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10月15日 脳皮質に見られる自発的に伝播する興奮波の機能(10月7日号 Nature オンライン掲載論文)

2020年10月15日

私たちの脳の中で自然に発生している周期的な興奮が存在し、重要な機能を果たしていることが続々明らかになってきた。例えば聴覚野に発生している30Hzの興奮周期が一種のメトロノームの様な働きをしていることを示した論文を以前紹介した(https://aasj.jp/news/watch/13898)。さらに、この様な周期的興奮が一定の領域で同期して起こるだけでなく、領域内を波の様に伝播するケースも見つかってきた。

今日紹介するソーク研究所からの論文はマーモセットの中側頭葉に存在する視覚領域に見られる上部から下部にかけて周期的に伝播する興奮の波の機能について調べた研究で10月7日号のNatureにオンライン掲載された。タイトルは「Spontaneous travelling cortical waves gate perception in behaving primates (自発的に伝播する皮質の興奮波は行動中のサルの知覚の閾値を決める)」だ。

この研究は最初から感覚野全体を伝播する興奮の波が存在し、これが感覚の敏感さを決めているという仮説を確かめるというコンセプトを証明するために計画されている。従って、最も重要なのはこの自発的興奮波の存在をキャッチすることになる。

まず中側頭視覚領域をカバーするクラスター電極を生きたマーモセットに設置し、一本一本の神経細胞活動を記録するとともに、電極の周りのシナプス電流を測ることで、一定の領域の一種の脳波を同時に記録できる様にしている。この一定の領域の電圧を同時記録するのは難しい課題だった様だが、極めて複雑な神経活動の組み合わせの中から、広い周期に渡って興奮を統合することで、見事に中側頭を上から下に伝播する波をとらえることに成功している。

この波の山と谷で各神経の興奮スパイクをカウントすると、波の山で高く、谷で低いという関係が確認でき、この波がそれぞれの領域の神経の興奮の閾値を決めていることがわかる。すなわち、この領域の神経の閾値は、自発的に発生する興奮波により決められていることがわかる。

以上を確認した上で、コントラストが低く感知が簡単でないサインが視覚に現れた時、そちらに視点を移せるかどうかを調べている。この時サインがどの神経細胞を興奮させるかの位置関係が決まっているので、サインが現れた時興奮する神経は波の山にあるのか谷にあるのかわかる様に実験が組まれている。結果は期待通りで、波の山に対応する神経が存在する時に、よりうまく認識できる。

この結論を確かめるために、認識の成功確率を対応する神経が波の位置から予想できるかなど様々な実験を繰り返しているが割愛していいだろう。要するに、自発的に中側頭視覚野に発生する興奮の周期的伝播により、局所の神経細胞の興奮閾値が決められ、興奮性が高いと感覚は研ぎ澄まされ、興奮性が低いと感覚は鈍るという話になる。

この興奮の波はミエリン化していない神経伝達の速度と一致しているので、おそらく皮質神経をつなぐ水平軸索により伝播すると考えられ、新皮質共通の特徴と言える様だ。しかし、なぜこの様な感受性のアップダウンの波が必要なのか、そこが一番知りたい。


  1. okazaki yoshihisa より:

    脳の機能は、コネクショニズム的に解明する必要がありそうです。

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