清澤のコメント：小脳核における連合学習のシナプス機構
というオランダの研究者ロビン・ブローセンらの論文がNature Communications 14巻、記事番号: 7459 (2023)に出ています。私にはこの論文の内容は難解ですが、とにかく私たちの2010年のPETを用いたヒトでの論文（末尾文献54：自発的な開瞼指令は前頭葉で始まるという件）が引用してもらえました。取り合えずでも、出版という形までに漕ぎ付けておいてよかったというのが実感です。
ーーーーーー
抄録：遅延まばたき条件付け (EBC) 中の連合学習は、無傷の小脳に依存します。 しかし、小脳核の変化が学習にどのように寄与するかについては、依然として議論が続いています。 特に、EBC（遅延まばたき条件付け）中に起こる小脳核ニューロンへのシナプス入力の変化と、それがこれらのニューロンの膜電位をどのように形成するかについてはほとんど知られていません。 今回、我々はマウスの連合学習をサポートするこれらの入力の能力を調査し、学習中の小脳核内の構造的および細胞生理学的変化を調査しました。 われわれは、前介在核（AIP）への苔状線維求心性神経の光遺伝学的刺激が条件刺激の代わりとなり、適応的にタイミングよく調整された条件反応（CR）を誘発するのに十分であることを発見した。 さらに、EBCは苔状線維と抑制性入力の構造変化を誘導しますが、登攀線維入力では誘導しません。また、条件付けされたまぶたの動きと相関するAIPニューロンの閾値下処理の変化を引き起こします。 CR（条件反応） に先立つシナプスおよびスパイク活動の変化により、デコーダは CR（条件反応） のあるトライアルを区別することができます。 私たちのデータは、小脳核ニューロンへのシナプス入力の構造的および生理学的修飾がどのように学習を促進できるかを明らかにしています。
緒言；
小脳は、感覚運動関連を学習する優れた能力を持っています。 このような連合学習のよく知られた例の 1 つは、遅延まばたき条件付け (EBC) です。これは、中性条件刺激 (CS) と嫌悪性の無条件刺激を組み合わせた後に、タイミングよく条件付きまぶたを閉じる (条件反応; CR) が生じるパブロフの課題です (US) ）一定の間隔で、両方の刺激は時間内に同時に終了します1、2。 CS および US 情報を伝える小脳系の主な入力は特徴付けられています。 現在の作業仮説は、CS が橋核 (PN) に由来する苔状線維 (MF) 軸索によって小脳皮質の顆粒細胞に少なくとも部分的に伝達されるというものです 3,4。 顆粒細胞は平行線維を生じ、プルキンエ細胞 (PC) を神経支配します。 下オリーブと強力に神経支配する PC に由来する登山繊維は、US5 に強く反応します。 入力 MF と登行線維は小脳皮質と小脳核 (CN) の両方を神経支配する6,7,8,9,10 ため、どちらの部位も連合学習の根底にある可塑性メカニズムに寄与する可能性がある有力な候補です。
小脳皮質では、PC 上の平行線維シナプス 11、12、13 および分子層介在ニューロン 14、15 におけるシナプス重量の変化が、潜在的に固有の機構 16 および軸索線維の構造変化 17、18 と組み合わされて、主に運動中の PC 単純スパイク活動の減少につながります。 CS-US 間隔 14、19、20。 これにより、CN ニューロンの脱抑制が起こり 21,22、最終的には赤核と顔面核の下流にある運動前ニューロンと運動ニューロンのスパイク活動が増加し 23,24、それによって条件付けされたまぶたの動きを生成します。
CN の複合体内では、前介在核 (AIP) にほとんどの EBC コード化ニューロンが含まれています 21、22、25。 それらの活性を操作すると、CR の獲得と発現の両方が破壊されます 26、27、28。 さらに、完全に条件付けされたマウスの小脳皮質を除去した後でも、CR は部分的に無傷のままであり 29、記憶の一部が核レベルで保存されていることを示唆しています 30。 しかし、まばたき条件付けに寄与する小脳皮質のシナプス可塑性メカニズムとは対照的に、CN のシナプス可塑性メカニズムはほとんど不明のままです。
ここでは、遅延 EBC における CN ニューロンへの MF シナプス入力の役割を調査しました。 我々は、AIPのMF末端の光遺伝学的刺激を条件付き刺激として使用すると、条件付けの過程で適切なタイミングでまぶたが動く結果となることを示す。 さらに、EBC中、抑制性入力だけでなく興奮性MFからの入力の密度も増加します。 最後に、EBC中の覚醒した頭部固定マウスのAIPニューロンのin vivo全細胞記録により、連合学習に関連した膜電位(Vm)の動態が明らかになった。 CS の提示は、AIP ニューロンにおいて主に Vm 脱分極を誘発しますが、結果として生じるまぶたの動きのタイミングと方向性の両方が条件付け中に逆転します。 Vm脱分極は、条件付けされたマウスではCRに先行しますが、ナイーブマウスではまぶたの開口に続きます。 線形判別分析を使用して、シナプス活動だけでなくスパイク活動も、デコーダに CR ありのトライアルと CR なしのトライアルを区別する情報をうまく伝えることができることを示します。 まとめると、私たちの発見は、感覚運動学習と時間的学習の能力があるという興味深い可能性を高めます。CN自体の内部の変化は、個々の核ニューロンのレベルでの構造的および生理学的変化の相乗効果によってもたらされます。
——
清澤注： この論文がNature commmunicationの論文に引用してもらえました。54: Suzuki, Y., Kiyosawa, M., Mochizuki, M., Ishiwata, K. & Ishii, K. The pre-supplementary and primary motor areas generate rhythm for voluntary eye opening and closing movements. Tohoku J. Exp. Med. 222, 97–104 (2010).
我々のこの論文は次の文章の中に文献54として出てきます。
：Vm 反応は条件付けされたまぶたの動きに先行しますが、CS によって誘発されたまぶたの開瞼に続きます。
我々は、AIP ニューロンが CR の生成において原因となる役割を果たしているのであれば、Vm 応答は CR の発症に先行するはずであると推論しました。 対照的に、ナイーブマウスにおける条件付けされていない EO は大脳皮質活動の結果である可能性が高く 53,54 、その発症は必ずしも EO の発症に先行するとは限りません。ーーー
コメント