Prefrontal cortex (ラット)

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9-25-2017 updated

  1. 概要: ラットの PFC
  2. ラット PFC の投射
  3. ラット PFC の機能

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概要: ラット PFC の定義

ラット脳の全体像 (文献 1 より転載)

ラットの前頭前皮質 (prefrontal cortex, PFC) については,そもそも存在するのかどうかについても議論があったが (Human PFC を参照),視床 thalamus との相互の投射 reciprocal connections による定義 が現在では受け入れられている (2)。上の図でいうと,PFC は olfactory bulb のすぐ後方にあたる。

> 文献 2 では, PFC を 「mediodorsal nucleus (MD) からの投射が最も強い領域」 と定義している。

: この定義によると,霊長類とラットで相同な PFC 領域が存在することになる。
: MD は視床の神経核 nucleus で,かつては PFC に投射する唯一の視床神経核と考えられていた。

> 霊長類やラットでは,basal forebrain nuclei から皮質へのコリン作動性ニューロンの投射がある (2)。

: これに加えて,PFC は laterodorsal tegmental nucleus からも cholinergic fibers が来ている。
: PFC は,これらの神経核に対して投射を返している唯一の大脳皮質領域である。
: 同様に,VTA や substantial nigra からのドーパミン作動性ニューロンにも,唯一投射を返している。


部分構造

Rodent PFC は,以下の部分構造に分かれており,それぞれ異なる機能をもっていると考えられている (3)。

領域 細かい分類 機能
Medial PFC (mPFC) dorsal mPFC Motor and temporal processing (3)
ventral mPFC Cognitive and emotional processing (3)
Orbitofrontal region
  • Learning and making predictions about external environment (3)
  • Reward associations that underlie discriminatory behavior (5)
詳細は OFC: human, rat へ。
Agranular insular region Related to sensory information: Processing of sensory information including gustation (3), cardiovascular, cardiopulmonary (5).

ラット mPFC を欠損させた際の変化は,霊長類の dorsolateral PFC 欠損時の変化に非常に良く似ている (2)。そのため,霊長類の dlPFC は齧歯類の mPFC と相同である と考えられている。


Bedwell et al. 2014 (3)

ラット PFC の投射

Rat PFC の研究は,機能に関するものが先行しており,実は投射関係については未知の部分が多い (3)。

Output projections

Hippocampus
> ラットでは,parahippocampal region への投射がある (4)。

: medial orbital (MO) - perirhinal, ventral orbital (VO) - posrhinal, lateral orbital (LO) - entorhinal
: Output projection のみ,input は不明。
: ただし,projection を返す reciprocal connection は一般的で,その存在を仮定するのは不自然でない。


ラットでは,subcortical region への投射もよく知られている (3)。視床 thalamus, 線条体 striatum, 脳幹 brain stem, 扁桃体 amygdala など。


Striatum

Striatum は,多くの cortex からの feedback loop を含む integral component である (6)。PFC - striatum のネットワークは,とくに認知能力に重要とされている。

> 左右半球間の PFC - striatum connection が,認知能力に重要であることを示した論文 (6)。

: 半球内の PFC-striatum connection を切っても,認知能力の低下はそれほどでもなかった。
: PFC は強い interhemispheric connection をもっており,逆半球の striatum と協調したと思われる。
: むしろ脳梁 corpus callosum を切って interhemispheric connection を阻害した方が影響が大きい。

しかし,PFC, striatum lesion study はたくさんあるが,実際にネットワークの重要性を検証した論文はない。


Input projections

> ラットでは,motor, somatosensory から PFC への投射がある (3)。
> ラットでは,ventral hippocampus と basolateral amygdala から mPFC に競合する投射がある (7)。
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References

  1. Cheung and Cardinal 2005a. Hippocampal lesions facilitate instrumental learning with delayed reinforcement but induce impulsive choice in rats. BMC Neurosci 6, 36.
  2. Uylings et al. 2003a (Review). Do rats have a prefrontal cortex? Behav Brain Res 146, 3-17.
  3. Bedwell et al. 2014a. The topology of connections between rat prefrontal, motor and sensory cortices. Front Syst Neurosci 8, Article 177.
  4. Kondo & Witter 2014a. Topographic organization of orbitofrontal projections to the parahippocampal region in rats. J. Comp.Neurol. 522, 772–793.
  5. Gabbott et al. 2005a. Prefrontal cortex in the rat: projections to subcortical autonomic, motor, and limbic centeres. J Comp Neurol 492, 145-177, 2005.
  6. Dunnett et al. 2005a. Frontal-striatal disconnection disrupts cognitive performance of the frontal-type in the rat. Neuroscience, 135, 1055-1065.
  7. Esmaeili & Grace 2013a. Afferent drive of medial prefrontal cortex by hippocampus and amygdala is altered in MAM-treated rats: Evidence for interneuron dysfunction. Neuropsychopharmacology 38, 1871-1880.

参考図書