前頭皮質回路の単位構造の解析

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前脳基底部からの大脳皮質へのコリン作動性入力は皮質の周期的・同期的活動に影響する。アセチルコリンの皮質活動への作用は、興奮性の投射ニューロンである錐体細胞だけでなく、抑制性のGABA作働性介在ニューロンである非錐体細胞も介すると考えられている。皮質内のGABAによる抑制がアセチルコリンによってどのような影響を受けるかを調べるために、スライス標本でラットの前頭皮質細胞からホールセル記録を行い、コリン作働性のアゴニストであるカルバコールやムスカリンによってGABA作働性の抑制性シナプス電流がどのように変化をするかを検討した。カルバコールやムスカリンは抑制性電流の頻度を上昇させたが、増加の時間的パターンには二種類あることがわかった。一つはアゴニストを与えている間、増加した抑制性電流がほぼ一定頻度で出現するもので、もう一つは抑制性電流が平均して0.2ヘルツで周期的に増大するものである。後者の周期的に起きる抑制性電流のバーストの持続は平均2.2秒で、バーストの中の単一シナプス電流の頻度は24ヘルツであった。どちらの抑制性電流の増加は、ムスカリン受容体、M1受容体の拮抗薬でそれぞれ抑えられたが、興奮性グルタミン酸受容体の拮抗薬では影響を受けなかった。近傍にある二個の皮質細胞の周期的増加は、バーストの開始や終了はずれることがあるがほぼ同期していた。一方、二個の細胞のバースト中の個々のシナプス電流の開始点の相互相関を調べると低かった。従って、複数のGABAニューロンがバースト期間中に同期して発火するが、バーストを起こすGABAニューロン間でスパイク発射レベルの時間的同期はしていないと考えられる。皮質の抑制性ニューロン群には、興奮性ニューロンとは独立に0.1から0.3ヘルツのリズムをつくる機構が皮質内に内在的にあると考えられる。