「マイクロカラム」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2018年9月29日　原稿完成日：<br>

　[[大脳皮質]]の回路は様々なタイプの[[興奮性神経細胞]]と[[抑制性神経細胞]]から形成されている。古くから、少数の神経細胞が基本的な単位回路を形成し、これが多数繰り返されている可能性が提唱されていた<ref>'''Lorente de Nó R.'''<br>Architectonics and structure of the cerebral cortex.<br>''Physiology of the Nervous System. Oxford University Press, 291-327'':1938 [https://bsd.neuroinf.jp/wiki/ファイル:Lorente_De_No_1938.pdf PDF] </ref><ref><pubmed> 9153131 </pubmed></ref>。単位回路の候補としてさまざまな仮説が提案されたが、その構造や機能については議論が続いておりコンセンサスは確立していなかった<ref><pubmed>20640245</pubmed></ref><ref><pubmed>15365664 </pubmed></ref><ref name=Horton2005><pubmed> 15937015 </pubmed></ref><ref><pubmed>18715998 </pubmed></ref><ref><pubmed>25359953</pubmed></ref><ref><pubmed>29905901 </pubmed></ref>。いわゆる[[皮質カラム]]は特定の皮質領野のみに限られその回路・機能とも不明な点が多く、大脳皮質の普遍的な単位回路ではないと考えられている<ref name=Horton2005/>。

　皮質下投射細胞は幅1–2細胞、高さ数細胞程度の細長いクラスター（SCPNマイクロカラム）を形成する<ref name=Maruoka2011><pubmed>22171052 </pubmed></ref><ref name=Kwan2012><pubmed>22579290 </pubmed></ref><ref name=Maruoka2017><pubmed> 29097542 </pubmed></ref>('''図1''')。皮質に沿って多数の皮質下投射細胞マイクロカラムが周期的に配置し、ハニカム状の六方格子配列をとっている<ref name=Maruoka2017/>。このような皮質下投射細胞マイクロカラムはマウスの[[視覚野]]、[[体性感覚野]]、運動野<ref name=Maruoka2011/><ref name=Maruoka2017/>や[[wj:ヒト|ヒト]][[言語野]]<u>（編集部コメント：言語野には運動性言語野と感覚性言語野があるのでどちらかご記述ください）</u>><ref name=Kwan2012/>で共通にみられ、いずれもよく似た構造を持つ。

　第5層のもう一種の興奮性細胞である皮質投射細胞（cortical projection neuron, CPNs）は、同側や対側の大脳皮質に軸索を投射し中継経路を形成している<ref name=Greig2013/>。これらの皮質投射細胞もマイクロカラム（CPNマイクロカラム）を形成し、SCPNマイクロカラムと互い違いに並んでいる('''図1''')<ref name=Maruoka2017/>。

　第5層にはさらに[[パルブアルブミン]]発現細胞（PV細胞）および[[ソマトスタチン]]発現細胞（SOM細胞）の2種の主要な抑制性細胞があり<ref><pubmed>23303934 </pubmed></ref>近傍の皮質細胞を抑制している('''図1''')。この２種の抑制性細胞のいずれもSCPNマイクロカラムに含まれるように配置しているが、CPNマイクロカラムとはほぼ無関係に配置している)<ref name=Maruoka2017/>。

　[[マウス]]脳内[[Ca2+イメージング|Ca²⁺イメージング]]によって、同一のマイクロカラムに含まれる細胞は同期した神経活動を示し、活動の時間パターンが似ていることが明らかとなった<ref name=Maruoka2017/>。この同期活動は、視覚野、体性感覚野、運動野のSCPNマイクロカラムで共通にみられた。

　[[第一次視覚野]]の細胞は特定の傾き(方位)をもった線分に選択的に応答し（[[方位選択性]]）、また左右の眼への選択性([[眼優位性]])がさまざまに異なることが知られている。マウス第一次視覚野における解析により、同一マイクロカラム内の細胞は方位選択性と眼優位性のいずれもが似ていることが明らかとなった<ref name=Maruoka2011/><ref name=Maruoka2017/>。

　また、電気生理学的な解析から、同じマイクロカラムに含まれる神経細胞は同一の神経細胞からのシナプス入力を受けていることが示唆され<ref name=Maruoka2017/>、この入力が同期活動や刺激選択性の類似をもたらしている可能性が示された。以上より、個々のマイクロカラムはそれぞれ特定の情報を処理し、幅広い脳領野の共通な機能単位として動作していることが示唆された。

　大脳皮質の発生においては、興奮性細胞は皮質の脳室側で[[放射状グリア]]の不等分裂によって産み出され、脳表の方向へ放射状に移動し最終的な位置に配置する。この際、同一あるいは発生上近縁の放射状グリアから産み出された興奮性神経細胞(発生上近縁な興奮性神経細胞)は柱状に並ぶ傾向がある。一方、個々のマイクロカラムを構成する細胞は発生上近縁ではないことが示されている<ref name=Maruoka2011/>ため、発生上近縁な細胞が並ぶというモデルではマイクロカラムの形成は説明できないと考えられる。

　マイクロカラムはマウスでは遅くとも生後6–7日には観察される。この時期にはまだ[[化学シナプス]]は皮質内には少ない。一方、この時期に、近傍にある皮質下投射細胞と皮質下投射細胞の間および皮質投射細胞と皮質投射細胞の間はそれぞれ50%以上の確率で[[ギャップ結合]]により結合している<ref name=Maruoka2017/>。このギャップ結合は縦に並んだ細胞で高い強度を示し、同一マイクロカラム内の細胞を強く結合していることが示唆されている。一方、皮質下投射細胞と皮質投射細胞の間にはギャップ結合はほとんど見られない<ref name=Maruoka2017/>。皮質下投射細胞間、皮質投射細胞間のいずれのギャップ結合も皮質回路が概ね完成する生後14日頃までには完全に消失する<ref name=Maruoka2017/>。

　[[ネコ]]や[[サル]]の視覚野には眼優位性あるいは方位選択性の類似した細胞からなる皮質カラムが存在し、それぞれ眼優位性カラムおよび方位選択性カラムと呼ばれている。眼優位性カラムの幅は細胞数十個分ほどでありマイクロカラムよりはるかに大きい。また、隣り合った方位選択性カラムが応答する刺激方位は似ているが、隣り合ったマイクロカラムが応答する刺激方位は似ていない。

 

　皮質カラムとマイクロカラムのこのような違いは、方位選択性や眼優位性の似たマイクロカラムが近傍に並ぶことによって皮質カラムが形成されていれば説明できる。実際、方位選択性カラムが六方格子状の周期構造を持つ可能性が示唆されている<ref><pubmed>21623365 </pubmed></ref>。