脳のスライスにおける恐怖回路のex vivo光学的解剖

現在、光遺伝学的アプローチは、光活性化タンパク質の標的発現と、光による神経活動のその後の操作を組み合わせることにより、神経集団と回路の機能を研究するために広く使用されています。ChannelRhodopsins（CHRS）は光誘発陽イオンチャネルであり、蛍光タンパク質に融合すると、その発現により、脳の定義された領域での特定の細胞タイプの視覚化と同時活性化が可能になります。ウイルスベクターの定位注射を介して、CHR融合タンパク質は定義された脳領域の特定の細胞で構成的または条件付きで発現する可能性があり、その後、脳のスライスのex in vivo光学的活性化を介して解剖学的および機能的に研究することができます。これは、従来の電気刺激アプローチでは対処できない接続のシナプス特性を理解することを目指している場合、または以前はあまり理解されていなかった新しい求心性および遠心性のつながりを特定する場合に特に重要です。ここでは、これらの質問を調査するためにこの手法を適用して、扁桃体の恐怖関連のサーキットを解明する方法をいくつか示しています。扁桃体は、恐怖の獲得と表現、そして恐怖と感情的な記憶の保存のための重要な地域です。多くの証拠は、内側前頭前野（MPFC）が恐怖の獲得と絶滅のさまざまな側面に関与していることを示唆していますが、扁桃体との正確な接続性は理解され始めたばかりです。まず、ex vivo光遺伝学的活性化を使用して、基底外側扁桃体（BLA）のMPFC求心性神経細胞と標的細胞間のシナプスコミュニケーションの側面を研究する方法が示されています。さらに、例として、このex vivo光遺伝学的アプローチをどのように適用して、扁桃体のGABA作動性ニューロンのグループを使用して新規接続性パターンを評価する方法を示しています。

Optogenetic approaches are now widely used to study the function of neural populations and circuits by combining targeted expression of light-activated proteins and subsequent manipulation of neural activity by light. Channelrhodopsins (ChRs) are light-gated cation-channels and when fused to a fluorescent protein their expression allows for visualization and concurrent activation of specific cell types and their axonal projections in defined areas of the brain. Via stereotactic injection of viral vectors, ChR fusion proteins can be constitutively or conditionally expressed in specific cells of a defined brain region, and their axonal projections can subsequently be studied anatomically and functionally via ex vivo optogenetic activation in brain slices. This is of particular importance when aiming to understand synaptic properties of connections that could not be addressed with conventional electrical stimulation approaches, or in identifying novel afferent and efferent connectivity that was previously poorly understood. Here, a few examples illustrate how this technique can be applied to investigate these questions to elucidating fear-related circuits in the amygdala. The amygdala is a key region for acquisition and expression of fear, and storage of fear and emotional memories. Many lines of evidence suggest that the medial prefrontal cortex (mPFC) participates in different aspects of fear acquisition and extinction, but its precise connectivity with the amygdala is just starting to be understood. First, it is shown how ex vivo optogenetic activation can be used to study aspects of synaptic communication between mPFC afferents and target cells in the basolateral amygdala (BLA). Furthermore, it is illustrated how this ex vivo optogenetic approach can be applied to assess novel connectivity patterns using a group of GABAergic neurons in the amygdala, the paracapsular intercalated cell cluster (mpITC), as an example.