発達中の皮質ニューロンネットワークにおける同期バーストの生成と伝播のメカニズム

皮質ニューロンの培養ネットワークにおける同期発火の特性とメカニズムを、平面電極アレイ（PEA）を通じたマルチサイト記録を用いて研究した。ネットワークの成熟に伴い（プレーティング後3日から40日）、バーストの周波数と伝播速度が著しく増加した（それぞれ約0.01 Hzから0.5 Hz、5 mm/secから100 mm/secへ）とともに、細胞外マグネシウム濃度（0-10 mM）への感受性が低下した。電極間の活動開始の相対遅延から推定される自発的バーストの発生源は、各バーストごとにランダムに変化した。紫外線レーザーを使用して同期してバーストするネットワークの物理的分離は、各部分において異なる周波数と位相の同期バーストを分割した。PEAを介した焦点刺激は、刺激部位からネットワーク全体に伝播するバーストを誘発するのに効果的であった。刺激されたバーストは、絶対不応期と相対不応期の両方を示し、部分的に伝播するバーストを誘発することができた。周期的電気刺激（1〜30秒の間隔）は、短い刺激間隔でのバーストごとのスパイク数の減少と伝播速度の低下を引き起こした。これらの結果は、培養皮質ニューロンにおける自発的同期バーストの生成と伝播が、自発的なプレシナプス発火のレベル、ネットワークの接続性の程度、および興奮と回復過程間の分散したバランスによって支配されていることを示唆している。