生後の視覚機能を支える神経回路の発達には生後の正常な視覚体験が必要である

内容

＜研究背景＞
脳の機能は、生後の体験や学習に依存して発達することが知られています。例えば、生後発達期に様々な視覚体験を経て成熟すると、物を認知・識別する能力が向上しますが、物を見ずに成長すると、その能力が弱まります。つまり正常な脳機能の発達には、積極的な脳の活動によってもたらされる神経回路の形成が重要であると考えられます。しかし、その詳細なメカニズムは、未だに明らにされていないのが現状です。

＜研究内容＞
生後の視覚体験は、脳の視覚野において神経回路の発達にどのような影響を与えるのでしょうか。私達は、① 正常な視覚体験を経たラット、② 生後開眼したばかりの未熟なラット、③ 暗室で飼育し全く視覚体験のないラット、④ 明るさの変化は体験しているが、物の形など意味のある視覚体験を遮断されたラット、といった4種類の成育過程を経たラットを用い、各々の視覚野の神経回路を詳細に調べました（図1）。その結果、正常な視覚体験を経たラットの視覚野には、多くの神経結合により構築された微小神経回路網が形成されていました。この微小神経回路網は、様々な視覚情報を混同することなく、各々を認知・処理する上で重要な役割を担うと考えられています。②の、生後開眼したばかりの未熟なラットの視覚野では、微小神経回路網は未だ形成されていませんでした。③の視覚体験のないラットでは、開眼直後のラットと同様、微小神経回路の形成は認められませんでした。さらに、④の意味のある視覚体験を遮断されたラットでは、微小神経回路網の発達は阻害されました（図2）。これらの結果は、視覚野の情報処理に必要な微小神経回路網の形成が、生後発達期の視覚体験の度合いによって、その形成が左右されることを示しています。


　本研究はJST戦略的創造研究推進事業個人型研究（さきがけ）の「脳情報の解読と制御」研究領域（研究総括：川人光男（株）国際電気通信基礎技術研究所　脳情報通信総合研究所　所長）における研究課題「視覚系をモデルとした、情報処理の基盤をなす神経回路の解析」（代表研究者：吉村由美子）および文部科学省科学研究費補助金の補助を受けて行われました。

＜用語の説明＞
1. 一次視覚野
　網膜で受容された視覚情報を受け取る脳領域。後頭部にあり、ここで処理された視覚情報は高次視覚野へと送られる。
2. 微小神経回路網
　結合（シナプス結合）を介して相互に情報をやり取りする神経細胞のペアと、そのペアに情報を伝達する周囲の神経細胞群により形成される微細な神経回路網。それぞれの微小神経回路網は独立した視覚情報処理を担うと考えられている。

今回の発見

一次視覚野において、視覚情報処理に重要と考えられる微小神経回路網の形成には、生後発達期の正常な視覚体験が重要であることを見出しました。

図1　電気生理学的手法と光スキャン刺激法による神経回路網の解析

一次視覚野の2/3層にある錐体細胞から記録を行いました。局所的に神経細胞を活動させることで、効率的に神経回路網の解析を行うことができます。

図2　生後の視覚体験に依存して微小神経回路網は成熟する