社会性情報の皮質間転送が感情認識をゲートする

2024-05-22 Wed
社会的認知感情認識皮質ネットワーク GABA作動性ニューロン精神障害マウスモデル機能的イメージング
社交派生情報の皮質移行が感情認識に対するゲーティング作用背景説明感情認識およびそれに伴う反応は、生存や社会機能の維持にとって重要です。しかし、社会的情報をどのように処理して信頼性のある感情認識を行うかについては、まだ完全には理解されていません。この新しい研究では、進化的に保存された長距離抑制/興奮性脳ネットワークが、これらの社会的認知プロセスにどのように関与しているかを明らかにしています。この研究は、内側前頭前皮質（medial prefrontal cortex, mPFC）から後脾皮質（retrosplenial cortex, RSC）への長距離投射ネットワークを詳細に分析し、感情認識プロセスにおけるその役割を明らかにしています。
この知見の背景の重要性は、感情認識能力の欠如が、同種の感情変化を見た際に助けを提供したり、脅威から逃れることを阻害することにあります。さらに、このような社会認知能力の欠如は、精神分裂症や自閉症などの特定の精神・神経発達障害において一般的であり、患者の日常生活に深刻な影響を与えます。大規模な脳ネットワークはこれらの社会認知能力に関与しており、特にデフォルトモードネットワーク（default mode network, DMN）の組織化に貢献する哺乳動物の社会脳部位が関与しています。しかし、これらの皮質間ネットワークがどのようにして感情認識の回路メカニズムを調節するかはまだわかっていません。
論文の出典この論文はDaniel Dautan、Anna Monai、Federica Maltese、Xiao Chang、Cinzia Molentなど複数の研究者によって共同で完成されました。第一著者Daniel Dautan、Anna Monaiおよび通信著者Francesco Papaleoの研究機関には、イタリア技術研究所、復旦大学脳啓発知能科学および技術研究所、そしてベルリンCharite大学が含まれます。この論文は2023年に『Nature Neuroscience』誌に発表されました。論文のDOIはhttps://doi.org/10.1038/s41593-024-01647-xです。
研究のワークフロー実験設計とフロー研究はまず、マウスにおいて内側前頭前皮質（mPFC）から後脾皮質（RSC）への体細胞抑制性GABA作動性ニューロンのサブセット投射の存在を解剖追跡によって明らかにしました。これらのmPFCからRSCへの投射が感情認識に関与しているかどうかは、オプトジェネティクス操作とカルシウムイメージングフォトメトリを用いて検証されました。さらに、人間の機能的イメージングデータも、これらの長距離投射とフィードバック回路が感情認識に特定の役割を果たしていることを示唆しています。
解剖追跡：マウスのRSCにコレラ毒素Bサブユニット（CTB-647）を注射して逆行追跡を行い、mPFCからの入力を確認し、体細胞（Som）ニューロンを体内で標識するために外来ウイルスベクターを使用しました。
ウイルス注射とオプトジェネティクス操作：mPFCのSom-Creマウスに複合アデノ随伴ウイルス（AAV-dio-NpHRまたはAAV-dio-ChR2）を注射し、RSCにLEDライトを設置してmPFCからRSCへのSom投射を抑制または興奮させました。
行動テスト：感情認識タスクにおいて、マウスが感情変化を示す同種個体を認識し反応する行動を観察しました。
カルシウムイメージングフォトメトリ：カルシウム指示薬（GCaMP6f）を用いて、感情認識中のmPFCからRSCへの体細胞ニューロン末端のカルシウム信号変動を記録しました。
インビボ光遺伝学的介入：自由に動くマウスに対してオプトジェネティクスツールを使用して正常な感情認識プロセス中のニューロン活動パターンを模倣し、光遺伝学的操作モデルが感情認識に与える影響を検証しました。
主要な実験発見mPFCからRSCへの投射の解剖学的および機能的確認：逆行追跡と全脳マッピングによって、mPFCの約10％のSomニューロンがRSCに投射していることが確認され、これらの投射が主にRSCの浅層と深層に分布していることが観察されました。
mPFCからRSCへのSom投射が感情認識に関与していること：これらの長距離投射を操作すると、これらを抑制することでマウスが感情変化を示す同種個体を認識する能力が向上し、逆に活性化するとこの認識行動が抑制されることが示されました。
カルシウムイメージング記録結果：感情認識中に、感情変化を認識する短期間にmPFCからRSCへの体細胞ニューロン末端で特定のカルシウム信号変動パターンが観察されました。
循環ネットワークの役割：感情認識において、RSCからmPFCへのフィードバック投射も重要な役割を果たし、マウスモデルの機能的イメージングデータがこの結論を支持しています。
結果と結論機能の違い：mPFCからRSCへのSomニューロンの投射と、感情認識におけるmPFC全体の体細胞ニューロンの活動には違いが見られました。mPFC全体の体細胞ニューロンは感情変化を認識する際にその活動が増加しますが、RSCへの長距離投射は減少の特徴を示しました。
皮質間ネットワークの感情認識における役割：全体的に、mPFC-SomからRSCへの抑制性ネットワークは感情情報処理に顕著な影響を与え、この接続はイメージングデータ分析において負の相関活性パターンとして表れ、感情認識において特に顕著です。
臨床および応用価値：研究はこれらの皮質間投射とフィードバック回路が精神病関連の感情認識欠陥に対する潜在的な役割を明らかにし、精神分裂症などの関連疾患の治療に新しい視点を提供します。
研究のハイライト初めて、mPFCからRSCへの体細胞ニューロンの長距離抑制性投射を詳細に記述し、検証し、その感情認識における重要な役割を示しました。
先進的なオプトジェネティクスおよびカルシウムイメージング技術を用いてマウスモデルに基づいた検証を行い、人間の機能的イメージングデータと組み合わせて、皮質間ネットワークが感情認識において中心的な機能を果たすことを明らかにしました。
特定の皮質間回路の役割を明示し、他人の感情に対する対応や反応における独自の機能を示し、進化的に保存された社会的認知プロセスの理解に基本的で臨床的な意義を持ちました。
まとめこの研究は、進化的に保存された社会的認知プロセスの理解に新しい視点を提供します。mPFC-SomからRSCへの投射が感情認識において重要な役割を果たすことを明らかにすることで、基礎的な科学的突破口を達成するとともに、社会的認知機能の改善に向けた臨床治療の新たな潜在的ターゲットを提供しました。この研究は、感情認識における皮質の興奮性-抑制性バランスの維持の重要性を強調し、人間の感情認識研究の基盤を強固にしました。