研究組織・メンバー

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A01: 脳情報動態を規定する前頭皮質局所回路構造

研究代表者
川口泰雄・生理学研究所・教授
WEBhttp://www.nips.ac.jp/circuit/

分担研究者
倉本恵梨子・鹿児島大学大学院医歯学総合研究科・助教

紹介文本文

大脳皮質の局所情報処理の基本に、大脳皮質領野間と視床からの入力の相互作用と、出力では多様な脳部位への並列性があります。回路解析が進んだ一次感覚野では、視床入力と局所結合からなる基本回路が提唱されています。一方、前頭皮質は感覚系皮質と異なり、情報処理の時定数が長いこと、大脳基底核と視床を介した閉ループ結合(基底核視床ループ)を作ることから、固有の局所回路を持つと考えられますが、その実体はよく分かっていませんでした。私たちは前頭皮質で、GABA作動性細胞と皮質下構造へ投射する錐体細胞の多様性を細胞レベル、シナプスレベルで解析することで、それぞれの構成原理を明らかにしました。その過程で、前頭皮質固有の機能に重要な基底核投射細胞が多様であり、そのサブタイプによってシナプス結合の伝達特性・選択性が大きく異なり、直接路・間接路からなる基底核の上流にも多様な機能経路があることを見つけました。さらに重要なことは、これらの基底核へ投射する錐体細胞が皮質間投射にも関わり、サブタイプごとに皮質間投射の領野・層選択性が異なることです。これは皮質領野間結合と基底核視床ループが体系的に連携して機能することを示しています。本研究では、これらの知見を発展させ、前頭皮質固有の基本回路様式を確立するために、以下の研究を実施します。先ず、皮質下投射系だけでなく、皮質領野投射系細胞の結合則と、前頭皮質への視床入力のシナプス結合選択性を解析し、皮質領野間や基底核視床ループの局所回路を統合的に理解します。次に、私たちが確立した前頭皮質GABA細胞サブタイプの錐体細胞サブタイプへの結合様式・作用を明らかにし、これらが局所回路をどう制御しているのかを探求します。さらに、情報学の専門家と連携して大規模容量電子顕微鏡・三次元再構築によるコネクトーム解析を発展させ、局所回路解析にて適用します。これらによって、前頭皮質機能に本質的な構造(標準回路)を抽出し、その情報デコーディングやシステム回路モデルに必要な基本情報を提供したいと考えています。

図1 前頭皮質のGABA細胞と第5層錐体細胞の基本的サブタイプと結合様式

文献

  1. Shigematsu N, Ueta Y, Mohamed AA, Hatada S, Fukuda T, Kubota Y, Kawaguchi Y (2016)
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  2. Kubota Y, Kondo S, Nomura M, Hatada S, Yamaguchi N, Mohamed AA, Karube F, Lübke J, Kawaguchi Y (2015)
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  3. Ushimaru M, Kawaguchi Y (2015)
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