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海馬神経細胞の報酬時の同期発火の意義

八木, 佐一郎 東京大学 DOI:10.15083/0002007127

2023.03.24

概要





海馬神経細胞の報酬時の同期発火の意義
















八木

佐一郎

海馬では動物が特定の位置にいるときに発火する場所細胞が存在し、空間地固が形成されてい
る。 ある環境を走行した際に活動した場所細胞は、 その後の休息時にも繰り返し再活性化され、
この活動が海罵神経回路の可塑的変化および記憶の固定に重要であると考えられている。この仮
説は、非常に受け入れやすく、膨大な先行研究において最も着目されてきた。 すなわち、 動物の
走行時に活動した場所細胞が、 その後の休息時にどのように再活性化されるかという点が、従来
の解析の焦点であった。 しかし、こうした場所細胞の解析だけでは説明できない休息時の活動が
多数存在する。
一方で、動物の行動中には、走行時の場所細胞の活動だけでなく、 報酬時においても海馬神経
細胞の活動が観察される。この活動には、 一部は場所細胞も含まれるが、それ以外にも様々な神
経細胞の活動が含まれる。先に述べた、記憶固定に重要な休息時の活動とも関連している可能性
があるが、その実態は明らかではない。そこで本論文では、(i)休息時に発生する神経細胞の再
活性化(記憶の固定)が、 走行時と報酬時の活動とそれぞれどのように関連するか、 さらに(ii)
報酬時の活動が、 その後の休息時の活動の変化にどのように影響するか検証した。
本論文では、新奇の部屋において報酬を獲得しながら課題を行っているラットの海馬CAI野か
ら マルチュニット記録を行い(9ラットから計171細胞)、 先行研究で主張されている走行時の
活動について解析を行った。場所細胞は走行時に活動するため、 ラットが報酬を求めて同じ経路
を往復する課題を選択した。そして、走行時において場所特異的に活動した細胞 を場所細胞と定
義した。 さらに、 場所細胞のペア について、 場所受容野の距離を算出した。次に、 こうした細胞
ペアが休息時にどれほど再活性化するかを調べるために、休息時の発火タイミングの発火相関を
算出した。 先行 研究では、 場所受容野が近いほど、 その後の休息時において、 場所細胞同士が同
時に再活性化される確率が高いと考えられてきたため、両者には負の相関が認められると考えら
れる。しかし実際には、両者には有意な相関が認められるものの、 相関係数は非常に低い値とな
り、休息時の活動 を説明するためには場所受容野だけでは不十分であることがわかった。この結
果から、休息時における活動は、走行時において活動した場所細 胞ペアの再活性化だけではなく、
それ以外の要因も含まれる可能性が示唆された。
海馬では、走行時に場所細胞が活動するが、 走行していない報酬時でも同様に多くの細胞が活
動する。 この時期には、特にリップルと呼ばれる脳波を伴った同期発火が顕著に生じる。 このよ
うな報酬時の活動と、 休息時の再活性化パタ ー ンは明らかではない。 この点を検証するために、
走行時、 報酬時、 休息時それぞれの期間において、 各神経細胞ペアの発火相関を算出し、 全細胞
ペアでの発火相関を示す相関マトリックスを作成した。報酬時と走行時のそれぞれに対して休息
時との相関 マトリックスの類似度(相関係数)を計算したところ、報酬時の類似度が有意に高い
値となった。 この結果から、 休息時には、 走行時に活動した場所細胞の再活性化よりも、 報酬時
に活動した細胞の再活性化がより顕著に起こっていることが示された。
休息時においては、報酬時に活動した細胞の再活性化がより強いという結果から、報酬時にお
ける活動が、行動中に形成された活動を維持するためにより重要である可能性が考えられる。こ
の仮説 を検証するために、報酬時の同期発火(リップル)を選択的に阻害する実験系を構築した。
海罵への入力線維である腹側交連繊維に刺激電極を挿入し、電気刺激を加えることで、海馬の活
動を阻害することができる。そこで報酬時において、海馬の同期発火が生じたタイミング を検出
し、その疸後に刺激を加えることで、 時間選択的に同期発火を阻害した。 このようなラットにお

この論文で使われている画像

参考文献

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謝辞

本研究を遂行するにあたり、親身にご指導・ご鞭撻いただきました池谷裕二教

授に心より感謝申し上げます。セミナー等で研究に対して適切なご指摘とご助

言をいただきました。本研究を遂行するにあたり、非常に大きな助けとなりまし

た。

セミナーをはじめとする議論の場において研究に対してご指導・ご助言を賜

りました小山隆太准教授に心より感謝申し上げます。研究に対する考え方や積

極的で真摯な姿勢を学ばせていただきました。

本研究を遂行するにあたり、直接ご指導いただきました佐々木拓哉特任准教

授に心より感謝を申し上げます。研究や解析のアイデア、実験の計画の方法、デ

ータ解析の手法、論文やプレゼンの作成にいたるまで、詳細にご指導いただきま

した。

同じグループの先輩でご指導いただいた鹿野悠博士、鹿山将さん、井形秀吉博

士、中山亮太博士、西村侑也博士に心より感謝申し上げます。先輩方のご指導の

おかげ様で、データの記録と解析を行うに足る実力を身に着けることができま

した。

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共に研究するにあたり、絶えずご協力をいただいた同じグループの青木勇樹

君、岡田桜さん、小此木闘也君、三宅功朔君、柳下晴也君、瀧口龍之介君に心か

ら感謝いたします。

薬品作用学教室での日々の生活の中で、絶えず助言と励ましの言葉をいただ

きました、東京大学大学院薬学系研究科薬品作用学教室の皆様に心より感謝を

申し上げます。

50

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