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Nov 06, 2023

マウスの柔軟な行動のための脳全体のネットワークへの小脳の寄与

Communications Biology volume 6、記事番号: 605 (2023) この記事を引用 1280 アクセス 5 Altmetric Metrics の詳細 小脳は非運動行動を制御しますが、影響経路は制御されません

Communications Biology volume 6、記事番号: 605 (2023) この記事を引用

1280 アクセス

5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

小脳は非運動行動を制御しますが、その影響経路は十分に特徴付けられていません。 今回我々は、間脳構造と新皮質構造のネットワークを介した逆転学習課題の誘導、および自由行動の柔軟性において、後小脳に必要な役割を報告する。 小葉VI虫虫細胞または半球下腿Iプルキンエ細胞を化学遺伝学的に阻害した後、マウスは水中Y字迷路を学習できたが、最初の選択を逆転する能力が損なわれた。 摂動のターゲットをマッピングするために、ライトシート顕微鏡を使用して、透明な全脳における c-Fos の活性化を画像化しました。 逆転学習は間脳および連合新皮質領域を活性化しました。 構造の特徴的なサブセットは、小葉 VI (視床および手綱核を含む) および下腿 I (視床下部および辺縁前/眼窩皮質を含む) の摂動によって変化し、両方の摂動は前帯状皮質および辺縁下皮質に影響を与えました。 機能的なネットワークを特定するために、各グループ内の c-Fos 活性化の相関変動を使用しました。 小葉 VI の不活性化は視床内相関を弱める一方、下肢 I の不活性化は新皮質活動を感覚運動サブネットワークと連合サブネットワークに分割しました。 どちらのグループでも、全身運動のハイスループット自動分析により、オープンフィールド環境への一日を通じた行動の慣れに欠陥があることが明らかになりました。 これらの実験を総合すると、複数の柔軟な反応に影響を与える小脳の影響に関する脳全体のシステムが明らかになります。

小脳は柔軟な行動に貢献していることがますます評価されています。 小脳と新皮質の間の顕著な解剖学的経路は、高次処理における役割を示唆しています1、2、3、4、5。 ヒトでは、後小脳への損傷により、実行機能、作業記憶、抽象的推論、および感情処理の障害を含む臨床的認知感情症候群が引き起こされます6,7。 自閉症の診断を含む、より重篤な転帰は小児の小脳損傷から生じます。自閉症は、日課に違反した場合に精神的苦痛に至るほどの柔軟性のなさを特徴とする障害です8、9、10、11、12、13。 これらの研究を総合すると、小脳は新皮質と同様に、柔軟な行動と認知処理において必要な役割を果たしていることが示唆されています。

動物実験により、柔軟な行動をサポートする小脳皮質の特定の領域が特定されました。 自閉症スペクトラム障害で混乱する正中線の後部構造である虫小葉 VI では、分子層介在ニューロンの阻害により、逆転学習、忍耐的または反復的な行動、新奇性の探求、社会的嗜好が変化します 16。 ASD ではヒトホモログ 17 が構造的に変化しているげっ歯類の crus I の摂動は、社会的、反復的、柔軟な行動の欠如を引き起こします 16,18 が、どちらの摂動も歩行には影響しません。 さらに、げっ歯類のクルス I におけるプルキンエ細胞の不活性化は、プルキンエ細胞が選択と蓄積された証拠をコード化することがわかっている作業である、感覚証拠の蓄積を実行する能力を低下させます 19,20。

小葉 VI および下腿 I は、双方向の多シナプス経路を介して前脳と係合します21。 小脳皮質のプルキンエ細胞は遠位前脳構造から入力を受け取り、マウスの経シナプス追跡により、小脳、前庭核、および傍腕核へのプルキンエ細胞の抑制出力が追跡され、これらの細胞が次に脳の残りの部分に興奮出力を提供して、大脳-視床-小脳回路1、2、3、4、22、23、24。 これらの経路に沿って、小脳皮質は特徴的なパターンで投影する傍矢状微小領域に組織化されており、その結果、小葉 VI と下腿 I は視床構造との異なるパターンの二シナプス接続を形成し 25、26、27、28、および前帯状皮質、辺縁下、運動前野への三シナプス経路を形成します。 、および体性感覚皮質1、2、3、4、5、28、29。 これらの小脳領域のそれぞれは、橋 30、31、32 および下オリーブ 33 を介して新皮質から下行入力も受け取ります。 したがって、これらの小脳領域は、多くの分散ターゲットにわたる前脳処理に影響を与える可能性がある独特の経路を持っています。