2光子顕微鏡を用いた自然刺激による覚醒動物のスパイン可塑性の研究

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本研究の目的は2光子顕微鏡を用いて覚醒動物の自然刺激による大脳のシナプス形態可塑性をリアルタイムに観察し、認知学習過程におけるシナプスの形態変化すなわちシナプスの「運動」を可視化しその性質および生理的基盤を解明することである。報告者は現在までに数多くの覚醒動物において長期間シナプスのイメージングを実行し、それらがどのような運動を示すのかについてデータを蓄積しており、スパインの運動には複数の種類が存在するが主なものとして3種類enlarge,shrinkage,twitchingが挙げられることを見出し、それらの空間的な分布および時間的変化を調べた。さらに麻酔状態と覚醒状態においてスパインの運動には有意に差があることを見出しており、これらのスパインの運動の違いには神経細胞集団の活動が大きな役割を果たしていると推測している。昨年度までに2光子顕微鏡下においてマウスが頭部固定状態で遂行できるオペラント条件付けの訓練系を開発し、件付け・行動中にシナプスレベルのイメージングを行うことで、学習および認知活動に伴うシナプスの変化を観察している。この時に、観察している細胞に対する適刺激が存在しなければ、覚醒状態かつ認知活動中といえどもスパインの運動が生じないことを発見した。これから覚醒状態における神経細胞への個々の入力パターンがスパイン運動に重要な役割を果たしていることが推測される。現在は国立精神神経センター武田先生・岡田先生の監督下に作成したアデノ随伴ウイルスを用いてカルシウム指示タンパク(Yellow Cameleon 2.60)を神経細胞に導入し、細胞の活動およびスパインのカルシウムシグナルを取得し、神経細胞への入力パターンを調べているところである。