海馬ニューロン活動と視覚情報処理について

海馬ニューロン活動と視覚情報処理について

著者 吉田 和典

雑誌名 福井医科大学一般教育紀要

巻 2

ページ 9‑23

発行年 1982‑12

URL http://hdl.handle.net/10098/5313

海馬ニュー口ン活動と視覚情報処理について

田 平 日

^血

心理学教室

(昭和57年10月4日 受理)

序および目的

海馬の視覚入力に対する機能に関して，今までに，海馬は海馬シータ j皮(Hippocampal th‑ eta  wave)に同期した形で視覚入力の増減調節(この場合は後頭部視覚誘発反応:Visual  E‑

voked Response ; V E Rの振幅変化)に一役かつて台り，さらに海馬のこの機能は急速眼球 運 動 (RapidEye Movement ; R E M)(36)(39)(4Il や一般活動性 :25m)(28):2~(30)(31lなどの末梢的要素とは ある程度独立に働いていることを報告した白蜘蜘

4

従って，海馬は今まで運動ないし行動的側面 との聞に抑制的対応関係があると言われてきた(4)(7)(16)杭実は，感覚(ごの場合は少なくとも視 覚)入力のレベルですでにある程度情報を制御しており、感覚一運動系の統合調節を行なって いたのではないかと考えられた3(抑制3809140(43

海馬シータ j皮が海馬本来の機能を反映しているものかどうかについては，以前から縫線(ra‑ phe)核群から発するセロトニン系と青斑(locus ceruleus)核から発するカテコラミン系両方 が海馬錐体細胞に対して抑制作用を及ぼしている側同ことが知られており，海馬シー夕波はこ れらの下位脳幹部位からの

2

次的作用結果と考えられていた(380 しかし，この海馬シー夕波は 海馬を中心とした限られた部住で出現し，さらにシータ波に同期したニューロン活動は特に中 隔 (Septum)一海馬系で観察される(6)(8)(9)(13)(1鮒1)問削)ことが多い。また，中隔‑i毎 馬 采 (fimb‑

ria)刺 激(12)側及び海馬シー夕波を消失させる中隔核損傷(27)(29)(31)削)によりVER振幅の有意な変動 が知られていることなどから，海馬シー夕波は中隔‑海馬系の本来の働きを代表しており，シ ータ波位相と時間的に同期したニューロン活動が主に視覚入力の増減調節に重要な役割を果し ていたのではないかと考えられるO よって海馬の視覚入力に対する働きをより厳密に検討する ためには，中隔‑海馬系のニューロン活動を観察し， V E Rとの閣の対応関係を明らかにする ことが必要となってくるO

そこで本実験は、麻酔下抱束時及び無麻酔下自由行動時におけるニューロン活動(今回は背 側海馬を中心として)とV E Rを同時に観察，記録し，海馬ニューロン活動の発射頻度とV E

Rの初期成分(潜時約30‑80msecの 陰 性 陽性成分)振幅とを比較し，両者の対応関係につい

‑ 9 ‑

て検討することを目的とした。なお今回，麻酔下記録を行なったのは，体動その他の末梢的変 化による海馬ニューロン活動の変動成分を少なくするためであるO また，無麻酔下記録では，

前回(38)同様に行動及び脳波上から覚醒一睡眠段階に分類し，今回も特に逆説睡眠(

P a r a d o x i c ‑ a l   Sleep;  P  S 

)期を中心に，海馬シータ波に同期したニューロン活動とその時点てるの

VER

とを比較，分析した^O

方 法

(1)被験体

7

匹の

Wistar‑

今道系アルビノ推ラットを用い，餌と水は十分に与えられ飼育された口手術 時の体重は 270~55Cgの範囲で、あった O

(2)手 術

前回の報告側と同様，ネンブタール

( P e n t o p a n b i t a l Sodium

， 

3 5 m g  /  k g

，腹腔内投与)麻酔 下で脳定位固定装置に固定し電極植え込み手術を行なったo海馬脳波記録用電極は，カシュ塗 料で絶縁された直荏

0 . 3 m m

ステンレス線で，先端約

0 . 5 m m

カシュを剥がしたものを用いた口それ を脳図譜(1司で定められた右背側海馬内へ刺入したO また視覚皮質脳波及び視覚誘発反応 (VE 

R )

を記録するために，直径

1 mm

のステンレスネジを右後頭部皮質(18)1(9)上の頭蓋にデンタルセ メントで固定した^O 他に眼球運動や筋電図記録用に直径

0 . 1 9 m m

のステンレス線を用いた^O (3)子 続

(i)麻 酔 下 記 録

麻酔下時の脳波及び海馬ニューロン活動記録を行なう上で，上記の手術後，ネンプヲールを さらに約

O .

1~0.15m.e追加し，脳定位固定装置に固定した状態で微小電極刺入のための再手術 を行なったO 微小電極にはガラスで絶縁されたエルジロイあるいはカシュ塗料絶縁のニクロム 線で，先端直径が数 数十ミクロンのものを用いた(先端電極抵抗約 1~ 6 MQ)口電気的に遮 蔽された防音室内で，これらの微小電極を固定装置の電極ホルダーないし電極微動刺入装置(成 茂製

1

回転約

2 5

ミクロン移動)にセットし，右背側海馬のほぼ全域(海馬脳波用ステンレス 電極部位を除いて)に渡って開けられた直径約

5mm

の穴にこの装置を固定したO 手動により目 標の背側海馬上約 0.5mm まで電極を刺入し，その後は約 20~50 ミクロンステップで電極を移動さ せた。 信 号 (S) /雑音 (N)比 が3ないし 5以上の単一あるいは多ニューロン活動が観察，記 録できるまで，この手続を

2

，

3

ケ所で繰り返し行なった口記録及び光刺激方法は図

1

の通り で，ニューロン活動は前置‑主増幅器(この場合は

B i o p h y s i o g r a p h )

を用いて増幅し，

4 0 0 ‑ 1 0   KHz

の帯域フィルターをかけ，脳波と共にデータレコーダに磁気記録した。同時にシンクロスコー プでモニターしながら音に変換した。光刺激は図の様にラットから約50cm離して，電極刺入前より 実験終了時まで(約数時間)，

2

秒間隔で連続的に与えられた口最終のニューロン活動記録終了後，

電極先端に 20~ 日μA の正電流を 20~30秒間流し，先端部位確認のための微小破壊を行なった口

ハU

1Eよ

BIOPHYS IOGRAPH  130SYSTEM  lCH: DHPC UNIT  2CH: OCX EEG  3CH: DHPC EEG 

DATA RECORDER DFR 3515  1CH:DHPC UNIT  2CH: OCX EEG  3CH: DHPC EEG  4CH: STlM. MARK 

( P.D.V 

図

1

実験ブロックダイアダラム

DHPC:

背側海馬，

OCX

後頭部皮質，

P . D . V .  

:パルスヒストグラム，

VER:

視覚誘発反応，

REPRO EEG:

再生脳波，

UNI T

ニューロン活動，

STIM  MARK:フラッシュ東山敷マーク (ii)無麻酔下記録

1

匹のラット

(YU  ‑ 1 4 )

を用い，麻酔下記録終了後

3

本の同じ微小電極(各々先端約

0 . 1

~O.

2 m r n

離したもの)を麻酔下記録時と同様に背側海馬に刺入し，ニューロン活動が記録でき るのを確認した後，頭蓋にデンタルセメントで固定した。他の脳波及び眼球運動等記録用電極 と共に

1 2

ピンミニチュアソケットに半田付し，約

1

週間の手術回腹期をむいた後再記録を行な った口再記録時，被験体は同じ防音‑電気遮蔽室内の観察記録箱

(40X40X40cm)

に入れ，前 回(38)と同慌の手品続に従って脳波及びニューロン活動記録を行なったO 図lに示した様に，

EE  GBOX

を通して増幅器で増幅し，他は麻酔下記録時と全く同様であった。

すべての実験終了後，ネンブタールで深麻酔(手術時の約

3

倍)し，左心室より生理的食塩 水一黄血塩

( p o t a s s i u mf e r r o c y a n i d e )

を含む

2%

ホルマリン溶液，を順に流し頭部を濯流固 定したO 脳を頭蓋から取り出した後， 3 ~5 日間同じ黄血塩を含む 2% ホルマリン溶液で固定 し，さらに 30% ショ糖溶液に 2~3 日間沈澱するまで浸した。その後従来の方法で凍結切片を 作製し，クレジルバイオレットで染色した。脳図譜(17)に従って海馬脳波電極及び微小電極先端 部位を確認した。 微小電極先端は鉄イオン沈着により淡い黄緑色を呈していた。

(4)分析

図

1

の様に，データレコーダに記録された海馬ニューロン活動はコンビュータ

( S i g n a l

p‑

r o c e s s o r   7  T 

0 

7  A)

を用い，フラッシュ刺激呈示前後

1 0 2 4 m s e c

のパルスヒストグラム (P‑

u l s e   D e n s i t y  V a r i a t i o n  ;  P  0  V)

を求めたO また同様に右後頭部皮質脳波から平均加算視覚

ー i

誘発反応 (VER)を分析時間1024msecとして求めた白加算回数は

1 6

固ないし 8固とした。さ らに個々のフラッシュ東山散に対する j毎馬ニューロン活動の変化や

1

面j皮(特に海馬シータ j皮)位 相との対応関係を吟味するために，記録されたニューロン活動を脳波計を用いて掃引速度

6

cm  /secで、脳波，刺激マークと共に再生した口

結果

(1)組織学的検索

図

2

は各被験体のすべての海馬ニューロン 活動記録部位を模式的に示したものであるO

7

匹中

5

匹

(YU  ‑9

， 

1 1

， 

1 3

， 

1 4

， 

1 5 )

は 海馬C A 1の錐体細胞層 (stratumcellular‑ ium pyramidalium)か ら 放 射 状 層 (stratum  radiatum)及び網状層 (stratum reticular  s.  lacunosum)に微小電極が位置していた。

残りの

2

fJC中

1

匹

(YU‑6)

は海馬C A 3 とC A 4の境界領域にあり，他

(YU‑

lO)

は歯状回 (gyrus dentatus)で側頭海馬路線 』寸言「『

維の一部を含んでいたO こ れ ら の す べ て の 部 図

2

海馬内の撤小電極刺入部位

同nig& 削 陣 副 ( 1963) 

位からは，明確に区別し得る単一 (single) 各番号は被験体，黒丸が各被験体のニューロ

ロ ン活動記録部位，点線が海馬錐体細胞層と歯 ないし多 (mu ltiple) ニューロン j舌動が記録 状回頼粒車剛包層

された口なわ，これらの部位聞で自発発射及びフラッシュに対する発射パターンに顕著な差異 は認められなかった口前回(38)同様，後頭部皮質ネジ電極は17野]8)1(9)に位置しており，海馬脳波 用電極も右背側

i i

正馬の錐体細胞層近傍に刺入されていたO

(2)麻 酔 下 で の 海 馬 ニ ュ ー ロ ン 活 動

図3に示した様に，フラッシュ刺激前暗条件下(non‑flash)と フ ラ ッ シ ュ 条 件 下 (flash)で 海馬ニューロン発射パターンを比較すると，フラッシュ条件の前半部(図の中央列)では暗条 件下での自発発射とほぼ同じパターンを示していたO フラッシュ条件の後半部(図の右列)で は

1

，

2

例

(YU‑14

，

1 5

の 第

2

部住(ll))において全体的発射頻度の増加傾向が見られたO な おこの時間的変動傾向は暗条件下での自発発射パターンにも認められ，フラッシュに対する発 射顔度の全体的反応傾向とは考えられなかったO 次にフラッシュ条件に注目すると，図から明 らかな様にフラッシュ前後約1秒間のパルスヒストグラム (Pulse Density Variation ; PD V)  の48回加算を行なった状態でさえも，この条件下の前後半を通じてフラッシュに対する有意な 発射頻度の変化は認められなかったO また図4に典型的な個々の発射パターンを示したが，個 々のフラッシュに対するニューロン発射パターンに著明な変化は見られなかったO

12 ‑

PULSE DENSI TY VARIATION 

NON FLASH  _，FLASH  FLASH  _{FLAS>唯 N}

君.8

幽~~岨岨

4官)msrc

図

3

麻酔下での

P . D . V .

の変化

1 .   n

^，皿:3匹の被験体 (YU‑13，14，15)での各記録部位(図2参照)， NON FLASH  :フラッシュ刺激前暗条件下， FLASH:フラッシュ刺激条件下前半(中央)と後半(左)，

縦線:フラッシュ刺激時点 N 加算回数，分析時間は1024msec

従 っ て ， フ ラ ッ シ ュ そ れ 自 体 は 海 馬 ニ ュ ー ロ ン 活 動 の 全 体 的 ， 持 続 的 (tonic)及び一過性(ph‑ asic)の 発 射 額 度 に 対 し て 有 意 な 効 果 を 持 た な い こ と が 言 え たO

HIPPO‑....U̲且凶L.u，J.1 ~/IUllI山 ιι 山J ムムiι..oI_...ll.Lu叫L.~~ .... ..̲1..・ 4 

CAMPAL ""V'叩 lT・tl¥'titir'i" jif lfIl i41H" p 'fI'i f+PW 

t t

同 噌 司 円 附

HIGH  HIGH  LO明

FLtilKL‑ ー 」 !

』..l.J止L .l .Ib...，.L. .Lll.J l~ 叫山11. ‘ h ぃ ^{・ ....̲‑ ι}占.....比.a..uιlιl..l‑‑1l.lL̲o...i...JL，

~~"'í ~ι11""'1'1'門司\1Trl r'l[I'f市r.... "~-'-~~"1"T町市開守 F 司 ~T_‑'1'川1可'¥'‑甘iT寸吋"‑'1'''¥[•

LO明 HIGH

ム J. ム....J._，.._t..J...J..w..~..iliJ山ι...，....1山

一~

」ム ̲ .~_iL~ _~ ^{‑‑.J.  ‑‑‑‑.&i.邑 J.JJ"̲̲.山岨̲11}_~μ L.，

L 

1 守・ TT ì'''1\''''í' 1TIl市内m'lri~"""""-"--""" 【「冒[トー

HiGH  LOW  HI GH 

~-~i

₅₃ 

凶 LiliblllLl，LL..LJlL..1lr1・ .. ..lL ̲...，・ ‑ 且 "...u...._...~>L.，1..il.J ー・しwLL，.1JlL.u....

， 

ιdll.llLJlー 守，.‑‑‑‑r十 日q ‑""1‑‑T"'''^刊

r '

^l干nìTTr'~刊 1'1'11 ( I'~ 日 l'""'1岬V

LOW  HIGH 250 ms'‑'c 

~if~

図4 海馬ニュー口ン活動と発射頼度の分類

HIPPOCAMPAL  UNIT  海馬ニューロン活動， HIGH:高額度発射時，

LOW:低頻度発射時，各刺激マークの下の数字は刺激回数， YU‑l1:被験体番号

円ぺU

41 i 

(3)海 馬 ニ ュ ー ロ ン 発 射 頻 度 とV E R振幅

前節で海馬ニューロン活動はフラッシュに対して何んら有意な変化を示さないことが認めら れたので，次に海馬ニューロンの自発発射顔度とフラッシュに対する後頭部V E R振幅との関 係を吟日未した。データレコーダに石弦気記録:したすべての海鳥ニューロン活動(hippocampal  unit)を脳波形を用いて高速で再生し，光刺激時点(f1ashmark)での約1秒間の自発発射頻度 を図 4 の様に分類した O すなわち，約 100μV 以上のニューロン活動が20~100 /秒以上出現し ている時期を高頻度発射時(H 1 G H)，それ以下ないし全く発射していない時期を低頻度発射 時 (L0 W)とした口その結果，両群て可ERを比較すると(図5)，4匹のラット (YU‑ll，  13， 14， 15)で の す べ て の 刺 入 部 位 (1例を除く)でHIGH群 がLOW群と比べてVERの 初期成分(潜時約30~80msec) 振幅が低くなる傾向が認められた O 平均値で LOW:HIGH

は97.3

: : t  

32.0μV: 78.7土32.6μVであったO 潜時の遅いVER成分に閲しては，むしろ HIG

H

群のほうが後期成分の出現の多い傾向が見られた

(YU

‑13)。しかし全体的に一定の傾向は認 められず，これはVERの加算回数が少ない (Nニ 16)ことから生じた変動によるものかも知

VERs IN ANESTHETIZED RATs 

LOW  YU‑l1 

YU‑13 

YU‑14 

YU‑15 

F L A S H  

N=16 

hy 

u r 

内M・5 

! 

F L A S H  

^200m

・ ・

^c

図

5

麻酔下での海馬ニュー口ン発射頼度に応じた後頭部VERs

HIGHのVER初期成分振I幅がLOWのものよりも全体的に低くなっていることに注意，

N:加 算 回 数

れなP o全被験体でのすべての結果を比較してみると(図6)，L 

0 

W群対HIGH群で減少傾 向 (Dec rease)と増加傾向(Increase)の2つに大きく分類された。 海馬ニューロン活動の全 記録部位(17ケ所)のうち 8ケ所で発射頻度HIGH群のほうがL O W群より VER振幅の減 世が見られ 9ケ所で逆に増加傾向であった。また減少群(Decrease)は 増 加 群 (Increase)  より分散が大きいことが国から示されたO すべての古1)位をまとめて，対応のある

t

検定(15)を行

‑ 14‑

}JV  180  160  140 

Lロ 2AJ 120 

g 

^《100 

E 

〉 80  60  40  20 

o 

LOW 

HIPPOCAMPAL UNIT DISCHARGE 

& 

O C C I P I T A L  VERs  D E C R E A S E  

HIGH  RATE OF HIPPOCAMPAL UNIT DISC判ARGE

}JV  I 

N C R E A S E  

争・・・oOMEAN

180  160  ω 140  2120 

....1 

量100 d 

8J 80 

〉

〉 字 三 三

60  40  20  O 

LOW  HIGH 

RATE OF HIPPOCAMPAL UNIT DISCHARGE 

図6 すべての記録部位での海馬ニューロン発射頼度と

VER

振幅との関保

HIGH

で減少傾向

(DECREASE)

と増加傾向

(INCREASE)

に2分された，

点線は平均値

なったところ，これら

2

条件間

(LOW

対

H1  GH)

で

VER

振幅に有意な変動は認められな かった (t

= 0 . 2 6 7 .  d f  = 1 6 .   P  > . 0 5 .

両側検定)。

被験体毎に

VER

振幅を

PDV

(図

3

)に基づいて，フラッシュ前後

2 5 6 m s e c

での発射頻度 を個々に計測し，額度

1 0

以下を

LOW

群，それ以上を

HIGH

群としてより詳細に分類したと ころ(図

7 )

，

7

匹中

3

匹 (Y U ‑

6 .  

11. 

1 5 )

で

H1  GH

群 の 方 が

VER

振幅の減少を示し，

μv 

LOW 

1 5 0  

 ‑l

1 0 0  

6  9  1 0   1 1   1 3   1 4   1 5   R A T s  

図7 各被験体毎のニューロン発射頼度と

VER

振幅との関係 グラフ上の縦線は標準偏差

5 0  

6 9  1 0   1 1   1 3   1 4   1 5  

﹁D

1Eム

2匹 (YU‑10，13)が増加し，残り 2匹 (YU ‑ 9， 14)は変化しない傾向が見られたO 同 様の手続で全被験体をまとめてみると，表

l

のごとく，海馬ニューロン発射顔度と

VER

振幅 との聞には一定した傾向は示さず，全体的に見るとむしろ発射頻度の高い (H1 G H) ほうが

表

1

ニューロン発射頼度と

VER

振幅及び初期成分潜時との関係

NO.  UN1TS  MEAN AMPL1TUDES  MEAN LATENC工ES 1N VERS(MSEC) 

AT FLASH  N  1N VERS(μV)  Nl  P1 

1 ‑ 5  8  83.9 + 28.7  51.0 + 7.5  80.9 + 9.8  6 ‑ 10  16  103.6土35.9 45.3 + 8.4  77.6土12.3 11  ‑ 15  10  86.3土43.9 46.5土9.1 78.5土16.9 16  ‑ 20  13  94.7土26.1 47.9 + 6.4  79.5 + 16.9  21  ‑ 25  B  125.8 + 36.8  41.2 + 7.1  70.0 + 12.7  26  ‑ 7  90.8 + 37.8  44.7土8.1 76.5 + 15.0 

Nl 初期陰性成分， Pl 初期陽性成分，平均値±標準偏差

VER

振幅の増加するものも見られた口一方ごの

VER

の 初 期 成 分 (

N

1とPl)の各潜時と発射 頻度との関係を調べてみると 両成分共 発射頻度が増すにつれて各成分潜時の長くなる傾向

を示したO しかしこれらはいずれも有意で、はなく，むしろ

VER

振幅との聞の逆相関傾向(す なわち

VER

振幅が低いと各成分潜時は長くなる)のほうが強いと言えた。これは一般的に誘 発反応に見られる特徴であったO

( 4 )

無 麻 酔 下 で の 海 馬 ニ ュ ー ロ ン 活 動

図

8

の上部に無麻酔下で記録した海馬ニューロン活動と海馬脳波を示したO そ れ ぞ れ 覚 醒 (Wakefulness  : W)， 

' f

余波睡眠 (Slowwave Sleep ; S S)，逆説睡眠 (PS)で比較すると，

W

時と

PS

時で海馬シータ波カ刊憂勢に出現していたが，海馬ニューロン活動はW時ではシー夕 波とあまり同期せずランダムに出現しているものが多く，

P  S

時では群発状にニューロン発射 が見られシータ波に同期していたo S S時では主により遅い不規則な徐波が優勢でW時に比べ て発射頻度の減少が見られたO 図の下部に図

3

と同様の

PDV

を 示 し た が 無 麻 酔 下 で も 麻 酔 下と同様フラッシュによるニューロン発射頻度及びパターンに有意な反応は認められなかったO

発射頻度ではW時が最も多く PS時が少ない傾向であった口 (5)無 麻 酔 下 で の ニ ュ ー ロ ン 活 動 と VER振 幅

麻酔下と同様に海馬ニューロン発射頻度を

LOW

群と

HIGH

群に分類し，各時点での

V E R

振幅をそれぞれの睡眠ー覚醒段階で見てみると(図

9

)，特にPS時で

HIGH

群の方が

L O W

群より

VER

振幅がかなり減少していることが認められた。しかし

SS

時ではあまり変化せ ず， W時ではむしろ逆の増加傾向が見られ一定しているとは言えなかったO潜時の遅い成分(約 300msec以上)は

LOW

群で抑制されている様に思われるが，これらの成分は加算回数により 大きく変動することが言われており 必ずしも有意な変化とは考えられないだろうO

‑ 16‑

UNANESTHETIZED RAT 

P SIIキで、発射頻度と V E R振幅lこ逆の関係が認められたことから，特にP S時に限定して図

WAKEFULNES5  YU-l~

ーもいハ/へノ ^jJ ¥/¥ん γ

μ に J ^{べ 〉} ; : J ( U ムベ/

PARADDX1CAL  SLEEP 

U~~!lJlIiML ..J1L.._.Joi.. ^..1.山i .Il...~_j I 

~I'lf w.rr'^co '''lnl'i''叶 '''il

r '

^{"(iif‑''!ilT1<Y‑‑‑<'1四 回}

可 ぺ /¥/¥fV¥J'

FlASH MARK 

2日m，.，

山

; : ; i 山 山 山 岨 叫 . L w ， 山

^A

^{叫 幽 山} 叩sfzi叫山白血i山I~j. ^{L 4 山 』 叫 山 a}

-;zh刷↓"，I.~I叫占u...JIw i U l i 1 i . l

lu

l . l l

凶

u 削 . u . L

liI..s

図

8

無麻酔下での覚醒一睡眠段階における海馬ニューロン活動及び脳放と

P . D . V .

WAKEFULNES S 覚醒活動時， SLOW WAVE  SLEEP:徐波睡眠時，

PARADOXICAL  SLEEP:逆説睡眠時

LOW 

VERs IN UNANESTHETIZED RAT  V U ‑ 1 4   H I G H  

WAKEFULNESS 

SLOW WAVE  S L E E P  

PARADOX I C A L   S L E E P  

F L A S H  

図

9

無麻酔下でのこユーロン発射頻度に応じたVERs 逆説睡眠時でHIGHのVER振幅低下に注意

円iTEム v u ' ^{n u}・5 

200 msl'c 

FLASH 

シー夕波に同期した海馬ニューロン発射のどの日寺点、でフラッシュが与えられたかに

1 0

の様に，

H IPPOCAMPAL UNIT ACTIVITY 

且

，J.t.LA>山.&.，J..血，1.....Jl.L ι   ffi

吋

?村~可1f'Tl1刷fr'{''1'打門「汗T ^{守吋寸:nrr r}~Î叩'叩，nn円

rlrr‑

2 山 se目c 守一‑つ

， 

YU‑14  叫 嶋 酬

N=8 

v u r 

o s 

OCCIPITAL  VERs 

2 

3 

200m竃"

図

1 0

逆説睡眠時の海馬ニュー口ン活動と

VER

との関係 各番号の矢印は海馬ニューロン活動の発射間(1)，発射 直前(2)，発射中(3)及び発射直後(4)にフラッシュ刺激が 与えられた場合を示す。詳しくは本文を参照。

FLASH  4 

( 4)発 ( 2)発射直前， (3)発射中，

( 1)各発射聞で全く発射が見られない時期，

応じて

図の下部に示した様に， • ( 

1 

)及 射直後の

4

群に分け，それぞれ別々に

VER

を求めたところ，

び (

2 

)の時点てて、

VER

の 初 期 成 分 の 振l隔が大きく，海馬ニューロン活動が活発な(

3 )

及 び ( 4 )の時点では抑制される傾向が見られた。また j替時の遅い成分についても同様の傾向が認め られた(特に， (1)の時点)。これらの結果は加算回数 (N

= 

8)や被験体数 (N

= 

1)が少な いという欠点が挙げられ， また

W

時でのシー夕波に同期した海馬ニューロン活動と

VER

振幅 少なくとも

PS

時において海馬は特にシータ波に同期した形で との聞の分析も必要で、あるが，

活動している時期には

VER

振幅を抑制する方向に働いていることが言えるO

考察

本実験はラットの海馬の視覚入力に対する倒きについて検討するために，麻酔下及び無麻酔 下での海馬ニューロン活動と後頭部皮質視覚誘発反応 (VE R)を指標として両者の対応関係 を吟味したO 得られた結果をまとめると，海馬ニューロン活動の発射頻度の高低により

VER

これは有意ではなく一定した傾向は認めら れなかった。また無麻酔下でも同様の結果が得られ，麻酔によるニューロン活動の変化による ものではないと考えられたO 従って海馬ニューロン活動の全体的な発射頻度そのものは

VER

︒ ︒

の初期成分の振幅が変動することが観察されたが，

振幅に対して何ら有意な効果を持たないことが予想されたO このことは，海馬はV E Rに対し て何らかの働きを持っていると報告した今までの結果(詣)と矛盾するようであるが， しかしなが ら無麻酔下でも特に逆説睡眠

( PS 

)時において海馬シータ波に同期したニューロン活動が出 現している場合(図

8

参照)には，ユユーロン発射のどの時点にフラッシュが与えられたかに 応じてVER振幅が大きく変動することが認められた。つまり，ニューロン活動の発射聞及び 発射直前でフラッシュが与えられた場合のV E Rは発射中及び発射直後のものと比べると振幅 が高くなっており，潜時の遅い成分についてもこの傾向がみられたO すなわち海馬はシー夕波 が出現している時，あるいは海馬シー夕波に同期するニューロンが活動している(6)(8) (9) (I3}:1 ~白1) :23)凶時に，専らV E R振幅ないし視覚入力闘を抑制していることが示唆されたりこれは前回の 報告側と一致しており， VER振幅調節にとって海馬シー夕波の出現が不可欠であり，さらに シー夕波の位相に同期したニューロン活動の出現が重要であると言えるO

海馬内には海馬シータ波に同期するいわゆるシータ細胞(thetacell)と同期しない細胞 (co‑ mplex ceII) があり (8)(9) それらはそれぞれ異なる機能を持つことが示唆される (8)(9~ Federと Ranck (1973)は海馬内のシータ細胞と行動との関係を見ており，歩行や立ち上がりなど言わ ゆる随意運動 (voluntarymovement)時にはシータ細胞は高頻度のリズミックな活動を示した のに対して，洗顔や毛づくろいなどの自動運動 (automatic movement)時には不規則な低頻度 発射を示すことを報告したO またシータ細胞とコンプレックス細胞は海馬内で多少異なった部 位に分布していることが言われている句一方，細胞内記録からシータ波に同期してリズミック

な膜電位変化があり，シータリズムはこの

EPSP

が関与しており(l!)膜電位とスパイクとが直 線的関係を持つ脱分極性後電位 (depolarized after  potentiaI) (10)が海馬の働きを反映してい るのかも知れない。また海馬への入力には反射などの自動運動を生じる Detonator Lineと， 学習，記憶などの加重一比較機構を生じる Integrator Lineが存在し，それらはそれぞれ海馬 内の別々のところにシナプスしていることが言われている匂さらに海馬錐体細胞は種々の刺激 に対して

IPSP

を生じ，それは介在ニューロンであるバスケット細胞が関与していた(1)(2)^口 以上のことから，海馬は種々の刺激入力を上述した海馬内の神経機構によって統合調整し，そ の結果として感覚(特に視覚)入力に対する抑制効果を及ぼしていたのではないかと推測され るO しかしながら一方，海馬ニューロン活動の視覚刺激に対する反応に関して今までに種々の 動物で検討された(5)(22) (32)が，本実験結果からは明確な視覚反応は認められず，むしろ視覚経路 から海馬への直接の線維結合のないことを裏づけている様であるO 今までの報告では海馬の視 覚刺激に対する誘発反応附削)やニューロン活動(5)凶聞が記録されており，海馬と視覚系との聞 にはおそらく直接的ではなく多数のシナプスを介した入出力線維結合が存在するのではないか と考えられるO

今回は海馬ニューロン活動に限定して分析を行なったが，海馬シー夕波と同期したニューロ ン活動は海馬よりもむしろ中隔核でより規則的に出現することが言われて台り(21)(23)凶，今後は中

AHd 

噌Ei

隔核や

i

毎馬采及びその他の辺縁系のニューロン活動と V E Rとの関係を吟味し，中隔‑海馬系 及び辺縁系全体の感覚入力に対する役割について検討する必要があろうD

まとめ

本実験は，麻酔下及び無麻酔下でのラットの海馬ニューロン活動とV E R振幅との聞の対応、

関係について検討した^O その結果，海馬ニューロン活動の発射頻度に応じてV E R振 幅 が 変 動 する傾向がみられたO しかし逆の結果も得られ一定した変化は認められなかった口一方，無麻 酔下で特に

p s

期において海馬シー夕波に同期したニューロンが，与えられたフラッシュ時に 活動していたか否かでV E R振幅が大きく変化するごとが認められた。すなわち，フラッシュ が与えられた時海馬ニューロンがシータ波に同期して活動している場合には，不活動時に比べ てV E R振幅が抑制された。 従って海馬の視覚情報処理の制御機構には，海馬シー夕波の出現

とそれに同期した海馬ニューロンの活動が重要であることが示唆された。

References 

1)  Andersen， P.， Eccles， J. C.， and LOyning， Y.  Location of  postsynaptic inhibitory  synapses on  hippocampal  pyramids. J.  Neurophysio ，.l1964， 27， 592‑607. 

2)  Andersen， P.， Ecc¥es， J.  C.， and Ls6yning， Y.  Pathway of  postsynaptic inhibition  in  the  hippocampus. J.  Neurophysio ，.l 1964， 27， 608‑619. 

3)  Andersen， P.， and LOmo， T.  Mode of  control  of  hippocampal  pyramidal  cell  discharge.  1n  Whalen， R. E.  et  al .(Eds)  : The Neural  Control  of  Behavior.  New York Academic  Press， 1970， 3‑21. 

4)  Bennett， T. L.，  and Gottfrie ，dJ.  Hippocampal  theta activity  and response inhibition.  Electroenceph.  clin.  Neurophysio ，.l1970， 29， 196‑200. 

5)  Brown， M. W.， and Horn， G.  Responsiveness of  neurons in  the hippocampal  region of  anaesthetised and unanaesthetised cats  to  stimulation of  sensory pathways.  Brain Res.，  1977， 123， 241‑259. 

6)  Coyle， p.  Hippocampal  spike‑slow wave phase relations  after  midbrain transection in  rabbi‑ ts.  Exp.  Neuro ，.l 1976， 53， 744‑755. 

7)  Douglas， R. J.  The hippocampus and behavior.  Psycho .lBulletin， 1967， 67 (6)， 416‑442.  8)  Feder， R.， and Ranc ，k J.  B.  Studies on  single  neurons in  dorsal  hippocampal  formation 

and septum in  unrestrained rats.  Part  III.  Hippocampal  slow waves and theta cell  firing  during bar pressing and other behaviors.  Exp.  Neuro ，.l1973， 41， 532‑555. 

9)  Fox， S.  E.， and Ranck， J. B.  Location and anatomical  identification  of  theta and complex  spike  cells  in  dorsal  hippocampaI  formation of  rats.  Exp.  Neuro ，.l1975， 49， 299‑313. 

‑ 20 

10) Fujita， Y.  Two types of  depolarizing after‑potentials  in  hippocampal  pyramidal  ce!ls of  rabbits.  Brain Res.， 1975， 94， 435‑446. 

11) Fujita， Y.， and Sato， T.  lntracellular  records  from hippocampal  pyramid.al cells  in  rabbit  during theta rhythm activity. J.  Neurophysio ，.l1964， 27， 1011‑1025. 

12) Golden， G. H.， and Lubar， J. F.  Effect  of  septal  and fimbrial  stimulation on aubitory and  visual  cortical  evoked potentials  in  the  cat.  Exp.  Neuro ，.l1971， 30， 389‑402. 

13) Green， J. D.， Maxwe ，l!D.  S.， and Petsche， H.  Hippocampal  electrical  activity II 1.  Unitary  events and genesis  of  slow waves.  Electroenceph.  clin.  Neurophysio ，.l1961， 13， 854^噂867. 14) G reen， J. B.，  and Petsche， H.  Hippocampal  electrical  activity 11.  Virtual  generators. 

Electroencepn.  clin.  Neurophysio ，.l196 ，1 13， 841‑853. 

15)岩原信九郎. 教育と心理のための推計学，日本文化科学社， 1976. 

16)岩 崎 庸 男 . 反応抑制に関する海馬の役割. 東京教育大学教育学部紀要， 1976， 77‑87.  17) Konig， J. F.  R.， and KlippeI， R. A. The Rat  Brain.  The Williams  and  Wilkins， Boltimore， 

1963. 

18) Krieg， W. J.  S.  Connections of  the  cerebral  cortex. 1.  The albino  rat. A.  Topography of  the  cortical  areas. J.  Comp.  Neuro ，.l 1946， 84， 221‑276. 

19) Krieg， W. J.  S.  Connections of  the  cerebral  cortex. I.  The albino  rat. B. Structure of  the cortical  areas. J. Comp. N euro ，.l 1946， 84， 277‑323. 

20) Lorens， S.  A.， and Brown， T.  S.  Influence of  stimulation of  the  septal  area on visual  evoked potentials.  Exp.  Neuro ，.1 1967， 17， 86‑90. 

21) Macadar， 0.， Roig， J. A.， Monti， J. M.， and Budelli， R.  The functional  relationship  between  septal  and hippocampaI  unit  activity  and hippocampal  theta rhythm.  Physiol.  Behav.， 1970，  5， 1443‑1449. 

22) MacLean， P.  D.， Yokota， T.， and Kinnar ，dM. A.  Photically  sustained on‑responses of  units  in  posterior  hippocampal  gyrus of  awake monkey. J.  Neurophysio ，.l1968， 31， 870‑883.  23) Morales， F.  R.， Roig， J. A.， Monti， J. M.， Macadar， 0.， and Budelli， R.  Septal  unit  activity 

and hippocampal  EEG during the  sleep‑wakefulness cycle of  the  rat.  Physiol.  Behav.，  1971， 6， 563‑567. 

24) Petsche， H.， Stumpf， CH.， and Gogolak， G.  The si gnjficance  of  the  rabbits  septum as a  relay  station between the  midbrain and the hippocampus.  1.  The control  of  hippocampus  arousal  activity by the  septum cells.  Electroenceph.  clin.  Neurophysio ，.l 1962， 14， 202‑211.  25) Pond， F. J.， and Schwartzbaum， J. S.  lnterrelationships  of  hippocampal  EEG and visual 

evoked responses during appetitive behavior in  rats.  Brain Res.， 1972， 43， 119‑137.  26) Regan， D.  Evoked Potentials  in  Psychology， sensory Physiology and Clinical  Medicine. 

τi  

q' 'U  

Chapman and Hall， London， 1972. 

27)  Schwartzbaum， J.  S.， Dilorenzo， P. M.， Melleo， W. F.， and Kreinick， C.  J.  Further evidence  of  dissociation between reactivity  and visual  evoked response following septal  lesions  in  rats.  J.  Comp. Physio. 1Psycho ，.l1972， 80， 143‑149. 

28)  Schwartzbaum， J.  S.， and Kreinick， C.  J.  Interrelationships of  hippocampal  electroencepha‑ logram， visually  evoked response， and behavioral  reactivity  to  photic  stimuli  in  rats.  J.  Comp. Physio1.  Psycho ，.11973， 85， 479‑490. 

29)  Schwartzbaum， J.  S.， and Kreinic ，kC.  J.  Electrophysiological  and behavioral  reactivity  to  photic  stimuli  following septal  lesions  and pharmacological  treatments in  rats.  J.  Comp. 

Physiol.  Psycho ，.11975， 88， 128‑146. 

30)  Schwartzbaum， J.  S.， Kreinick， C.  J.， and Gustafson， J. W.  Cortical  evoked potentials  and  behavioral  reactivity  to photic  stimuli  in  freely moving rats.  Brain Res.， 1971， 27， 295‑307.  31)  Schwartzbaum， J.  S.， Kreinic ，kC. J.， and Levine， M. S.  Behavioral  reactivity  and visual 

evoked potentials  to  photic  stimuli  following  septal  lesions  in  rats.  J.  Comp. Physio. 1Psyc‑

ho ，.1 1972， 80， 123‑142. 

32)  Segel， M.  Convergence of  sensory input  on units  in  the hippocampal  system of  the rat.  J.  Comp.  Physio1.  Psycho ，.l1974， 87， 91‑99. 

33)  S egel， M.  Physiological  and pharmacological  evidence  for  a serotonergic projection  to  the  hippocampus.  Brain Res.， 1975， 94 (1)， 115‑131. 

34) Segel， M.， and Bloom， F.  E.  The action of  norepinephrine in  the rat  hippocampus. 1.  lonto‑ phoretic  studies.  Brain Res.， 1974， 72， 79‑97. 

35)  Senba， K.， and Komisaruk， B.  R.  Phase of  the  theta wave in  relation  to  differrent  limb  movements in  awake rats.  Electroenceph  clin.  Neurophysio ，.l 1978， 44， 61‑71. 

36)吉田和典.ラットの逆説睡眠期における視覚誘発反応について，東京教育大学教育学研究科修士 論文， 1976. 

37)吉田和典.ラットの視覚誘発反応と海馬ニューロン活動との関連.脳波と筋電図， 1979， 7， 72.  38)吉田和典.海馬シ←タj皮と視覚誘発電位との関連.福井医科大学一般教育紀要， 1981， 1， 31‑42.  39)吉田和典，岩原信九郎.ラットの逆説睡眠期に台ける視覚誘発反応について，脳波と筋電図，

1977， 5， 45. 

40)吉田和典，岩原信九郎.ラットの逆説睡眠期における視覚誘発反応について. (その2)一特に海 馬シータ波住相と V E R振l幅の関連についてー，脳波と筋電図， 1978， 6， 44. 

41) Yoshida， K.， and Iwahar ，aS.  Interrelationships  among hippocampal  theta activity， visual  evoked response and rapid eye movement during paradoxical  sleep in  rats.  Jap.  Psychol.  Res.， 1979， 21， 122‑131. 

‑ 22‑

The Role of  Hippocampal  Neural  Activity on the  Visual  Information  Processing. 

Abstract 

The relations  between the  rate of  hippocampal  neural  discharge and the  amplitude of  the  occipital  visual  evoked response (VER) were analized in  the  anesthetized and unanesthetized  rats.  Under anesthetized conditions， the  rate of  hippocampal  neural  discharge was rarely  affected by flashes  themselves， and the peak‑to‑peak VER amplitude with about 30‑80 msec  latency had a little  decrement  tendency with increment  of  the rate of  hippocampal  neural  discharge (HIGH periods) during 1 sec or less  epocks before and after  flash  stimulations，  although this  was far f rom statistical  significance and opposite  result  was still  obtained.  ln  unanesthetized rat， the  same results were observed as  those  in  anesthetized rats， especially  during paradoxical  sleep (PS) VER amplitude  was inhibited during HIGH periods  as compared  with the low  rate of  neural  discharge (LOW periods).  Also VER amplitude varied according  to  which the hippocampal  neural  discharge being synchronous with theta wave presented or not  at  a moment of  flash  stimulation， that  is， VER amplitude at  moments of  interdischarge interv‑ al  and just  before discharging of  hippocampal  neurons  increased more than those at  moments  of  discharging， alternatively.  These findings  reconfirmed the previous  reports which sugges‑ ted that  the hippocampus played some roles  on the visual  information processing with respect  to  the  hippocampal  theta phase. 

‑ 23‑