大脳皮質-線条体間の神経回路の解析

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ラット前頭皮質5層,線条体投射錐体細胞には二種類あることが知られている。一つは同側線条体へ軸索側枝を伸ばし更に脳幹へ投射する細胞(crossed corticopontine cell ; CPn細胞)、もう一つは両側線条体へ投射するが脳幹へは軸索を伸ばさない細胞(crossedcorticostriatal cell ; CCS細胞)である。この二種類の錐体細胞の形態的特徴・皮質内結合を調べることは、V層における投射の異なる細胞間の結合選択性を明らかにするだけでなく、大脳基底核への皮質入力の役割を理解する上でも重要である。本研究では、上記の二種類のニューロンを橋と対側線条体に二種類の異なる逆行性色素を注入することで同定し、同時にホールセル・パッチクランプ記録を行うことによってシナプス特性及び神経結合を調べた。電気生理実験終了後、記録細胞を細胞内染色しニューロルシーダで三次元再構築して形態学的解析を行い、以下のことがわかった。1.尖端樹状突起形態がタイプ間で異なり、CPn細胞の方がシャフト起始部の直径が大きく、I層におけるタフト構造が発達していた。2.タイプ間のシナプス結合には方向性があり、CCS細胞間及び、CCSからCPn細胞への結合は約10%で見られたのに対して、CPnからCCS細胞への結合はほとんどみられなかった。4.CCS細胞からのシナプス電流の時間経過は、シナプス後錐体細胞のタイプによらなかった。軸索ブトンのコンタクト数は、CCS細胞へのシナプス電流の大きさとよく相関し、変動係数・欠落率と逆相関していた。5.CCS細胞間では主に基底樹状突起にコンタクトがみられ、CCS-CPn細胞間では尖端樹状突起にもみられた。コンタクト数はCPn細胞への方が多くみられた。