脳内ニューロン間の協調とその作用の行動学的・生理学的解析

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これまでの2年間の研究結果によって、ラットの海馬・線条体の一部の神経細胞の発火は、繰り返し経験する5分の間に持続的に発火頻度を変化させていることを発見した。すなわち神経活動によって経過時間が表象されていた。本年度はさらに記録細胞数を増やして解析した。その結果、細胞ごとに最大発火頻度を示したタイミング、すなわち最も活発に活動した5分の中のタイミングは細胞ごとに異なっていた。つまり、多数の細胞がそれぞれに特有の時間に活動することで、脳内で5分間にわたる長い時間経過が表象されていることが明らかになった。次に、これらの時間表象が単に報酬を受け取ってからの時間経過に対応しているだけであるのか、それとも加えて5分後に報酬が獲得できるという課題の特徴をも反映したものであるのかを検証することにした。これを実現するために、5分間隔でエサ提示が起こることを経験したことのないラットを用いて同様の5分待ち課題に取り組ませればよいことを考えついた。そこで予め課題部屋の環境に慣れさせ、餌場からエサが提示されることだけを経験させたラットを用いて実験を行った。その結果、行動上は5分をサイクルとした行動は認められなかった。しかしながら一部の神経細胞の発火は、5分間隔のエサ提示を数回経験した後に、5分付近で自発的に発火頻度が上昇した。すなわち脳内のネットワークは、5分間隔でエサが提示されることを経験すると、徐々に5分間に及ぶ時間経過を神経発火レベルで表象し分けるようになることが示唆された。さらに別の条件を設けて、5分待ち課題を訓練したラットに対して、待ち時間を8分に変更した。すると5分の時間経過を表現していた神経細胞の一部が、条件の変更後に8分にわたる時間経過を表象するような活動に変化した。本研究によって分単位の長さの時間経過が自発な発火によって脳内で繰り返し表象されることを示す初の報告となった。