研究成果

大脳視覚野の神経細胞が機能を獲得するメカニズムの一端を解明


2015年11月04日


     田川義晃 理学研究科講師、大木研一 九州大学医学研究院教授、萩原賢太 同大学院生らの研究グループは、視覚情報を処理する大脳の神経細胞が、最初は神経活動によらずに機能を獲得し、その後、神経活動に依存して機能を環境に最適化させることを発見しました。これは、「脳の発達を左右するのは氏か育ちか」の議論に貢献する結果です。

     本研究結果は2015年11月2日(月曜日)午後4時(英国時間)に英国科学雑誌「Nature Neuroscience」誌のオンライン速報版で公開されました。

    研究者からのコメント

     九州大学の大木教授のグループと、大脳の視覚機能発達をモデルとして、脳回路発達における神経活動の役割を検証しました。はじめの形成が神経活動に依存しないという結果、その後の情報表現最適化の過程が自発神経活動の影響を受けるという結果、いずれも実は予想外でした。後者の結果は、脳が自らの神経活動を使って回路を最適化する新しい機構があることをうかがわせるものです。また、発達期の大脳神経活動の広汎な低下が、脳の情報処理機能の発達に大きく影響することを示したもので、今後、他の大脳高次機能や回路発達に対する影響を調べる第一歩になると考えています。

    概要

     「脳の発達を左右するのは氏か育ちか」、すなわち、脳の神経細胞の機能が遺伝的に決まっているか、それとも生後の環境や神経活動によって決まるのかについては長く議論されてきました。一説では、神経細胞がはじめに機能を獲得するときから、神経細胞自身の活動が必要と考えられてきました。本研究グループは、独自の神経活動制御・記録技術により、この仮説の検証に挑みました。

     神経細胞がどのようにして機能を獲得するかを調べるために、視覚野の方位選択性という機能を調べました。私たちが物を見るとき、視覚情報を処理する大脳の領域(視覚野)では、個々の神経細胞が特定の場所にある特定の傾きをもった線分に反応しています。この性質は方位選択性とよばれます。本研究グループは今回、この方位選択性の形成を左右するのが「氏か育ちか」を調べました。実験にはマウスを用いて、胎児期から神経細胞の活動を抑制し、その後、成長したマウスで方位選択性が正常に発達しているかどうかを検証しました。

     研究の結果、明らかになったのは以下の点です。

    1. 大脳の神経細胞がはじめに機能を獲得するとき、神経活動が重要でないことを初めて明らかにしました。この結果は、はじめの機能獲得には「氏」が重要と解釈できます。
    2. はじめの機能獲得の後、情報表現が最適化される次の段階があり、そこに自発神経活動が重要なことも明らかにしました。この結果は、脳の機能発達は「氏か育ちか」だけではなく、発達期の脳が、自分で起こす神経活動を使って機能を最適化させるメカニズムをもつことを意味します。

    本研究により、大脳機能の発達メカニズムの解明へ向けて大きく前進するとともに、発達期における神経活動の異常が原因となって発症する脳・精神疾患の病態理解につながることが期待されます。

    ○は視覚の情報を処理する大脳の神経細胞を表す。目があいた直後、すでに、個々の細胞は特定の傾きの視覚刺激に反応する性質を示す。しかし、この段階では、横向き刺激に反応する細胞(黄色)が多い。その後、発達にともなって各傾きに反応する細胞の割合がほぼ均等になり、全方位がまんべんなく情報表現される。神経細胞の活動を抑制すると、はじめの過程は正しく進むが、後の過程は阻害された。

    詳しい研究内容について

    【書誌情報

    [DOI] http://dx.doi.org/10.1038/nn.4155

    Kenta M Hagihara, Tomonari Murakami, Takashi Yoshida, Yoshiaki Tagawa & Kenichi Ohki
    "Neuronal activity is not required for the initial formation and maturation of visual selectivity"
    Nature Neuroscience, Published online 02 November


    大脳視覚野の神経細胞が機能を獲得するメカニズムの一端を解明
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