発達中の前頭前野の活動は、睡眠と感覚経験によって形成される

Activity in developing prefrontal cortex is shaped by sleep and sensory experience.

抄録

発達期のラットでは、行動状態が一次運動野（M1）を含む感覚運動系全体の神経活動に大きな調節的影響を及ぼす。我々は、M1が機能的な接続を形成している前頭前野においても、同様の状態依存的な調節が起きていると仮定している。そこで、生後8日と12日のラットを用いて、M1、二次運動野（M2）、内側前頭前野（mPFC）の神経活動を記録したところ、いずれの年齢においても、M1、二次運動野、内側前頭前野の神経活動は、睡眠と覚醒を自由に往来することがわかった。3領域ともいずれの年齢でも、覚醒時に比べて活動的睡眠（AS）時に神経活動が増加した。また、行動状態に関わらず、手足を動かしている時間帯に3領域すべての神経活動が増加した。M2とmPFCの運動関連活動は、M1のそれと同様に、感覚フィードバックによって駆動されている。今回の結果は、麻酔下の仔マウスを用いた先行研究とは異なり、AS依存的な変調と感覚応答性が前頭前野にまで及んでいることを示すものであった。これらの知見は、高次皮質領域の活動依存的な発達を形成する要因の可能性を広げるものである。

In developing rats, behavioral state exerts a profound modulatory influence on neural activity throughout the sensorimotor system, including primary motor cortex (M1). We hypothesized that similar state-dependent modulation occurs in prefrontal cortical areas with which M1 forms functional connections. Here, using 8- and 12-day-old rats cycling freely between sleep and wake, we record neural activity in M1, secondary motor cortex (M2), and medial prefrontal cortex (mPFC). At both ages in all three areas, neural activity increased during active sleep (AS) compared with wake. Also, regardless of behavioral state, neural activity in all three areas increased during periods when limbs were moving. The movement-related activity in M2 and mPFC, like that in M1, is driven by sensory feedback. Our results, which diverge from those of previous studies using anesthetized pups, demonstrate that AS-dependent modulation and sensory responsivity extend to prefrontal cortex. These findings expand the range of possible factors shaping the activity-dependent development of higher-order cortical areas.