皮質・視床・線条体における素早い刺激認識能獲得機構の解明

動物は外界の刺激を認識し、状況に応じて適切な行動を出力する。刺激認識から行動出力までの時間をできるだけ短くすることはより効率的に餌を確保し、確実に敵から逃れる上で重要である。本研究では、特に刺激認識が素早くできるようになるメカニズムに着目し、この神経回路・活動が訓練によりどのように変化するかを明らかにすることを目指す。通常の刺激認識は視床から皮質への経路が使われているが、慣れ親しんだ刺激の認識には視床から線条体へのショートカット経路が使われることで刺激認識の時間短縮が実現しているのではないかという仮説を立て、実験を行っている。2022年度は主にラットの行動課題の開発と三領域同時神経細胞活動記録方法の確立を行った。ラットの行動課題はT字路で白または黒の画像刺激に対して左右を選択させるもので、訓練を重ねることでラットの反応時間や通路の左右端に寄るまでの時間を短縮させることができた。続いて、仮説の刺激認識経路の解剖学的結合を調べるために、アデノ随伴ウイルスを用いて投射パターンの解析を行った。この実験により皮質・視床からの投射線維がシナプス結合している線条体の領域が明らかとなり、当該領域への高密度大規模シリコンプローブ電極の慢性留置を行った。シリコンプローブには櫛状に多数(64～128チャンネル)の電極が高密度に配置され、数十個～数百個という多数のニューロンの発火活動がミリ秒単位の精密な時間スケールで同時に記録できる。訓練初期、訓練後期で細胞活動・局所電場電位の比較を行ったところ、線条体細胞活動・関与する細胞集団の変化、領域間での同期活動の変化が観察できた。現在はさらなる多細胞同時記録および、取得済みデータに対する様々な解析手法の検討を行うとともに、光遺伝学的手法を用いて投射経路依存的な神経活動の操作方法を検討している。

動物は外界の刺激を認識し、状況に応じて適切な行動を出力する。刺激認識から行動出力までの時間をできるだけ短くすることはより効率的に餌を確保し、確実に敵から逃れる上で重要である。本研究では、特に刺激認識が素早くできるようになるメカニズムに着目し、この神経回路・活動が訓練によりどのように変化するかを明らかにすることを目指す。通常の刺激認識は視床から皮質への経路が使われているが、慣れ親しんだ刺激の認識には視床から線条体へのショートカット経路が使われることで刺激認識の時間短縮が実現しているのではないかという仮説を立て、実験を行っている。2022年度は主にラットの行動課題の開発と三領域同時神経細胞活動記録方法の確立を行った。ラットの行動課題はT字路で白または黒の画像刺激に対して左右を選択させるもので、訓練を重ねることでラットの反応時間や通路の左右端に寄るまでの時間を短縮させることができた。続いて、仮説の刺激認識経路の解剖学的結合を調べるために、アデノ随伴ウイルスを用いて投射パターンの解析を行った。この実験により皮質・視床からの投射線維がシナプス結合している線条体の領域が明らかとなり、当該領域への高密度大規模シリコンプローブ電極の慢性留置を行った。シリコンプローブには櫛状に多数(64～128チャンネル)の電極が高密度に配置され、数十個～数百個という多数のニューロンの発火活動がミリ秒単位の精密な時間スケールで同時に記録できる。訓練初期、訓練後期で細胞活動・局所電場電位の比較を行ったところ、線条体細胞活動・関与する細胞集団の変化、領域間での同期活動の変化が観察できた。現在はさらなる多細胞同時記録および、取得済みデータに対する様々な解析手法の検討を行うとともに、光遺伝学的手法を用いて投射経路依存的な神経活動の操作方法を検討している。