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Feb 19, 2024

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Nature volume 617、pages 548–554 (2023)この記事を引用

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内側前頭前皮質内の活動パターンの変化により、げっ歯類、非ヒト霊長類、およびヒトは、環境の変化に適応するために行動を更新することができます(たとえば、認知タスク中)。 内側前頭前野のパルブアルブミン発現抑制性ニューロンは、ルールシフト課題中に新しい戦略を学習するのに重要である6,7,8が、前頭前野ネットワークのダイナミクスを課題に関連した活動パターンの維持から更新に切り替える回路相互作用は不明のままである。 今回我々は、パルブアルブミン発現ニューロンを結び付ける機構、新しい脳梁抑制結合、および課題表現の変化について説明する。 すべての脳梁投射を非特異的に阻害しても、マウスのルールシフトの学習は妨げられず、活動パターンの進化も阻害されませんが、パルブアルブミン発現ニューロンの脳梁投射のみを選択的に阻害すると、ルールシフト学習が損なわれ、学習に必要なガンマ周波数活動が非同期化します8。通常、ルールシフト学習に伴う前頭前野の活動パターンの再編成を抑制します。 この解離は、脳梁のパルブアルブミン発現投影が、ガンマ同期を伝達し、以前に確立された神経表現を維持する他の脳梁入力の能力をゲートすることによって、前頭前回路の動作モードを維持から更新にどのように切り替えるかを明らかにする。 したがって、パルブアルブミン発現ニューロンに由来する脳梁投射は、統合失調症および関連症状に関与していると考えられている行動の柔軟性とガンマ線同調性の欠損を理解し、修正するための重要な回路位置を表します9,10。

生物は環境の変化に適応するために行動戦略を継続的に更新しなければなりません。 時代遅れの戦略に対する不適切な固執は、統合失調症や双極性障害などの症状の特徴であり、古典的にはウィスコンシン カード ソーティング タスク 11 (WCST) に現れます。 前頭前皮質は、規則または目標表現 12、13、14 の能動的な維持、これらの表現の適応的ゲート制御 15、および他のものとの広範な相互接続を介した感覚処理のトップダウン バイアスを提供することにより、このような柔軟な認知制御を担当していることが十分に文書化されています。脳領域16、17。 研究によると、マウスが「ルールシフト」課題を実行するには、内側前頭前皮質(mPFC)内で正常なパルブアルブミン発現(PV)介在ニューロン機能が必要であることが示されている。この課題には、WCSTと同様に、手がかりのないルールの変更を特定し、新しいルールを学習することが含まれる以前は試験の結果とは無関係だった手がかりを使用するルール6,7。 さらに、PV 介在ニューロンは、ガンマ周波数 (約 40 Hz) 範囲で同期したリズミカルな活動を生成する上で重要な役割を果たしています 18,19。 実際、ルールシフト課題中、左右の mPFC の PV 介在ニューロン間のガンマ周波数活動の同期性は、エラー試行の後、つまり、以前に学習したルールが古くなったというフィードバックをマウスが受け取った後、光遺伝学的にこの同期を破壊することで増加します。忍耐力を引き起こす8. それにもかかわらず、回路(シナプス接続)、ネットワークダイナミクス(半球間のガンマ同期)、および神経表現(活動パターンのタスク依存の変化)の間の基本的な関係は不明のままです。

ガンマ同期は一般に、皮質における長距離通信の主な形式である興奮性シナプス 20 によって領域全体に伝達されると考えられています。 しかし、我々は、mPFC21のPVニューロンに由来する長距離γ-アミノ酪酸放出(GABA作動性)結合に関する最近の記述によって示唆された代替仮説を調査した。 具体的には、mPFCのPV発現ニューロンが対側のmPFCで脳梁のGABA作動性シナプスを生じさせることを初めて実証しました(図1)。 PV-creマウスの1つのmPFCにAAV-EF1α-DIO-ChR2-eYFPを注​​射することによってこの解剖学的リンクを特定し、対側PFC、特に深層5および6のウイルス標識されたPV末端を観察しました(図1a)。 この脳梁のPV投影とそのレシピエントニューロンを特徴付けるために、対側のmPFCで記録を実行しました(図1b)。 我々は、脳梁のPV投影が錐体ニューロンを神経支配する(形態と非高速スパイク生理学に基づいて特定、75個中31個が接続)が、高速スパイクニューロン(18個中0個が接続)を神経支配しないことを発見した(図1d)。 PV末端光遺伝学的刺激のリズミカルな列は、ChR2陰性錐体ニューロンのタイムロック抑制性シナプス後電位(IPSP)を誘発しました(図1e)。これは、グルタミン酸受容体拮抗薬6-シアノ-7-ニトロキノキサリン-2,3によってブロックされませんでした。 -ジオン二ナトリウム塩 (CNQX) (10 μM) および d-2-アミノ-5-ホスホペンタン酸 (APV) (50 μM) でしたが、A 型 γ-アミノ酪酸 (GABAA) 受容体アンタゴニストの浴適用により完全に消失しました。ガバジン(10μM;図1e、f)。 脳梁 mPFC PV シナプスの特定の標的をさらに特徴付けるために、mPFC の 4 つの下流標的に蛍光色素結合コレラ毒素サブユニット B (CTb) を注入し、対側 mPFC (つまり、対側) に投射する逆行性標識 mPFC ニューロンから記録しました。記録が行われた場所およびAAV-DIO-ChR2注射の同側)、背側線条体、視床内側(MD)背側(MD)、または側坐核(NAc)(拡張データ図1b〜k)。 グルタミン酸作動性アンタゴニスト(20 μM 6,7-ジニトロキノキサリン-2,3-ジオン(DNQX)および50 μM APV)の存在下で、単一の5ミリ秒の光パルスで脳梁PV+末端を光遺伝学的に活性化した後、タイムロックされたIPSPを観察しました。 MD投影錐体ニューロン22個中22個と比較して、脳梁投影錐体ニューロン18個中0個、側坐筋投影錐体ニューロン21個中0個、背側線条体投影錐体ニューロン24個中7個であった。

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