公募研究

小坂田 文隆(名古屋大学)

「大脳皮質領野間フィードバック結合の層特異的な機能の解析」

視覚情報は網膜で受容され、外側膝状体(LGN)を経て、大脳皮質1次視覚野(V1)へと伝えられる。その後、V2、V3、V4、V5などの高次視覚野を含む他の領野へと伝達され、知覚や認知に至る。この視覚情報処理機構は、約50年前にHubelとWieselによってネコの一次視覚野神経細胞の生理学的性質が解明されたことを皮切りに,主にネコやサルなどを用いて解明されてきた。霊長類であるサルは視覚システムがヒトと類似している点では理想的なモデルとも考えられるが、情報処理を担う神経回路メカニズムを解明するには限界があった。これを打開するために、本研究では視覚情報処理の基本原理が保存されており、遺伝学が活用できるマウスをモデルとして用いる。

視覚野は並列階層的に構成され、低次の領野から高次の領野に向かうに従い受容野が拡大すると共に、ローカルな特徴からよりグローバルな視覚パターンの検出が行われる。この大脳皮質の階層性は主に解剖学的な結合パターンにより規定される。低次な領野から高次な領野へのフィードフォワード結合では起始細胞の細胞体が2/3層あるいは5層に存在し、軸策終末が他の領野の4層に終わるのに対して、高次な領野から低次な領野へのフィードバック結合では2/3層および5層に起始細胞の細胞体をもち、他の領野の4層を避けて1層または5-6層に軸策終末が入力する。ところが、大脳皮質の領野間におけるフィードバック結合の機能的な役割は、フィードフォワード結合に比べ、ほとんど解明されていない。特に、2/3層に起因するフィードバック結合と5層に起因するフィードバック結合の役割の違いは、全く不明である。

そこで本研究では、階層性領野間結合に着目し、大脳皮質のフィードバック結合の情報伝達機構を明らかにすることを目的とする。具体的には、マウス遺伝学、ウイルスベクター工学、2光子顕微鏡イメージングおよびPharmacogenetics技術を組み合わせることにより、特定の領野の第2/3層に起因するフィードバック結合と第5層に起因するフィードバック結合の機能的役割の違いを明らかにする。

 

 
最近の主要論文
1. Osakada F, Callaway EM. Design and generation of recombinant rabies virus vectors. Nature Protoc. 8: 1583-1601 (2013)
2. Osakada F, Mori T, Cetin AH, Marshel JH, Virgen B, Callaway EM. New rabies virus variants for monitoring and manipulating activity and gene expression in defined neural circuits. Neuron. 71: 617-631 (2011)
3. Osakada F, Ikeda H, Sasai Y, Takahashi M. Stepwise differentiation of pluripotent stem cells into retinal cells. Nature Protoc. 4: 811-824 (2009)
4. Osakada F, Ikeda H, Mandai M, Wataya T, Watanabe K, Yoshimura N, Akaike A, Sasai Y, Takahashi M. Toward the generation of rod and cone photoreceptors from mouse, monkey and human embryonic stem cells. Nature Biotechnol. 26: 215-352 (2008)

投稿日:2015年12月20日