神経科学：運動学習中に現れる再現可能な時空間的ニューロン活動
Nature 510, 7504 doi: 10.1038/nature13235
運動皮質は、複雑な運動を確実に引き起こすことができるが、運動学習中にはかなりの可塑性を示す。こうした観察結果から、運動皮質活動と運動との間の基本的な関係は固定されたものではなく、学習によって形作られることが示唆される。しかし、運動学習が、この関係をどのようにして、どの程度まで形作れるかは、よく分かっていない。今回、in vivo二光子カルシウム画像化法を用い、前肢によるレバー押し課題を学習中のマウスの皮質第2・3層の数百個のニューロンについて、同一集団の活動を2週間にわたって監視することで、この問題に取り組んだ。興奮性ニューロンと抑制性ニューロンは遺伝子導入による標識によって識別した。抑制性ニューロンの活動は比較的安定で、個々の運動ごとに局所的興奮性ニューロンの活動と均衡を保っていたが、それに対して興奮性ニューロンの活動は、学習の初期段階により大きな動態を示した。興奮性ニューロンの初期段階での動態には、運動に関連する細胞集団の拡大が含まれ、類似の運動の際にもこれらの集団は多様な活動パターンを探査していた。その後、活動細胞集団は精製されてより小さな集団となり、再現可能な一連の時空間的活動を示すようになった。この学習運動に伴う活動パターンは熟達した動物に独特なもので、類似した運動でも未熟な段階には見られず、ニューロン活動と個々の運動との関係は学習によってより一貫性が高まった。こうした集団活動の変化は、これらのニューロンの樹状突起棘の一過的な代謝回転と一致していた。今回の結果は、ニューロン活動と運動との間の新規かつ再現可能な関係が、運動学習の結果として発達することを示しており、学習された運動のための再現可能な時空間的ニューロン活動パターンの出現の基盤となっているのは、運動皮質内のシナプス可塑性であると考えられる。これらの結果から、皮質が運動を生み出すやり方に、学習が大きく影響していることが明らかになった。
