行列型電極刺激法による皮質線条体シナプスの学習機構の解明

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われわれ含め動物は、常に変化する環境に適応するため、学習し記憶しながら生活している。特に、皮質線条体は学習に関わる脳部位であり、この皮質線条体シナプスにおける長期的なシナプス結合の変化(シナプス可塑性)が、学習の神経機構であると考えられている。本研究の目的は、皮質線条体のシナプスにおいて、 複数の入力を受けたときの情報選択機構と、報酬ドーパミンのタイミングに着目し、神経細胞の学習機構を実験上で再現することである。電気生理学的手法でマウスの脳細胞記録を計測し、二組の異なる電気刺激からの入力に特異的なシナプス可塑性を計測した。すると、細胞の発火の前に生じたEPSPにのみ、長期抑圧(LTD)が起こった。この実験結果から、細胞は、二組の情報をタイミングに応じて異なるシナプス可塑性を示すことがわかった。また、細胞を発火させず、二組の入力のみ行った対照実験の結果、二組の入力の相互作用によって、LTDが起こることが示された。続いて、光操作による報酬ドーパミンのタイミングと組み合わせたシナプス可塑性実験を行なった。光刺激により特定の細胞を活性化するためチャネルロドプシン(ChR2)を発現したマウスと、ドーパミン細胞に特異的に発現させるDAT-Creマウス、及び線条体の特定の細胞種（D1 MSN）を特定するマーカーを発現したマウスを交配し、細胞種を特定しつつ安定したChR2の発現を実現する方法を確立した。この光操作と組み合わせた複数入力下のシナプス可塑性実験を行なったところ、同一細胞内で、一方の入力に対し長期増強（LTP）、もう一方に対しLTDが起こるなど、異なるシナプス可塑性が認められた。これらの結果から、線条体の神経細胞が、異なる情報（入力）に対して、異なるシナプス可塑性により情報処理を行なっていることが初めて示された。