大脳皮質機能研究系　大脳神経回路論研究部門
アセチルコリンは覚醒・認知機能に深く関与する伝達物質であり、新皮質と海馬でも重要な働きをしていると考えられています。新皮質は多様なニューロンタイプからできていますが、アセチルコリンは皮質ニューロンのタイプごとに、投与時間・作用領域(細胞体・樹状突起など)に依存した固有の応答を引き起こすことがわかってきました。新皮質の錐体細胞についていうと、一過性のアセチルコリン投与に対して、５層のものは著明に過分極するのに対して、２・３層のものではそれはみられません。海馬にも領域ごとに興奮性の錐体細胞があります。今回、アセチルコリンを海馬錐体細胞の細胞体付近に一過性に与えたところ、CA3領域では過分極が見られませんでしたが、CA1領域では、M1型ムスカリン受容体、細胞内カルシウム上昇を介したSKチャネルによる過分極が起きました。新皮質では２・３層から５層錐体細胞への結合が主要な興奮性経路の一つなのに対して、海馬ではCA3からCA1錐体細胞へのシナプスが主な興奮経路です。皮質外への投射については、それぞれ５層とCA1錐体細胞が担っています。従って、アセチルコリンは、層構造下位の興奮性細胞の発火を一過性に抑制し、皮質外への出力を遮断する可能性があります。アセチルコリン作用・皮質内経路・皮質外投射様式を合わせて考えると、新皮質２・３層錐体細胞はCA3錐体細胞に、５層のはCA1のものに対応すると考えられます。

Gulledge AT, Kawaguchi Y (2007) Phasic cholinergic signaling in the hippocampus: functional homology with the neocortex? Hippocampus 17, 327-332.
（図）アセチルコリンは海馬CA1の錐体細胞を一過性に過分極させ、スパイク発火時にはそれを抑制した。この過分極・発火抑制はCA3錐体細胞にはみられなかった。この反応性は、CA1やCA3領域内での細胞体位置には依存していなかった。
　
Phasic Cholinergic Signaling in the Hippocampus: Functional Homology with the Neocortex?
Acetylcholine (ACh) acts as a neurotransmitter in both the hippocampus and neocortex to facilitate learning, memory, and cognitive function. Here we show that transient muscarinic ACh receptor (mAChR) activation inhibits action potential generation in CA1, but not CA3, pyramidal neurons via activation of an SK-type calcium-activated potassium conductance. Hyperpolarizing responses generated by focal ACh application near the somata of CA1 pyramidal neurons were blocked by atropine or the M1-like mAChR antagonist pirenzepine, but not by the M2-like mAChR antagonist methoctramine. Inhibitory cholinergic responses required intracellular calcium signalling, as evidenced by their sensitivity to depletion of internal calcium stores or internal calcium chelation. Cholinergic inhibition did not require GABAergic synaptic transmission, but was blocked by apamin, an SK channel antagonist. In contrast to inhibitory effects in CA1 neurons, ACh was primarily depolarizing and enhanced action potential firing in CA3 pyramidal neurons. These results, when combined with recent data in neocortical neurons, suggest a functional homology in phasic cholinergic signalling in the hippocampus and neocortex whereby ACh preferentially inhibits those neurons in the lower cortical layers (CA1 and layer 5 neurons) that provide the majority of extracortical efferent projections.