下小室における並列処理ストリームの分離と統合の基盤となる回路機構を明らかにした

Circuit mechanisms underlying the segregation and integration of parallel processing streams in the inferior colliculus.

• Alexandria M H Lesicko
• Stacy K Sons
• Daniel A Llano

抄録

下部丘陵の側方皮質（LCIC）は、多様な多感覚、運動、神経調節の流れの間の結節を形成している。他の統合ハブと同様に、それは明確な入力を持つ繰り返しの神経化学的モチーフを含んでいる。GABAが豊富なモジュールは体性感覚構造によって神経伝達され、LCICへの聴覚入力は周囲の体外マトリックスを標的としている。これらの入力ストリーム間の収束の潜在的なメカニズムを調べるために、レーザー光刺激回路マッピングを用いて両性の成体マウスの局所的なLCIC回路を調べたところ、入力パターンは細胞タイプ（GABA作動性/非GABA作動性）および場所（モジュール/マトリックス）に大きく依存していることがわかった。回路レベルでは、これらの入力は、主にマトリックスからモジュールへの局所情報の方向性のある流れをもたらします。さらに、2つのコンパートメントは、中脳と視床の異なるターゲットに投影されることがわかった。これらのデータは、LCICにおける接続モジュラー性が分離された入出力チャネルを生み出す一方で、局所回路がこれら2つのストリーム間の統合のためのアーキテクチャを提供していることを示している。下小室はそのようなモジュラー構造の1つであり、体性感覚入力によって神経支配される聴覚受容体マトリックス領域とGABAに富んだモジュールを含む。モジュール性は処理の流れを示唆しているが、ここでは下小室の局所回路がモジュール領域とマトリックス領域を接続し、コンパートメント間の情報伝達経路を提供していることを示している。

The lateral cortex of the inferior colliculus (LCIC) forms a nexus between diverse multisensory, motor, and neuromodulatory streams. Like other integration hubs, it contains repeated neurochemical motifs with distinct inputs: GABA-rich modules are innervated by somatosensory structures, while auditory inputs to the LCIC target the surrounding extramodular matrix. To investigate potential mechanisms of convergence between these input streams, we used laser photostimulation circuit mapping to interrogate local LCIC circuits in adult mice of both sexes and found that input patterns are highly dependent upon cell type (GABAergic/non-GABAergic) and location (module/matrix). At the circuit level, these inputs yield a directional flow of local information primarily from the matrix to the modules. Further, the two compartments were found to project to distinct targets in the midbrain and thalamus. These data show that while connectional modularity in the LCIC gives rise to segregated input-output channels, local circuits provide the architecture for integration between these two streams.Modularity is a widespread motif across the brain involving the segregation of structures into discrete sub-regions based on dichotomies in neurochemical expression or connectivity. The inferior colliculus is one such modular structure, containing auditory-recipient matrix regions and GABA-rich modules that are innervated by somatosensory inputs. While modularity suggests of processing streams, here we show that local circuits in the inferior colliculus connect the module and matrix regions, providing an avenue for of information across compartments.

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