投影定義された前頭前野錐体細胞による衝動的行動の抑制

Inhibition of impulsive action by projection-defined prefrontal pyramidal neurons.

• Bing Li
• Thao Phuong Nguyen
• Chenyan Ma
• Yang Dan

抄録

前頭前野（PFC）は衝動的な行動を抑制するために重要な役割を果たしているが、その回路メカニズムは未だ解明されていない。ここでは、大脳基底核の視床下核（STN）に投射する背内側PFC（dmPFC）層5錐体ニューロンのサブセットが、go/no-go課題における衝動的な反応を抑制する上で重要な役割を果たしていることを示した。視床下核に投影するニューロンの大多数は、マウスが舐める反応を抑制することに成功したときには、無行程の試行で優先的に活性化していたが、視床下部（LH）に投影するニューロンは舐める試行でより活性化しており、視覚野（V1）に投影するニューロンは課題に関連した活性が弱いことが示された。STN突起ニューロンの光遺伝的活性化と不活性化は、STNへの直接的な神経伝達によって、不適切な舐め方を減少させ、増加させたが、LH突起ニューロンを操作した場合は逆の効果があった。これらの結果から、PFC錐体細胞の投射型サブタイプが衝動制御の鍵となるメディエーターであることが明らかになった。

The prefrontal cortex (PFC) plays a critical role in curbing impulsive behavior, but the underlying circuit mechanism remains incompletely understood. Here we show that a subset of dorsomedial PFC (dmPFC) layer 5 pyramidal neurons, which project to the subthalamic nucleus (STN) of the basal ganglia, play a key role in inhibiting impulsive responses in a go/no-go task. Projection-specific labeling and calcium imaging showed that the great majority of STN-projecting neurons were preferentially active in no-go trials when the mouse successfully withheld licking responses, but lateral hypothalamus (LH)-projecting neurons were more active in go trials with licking; visual cortex (V1)-projecting neurons showed only weak task-related activity. Optogenetic activation and inactivation of STN-projecting neurons reduced and increased inappropriate licking, respectively, partly through their direct innervation of the STN, but manipulating LH-projecting neurons had the opposite effects. These results identify a projection-defined subtype of PFC pyramidal neurons as key mediators of impulse control.