Letter 認知：反復的運動学習は、in vivoでの樹状突起棘クラスターの協調的形成を誘導する 2012年3月1日 Nature 483, 7387 doi: 10.1038/nature10844 哺乳類の脳では、記憶は独特な時空間的パターンで蓄積されていることが多くの証拠によって示唆されている。記憶の符号化に関与するニューロン集団の同定に関しては最近研究が進んできてはいるものの、シナプスレベルでの機序についてはいまだに不明な部分が多い。計算モデルおよび電気生理学データから、樹状突起分枝に沿ったシナプスの機能的クラスター形成によって、シナプス入力が非線形的に加算され、それによって神経ネットワークの計算能力が大きく増大することが明らかになっている。しかし、隣接するシナプスが同じ記憶の符号化に関与しているのかどうか、さらに課題に特異的な皮質ネットワークが学習中にどのようにして発生するかはわかっていない。我々は経頭蓋二光子顕微鏡を用い、新たな前肢スキルを実行中のマウスで第5層錐体ニューロン頂端部の樹状突起を観察した。本論文では、学習の獲得段階中に形成された新たな樹状突起棘（大半の興奮性シナプスのシナプス後部構造）の3分の1はクラスターとして出現し、そのクラスターの大部分が隣接する棘突起とペアを作っていることを示す。こうしたクラスター化した新しい棘突起は、クラスターを作らない対照群と比較して、長時間の学習を通して維持され、トレーニング中止後も長い間維持されることが多い。さらに、新しい棘突起クラスターの形成には同一の運動課題を反復して実施する必要があり、続いて新しい棘突起が出現すると、クラスター中の最初の新しい棘突起が強化される。また、対照条件下では新しい棘突起は樹状突起に沿って均一に追加されるのではなく、既存の安定した棘突起を避けているように見えることも示す。しかし、クラスターとなって続いて出現する新しい棘突起は、こうした空間的制約を克服し、付近の安定した棘突起の近くに形成される。今回得られた知見は、樹状突起に沿って生じるクラスター状の新しいシナプスは、学習中に皮質回路が反復して活性化されることによって誘導されることを示唆しており、哺乳類の脳での運動記憶の空間的符号化における構造的基盤を提供する。 Full Text PDF 目次へ戻る
