ミッドシップマンの脳内セロトニン分布：発声・音響変調の基質とテレポスト魚類におけるセロトニン作動系の再評価

Serotonin distribution in the brain of the plainfin midshipman: substrates for vocal-acoustic modulation and a reevaluation of the serotonergic system in teleost fishes.

• Miky Timothy
• Paul M Forlano

抄録

セロトニン（5-HT）は、運動パターニング、恒常性制御、社会的行動の基礎となる神経回路のモジュレーターである。これまでの研究では、様々なテレポストにおける5-HTの分布が報告されているが、魚類のセロトニン作動性ラッパのサブグループは十分に定義されていないため、種を超えた比較には問題があるとされている。本研究では、脊椎動物の音声・音響コミュニケーションの神経・ホルモン機構を研究するためのモデル魚であるプレインフィンミッドシップマンフィッシュ（Porichthys notatus）を用いて、厳格な神経解剖学的ランドマークと定量的な細胞測定の両方に基づいて、ラペのサブグループを再定義した。また、脳内の5-HT免疫反応性(-IR)神経分布を網羅的に解析し、声楽・聴覚核を含めた脳全体の神経解剖学的特徴を明らかにした。我々は、脳幹網状体のセロトニン作動性ラペー核の集団における神経解剖学的異質性を報告しており、上側ラペーの3つの離散的な小領域、中間的な5-HT-ir細胞集団、広範な下側ラペー集団を有する。また、5-HT-irニューロンは声帯運動核内でも観察され、これらの細胞と接触していると考えられる。さらに、視床下部には3つの主要な5-HT-ir細胞群が、また、避妊前葉には1つの5-HT-ir細胞群が確認された。声帯パターン発生器と頭蓋運動核の構成要素に有意な5-HT-ir神経支配が認められた。すべての声帯中脳核で有意な5-HT-Ir神経支配が認められ、視床と後脳の聴覚と側線領域、視床前野と腹側脳の声帯音響統合部位でも有意な5-HT-Ir神経支配が認められた。この包括的なアトラスは、テレポストにおける5-HT核の組織についての新たな知見を提供し、セロトニンがミッドシップマンフィッシュの発声・音響回路と行動のモジュレーターであることを示す神経解剖学的証拠を提供し、発声四脚の知見と一致している。この記事は著作権で保護されています。無断転載を禁じます。

Serotonin (5-HT) is a modulator of neural circuitry underlying motor patterning, homeostatic control, and social behavior. While previous studies have described 5-HT distribution in various teleosts, serotonergic raphe subgroups in fish are not well defined and therefore remain problematic for cross-species comparisons. Here we used the plainfin midshipman fish, Porichthys notatus, a well-studied model for investigating the neural and hormonal mechanisms of vertebrate vocal-acoustic communication, to redefine raphe subgroups based on both stringent neuroanatomical landmarks as well as quantitative cell measurements. In addition, we comprehensively characterized 5-HT-immunoreactive (-ir) innervation throughout the brain, including well-delineated vocal and auditory nuclei. We report neuroanatomical heterogeneity in populations of the serotonergic raphe nuclei of the brainstem reticular formation, with three discrete subregions in the superior raphe, an intermediate 5-HT-ir cell cluster, and an extensive inferior raphe population. 5-HT-ir neurons were also observed within the vocal motor nucleus, forming putative contacts on those cells. In addition, three major 5-HT-ir cell groups were identified in the hypothalamus and one group in the pretectum. Significant 5-HT-ir innervation was found in components of the vocal pattern generator and cranial motor nuclei. All vocal midbrain nuclei showed considerable 5-HT-ir innervation, as did thalamic and hindbrain auditory and lateral line areas and vocal-acoustic integration sites in the preoptic area and ventral telencephalon. This comprehensive atlas offers new insights into the organization of 5-HT nuclei in teleosts and provides neuroanatomical evidence for serotonin as a modulator of vocal-acoustic circuitry and behavior in midshipman fish, consistent with findings in vocal tetrapods. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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