求心性入力依存的な視床内神経回路可塑性の研究:幻影痛の発生機序とその臨界期の解明

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四肢の切断や末梢感覚神経の損傷によって求心性入力が遮断されると、視床核においてリモデリングが生じることが知られており、そのリモデリングが幻影痛の原因である可能性がある。しかしながら機能的にシナプスレベルでそのリモデリングを解析した報告はない。マウス体性感覚視床の投射細胞は幼若期において多数の求心性人力(内側毛帯シナプス入力)を受けるが、その後回路の洗練に伴い生後第21日までにただ一本の内側毛帯繊維入力に支配されるようになる。生後21日のマウスにおいて、髭の感覚を伝える三叉神経第二枝(眼窩下神経)を切断して求心性入力を遮断し、一週間後に内側毛帯シナプスの性質をスライスパッチクランプ法により解析した。その結果、眼窩下神経を切断した群では投射細胞が再び多数の内側毛帯繊維人力に支配されるようになることが分かった。新しく投射した内側毛帯繊維を介するシナプス後電流(EPSCs)はコントロールEPSCsに比べて、その振幅が小さく、AMPA受容体を介する成分の減衰時間が延長していた。コントロール群と眼窩下神経切断群に関して、単一繊維ごとに微小EPSCsの素量解析を行ったところ、切断群において新しく投射した内側毛帯繊維のシナプス後部においてAMPA受容体の性質変化が示唆された。電流電圧曲線解析および薬理学的な解析からその性質変化はGluR2サブユニットを含むAMPA受容体の機能的な発現が増大しているためであることが明らかになった。以上により、末梢感覚神経の切断からわずか一週間で視床求心性シナプスの配線変化および伝達物質受容体の変化が生じうることが明らかとなった。これらの変化は幻影痛など除求心性入力によって生じる症状の基盤である可能性がある。