視索上核

核内の各ニューロンは、下垂体後葉に投射する長い軸索を1本持ち、そこから約10,000個の神経分泌神経終末が生じる。大型神経細胞は電気的に興奮性である。他のニューロンからの求心性刺激に応答して活動電位を発生させ、それが軸索に沿って伝播する。活動電位が神経分泌終末に侵入すると、終末は脱分極し、電位依存性チャネルを介してカルシウムが終末内に入る。カルシウムの流入は、エキソサイトーシスと呼ばれるプロセスによって小胞の一部の分泌を引き起こす。小胞の内容物は細胞外空間に放出され、そこから血流に拡散する。^{[ 2 ]}

バソプレシン（抗利尿ホルモン、ADH）は、血液中の溶質濃度、血液量の減少、または血圧の変化に応じて分泌される。

その他の入力は脳幹から来ており、孤束核や腹外側延髄のノルアドレナリン作動性ニューロンなどが含まれる。しかし、視索上核への直接的な入力の多くは、視索上核のすぐ外側（「核周囲領域」）のニューロンから来ている。

視索上核への求心性入力のほとんどは、抑制性神経伝達物質であるGABAまたは興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸のいずれかを含んでいるが、これらの神経伝達物質はしばしば様々なペプチドと共存する。その他の求心性神経伝達物質には、ノルアドレナリン（脳幹由来）、ドーパミン、セロトニン、アセチルコリンなどがある。

視索上核は神経科学において重要な「モデルシステム」である。これには多くの理由がある。視索上核を扱う技術的な利点としては、細胞体が比較的大きいこと、細胞が分泌産物を非常に大量に産生すること、そして核が比較的均質で他の脳領域から容易に分離できることなどが挙げられる。視索上核ニューロンの遺伝子発現と電気活動は、多くの生理学的および実験的条件下で広範に研究されてきた。^{[ 3 ]}

例えば、血漿ナトリウム濃度の上昇に反応して、バソプレシンニューロンもバースト状に活動電位を放出しますが、これらのバーストはオキシトシンニューロンが示すバーストよりもはるかに長く、強度も弱く、バソプレシン細胞のバーストは同期していません。^{[ 7 ]}

バソプレシン細胞が断続的に発火するのは奇妙に思えた。バソプレシン細胞の活動は同期していないため、血液中へのバソプレシンの分泌量は全体として連続的であり、拍動性ではない。リチャード・ダイボールとその同僚は、「位相発火」と呼ばれるこの活動パターンが、バソプレシンの分泌を引き起こすのに特に効果的であるのではないかと推測した。彼らは、単離した下垂体後葉からのバソプレシン分泌を試験管内で研究することにより、これが事実であることを示した^{[ 8 ]} 。彼らは、下垂体に電気刺激パルスを加えることでバソプレシンの分泌を誘発できること、そして連続的な刺激パターンよりも位相的な刺激パターンの方がはるかに多くのホルモンが放出されることを発見した。

これらの実験は、「刺激分泌カップリング」、すなわち電気活動と分泌の関係への関心につながった。視索上核ニューロンは、分泌するペプチドの量が非常に多いこと、そしてそのペプチドを血液中に分泌するという点で特異な存在である。しかし、脳、特に視床下部には、ペプチドを合成するニューロンが数多く存在する。現在では、電気活動のバーストが、ペプチド分泌ニューロンから大量のペプチドを放出する上で一般的に重要であると考えられている。

視索上核ニューロンは通常1～3本の大きな樹状突起を持ち、そのほとんどは腹側に伸びて核の基底部に突起のマットを形成し、これを腹側グリア層と呼ぶ。樹状突起は視索上核ニューロンを制御する求心性ニューロンからシナプス終末の大部分を受け取るが、ニューロンの樹状突起は単に受動的に情報を受け取るだけでなく、情報処理に積極的に関与することが多い。視索上核ニューロンの樹状突起にはオキシトシンとバソプレシンを含む神経分泌小胞が多数含まれており、これらはエキソサイトーシスによって樹状突起から放出される。下垂体後葉から放出されるオキシトシンとバソプレシンは血液に入り、血液脳関門によって脳内に戻ることができないが、樹状突起から放出されるオキシトシンとバソプレシンは脳内で作用する。オキシトシンニューロン自体はオキシトシン受容体を発現し、バソプレシンニューロンはバソプレシン受容体を発現するため、樹状突起から放出されるペプチドは視索上核ニューロンを「自己調節」する。フランソワーズ・ムースとフィリップ・リシャールは、オキシトシンの自己調節作用が乳汁射出反射に重要であることを初めて示した。

これらのペプチドは脳内での半減期が比較的長く（脳脊髄液中では約20分）、視索上核で大量に放出されるため、脳の細胞外空間を拡散して遠隔の標的に作用することができる。オキシトシン受容体とバソプレシン受容体は、扁桃体、脳幹、中隔、視床下部のほとんどの核など、他の多くの脳領域にも存在している。

この部位では大量のバソプレシンとオキシトシンが放出されるため、視索上核の研究は樹状突起からの放出がどのように調節されているか、またその生理学的意義を理解する上で重要な貢献をしてきた。研究により、セクレチンが視索上核における樹状突起からのオキシトシン放出を促進すること、および視索上核へのセクレチン投与がげっ歯類の社会的認識を高めることが示されている。この社会的能力の向上は、視索上核のオキシトシンニューロンに対するセクレチンの効果を介して行われているようで、この領域のオキシトシン受容体を遮断すると社会的認識が阻害される。^{[ 9 ]}

バソプレシンニューロンとオキシトシンニューロンは、バソプレシンとオキシトシン以外にも多くの神経活性物質を産生するが、そのほとんどは少量しか存在しない。しかし、これらの他の物質の中には重要な役割を果たすことが知られているものもある。バソプレシンニューロンによって産生されるダイノルフィンは、バソプレシンニューロンの位相性放電パターンの調節に関与しており、両方のニューロンによって産生される一酸化窒素は、細胞活動の負のフィードバック調節因子である。オキシトシンニューロンもダイノルフィンを産生する。これらのニューロンでは、ダイノルフィンは下垂体後葉の神経終末において、オキシトシン分泌の負のフィードバック阻害因子として作用する。オキシトシンニューロンは、コレシストキニンやコカインおよびアンフェタミン調節転写産物（CART）も大量に産生する。