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神経:大脳新皮質の回路「入」状態の収束ダイナミクス

Nature 423, 6937 doi: 10.1038/nature01614

大脳皮質は他の下位の脳領域から入力を受けており、その入力を一連の過程で処理して適切な出力に至らせるのが皮質の機能と一般に考えられている。しかし、皮質の神経回路は、より高次の中枢からのフィードバックなど多数の相互結合を含んでおり、感覚入力がない状態でさえも常に活動している。そうした自発的発火は、特定のニューロン群の協調的活動を反映した構造をもっている。さらに、皮質ニューロンの膜電位は、静止状態(切)と脱分極状態(入)との間を自発的に変動しており、これも細胞間で協調している可能性がある。感覚刺激が入ると、「入」状態に移行して発火率が増大し、これが作業記憶を生み出すネットワーク状態である持続的活動の基盤を提供する。この研究では、二光子励起のカルシウム画像化法を用い、マウス視覚皮質の切片中のニューロン1400個について自発活動のダイナミクスを再構成した。我々は少数のニューロンからなる空間的に組織された集団に、同期した「入」状態への移行(皮質フラッシュ)が起こることを報告する。皮質フラッシュの時空間的ダイナミクスが定型的なことから、ネットワークの「入」状態は、フィードバック神経ネットワークの回路収束点に発生する性質であり、これによって記憶状態や計算問題の解決が実行されると我々は結論する。

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