の皮質より多数のニューロンのスパイク活動を細胞外記録した。リンゲル液投与部位周辺でも同様の記録を行い、各ニューロンの光反応性(反応の強さ、方位選択性等)を定量的に解析した。その結果、BDNF投与部位周辺においては、視覚野ニューロンの光反応の強さが低下しており、また方位選択性も弱くなっていることが明らかとなった。この結果は、BDNF投与が直接ニューロンの活動性を高めることはないということを示し、さらに、既存のシナプスを単純に強化あるいは抑圧するのではなく、シナプスの再編成を行うことを示唆している。

由哺乳动物视觉皮层中非直觉视觉阻滞引起的变化已被广泛研究为发达大脑中可塑性的模型，但近年来，人们已经提出，神经营养因子在这种可塑性中起着重要作用。假设是，突触前纤维竞争性地接受突触后皮质细胞分泌的神经营养因素，从而导致竞争导致柱的扩张和减少。记者先前发现，如果在发育过程中连续地施用脑衍生的神经营养因子（BDNF），则将其形成的眼睛优势柱取消分离，并且柱结构将不再可见。此外，在经过一眼屏蔽的动物中，健康和屏蔽的眼睛柱都显示出种族隔离。这表明BDNF可以影响发育过程中视觉皮层中丘脑的输入纤维的皮质内分布。然而，众所周知，输入纤维的分布和形态也是由神经活动的变化引起的，并且管理的BDNF也可能导致视觉皮质神经元活性的变化，例如增加活性，从而导致增强和神经连接，从而导致眼睛占主导地位的分离。因此，这项研究通过阐明由于BDNF给药而导致的视觉皮质神经元的光反应性以及内源性BDNF的抑制如何改变了BDNF对视觉皮质神经网络的影响的线索。将不锈钢插管放置在猫4-5周龄的初级视觉皮层中，并使用渗透微型粉碎机连续施用BDNF或Ringer的溶液2周。然后对动物进行麻醉和拆卸，与BDNF施用部位周围的皮质相比，神经元的尖峰活性被细胞外记录。在林格溶液给药的部位周围进行了类似的记录，并定量分析每个神经元的光反应性（响应强度，方向选择性等）。结果，揭示了视觉皮质神经元的光响应强度降低了BDNF给药部位，并且该方向选择性也削弱了。该结果表明，BDNF的给药不会直接增加神经元活性，并进一步表明，进行突触重组，而不是简单地增强或抑制现有的突触。