神経細胞の電気信号は、細胞間の情報伝達を担うだけでなく、既存の神経回路ネットワークの配線を再編成する役割をもちます。例えば、目が見える以前の網膜では同期的な神経活動の波が伝播しており、この網膜波を完全に阻害すると視覚系神経回路の配線に異常が生じます。しかしながら、この網膜波の「パターン」がどのように神経回路の再編に寄与するのか明らかになっていませんでした。

　刻一刻と変動する網膜波と神経回路再編の関係性を明らかにするためには、従来的な組織切片標本を用いた解析では不十分です。そこで私たちは、網膜波と神経回路再編を同時に観察する生体内イメージング手法をマウスの視覚系神経回路で確立しました。この独創的なイメージング手法により、個々の軸索の発火と網膜波が同期する領域で軸索分枝の付加が起こり、一方、非同期発火する領域で軸索分枝の除去が起こることを明らかにしました。この現象は、個々の軸索の発火活動と網膜波を人為的に非同期化させることで起こらなくなることから、網膜波のパターンには軸索形態変化を分枝レベルで制御するインストラクターとしての役割があると考えられます。私たちはさらに、単一軸索の形態変化と神経伝達物質の放出を同時に観察できる新規イメージング手法を確立し、興奮性神経伝達物質の放出量が多いシナプス前終末から軸索分枝が優先的に形成されることを明らかにしました。先の結果を踏まえると、個々の軸索の発火活動と網膜波の同期は、シナプス増強を介することで軸索分枝の付加に寄与していることが考えられます。

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