ラットバレル皮質における空間情報表現とそのダイナミクス

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麻酔したラットにおいて、一本の頬ヒゲを単独で刺激すると刺激方向に依存したスパイク応答が、ラット大脳皮質1次体性感覚野ヒゲ対応領域(バレル皮質)のニューロンに観察される。一方、二本の頬ヒゲを組合わせて刺激すると促通性あるいは抑制性の相互作用が生じることが知られているが、これらの相互作用がどのような刺激方向選択性を持つのか、また、単独および組合わせヒゲ刺激応答の刺激方向がどのように脳内表現されるのかについてはよくわかっていない。そこで、本研究では、単独ヒゲ刺激および組合わせヒゲ刺激に対するバレル皮質ニューロンの応答をガラス管微小電極を用いて細胞外記録し、それらの刺激方向選択性を検討した。その結果、興奮性ニューロンと考えられるRegular spiking unit(RSU)は、ニューロンごとに固有の刺激方向選択性を持ち、主入力ヒゲだけでなく周囲のヒゲにおいても同じ選択性を示すことが明らかになった。また、組合わせヒゲ刺激によって生じる促通性相互作用にも刺激方向選択性がみられ、その選択性は単独ヒゲ刺激応答のそれと同じであることがわかった。これらの結果は、同じ刺激方向選択性を有するニューロン同士が密接に興奮性ネットワークを形成していること、また、このネットワークに基づいて刺激方向選択的促通が生じることを示唆する。一方、抑制性ニューロンと考えられるFast-spiking unit(FSU)の刺激方向選択性は低く、これに対応して組合わせヒゲ刺激によって生じたRSUの抑制性相互作用の刺激方向選択性も弱いことがわかった。また、その選択性は興奮性応答のそれとは一致しないことが示された。そのため、ヒゲの刺激方向に関する情報はバレル皮質の興奮性ニューロンにおける興奮性応答として表現され、抑制性応答はそれ以外の役割、すなわち、バレル皮質ニューロンの活動を全体的に下げることで、興奮性応答を引き立たせる(コントラスト効果)役割を有していることが示唆された。