"前頭前皮質においてV層錐体ニューロンのサブセットの細胞膜上に発現される光応答性オプシンを含む非ヒト動物であって、前記オプシンの光活性化は、前記膜の脱分極を誘発し、かつ前記動物の精神病を誘発する、非ヒト動物。前記V層錐体ニューロンのサブセットは、1本の太い尖端樹状突起を有する、請求項1に記載の動物。前記オプシンは、ChR2、VChR1、およびDChRからなる群から選択される、請求項1に記載の動物。前記オプシンは、SFO、SSFO、C1V1、C1V1-E122T、C1V1-E162T、およびC1V1-E122T/E162Tからなる群から選択される、請求項1に記載の動物。V層錐体ニューロンのサブセットを含む前頭前皮質組織片であって、光応答性オプシンは、V層錐体ニューロンの前記尖端樹状突起の細胞膜上に発現され、前記オプシンの光活性化は、前記膜の脱分極を誘発する、前頭前皮質組織片。前記V層錐体ニューロンのサブセットは、1本の太い尖端樹状突起を有する、請求項5に記載の前頭前皮質組織片。前記オプシンは、ChR2、VChR1、およびDChRからなる群から選択される、請求項5に記載の前頭前皮質組織片。前記オプシンは、SFO、SSFO、C1V1、C1V1-E122T、C1V1-E162T、およびC1V1-E122T/E162Tからなる群から選択される、請求項5に記載の前頭前皮質組織片。非ヒト動物において精神病を誘発する方法であって、光によって光応答性オプシンを活性化することを含み、前記光応答性オプシンは、前記動物の前頭前皮質においてV層錐体ニューロンのサブセットの細胞膜上に発現され、前記オプシンの前記光活性化は、前記細胞膜の脱分極を誘発する、方法。前記V層錐体ニューロンのサブセットは、1本の太い尖端樹状突起を有する、請求項9に記載の方法。前記オプシンは、ChR2、VChR1、およびDChRからなる群から選択される、請求項9に記載の方法。前記オプシンは、SFO、SSFO、C1V1、C1V1-E122T、C1V1-E162T、およびC1V1-E122T/E162Tからなる群から選択される、請求項9に記載の方法。精神病を治療するために有用である可能性のある化合物をスクリーニングする方法であって、非ヒト動物の前頭前皮質に前記化合物を投与する前および後に前記動物の精神病状態を測定することを含み、前記精神病状態は、前記動物においてV層錐体ニューロンの対象の細胞膜上に発現される光応答性オプシンの光活性化によって誘発され、前記オプシンの活性化は、前記膜の脱分極を誘発し、前記化合物の投与後の精神病状態の測定値のうちの1つ以上における改善は、前記化合物が精神病を治療するために有用である可能性があることを示す、方法。前記精神病状態の測定は、行動測定である、請求項13に記載の方法。前記精神病状態の測定は、細胞測定である、請求項13に記載の方法。前記化合物の投与前に、前記動物にD2刺激薬を投与するステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。精神病を治療するために有用である可能性のある化合物をスクリーニングする方法であって、前記化合物とともに前頭前皮質組織片をインキュベートする前および後に前記組織片の精神病状態を測定することを含み、前記前頭前皮質組織片は、V層錐体ニューロンの対象を含み、光応答性オプシンは、V層錐体ニューロンの対象の細胞膜上に発現され、前記精神病状態は、前記光応答性オプシンの活性化によって誘発される前記ニューロンの膜脱分極によって誘発され、前記化合物を用いたインキュベーションの後の精神病状態の読み出し情報のうちの1つ以上における改善は、前記化合物が精神病を治療するために有用である可能性があることを示す、方法。前記精神病状態の測定は、細胞測定である、請求項17に記載の方法。前記化合物を用いたインキュベーションの前に、前頭前皮質組織片とともにD2刺激薬をインキュベートするステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。光応答性オプシンを発現する標的ニューロン集団に光刺激を提供することと、前記光刺激に応じた前記標的ニューロン集団の第1の電気パターンを測定することと、精神病を誘発することが分かっている薬物を前記標的ニューロン集団に導入することと、前記標的ニューロン集団に光刺激を提供することと、前記光刺激に応じた前記標的ニューロン集団の後続の電気パターンを測定することと、前記第1の電気パターンと前記後続の電気パターンとを比較することと、を含む、方法。精神病に関連するニューロンのサブセットを同定することをさらに含む、請求項20に記載の方法。前記ニューロンのサブセットは、レベル5の錐体ニューロンのサブセットである、請求項21に記載の方法。前記標的ニューロン細胞集団は、患者である、請求項21に記載の方法。前記患者に潜在的治療を提供することと、前記潜在的治療の間および後に、光に応じた第3の電気パターンを観察することと、をさらに含む、請求項23に記載の方法。前記第3の電気パターンを前記第1および第2の電気パターンと比較することと、前記潜在的治療の有効性を評価することと、をさらに含む、請求項24に記載の方法。Thy1を発現する前頭前皮質ニューロンのサブセット内の活性を増加させることをさらに含む、請求項20に記載の方法。D2受容体の活性化によって媒介される活性依存性脱分極を評価、治療、または制御することを対象とする、デバイス、試薬、ツール、技術、方法、および手法。精神病に基づく障害を調べるため、表現型/エンドフェノタイプを同定するため、および/またはその治療を同定するために、前記障害のモデルを使用するための、デバイス、試薬、ツール、技術、方法、および手法。前記治療は、薬理学的方法、電気的方法、磁気的方法、外科的方法、または光遺伝学的方法のうちの1つ以上を含む、請求項28に記載の発明。L型カルシウムチャネルによって媒介される活性依存性脱分極を評価、治療、または制御することを対象とする、デバイス、試薬、ツール、技術、方法、および手法。標的ニューロン集団に刺激を提供することと、前記刺激に応じた標的ニューロン集団の第1の電気パターンを測定することと、精神病を誘発することが分かっている薬物を前記標的ニューロン集団に導入することと、前記標的ニューロン集団に刺激を提供することと、前記光刺激に応じた前記標的ニューロン集団の後続の電気パターンを測定することと、前記第1の電気パターンと前記後続の電気パターンとを比較することと、を含む、方法。前記刺激は、電気刺激である、請求項31に記載の方法。光応答性分子を用いて標的ニューロン集団を修飾することであって、前記標的ニューロン集団の前記ニューロンは、1本の太い尖端樹状突起を有することと、前記標的ニューロン集団に光を提供することであって、前記光は前記光応答性分子を活性化することと、前記標的ニューロン集団に薬物を導入することであって、前記薬物は、前記光の除去後に前記ニューロンの膜電位を上昇した状態に保つことと、を含む、方法。前記光応答性分子は、光に応じて前記標的ニューロン集団を励起する、請求項33に記載の方法。前記光応答性分子は、ChR2である、請求項34に記載の方法。前記標的ニューロン集団は、V層錐体ニューロンのサブセットである、請求項33に記載の方法。前記膜電位の前記上昇は、刺激に応じた細胞の発火を阻害する、請求項33に記載の方法。前記膜電位の前記上昇は、脱分極電流が除去された後に発火を生じさせる、請求項33に記載の方法。前記尖端樹状突起は、脳の表層内に延在する、請求項33に記載の方法。前記上昇した膜電位の源を判定することをさらに含む、請求項33に記載の方法。前記薬物は、精神病を誘発する、請求項33に記載の方法。前記標的ニューロン集団のL型カルシウムチャネルは、活性依存性脱分極に関与する、請求項33に記載の方法。精神病的行動の介入および/または治療のために、本明細書に同定される解剖学的標的、機能的標的、構造的標的、および回路標的を標的とするための、方法、システム、またはデバイス。前記精神病的行動は、常同、拘泥、および社会的機能不全の症状のうちの1つを含む、請求項43に記載の発明。前記介入および/または治療は、薬理学的方法、電気的方法、磁気的方法、外科的方法、および光遺伝学的方法のうちの少なくとも1つに基づく解決法を用いて提供される、請求項43に記載の発明。これらの障害および関連障害を調査および探索するため、表現型、エンドフェノタイプ、および治療標的を同定するための、解剖学的標的、機能的標的、構造的標的、回路標的、および関連する障害モデルに基づく、デバイス、試薬、ツール、技術、方法、および手法。L型カルシウムチャネルおよび/またはD2受容体によって媒介される細胞の活性依存性脱分極を対象とする、デバイス、試薬、ツール、技術、方法、および手法。標的ニューロン集団を選択することと、前記標的ニューロン集団に薬物を導入することと、前記標的ニューロン集団を刺激することであって、前記薬物は、前記刺激の除去後に前記ニューロンの膜電位を上昇した状態に保つことと、を含む、方法。前記刺激は、電気刺激である、請求項48に記載の方法。本発明は、非ヒト動物に、前頭前皮質のV層錐体ニューロンの対象の形質膜上に発現される光応答性オプシンを活性化することによって誘発される精神病を提供し、光応答性オプシンの活性化は、膜の脱分極を誘発する。非ヒト動物由来の前頭前皮質組織片もまた提供される。本発明はまた、非ヒト動物において精神病を誘発する方法と、本明細書に記載される非ヒト動物および組織片を使用して、精神病を治療するために使用できる可能性がある化合物を同定およびスクリーニングするための方法も提供する。本明細書で使用される場合、動物は哺乳動物である。哺乳動物は、限定されないが、ヒト、家畜、競技用動物、ペット例えば、イヌおよびネコ、霊長類、マウス、ラット、および他のげっ歯類を含む。本明細書で使用される場合、単数形a、an、およびtheは、別途指定のない限り、複数形を含む。一般的な技術本発明の実践は、別途指定のない限り、当業者に周知の分子生物学、微生物学、細胞生物学、生化学、核酸化学、免疫学、生理学、泌尿器科学、ならびに病態生理学の薬物中毒および報酬関連行動の従来の技術を用いる。そのような技術は、MolecularCloning:ALaboratoryManual,secondeditionSambrooketal.,1989およびMolecularCloning:ALaboratoryManual,thirdeditionSambrookandRussel,2001本明細書では併せてSambrookと称される、CurrentProtocolsinMolecularBiologyF.M.Ausubeletal.,eds.,1987,2001までの付録を含む、PCR:ThePolymeraseChainReaction,Mullisetal.,eds.,1994、HarlowandLane1988Antibodies,ALaboratoryManual,ColdSpringHarborPublications,NewYork;HarlowandLane1999UsingAntibodies:ALaboratoryManual,ColdSpringHarborLaboratoryPress,ColdSpringHarbor,NY本明細書では併せてHarlowandLaneと称される、Beaucageetal.eds.,CurrentProtocolsinNucleicAcidChemistry,JohnWileySons,Inc.,NewYork,2000、HandbookofExperimentalImmunology,4theditionD.M.WeirC.C.Blackwell,eds.,BlackwellScienceInc.,1987、ならびにGeneTransferベクターforMammalianCellsJ.M.MillerM.P.Calos,eds.,1987等の文献に十分に説明されている。他の有用な参考文献は、Harrison’sPrinciplesofInternalMedicineMcGrawHill;J.Isseleacheretal.,eds.およびAddictionResearchMethods,Milleretal,eds.,2010;Wiley-Blackwell,UnitedKingdomを含む。光応答性オプシンタンパク質前頭前皮質のV層錐体ニューロンの対象を選択的に脱分極させるための光遺伝学に基づく組成物および方法であって、これらのニューロンの脱分極は動物の精神病を誘発する、組成物および方法が、本明細書に提供される。いくつかの実施形態において、統合失調症が誘発される。光遺伝学とは、たとえ自由に運動する哺乳動物および他の動物内であっても、機能するインタクトな生物系に遅れを取らないために必要な時間精度ミリ秒の時間尺度で、生組織の標的細胞における特定の事象を制御するために使用される遺伝子学的方法と光学的方法の組み合わせを意味する。光遺伝学は、特定の標的機構の使用を通して細胞型の分解能を維持する一方で、ニューロンの膜電位の時間的に正確な操作を可能にする迅速な光応答性チャネルまたはポンプタンパク質を標的神経細胞の形質膜に導入することを必要とする。本発明において使用されてもよい光応答性オプシンは、光によってニューロンの細胞膜の脱分極を誘発するオプシンを含む。そのようなオプシンの例を下の表1に示す。表1は、可視スペクトルにわたって励起および調節のために同定されたオプシンを示す。本明細書で使用される場合、光応答性オプシンChR2、VChR1、DChR、およびChETA等は、自然発生タンパク質、および機能的変異体、断片、断片または完全長タンパク質を含む融合タンパク質を含む。いくつかの実施形態において、シグナルペプチドが除去されてもよい。変異体は、少なくとも約90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、または100のうちのいずれかで自然発生タンパク質配列と同一なアミノ酸配列を有してもよい。機能的変異体は、自然発生タンパク質と同じかまたは同様の脱分極機能を有してもよい。アミノ酸モチーフの細胞内輸送の亢進本開示は、哺乳類細胞の形質膜への輸送を亢進する1つ以上のアミノ酸配列モチーフの付加によって、細胞内で発現される光応答性オプシンタンパク質の修飾を提供する。進化的に単純な生物に由来する構成要素を有する光応答性オプシンタンパク質は、哺乳類細胞によって発現されないかもしくは耐容性を示されない可能性があるか、または哺乳類細胞において高レベルで発現された場合に細胞内局在化障害を示す可能性がある。結果として、いくつかの実施形態において、細胞内で発現される光応答性オプシンタンパク質が、シグナルペプチド、小胞体ER輸送シグナル、膜輸送シグナル、および/またはN末端ゴルジ体輸送シグナルからなる群から選択される1つ以上のアミノ酸配列モチーフに融合されてもよい。哺乳類細胞の形質膜への光応答性オプシンタンパク質の輸送を亢進する1つ以上のアミノ酸配列モチーフは、光応答性オプシンタンパク質のN末端、C末端、またはN末端およびC末端の両方に融合されてもよい。任意選択的に、光応答性オプシンタンパク質および1つ以上のアミノ酸配列モチーフは、リンカーによって分離されてもよい。いくつかの実施形態において、光応答性オプシンタンパク質は、細胞形質膜へのタンパク質の輸送を亢進する輸送シグナルtsの付加によって修飾されてもよい。いくつかの実施形態において、輸送シグナルは、ヒト内向き整流カリウムチャネルKir2.1のアミノ酸配列に由来してもよい。他の実施形態において、輸送シグナルは、アミノ酸配列KSRITSEGEYIPLDQIDINVを含んでもよい。細胞の形質膜への光応答性オプシンタンパク質の輸送を亢進することができるさらなるタンパク質モチーフは、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第12/041,628号に記載されている。いくつかの実施形態において、タンパク質中のシグナルペプチド配列は、欠失していてもよいか、または異なるタンパク質由来のシグナルペプチド配列で置換されてもよい。光応答性チャネルタンパク質いくつかの態様において、光応答性オプシンタンパク質は、光応答性チャネルタンパク質である。本明細書に提供される方法のいくつかの態様において、光応答性イオンチャネルのチャネルロドプシンファミリーの1つ以上のメンバーが、前頭前皮質においてV層錐体ニューロンのサブセットの形質膜上に発現される。いくつかの態様において、光応答性陽イオンチャネルタンパク質は、クラミドモナスラインハルディに由来してもよく、陽イオンチャネルタンパク質は、細胞が光で照射されると、細胞中の脱分極電流を媒介することができる可能性がある。別の実施形態において、光応答性陽イオンチャネルタンパク質は、配列番号1に示される配列と少なくとも約90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、または100同一のアミノ酸配列を含むことができる。クラミドモナスラインハルディに由来する光応答性陽イオンチャネルタンパク質を活性化するために使用される光は、約460~約495nmの波長を有することができるか、または約470nmの波長を有することができる。さらに、光は、少なくとも約100Hzの強度を有することができる。いくつかの実施形態において、100Hzの強度を有する光を用いたクラミドモナスラインハルディに由来する光応答性陽イオンチャネルの活性化は、光応答性陽イオンチャネルを発現するニューロンの脱分極誘発性のシナプス喪失を引き起こす可能性がある。光応答性陽イオンチャネルタンパク質は、光に対する感度を増加もしくは減少させるため、光の特定の波長に対する感度を増加もしくは減少させるため、および/または光応答性陽イオンチャネルタンパク質が細胞の形質膜の分極状態を調節する能力を増加もしくは減少させるために、天然アミノ酸配列に導入された置換、欠失、および/または挿入を付加的に含むことができる。また、光応答性陽イオンチャネルタンパク質は、1つ以上の保存アミノ酸置換および/または1つ以上の非保存アミノ酸置換を含むことができる。天然アミノ酸配列に導入された置換、欠失、および/または挿入を含む光応答性陽イオンチャネルタンパク質は、光に応じて神経細胞の形質膜を脱分極させる能力を好適に保持する。他の実施形態において、光応答性陽イオンチャネルタンパク質は、タンパク質のレチナール結合ポケットにわたる重要な位置に特異的アミノ酸置換を有することができる階段関数オプシンstepfunctionopsin:SFOタンパク質または安定化階段関数オプシンstabilizedstepfunctionopsin:SSFOタンパク質であってもよい。いくつかの実施形態において、SFOタンパク質は、配列番号1のアミノ酸残基C128に変異を有することができる。他の実施形態において、SFOタンパク質は、配列番号1にC128Aの変異を有する。他の実施形態において、SFOタンパク質は、配列番号1にC128Sの変異を有する。別の実施形態において、SFOタンパク質は、配列番号1にC128Tの変異を有する。いくつかの実施形態において、SSFOタンパク質は、配列番号1のアミノ酸残基C128およびD156に変異を有することができる。他の実施形態において、SSFOタンパク質は、配列番号1にC128Sの変異およびD156Aの変異を有する。いくつかの実施形態において、SFOタンパク質は、配列番号2または配列番号3に示される配列と少なくとも約90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、または100同一なアミノ酸配列を含むことができる。他の実施形態において、光応答性陽イオンチャネルタンパク質は、ボルボックスカルテリのVChR1タンパク質に由来するC1V1キメラタンパク質、およびクラミドモナスラインハルディ由来のChR1タンパク質であってもよく、ChR1の第1および第2の膜貫通ヘリックスによって置換された少なくとも第1および第2の膜貫通ヘリックスを有するVChR1のアミノ酸配列を含むタンパク質は、光応答性であり、細胞が光で照射されると細胞内で脱分極電流を媒介することができる。さらに、いくつかの実施形態において、本発明は、置換されたかまたは変異したアミノ酸配列を含むポリペプチドを含むことができ、変異ポリペプチドは、前駆体C1V1キメラポリペプチドの特徴的な光応答性の性質を保持するが、いくつかの特定の態様においては変化した特性を保有する可能性がある。例えば、本明細書に記載される変異光応答性C1V1キメラタンパク質は、動物細胞内または動物細胞の形質膜上の両方における発現レベルの増加;異なる波長の光、とりわけ赤色光に暴露された場合の応答変化;および/または、形質の組み合わせを示すことができ、それによって、キメラC1V1ポリペプチドは、低い脱感作、急速な不活性化、他の光応答性陽イオンチャネルとの最小限の相互活性化のための紫色光による低活性化、および/または動物細胞における強力な発現といった特性を保有する。いくつかの実施形態において、C1V1タンパク質は、配列番号4、5、6、または7に示される配列と少なくとも約90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、または100同一なアミノ酸配列を含むことができる。光応答性陽イオンチャネルタンパク質に関する更なる開示は、米国特許出願第2007/0054319号ならびに国際特許出願公開第WO2009/131837号および第WO2007/024391号に見出すことができる。SFOまたはSSFOタンパク質に関するさらなる開示は、国際特許出願公開第2010/056970号ならびに米国仮特許出願第61/410,704号および第61/511,905号に見出すことができる。C1V1キメラ陽イオンチャネルおよびその変異体に関する更なる開示は、米国仮特許出願第61/410,736号、第61/410,744号、および第61/511,912号に見出すことができる。特定の光応答性オプシンタンパク質に関する上記参考文献の各々の開示は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。光応答性オプシンタンパク質をコードするポリヌクレオチド本開示はまた、本明細書に記載される光応答性オプシンタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドも提供する。いくつかの実施形態において、ポリヌクレオチドは発現カセットを含む。いくつかの実施形態において、ポリヌクレオチドは、上述の核酸を含むベクターである。いくつかの実施形態において、本開示の光応答性オプシンタンパク質をコードする核酸は、プロモーターに動作可能に結合する。プロモーターは、当該技術分野において周知である。コリン作動性介在ニューロンにおいて機能する任意のプロモーターを、本開示の光応答性タンパク質および/またはその任意の変異体の発現のために使用することができる。特定の哺乳類細胞において光応答性オプシンタンパク質またはその変異体の発現を駆動するために有用である開始制御領域またはプロモーターは非常に多く、当業者によく知られている。これらの核酸を駆動することができる実質的にあらゆるプロモーターを使用することができる。いくつかの実施形態において、光応答性タンパク質の発現を駆動するために使用されるプロモーターは、前頭前皮質の錐体ニューロンにおいて導入遺伝子の強い発現を駆動することができる胸腺細胞抗原1Thy1プロモーターであってもよい例えば、Arenkieletal.,Neuron54,205Apr19,2007を参照。本明細書に記載される光応答性オプシンタンパク質またはその任意の変異体をコードするヌクレオチド配列を含むベクターもまた本明細書に提供される。本発明に従って投与することのできるベクターはまた、ベクターのポリヌクレオチドから転写されると、標的動物細胞の形質膜上に光応答性タンパク質の蓄積をもたらすRNA例えばmRNAをコードするヌクレオチド配列を含むベクターも含む。使用されてもよいベクターは、レンチウイルス、HSV、アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルスAAVのベクターを含むが、これらに限定されない。レンチウイルスは、限定されないが、HIV-1、HIV-2、SIV、FIV、およびEIAVを含む。レンチウイルスは、限定されないが、VSV、狂犬病、Mo-MLV、バキュロウイルス、およびエボラを含む他のウイルスのエンベロープタンパク質を有する偽型であってもよい。そのようなベクターは、当該技術分野における標準的な方法を使用して調製されてもよい。いくつかの実施形態において、ベクターは、組換えAAVベクターである。AAVベクターは、それらが感染する細胞のゲノム内に安定した部位特異的な様式で組み込むことができる、比較的小さいサイズのDNAウイルスである。これらは、細胞の成長、形態、または分化に対するいずれの影響も誘発することなく幅広い細胞に感染することができ、またこれらはヒトの病理には関与していないと考えられる。AAVゲノムは、クローン化され、配列決定され、特徴付けられてきた。該ゲノムは、約4700塩基を包含し、ウイルスの複製開始点としての役割を果たす約145塩基の末端逆位配列ITR領域を各末端に含む。ゲノムの残りの部分は、キャプシド形成の機能を担う2つの必須領域に分割される:ウイルスの複製およびウイルス遺伝子の発現に関与するrep遺伝子を含む、ゲノムの左側部分、ならびにウイルスのキャプシドタンパク質をコードするcap遺伝子を含む、ゲノムの右側部分。AAVベクターは、当該技術分野における標準的な方法を使用して調製されてもよい。いずれの血清型のアデノ随伴ウイルスも好適である例えば、Blacklow,ParvovirusesandHumanDiseasepp.165-174J.R.Pattison,ed.1988、Rose,ComprehensiveVirology3:1,1974、P.TattersallTheEvolutionofParvovirusTaxonomyInParvovirusesJRKerr,SFCotmore.MEBloom,RMLinden,CRParrish,Eds.p5-14,HudderArnold,London,UK2006、およびDEBowles,JERabinowitz,RJSamulskiTheGenusDependovirusJRKerr,SFCotmore.MEBloom,RMLinden,CRParrish,Eds.p15-23,HudderArnold,London,UK2006を参照。それらの各々の開示は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。ベクターを精製するための方法は、例えば、米国特許第6,566,118号、第6,989,264号、および第6,995,006号、ならびにWO/1999/011764号標題MethodsforGeneratingHighTiterHelper-freePreparationofRecombinantAAVVectorsに見出すことができ、それらの開示は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。ハイブリッドベクターの調製は、例えば、PCT出願第PCT/US2005/027091号に記載されており、その開示は、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。インビトロおよびインビボで遺伝子を移動させるためのAAVに由来するベクターの使用が記載されている例えば、国際特許出願公開第91/18088号および第WO93/09239号、米国特許第4,797,368号、第6,596,535号、および第5,139,941号、ならびに欧州特許第0488528号を参照。それらの全ては、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。これらの刊行物は、repおよび/またはcap遺伝子が欠失し、対象となる遺伝子によって置換された種々のAAV由来構築物、ならびにインビトロで培養細胞内またはインビボで生物内で直接的に対象となる遺伝子を移動させるためのこれらの構築物の使用について記載している。本発明に従う複製欠損組換えAAVは、2つのAAV末端逆位配列ITR領域によって隣接された対象となる核酸配列を含むプラスミドと、AAVキャプシド形成遺伝子repおよびcap遺伝子を担持するプラスミドを、ヒトヘルパーウイルス例えばアデノウイルスに感染させた細胞株内に同時導入することによって調製することができる。生成されたAAV組換え体は、次いで、標準的な技術によって精製される。いくつかの実施形態において、本発明の方法において使用するためのベクター複数可は、ウイルス粒子例えば、限定されないが、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9、AAV10、AAV11、AAV12、AAV13、AAV14、AAV15、およびAAV16を含むAAVウイルス粒子中でキャプシド形成される。したがって、本発明は、本明細書に記載されるベクターのうちのいずれかを含む組換えウイルス粒子組換えポリヌクレオチドを含むため、組換え体であるを含む。そのような粒子を生成する方法は、当該技術分野において既知であり、米国特許第6,596,535号に記載され、その開示は、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。光応答性オプシンタンパク質の送達いくつかの態様において、本明細書に開示される光応答性オプシンタンパク質をコードするポリヌクレオチド例えば、AAVベクターは、定位的注入例えば、Steinetal.,J.Virol,73:34243429,1999、Davidsonetal.,PNAS,97:3428-3432,2000、Davidsonetal.,Nat.Genet.3:219-223,1993、およびAliskyDavidson,Hum.GeneTher.11:2315-2329,2000を参照。それらの各々の内容は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれるまたは蛍光透視法等による当該技術分野において既知の神経外科的な技法を用いて、針、カテーテル、または関連デバイスを使用して、動物の前頭前皮質の錐体ニューロンに直接送達することができる。いくつかの態様において、光応答性オプシンタンパク質は、トランスジェニック動物の前頭前皮質の錐体ニューロンにおいて発現されてもよい。例えば、胸腺細胞抗原1Thy1プロモーターの制御下でCre-リコンビナーゼを使用して、トランスジェニックマウス株が用いられてもよい。次いで、光応答性オプシン遺伝子を担持するCre誘導性のアデノ随伴ウイスルAAVベクターが、前頭前皮質内に定位的に注入されてもよい。他の態様において、いずれの光応答性オプシンタンパク質が、トランスジェニック動物の前頭前皮質の錐体ニューロンにおいて発現されてもよい。例えば、胸腺細胞抗原1Thy1プロモーターの制御下でChR2を使用して、トランスジェニックマウス株が用いられてもよい。トランスジェニックマウスは、標準的な前核注入法例えば、Arenkieletal.,Neuron54,205Apr19,2007を参照を使用して作製することができる。限定されないが、イオン性脂質もしくはポリマーを用いた遺伝子導入、電気穿孔、光学的遺伝子導入、刺入による遺伝子導入impalefection、または遺伝子銃を用いる等の、光応答性タンパク質を錐体ニューロンに送達するための他の方法が使用されてもよい。いくつかの態様において、本発明は、本明細書に記載される任意の方法によって作製される非ヒト動物を提供する。いくつかの実施形態において、非ヒト動物は、動物の前頭前皮質のV層錐体ニューロンのサブセットの細胞膜上に発現される光応答性オプシンタンパク質を含み、オプシンは、光によって膜の脱分極を誘発し、光によるオプシンの照射は動物の精神病を誘発する。いくつかの態様において、本発明は、非ヒト動物由来の前頭前皮質のV層錐体ニューロンのサブセットを含む前頭前皮質組織片を提供し、光応答性オプシンは、V層錐体ニューロンのサブセットの細胞膜上に発言され、光によるオプシンの活性化は膜の脱分極を誘発する。光源ニューロンにおいて発現される光応答性タンパク質を活性化するための波長を有する光を適用することができる任意のデバイスが、ニューロンを脱分極させるために使用されてもよい。例えば、1つ以上のニューロンの膜電圧に影響を及ぼすために光応答性オプシンタンパク質を活性化させるための光送達デバイスが使用されてもよい。光送達デバイスは、脳の標的領域に光刺激を提供するように構成されてもよい。光送達デバイスは、基部、基部に取り付けられたカニューレガイド、およびカニューレガイドを介して基部に取り付けられた1つ以上の光導管を備えてもよい。基部は、光導管から前頭前皮質内の錐体ニューロン等の標的組織領域に光を送達するように位置付けられた1つ以上の光送達ポートを備えてもよい。光導管は光ファイバであってもよく、ファイバの近位端は光学的光源に取り付けられ、遠位端は光送達ポートと連通している。光学的光源は、連続光および/またはパルス光を提供することが可能であってもよく、所定のパルス周期で光を提供するようにプログラム可能であってもよい。光送達デバイスは、所望されるように、例えば、1、2、3、4、5、10、15、20個等の任意の数の光導管を有してもよい。光導管は、各々が、同じかまたは異なる波長の光を運んでもよい。送達された光は、黄色、緑色、または青色光等の450nm~600nmの波長を有してもよい。光送達デバイスは、所望されるように、例えば、1、2、3、4、5、10、15、20個等の任意の数の光送達ポートを有してもよい。いくつかの変形例において、光導管と同じ数の光送達ポートが存在してもよく、一方、他の変形例において、異なる数の光導管および光送達ポートが存在してもよい。例えば、2つ以上の光送達ポートに光を伝達する単一の光導管が存在してもよい。代替として、または付加的に、単一の光導管が、単一の光送達ポートに接続されてもよい。カニューレガイドは、光導管を光送達ポートに固定して揃えるのを補助するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、光送達デバイスは、V層錐体ニューロンのサブセットの細胞膜上に発現されるオプシンタンパク質の脱分極を誘発するために、前頭前皮質のV層錐体ニューロンのサブセットに光を送達するように構成される。光送達デバイスはまた、神経活動を測定するために構成されてもよい1つ以上の測定電極を備えてもよい。例えば、測定電極は、ニューロンが刺激に応答するときに、膜電位例えば、活動電位および/または1つ以上のニューロンの膜を横切る電流における変化を記録してもよい。いくつかの変形例において、測定電極は、1つ以上のニューロンの光刺激に対する電気的応答を測定してもよい。測定電極は、細胞外電極または細胞内電極であってもよい。他の態様において、光送達デバイスは、外部電源への物理的な繋留を必要としない植え込み型光源であってもよい。植え込み型光源は、内側本体を備えてもよく、内側本体は、電源を有するように構成される光を発生するための少なくとも1つの手段を有する。いくつかの実施形態において、電源は、光発生手段に電力を供給するための内部バッテリーであってもよい。別の実施形態において、植え込み型光源は、光発生手段に電力を供給するための外部源から無線で送信される電磁エネルギーを受信するための外部アンテナを備えることができる。無線で送信される電磁エネルギーは、電波、マイクロ波、または植え込み型光源の光発生手段に電力を供給するために外部源から送信されることができるいずれか他の電磁エネルギー源であってもよい。一実施形態において、光発生手段は、半導体プロセスまたは当該技術分野において既知の他のプロセスを使用して生成される集積回路によって制御される。いくつかの態様において、光手段は発光ダイオードLEDであってもよい。いくつかの実施形態において、LEDは、青色および/または緑色の光を発生することができる。他の実施形態において、LEDは、琥珀色、黄色、および/または青色の光を発生することができる。いくつかの実施形態において、いくつかのマイクロLEDが、植え込み型光源の内側本体内に埋め込まれる。他の実施形態において、光発生手段は、半導体レーザーダイオードであるか、または光を発生することができる任意の他の手段である。光発生手段は、光カフlightcuff等の光源に近接する神経の形質膜上に発現される光応答性タンパク質を活性化するのに十分な強度を有する光を発生することができる。いくつかの実施形態において、Nacのコリン作動性介在ニューロンまたは線条体に到達する、光発生手段によって生成される光の強度は、約0.05mW/mm2、0.1mW/mm2、0.2mW/mm2、0.3mW/mm2、0.4mW/mm2、0.5mW/mm2、約0.6mW/mm2、約0.7mW/mm2、約0.8mW/mm2、約0.9mW/mm2、約1.0mW/mm2、約1.1mW/mm2、約1.2mW/mm2、約1.3mW/mm2、約1.4mW/mm2、約1.5mW/mm2、約1.6mW/mm2、約1.7mW/mm2、約1.8mW/mm2、約1.9mW/mm2、約2.0mW/mm2、約2.1mW/mm2、約2.2mW/mm2、約2.3mW/mm2、約2.4mW/mm2、約2.5mW/mm2、約3mW/mm2、約3.5mW/mm2、約4mW/mm2、約4.5mW/mm2、約5mW/mm2、約5.5mW/mm2、約6mW/mm2、約7mW/mm2、約8mW/mm2、約9mW/mm2、または約10mW/mm2のいずれかの強度を有するこれらの数の間の値を含む。いくつかの態様において、光発生手段は、外部コントローラによって外部から活性化されてもよい。外部コントローラは、送信コイルに取り付けられてもよい発電機を備えることができる。外部コントローラのいくつかの実施形態において、発電機に電力を提供するためのバッテリーが発電機に接続されてもよい。スイッチが発電機に接続されてもよく、個人が手動で発電機を起動させるかまたは停止させることができる。いくつかの実施形態において、スイッチを起動させると、発電機は、外部コントローラ上の送信コイルと植え込み型光源の外部アンテナとの電磁結合によって、光源上の光発生手段に電力を提供することができる。送信コイルは、植え込み型光源の外部アンテナと近接しているとき、光発生手段に電力を供給するためおよび植え込み型光源に1つ以上の制御信号を送信するために、該アンテナとの電磁結合を確立することができる。いくつかの実施形態において、外部コントローラの送信コイルと植え込み型光源の外部アンテナとの電磁結合は、高周波磁気インダクタンス結合であってもよい。高周波磁気インダクタンス結合が用いられる場合、電波の使用周波数は、これらの数の間のあらゆる値例えば、約1MHz、約2MHz、約3MHz、約4MHz、約5MHz、約6MHz、約7MHz、約8MHz、約9MHz、約10MHz、約11MHz、約12MHz、約13MHz、約14MHz、約15MHz、約16MHz、約17MHz、約18MHz、約19MHz、または約20MHzを含む、約1~20MHzであってもよい。しかしながら、受光器、赤外線、または医用遠隔測定システム等の他の結合技術が使用されてもよい例えば、Kiourti,BiomedicalTelemetry:CommunicationbetweenImplantedDevicesandtheExternalWorld,Opticon1826,8:Spring,2010を参照。光源を含む光刺激デバイスの例は、国際特許出願第PCT/US08/50628号および第PCT/US09/49936号、ならびにLlewellynらの2010,Nat.Med.,1610:161-165に見出すことができ、それらの各々の開示は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。精神病を誘発する方法および精神病状態に影響を及ぼす化合物をスクリーニングする方法本発明は、非ヒト動物において精神病を誘発するための方法であって、光応答性オプシンタンパク質をコードするポリヌクレオチドを非ヒト動物に投与することであって、光応答性オプシンタンパク質は、非ヒト動物の前頭前皮質においてV層錐体ニューロンのサブセットの細胞膜上に発現され、タンパク質は光に応答性を示し、V層錐体ニューロンのサブセットが光で照射されるとV層錐体ニューロンのサブセットの膜脱分極を誘発することができ、それによって、タンパク質を光で活性化することは非ヒト動物において精神病を誘発する、投与することを含む、方法を提供する。いくつかの実施形態において、統合失調症が誘発される。いくつかの実施形態において、社会的探索行動の妨害が誘発される。本発明はまた、前頭前皮質組織片においてV層錐体ニューロンのサブセットの膜の脱分極を誘発するための方法であって、前頭前皮質組織片においてV層錐体ニューロンのサブセットの細胞膜上に発現される光応答性オプシンタンパク質を活性化することであって、光応答性オプシンタンパク質は、光によるニューロンの膜脱分極を誘発することができる、活性化することを含む、方法を提供する。いくつかの態様において、本明細書に記載される非ヒト動物および前頭前皮質組織片は、精神病例えば、統合失調症を治療するために有用な化合物の有効性を同定、スクリーニング、または試験するために使用されてもよい。例えば、本発明は、精神病を治療するために有用である可能性のある化合物をスクリーニングする方法であって、非ヒト動物の前頭前皮質に化合物を投与する前および後に動物の精神病状態を測定することであって、精神病状態は、動物においてV層錐体ニューロンの対象の細胞膜上に発現される光応答性オプシンの光活性化によって誘発され、オプシンの光活性化は膜の脱分極を誘発する、測定することを含み、化合物の投与後の精神病状態の測定値のうちの1つ以上における改善は、化合物が精神病を治療するために有用である可能性があることを示す、方法を提供する。いくつかの実施形態において、精神病状態の測定は行動測定社会的探索行動等である。いくつかの実施形態において、精神病状態の測定は細胞測定V層錐体ニューロンのサブセットによって示される脱分極パターンの電気生理学的測定等である。別の実施形態において、方法は、化合物の投与前に、動物にD2刺激薬キンピロール等を投与するステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、化合物は、限定されないが、スルピリドおよびハロペリドール等のD2拮抗薬であってもよい。いくつかの実施形態において、化合物、限定されないが、ニフェジピン等のL型Ca2チャネル拮抗薬であってもよい。本発明はまた、精神病を治療するために有用である可能性のある化合物をスクリーニングする方法であって、化合物とともに前頭前皮質組織片をインキュベートする前および後に組織片の精神病状態を測定することであって、前頭前皮質組織片は、V層錐体ニューロンの対象を含み、光応答性オプシンは、V層錐体ニューロンの対象の細胞膜上に発現され、精神病状態は、光応答性オプシンの活性化によって誘発されるニューロンの膜脱分極によって誘発される、測定することを含み、化合物を用いたインキュベーションの後の精神病状態の読み出し情報のうちの1つ以上における改善は、化合物が精神病を治療するために有用である可能性があることを示す、方法を提供する。いくつかの実施形態において、精神病状態の測定は細胞測定である。別の実施形態において、化合物を用いたインキュベーションの前に前頭前皮質組織片にD2刺激薬キンピロール等を投与するステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、化合物は、限定されないが、スルピリドおよびハロペリドール等のD2拮抗薬であってもよい。いくつかの実施形態において、化合物は、限定されないが、ニフェジピン等のL型Ca2チャネル拮抗薬であってもよい。例示的な実施形態本開示は、種々の精神障害に関与する神経細胞集団の同定するために有用であると考えられる。本発明の特定の用途は、種々の精神障害と関連する神経細胞集団に関する疾患モデルを評価することを容易にする。本明細書に開示される例示的な実施形態の多くの態様は、この分野における以前の開発に関し、またそれらに大いに基づいているため、以下の考察は、そのような以前の開発を要約し、実施例に見出されるものを含む実施の詳細および変更が導き出される可能性のある基盤および基礎となる教示の確固たる理解を提供する。これに関連して、以下の考察は、参照により本明細書に組み込まれる参考文献中に提供され、またその教示とともに提供される。本発明は、必ずしもそのような用途に限定されるわけではないが、本発明の種々の態様は、この前後関係を用いて、種々の例の考察を通して理解されてもよい。本明細書において論じられる実施形態および特定の用途実施例を含むは、上述の態様、実施形態、および実施のうちの1つ以上、ならびに図に示されるものおよび以下に記載されるものと関連して実施されてもよい。仮特許文書の一部を形成し、参照により本明細書に完全に組み込まれる以下の実施例が参照されてもよい。方法、デバイス、および物質を含む、光応答性分子および/またはオプシンに関するさらなる詳細については、以下の背景刊行物もまた参照されてもよい:Zhangらに対する米国特許公開第2010/0190229号、標題SystemforOpticalStimulationofTargetCells、Zhangらに対する米国特許公開第2010/0145418、同じく標題SystemforOpticalStimulationofTargetCells、およびBoydenらに対する米国特許公開第2007/0261127、標題SystemforOpticalStimulationofTargetCells。これらの出願は、仮特許文書の一部を形成し、参照により本明細書に完全に組み込まれる。これらの刊行物と一致して、光刺激を提供するためおよび標的細胞を制御するために、多数のオプシンがインビボおよびインビトロの哺乳類細胞において使用することができる。例えば、ChR2が細胞内に導入されると、ChR2チャネルロドプシンの光活性化によって細胞の励起および発火が生じる。NpHRが細胞内に導入される場合、NpHRオプシンの光活性化によって細胞の抑制が生じる。上で参照した特許出願の開示のこれらのおよび他の態様が、本開示の種々の態様を実施する上で有用である可能性がある。いくつかの態様において、精神障害に関与する神経集団を同定する方法であって、光応答性オプシンを発現する標的ニューロン集団に光刺激を提供することと、光刺激に応じた標的ニューロン集団の第1の電気パターンを測定することと、精神病を誘発することが分かっている薬物を標的ニューロン集団に導入することと、標的ニューロン集団に光刺激を提供することと、光刺激に応じた標的ニューロン集団の後続の電気パターンを測定することと、第1の電気パターンと後続の電気パターンとを比較することとを含む方法が本明細書に提供される。さらなる実施形態において、精神病に関連するニューロンのサブセットを同定する。いくつかの実施形態において、ニューロンのサブセットは、V層錐体ニューロンのサブセットである。いくつかの実施形態において、標的ニューロン細胞集団は、患者である。いくつかの実施形態において、薬物は、限定されないが、キンピロール等のD2刺激薬であってもよい。いくつかの実施形態において、薬物は、限定されないが、フェンシクリジン等のNMDA受容体阻害薬であってもよい。図5を参照すると、本開示の一実施形態と一致する、対象となる細胞を同定するためのモデルが示される。脳内の対象となる領域は500と指定される。対象となる領域は、例えば、対象となる疾患の以前に同定された特長または該領域の既知の機能に基づいて選択されてもよい。対象となる領域内の1つ以上の細胞型がオプシン510で修飾される。異なる細胞型の各々が、異なる波長の光に応答する異なるオプシンで修飾されてもよい。特定の代替の実施形態において、異なる細胞型が同じオプシンで修飾されるが、それは異なる試料または患者においてである。対象となる領域内の異なる細胞型は、刺激される特定の細胞型を修飾するために使用されるオプシンに基づいて決定される範囲の可視光で刺激される520。各細胞型の応答が観察される580。マクロレベル細胞レベルの代わりにで観察された場合に、患者において特定の状態を誘発することが分かっている薬物が、対象となる領域に導入される530。薬物の存在下における各細胞型の応答が観察される590。特定の状態を誘発することが分かっている薬物の存在下における各細胞型の応答が、細胞が正常なまたは自然な状態にあるつまり、薬物が存在しない場合の、同じ細胞型の刺激に対する応答と比較される540。その比較に基づいて、細胞型のうちの1つ以上が、薬物によって引き起こされる状態を形成することに関与しているかどうかに関する決定を行うことができる550。薬物の存在下における応答のうちの1つ以上がベースラインの応答と異なる場合、その細胞型が、誘発される特定の状態を引き起こすことに関与しているかどうかを判定するために、変化する応答を示す細胞型をさらに調査することができる。種々の代替のおよび補足的な実施形態において、対象となる領域は、インビボで560、インビトロで570、またはその両方で調べることができる。対象となる領域をインビトロで調べる実施形態において、神経回路をインタクトに維持する対象となる領域の切片が使用されてもよい。複数セットの切片が使用され、各セットにおいて対象となる領域内の異なる細胞型が修飾される。代替として、対象となる領域内の各細胞型の単一細胞が調べられてもよい。代替のインビトロ法により、単離された細胞の応答、およびそれが周囲の細胞に及ぼす影響を観察することができる。複数セットの切片または単一細胞の使用により、全ての細胞を一度に発火させることなく、全ての異なる細胞型を修飾するために、単一のオプシン型が使用されることが可能となる。対象となる領域をインビボで調べる実施形態において、複数の対象が使用されてもよく、各対象において異なる細胞型が修飾される。代替として、異なる波長の光に応答する異なる興奮性オプシンが、対象となる領域内の異なる細胞型を修飾するために使用されてもよい。特定のより具体的な実施形態において、対象となる領域は、前頭前皮質のV層である。V層の錐体ニューロンが修飾される。前頭前皮質は、統合失調症等の精神病状態に関与すると考えられる。キンピロールまたはPCP等の薬物がV層錐体ニューロンに導入される。薬物の導入前の細胞の応答を薬物の導入後の応答と比較することで、V層錐体ニューロンのサブセットが異なる応答を有することが実験的に明らかになった。このV層錐体ニューロンのサブセットは、統合失調症または他の精神病のための種々の治療薬の有効性を調べるために使用することができる。図6を参照すると、対象となる細胞型を判定する方法が開示される。標的細胞型が選択される600。標的細胞の選択は、以前の経験的な結果に基づいて行われる。標的細胞が刺激され、刺激に対する応答が観察される610。特定のより具体的な実施形態において、標的細胞の刺激は、標的細胞内に導入された光応答性分子を活性化することにより達成される。精神病が誘発される620。これは、精神病を誘発することが分かっている薬物を対象に導入することによって達成することができる。標的細胞が再び刺激され、応答が観察される630。精神病の誘発前と精神病の誘発後の標的細胞の応答の比較が行われる640。精神病を誘発することが分かっている薬物の存在下において細胞が異なる反応を示すかどうかに基づいて、標的細胞が対象において精神病を引き起こすことに関与しているかどうかを判定するために、この比較を使用することができる。本開示の特定の実施形態において、キンピロール等のD2刺激薬およびフェンシクリジンPCP等の精神異常発現薬の両方が、ヒトおよび動物において統合失調症様行動を引き起こす。これらのおよび他の薬物は、異なるニューロン受容体を介して作用するが、該薬物は両方とも、前頭前皮質PFCのV層錐体ニューロンのサブセットにおいて活性依存性脱分極の表現型を誘発した。これらのニューロンにおける活性依存性脱分極は、ニューロンを通る情報の流れを妨害し、陰性症状型の社会的行動の原因として関連している。本開示の種々の態様は、前頭前皮質におけるV層錐体ニューロンのサブセットの特徴を対象としている。サブセットの特徴は、双安定性をもたらし、これらのニューロンを通る情報の流れを妨害する、活性依存性脱分極を含む。破壊的な双安定性は、Ca2チャネルサブタイプL型チャネルに依存する。このチャネルは、以前に統合失調症と関連付けられている。さらに、サブセットニューロンの脱分極が非社会的表現型を形成する一方で、L型チャネルの遮断は、精神異常発現薬によって誘発された社会的機能不全を矯正する。本開示の特定の態様は、統合失調症および他の関連する状態において観察されるような精神病的行動および認知障害の考えられる細胞基盤を同定することを対象としている。外部電源を導入することなく細胞を活性化するために、光遺伝学的ツールが使用される。これにより、例えば、領域内の他の細胞も活性化されて結果を変更することなく、オプシンに感染させた標的細胞集団の活性化に対する応答を観察することができる。特定の実施形態において、細胞の応答は、細胞の自然な状態、すなわち、マクロレベルでの行動変化を引き起こすことが分かっている追加の刺激が存在しない状態で、観察される。次いで、この応答は、刺激が導入された後の対象となる細胞の応答と比較される。本開示の特定の態様は、統合失調症または他の精神病における前頭前野の機能不全と関連する特定のニューロンを探索することを対象としている。PFC内のV層錐体ニューロン等の、脳の特定の領域または特定の種類の神経細胞が、さらなる検討のために選択されてもよい。PFC内のD2受容体はV層錐体ニューロン上で濃縮され、D2受容体は統合失調症に影響を及ぼすことが分かっているため、V層錐体ニューロンは、統合失調症および他の形態の精神病に関して注目されている。さらに、V層錐体ニューロンは、新皮質の出力ニューロンであり、随伴発射を含む信号に関与している。本開示の種々の態様は、精神障害と特定のニューロンとの間の関連性を検証するために使用される。対象となるニューロンは、インビボでチャネルロドプシン-2ChR2を発現するように修飾される。修飾されたニューロン中のChR2が刺激される。刺激によってもたらされる認知障害および他の陰性症状が定量化される。Thy1::Chr18トランスジェニックマウスを用いたモデルにおいて、ChR2の発現はPFC内のV層錐体ニューロンに局在化する。軽度の光刺激例えば、470nm、0.4mW、10Hzで5ミリ秒は、正常な運動に影響を及ぼすことなく、マウスの社会的探索行動を妨害するのに十分である。刺激の周波数を増加すると例えば、470nm、0.4mW、40Hzで2.5ミリ秒、社会的行動がほぼ完全に消失し、様々な緊張病様行動が誘発される。そのような結果を評価することにより、ChR2を発現する細胞が精神病様行動に寄与するという結論に導かれる。特定の実施形態において、このような知見は、オプシンを発現する細胞の回路レベルでの調査のための基盤として使用される。本開示の特定の態様は、オプシンの活性化を、対象となる標的細胞の薬理学的操作と組み合わせることを対象としている。D2刺激薬キンピロールは、動物において統合失調症様行動を誘発する。キンピロールは、インビボで送達されてもよいか、または対象となる領域からの切片に適用されてもよい。切片を使用する場合、光によって誘起されるネットワーク活動が調べられる。図2Aを含む実施例において論じられるように、キンピロールの適用は、V層錐体ニューロンのサブセットの応答を変化させる。細胞応答における変化は、もはやスパイクを誘発しない特定の閃光、閃光とは関係のない新しいスパイク、およびプラトー電位を含む。高頻度のスパイク期間の後に、直接刺激よりも数十ミリ秒または数百ミリ秒長く持続する長期脱分極が起こる。特定の場合において、この長期脱分極は、さらなるスパイクを誘発する。他の場合において、脱分極は、スパイク閾値を超えるプラトー様脱分極を引き起こす。精神病を誘発することが分かっている薬物を使用して異常応答を誘発することにより、抗精神病薬の有効性を試験すること、および既知の抗精神病薬の機構を確認することができる。例えば、抗精神病薬ハロペリドールの適用は、キンピロールが標的細胞に及ぼす効果を逆転させる。同様に、特定のD2拮抗薬スルピリドも、正しい用量で使用されると、キンピロールが標的細胞に及ぼす効果を逆転させる。キンピロール、ハロペリドール、およびスルピリドが、D2受容体、スパイクレート、および標的細胞の他の特徴に及ぼす効果に関するさらなる考察については、実施例を参照されたい。上で簡潔に論じたように、V層錐体ニューロンのサブセットは、キンピロールが存在する場合に活性依存性脱分極を示すことが観察された。この反応を示す細胞のサブセットは、顕著な凹形曲線と、キンピロールが存在しない場合の過分極電流パルスに応じた脱分極後のリバウンドとによって同定することができる。顕著な凹形曲線およびリバウンドを示さないV層錐体ニューロンは、キンピロールの存在下で活性依存性脱分極を示さない。錐体ニューロンの2つの亜集団は、それらの入力抵抗または膜時定数において違いはない。しかしながら、活性依存性脱分極を示す細胞は、静止状態で若干さらに脱分極される傾向にある。特定のより具体的な実施形態において、キンピロールが活性依存性脱分極を誘発するThy1:ChR2トランスジェニックマウス由来のニューロンの全てがChR2を強力に発現する一方で、逆に、ChR2を強力に発現するほとんどのニューロンが活性依存性脱分極を示す。したがって、活性依存性脱分極を示したV層錐体ニューロンの亜集団は、Thy1::ChR2トランスジェニックマウスにおいて社会的行動の異常および他の行動学的異常をもたらしたChR2によって活性化された集団と実質的に同様であった。トランスジェニックマウスにおいて、電流注入単独で活性依存性脱分極を誘発することができ、光遺伝学的刺激は必要ではなかった。活性依存性脱分極を示す細胞は、形態学的に異なる。1本の太い尖端樹状突起を保有するV層錐体ニューロンのサブセットは、表層2/3に到達するまで2つに分岐しない。該細胞はまた、V層内に多くの突起を有する。対照的に、活性依存性脱分極を示さない細胞は、層4または5で分岐する尖端樹状突起を含む、より不均一な形態を有する。層5の錐体ニューロンのサブセット間の違いに関するより詳細な議論については実施例を参照されたい。本開示の特定の実施形態において、単一細胞レベルで電気生理学的パターンが調べられる。活性依存性脱分極は、さらなるスパイクを阻止する著しい脱分極、長期双安定性、電流注入によって誘発されるスパイクの増加、および直接刺激の期間よりも長く持続し、さらなるスパイクを誘発することができる後脱分極を含む、さまざまな顕著な細胞行動を誘発すると考えられる。双安定性は、典型的にはβ/γバンドにおける律動的活動と関連している。特定の実施形態において、双安定性は、20~40Hzのパワースペクトルでピークを迎える。特定の実施形態において、キンピロールが神経興奮性に及ぼす正味の効果例えば、スパイクの増加対脱分極遮断および関連する現象は、キンピロール適用の用量および期間、ならびに入力強度に依存する。具体的には、スパイクの増加は、キンピロール適用初期の間に、またはより長期のキンピロール適用後に長期脱分極もしくは双安定性へと移行する弱い脱分極入力に応じて、またはより強い脱分極入力に応じて起こり得る。活性依存性脱分極は、対照条件キンピロールを適用する前において存在する可能性がある。この現象は、ある状況において、切片におけるD2受容体の異常に高いレベルの活性化によって誘発され得ることが分かった。本開示の特定の態様は、全細胞電圧クランプ法を対象としている。これによって、活性依存性脱分極を生じさせるイオンチャネル電流の同定が可能となる。同定されたV層錐体ニューロンのサブセット上述のにおいて、電圧依存性Ca2電流が活性依存性脱分極に寄与する。活動電位の間に起こるL型チャネルを介したCa2流入は、スパイクの再分極において重要な役割を果たすCa2依存性K電流を活性化する。強力なD2の活性化はまた、L型チャネルを介したCa2流入を増加させる。さらに、強力なD2の活性化は、スパイクAHPを増大させ、短いスパイク間間隔で選択的にスパイクを抑制することが予想される。D2の遮断は、Ca2依存性K電流の動員を抑制し、スパイク再分極障害、より幅広いスパイク、より大きなNaチャネルの不活性化、より高いスパイク閾値、および短いスパイク間間隔のスパイクの減少をもたらすことが予想される。本開示の特定の実施形態において、キンピロールが標的細胞集団に及ぼす影響が、フェンシクリジンPCP等の別の精神異常発現薬の影響と比較される。PCPは、ヒトにおいて統合失調症とよく似た症状を引き起こし、動物において統合失調症をモデル化するために長い間使用されてきた。PCPの精神異常発現効果は、NMDA受容体の遮断に長い間寄与してきた。驚くべきことに、前頭前野のNMDA受容体を遮断する用量と同様の用量で、PCPは、キンピロールによって誘発されるものと実質的に同一であった直接刺激の期間よりも長く持続する活性依存性脱分極および後脱分極を引き起こした。キンピロールとは対照的に、スルピリドによって効果が遮断されることはなかったが、ニフェジピンによって遮断された。このことは、PCPは、D2受容体を活性化しないが、L型Ca2チャネルを介して活性依存性脱分極を引き起こすことを示唆している。PCPは、活性依存性脱分極を介して、直接刺激の期間よりも長く持続する後脱分極、スパイクを阻止する著しい脱分極、双安定性、および直接刺激の期間よりも長く持続する持続的な発火を含む、キンピロールがもたらしたものと同様の範囲の影響をもたらす。活性依存性脱分極は、顕著な凹形曲線と、過分極電流の注入に応じたリバウンド後脱分極とを示したV層錐体ニューロンの亜集団に限定される。興味深いことに、いくつかの場合において、PCPは、ニフェジピンによって遮断された幅広い活動電位を誘発し、樹状Ca2スパイクを描く可能性があることが分かった。Thy1::ChR2の皮質切片における一連の光パルスに対する応答の間、PCPがキンピロールと同様に短いスパイク間間隔でスパイクを抑制したことから、PCPがL型Ca2電流に及ぼす影響により、キンピロールの影響と同様に活動電位の間にCa2依存性K電流の動員を亢進させることが示唆された。構造的におよび機能的に異なる精神異常発現薬であるキンピロールおよびPCPは、共通の原因として重要なCa2チャネル依存性の異常な神経状態に集中する。したがって、PCPは、以前はこの種の経路と関連付けられていなかったが、L型Ca2チャネルを動員することによって、その精神異常発現作用の一部に影響を及ぼすと考えられる。PCPの存在下において、L型カルシウムチャネル拮抗薬ニフェジピンは、マウスにおいてPCPによって誘発された社会的障害を改善する。ニフェジピンはまた、PCP単独で誘発される緊張病様行動の発生率を低下させる。適切な用量のニフェジピンは、過剰なレベルのカルシウムチャネルの活性化を減少させ、それによって長期のスパイクおよび双安定性を防止し、正常な前頭前野出力および前頭前皮質によって媒介される他の行動を回復する。V層錐体ニューロンのサブセットについて観察された応答を、統合失調症および/または他の形態の精神疾患に罹患する患者において観察された症状に適用すると、活性依存性脱分極は、前頭前野ネットワークにおける固執行動および脱線行動の両方を支持することができる単一の細胞現象を意味する。したがって、活性依存性脱分極の誘発に伴って、ニューロンは、統合失調症等の疾患のための新しい潜在的治療薬を研究するための疾患モデルとして使用することができる。本開示は、種々の精神障害、より具体的には精神病および/または精神病の症状に関与する特定の神経細胞集団を標的とするために有用であると考えられる。本発明の特定の用途は、精神病および/または精神病の症状と関連する特定の神経細胞集団を標的にすることによって、それらを評価、治療、および特徴付けることを容易にする。本明細書に開示される例示的な実施形態の多くの態様は、この分野における以前の開発に関し、またそれらに大いに基づいているため、以下の考察は、そのような以前の開発を要約し、実施例に見出されるものを含む実施の詳細および変更が導き出される可能性のある基盤および基礎となる教示の確固たる理解を提供する。これに関連して、以下の考察は、参照により本明細書に組み込まれる参考文献中に提供され、またその教示とともに提供される。本発明は、必ずしもそのような用途に限定されるわけではないが、本発明の種々の態様は、この前後関係を用いて、種々の例の考察を通して理解されてもよい。本開示の実施形態は、V層錐体ニューロンのサブセットである細胞を標的にすることを対象としている。これらの細胞を標的にすることは、精神病状態を生成、作製、治療するか、またはさもなければ特徴付けるために特に有用であり得る。図7を参照すると、本開示の一実施形態と一致する、神経障害の制御および特徴付けのためのモデルが示される。対象となる神経障害に関与することが同定されている細胞型が選択される。細胞型の特徴および既知の機能に依存して、同定された細胞型を感染させるためにオプシンが選択される700。例えば、特定のより具体的な実施形態において、ChR2等の興奮性オプシンが、同定された細胞型を感染させるために選択される。ChR2は、同定された細胞型の励起が所望される場合に選択される。同定された細胞型は、第2のオプシンを使用して、またはモデル化された疾患の異常行動を誘発することが分かっている薬物を導入することによって、異常行動を示すように修飾することができる。行動は、マクロレベルで示されてもよく、モデル化された疾患の外的徴候を含むことができる。他の実施形態において、モニタリングされる行動は、細胞レベルであり、刺激に対する細胞の応答を含むことができる。種々の実施形態において、図7に示されるように、同定された細胞型は、インビボ730またはインビトロ725で位置してもよく、また刺激されてもよい705。同定された細胞型は、例えば、単一細胞として750、または動物由来の切片の一部として745刺激されてもよい。インビボ730モデルの場合、同定された細胞型は、例えば、トランスジェニック動物735またはヒト740であってもよい。選択されたオプシンが対象となる細胞型に送達された後、同定された細胞型が刺激され705、応答が観察される720。同定された細胞型の応答は、細胞が正常な状態にある場合、または病態が誘発されている場合、またはその両方で観察することができる。最初の観察後、対象となる薬物が選択される。薬物は、同定された細胞型、モデル化された疾患、他の薬物に関する以前の観察、これらの要因の組み合わせ、または特定の疾患を治療するための可能性のある薬物の決定を誘導する他の要因に基づいて選択されてもよい。初期用量の薬物が同定された細胞に導入され710、薬物の存在下において、細胞の刺激に対する応答が観察される715。次いで、その応答が、薬物が存在しない場合の細胞の応答と比較される755。他の実施形態において、対象となる薬物の存在下における細胞の応答が、異常行動を誘発することが分かっている薬物の存在下における細胞の応答と比較される。対象となる薬物はまた、異常行動を誘発することが分かっている薬物に加えて、同定された細胞型に導入されてもよい。特定の実施形態において、評価に基づいて、対象となる薬物の用量が変更され、同定された細胞型が再び刺激される。次いで、変更された用量に対する応答が、対象となる薬物の非存在下における応答、および対象となる薬物の以前の投与量に対する応答と比較されてもよい。応答はまた、モデル化された疾患のための他の薬物または治療薬と比較されてもよい。これにより、特定の疾患のための最適な投与量および薬物の決定が可能になる。観察される応答は、行動応答または細胞応答であってもよいため、有効な投与量および/または薬物は、一連の可能性のある薬物から決定されてもよい。特定のより具体的な実施形態において、同定された細胞型は、V層錐体ニューロンのサブセットである。モデル化された病態と一致する異常行動を誘発するために、同定された細胞型にPCPまたはキンピロール等の薬物が導入される。次いで、細胞内に導入されたオプシンを活性化する可視光を使用して同定された細胞型が刺激され、刺激に対する応答が観察される。次いで、第2の薬物である対象となる薬物が、同定された細胞型に導入される。対象となる薬物の存在下における刺激に対する応答が観察され、病態における細胞の応答と比較される。この比較は、対象となる薬物の有効性を決定するために使用することができる。この比較はまた、用量または薬物の投与の他の態様に対する変更を行うべきかどうかを決定するためにも使用することができる。図8を参照すると、本開示の一実施形態と一致する、推奨される治療薬の有効性を決定するための方法が示される。治療薬をインビトロで調査する場合、異常行動は細胞レベルで起こり得る。治療をインビトロで調査する場合、患者の観察可能な行動を含む異常行動は、細胞レベルおよび/またはマクロレベルであり得る。異常行動は、治療される異常行動を引き起こすことが分かっている薬物の投与によって誘発することができる800。患者インビボまたは細胞もしくは複数の細胞インビトロのいずれかに、推奨される治療薬が投与される810。治療薬の存在下における刺激に対する細胞または患者の応答が観察される820。次いで、その観察が、治療の有効性を評価するために使用される830。図8と一致する種々の実施形態において、治療は、例えば、薬物、電気刺激、または行動学的治療であってもよい。応答は、例えば、光刺激に対するものであってもよい。光刺激は、対象となる細胞集団に導入された選択された光応答性分子に基づいて、細胞を励起または抑制することができる。上述のおよび図示される種々の実施形態は、一緒におよび/または他の様式で実施されてもよい。図面/図に示されるアイテムのうちの1つ以上はまた、具体的な用途に従って有用であるように、より別個のもしくは統合された様式で実施されてもよいか、または特定の場合において除去されてもよいか、および/もしくは使用不可能であると見なされてもよい。例えば、上述のような疾患モデルに関与する実施形態は、様々な異なるオプシンおよび刺激を使用して実施されてもよい。さらに、モデル化は、インビボまたはインビトロで行うことができる。本明細書の説明を考慮して、当業者は、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、それらに対する多くの変更が行われてもよいことを理解するであろう。ここでは、ヒトおよび動物において統合失調症様行動を引き起こすが、異なる受容体を介して作用し、PFCにおけるV層錐体ニューロンのサブセットの新規の活性依存性脱分極の表現型に集中する、D2刺激薬キンピロールおよび精神異常発現性フェンシクリジンを示す。この活性依存性脱分極が、双安定性を誘発し、これらのニューロンを通る情報の流れを妨害すること、そして、この破壊的な双安定性が、統合失調症と関連付けられたCa2チャネルサブタイプL型チャネルに依存することを示す。最後に、これらのニューロンの細胞エンドフェノタイプが、陰性症状型の社会的行動の原因として関連していることを示す:これらのニューロンを選択的に脱分極させることにより、光遺伝学的的に非社会的表現型が作製されるが、その一方で、L型チャネルの遮断が、精神異常発現薬によって誘発される社会的機能不全を矯正する。これらのデータを総合して、統合失調症および関連疾患に関連する機構によって動員される前頭前野機能不全の新規細胞機構を定義する。実施例1:ChR2を発現する下辺縁V層錐体ニューロンの光刺激によってマウスにおいて誘発された精神病様行動2つの理由から、PFC内のV層錐体ニューロンにおいて探索を行うことを選択した。第一に、PFC内のD2受容体はV層錐体ニューロン上で濃縮され3、4、全ての既知の抗精神病薬がD2受容体を遮断するため、D2受容体は、統合失調症および他の形態の精神病において重要な役割を果たす5一方で、ドーパミンレベルを増加させる薬物例えば、L-Dopa刺激薬およびドーパミン受容体刺激薬は、正常な個体において精神病を引き起こすことができるか、または統合失調症に罹患する患者において症状を悪化させることができる。実際、皮質D2受容体への結合は、とりわけ、統合失調症の認知症状および陰性症状に対する、特定の抗精神病薬の優れた有効性を具体的に説明することができる6。第二に、V層錐体ニューロンは、随伴発射を含む信号に関与する新皮質の重要な出力ニューロンであり、欠乏すると、幻聴等の精神病症状を引き起こす自己モニタリングの障害に寄与する可能性がある7。マウスにおける精神病的行動に寄与するこれらのニューロンを検証するために、新皮質でのChR2の発現が主としてV層錐体ニューロンに局在化する、十分に確立されたThy1::ChR18トランスジェニックマウスを使用して、PFC内のV層錐体ニューロンにおいてチャネルロドプシン-2ChR2を刺激した図1A~B8。統合失調症の認知障害および陰性症状の特徴を定量化するために、これらのマウスにおいて社会的探索行動を測定し、陽性様症状を評価するために、常同性運動および硬直を含む解体型または緊張病性の行動を測定した。材料および方法下辺縁前頭前皮質の上に片側光ファイバを設置することによって、Thy1::ChR2トランスジェニックマウスにおいてChR2-EYFPを発現する下辺縁V層錐体ニューロンの光刺激を達成した図1A~B。V層ニューロンの低周波および高周波γバンド光刺激は、それぞれ、473nm青色光10Hz、5ミリ秒のパルス幅および473nm青色光40Hz、5ミリ秒のパルス幅によって達成した。統合失調症の認知障害および陰性症状の特徴を定量化するために、これらのマウスにおいて社会的探索行動を測定し、陽性様症状の評価のために、常同性運動および硬直を含む解体型または緊張病性の行動を測定した。結果比較的軽度の光刺激470nm、0.4mW、10Hzで5ミリ秒が、正常な運動に影響を及ぼすことなく、社会的探索行動を顕著に妨害するために十分であったことが分かった図1C~E。具体的には、低周波光刺激が、試験した6頭のThy1::ChR2-EYFP動物のうちの6頭において新生幼獣の社会的探索行動を低下させたp=0.03、光オン/光オフの時期を交互に用いた図1C~D。オープンフィールドデータにより、低周波光刺激時にThy1::ChR2動物の全体的な速度左またはトラック長右に違いは認められなかったことが実証され、正常な運動は軽度の刺激による影響を受けなかったことが示された図1E。刺激の周波数を増加すると470nm、0.4mW、40Hzで2.5ミリ秒、社会的行動がほぼ完全に消失し、様々な緊張病様行動が誘発された図F~H。具体的には、V層錐体ニューロンの光刺激の周波数を増加することにより、試験した6頭の動物のうちの6頭において新生幼獣の社会的探索行動がほぼ完全に消失したp<0.01、光オン/光オフの時期を交互に用いた図F~G。さらに、高周波の40Hzの光刺激により、試験した6頭のマウスのうちの3頭において緊張病様硬直姿勢で過ごす時間を有意に増加させ左、p<0.05、試験した6頭のマウスのうちの2頭において、反復性の頭部左右運動に執着して過ごす時間が増加する傾向が観察された右、p=0.13図1H。これらの結果は、PFCにおけるV層錐体ニューロンの異常活性が、統合失調症様行動に寄与する可能性があるという考えをさらに立証するものであり9、回路レベルでの調査のための基盤を提供する。さらに、これらの結果は、Thy1::ChR2-EYFPマウス系においてChR2を発現するV層錐体ニューロンの光刺激により、このマウスを統合失調症のための動物モデルとして使用できることを実証するものである。実施例2:D2刺激薬は、V層錐体ニューロンのサブセットにおいてL型Ca2チャネルによって媒介される、D2拮抗薬を用いた治療によって逆転可能な活性依存性脱分極を誘発するChR2を発現する層錐体ニューロンの光刺激は、Thy1:ChR2-EYFPトランスジェニックマウスにおいて統合失調症様行動を誘発する。したがって、次に、統合失調症に関連する薬理学的操作がPFC内のV層錐体ニューロンに影響を及ぼすことができるプロセスを探求することにした。上で論じたように、D2受容体は統合失調症において重要な役割を果たし、D2刺激薬キンピロールは動物において統合失調症様行動を誘発する10、11。統合失調症に関連する薬理学的操作がPFC内のV層錐体ニューロンに影響を及ぼすことができるプロセスを探求するために、Thy1::ChR2マウス由来の前頭前野切片を使用して、キンピロールの存在下および非存在下において光によって誘起されるネットワーク活動を調べた後、既知のD2拮抗薬を用いて処理を行った図2および3。材料および方法光によって誘起されるネットワーク活動を調べるために、Thy1::ChR2マウス由来の前頭前野切片を使用した。Thy1::ChR2トランスジェニックマウスから単離された脳切片にインビトロで光刺激を与え、D2刺激薬の非存在下対照またはD2刺激薬20μMキンピロールの存在下における一連の閃光470nm、1ミリ秒に対する細胞応答の電気生理学的記録により、V層錐体ニューロンをモニタリングした。続いて、キンピロールを除去するために脳切片を洗浄し、0.2~2μMハロペリドールまたは5μMスルピリドのいずれかどちらも既知のD2拮抗薬であるを用いて処理した。V層錐体ニューロンのスパイクレートおよびそのスパイクレートで伝達された情報の量を定量化し、またスパイクの数をスパイク間間隔の関数として定量化した。続いて、20μMキンピロール単独の存在下において、またはD2拮抗薬ハロペリドール2μMもしくはスルピリド5μMと組み合わせて、またはL型Ca2チャネル拮抗薬ニフェジピン10μMとともに、V層錐体ニューロンを過分極電流パルスおよび/または脱分極電流パルスで処理した。薬理学的条件または処理の下、電気生理学的記録によりインビトロの光刺激に対するV層錐体ニューロンの細胞応答をモニタリングした。結果図2Aに示されるように、キンピロール20μM、紫色の波形、下パネルの適用は、多くの割合のV層錐体ニューロンの応答に著しい変化をもたらした:以前にスパイクを誘起したいくつかの閃光はもはやスパイクを誘起せず矢印、閃光とは関係のない新しいスパイクおよびプラトー電位pが出現した。V層錐体細胞のサブセットにおいて、高頻度のスパイク期間の後に、直接刺激よりも数十ミリ秒または数百ミリ秒長く持続する長期の脱分極が観察された図2B中央パネル、紫色の波形、16/26個のV層錐体ニューロンにおいて観察された。この活性依存性脱分極は、さらなるスパイクを誘発するか、またはスパイク閾値を超えるプラトー様脱分極を引き起こすことができた図2B。キンピロールの洗い流しおよび抗精神病薬ハロペリドールの同時適用により、この効果は急速に逆転され図2B下パネル、緑色の波形、9/9個の細胞に0.2~10μMハロペリドールが観察された、キンピロールおよび特定のD2拮抗薬スルピリドの同時適用においても同様であった2/2個の細胞に5μMスルピリドによる逆転が観察された。興味深いことに、D2受容体の活性化が、これらのニューロンのスパイクレートが伝達した閃光レートに関する情報の量に及ぼす影響の逆U字形の曲線が観察された:情報量は、対照条件において最も高く、キンピロール20μMによってD2受容体が活性化されたときには中程度であり、ハロペリドール0.2~2μMまたはスルピリド5μMによりD2受容体が遮断されたときに最も低かった図2C、p<0.05、対照対キンピロール、p<0.01、対照対ハロペリドール/スルピリド、2方向ANOVA。この関係のための機構を同定し、その中で、D2受容体の活性化がChR2刺激に応じたスパイクに及ぼす影響のU字曲線が再び認められた:ニューロンは、対照条件において最も多くのスパイクを発射し、ハロペリドール0.2~2μMまたはスルピリド5μMによりD2受容体が遮断されたときにスパイクの発射が最も少なかった図2D、p<0.01、対照対キンピロール;p<0.001、対照対ハロペリドール/スルピリド、2方向ANOVA。D2受容体がキンピロールによって活性化されたとき、またはハロペリドールもしくはスルピリドによって遮断されたときにスパイクレートがより低かったことは、短いスパイク間間隔のスパイクの損失と特異的に関連しており図2E、n=4細胞/群、実際、D2刺激薬および拮抗薬の効果は、反復する活動電位に及ぼす影響に反映されると考えられる図2F。キンピロールを用いたD2の活性化紫色の波形は、スパイクの後過分極を増大させAHP、図2Fの矢印、対照条件において第2のスパイクを誘発する表示閾値下の後の入力と一致していた。対照的に、スルピリドによるD2の遮断は、活動電位の幅を広げ、Naチャネルの不活性化等の機構を介して短いスパイク間間隔のスパイクを防止することと一致した。活性依存性脱分極のさらなる特徴付けを行った。最初に、いずれか特定の識別する電気生理学的特性、遺伝子発現パターン、または形態によって定義されるV層錐体ニューロンの特定の亜集団にそれが存在するかどうかを判定することにした。顕著な凹形曲線と、過分極電流パルスに応じてリバウンド後脱分極とを示したほぼ全てのV層錐体細胞図3A上パネルのが、20μMキンピロールの適用後に活性依存性脱分極を示した16/17個の細胞一方で、これらの特性を示さない層錐体ニューロンの0/9個は、キンピロールの適用後に活性依存性脱分極を示したことが分かった。錐体ニューロンのこれらの2つの亜集団は、それらの入力抵抗または膜時定数において違わなかったが、活性依存性脱分極を示した細胞は、静止状態で若干さらに脱分極された。興味深いことに、キンピロールが活性依存性脱分極を誘発したThy1:ChR2トランスジェニックマウス由来のニューロンの全てがChR2を強力に発現し14/14個の細胞、逆に、ChR2を強力に発現したほとんどのニューロンが活性依存性脱分極を示した14/18個の細胞。したがって、活性依存性脱分極を示したV層錐体ニューロンの亜集団は、Thy1::ChR2トランスジェニックマウスにおいて社会的行動の異常および他の行動学的異常をもたらしたChR2によって活性化された集団と実質的に同様であった図1。重要なのは、電流注入単独で活性依存性脱分極を誘発することができ図3A中央パネル、紫色の波形の1、以下に記載するように、顕在化するために光遺伝学的刺激や図2に示されるような種類のネットワーク活動を必要としなかったということである。以前に記載された内側PFCのV層における形態学的サブネットワークに関連する可能性のある、活性依存性脱分極の存在と関連する形態学的特長もまた同定した12:活性依存性脱分極を示した細胞は、V層内に突出する多くの突起とともに、表層2/3に到達するまで2つに分岐しない1本の太い尖端樹状突起を常に有し図3B左パネル、n=5、対称的に、活性依存性脱分極を示さなかった細胞は、より不均一な形態を有し、4層または5層において分岐する尖端樹状突起を含むことが多かった右パネル。この効果の細胞事象に関する理解を深めるために、単一細胞レベルで同一された関連する電気生理学的パターンについて調べた。活性依存性脱分極は、さらなるスパイクを阻止した著しい脱分極図3Aの2、長期双安定性図3Aの3、電流注入によって誘発されるスパイクの増加図3Cの4、および直接刺激の期間よりも長く持続し、さらなるスパイクを誘発することができた後脱分極図3Cの5を含む、広い範囲の顕著な細胞行動を誘発したと考えられた。最もよく観察された後脱分極を図3Dに示すように定量化し、キンピロールによって誘発されたより広い範囲の効果を、脱分極電流の注入後の後脱分極ADP、脱分極によるスパイクの阻止脱分極遮断、双安定性、または脱分極電流注入の期間よりも長く持続した持続的な発火を示した、顕著な凹形曲線およびリバウンド後脱分極を示したV層錐体ニューロンの割合として図3Eに要約した。注目すべきは、双安定性が、典型的にはβ/γバンドの律動的活動と関連していたことである図3F、双安定性を示した4/6個の細胞は、それらの20~40Hzのパワースペクトルでピークを有した。次に、活性依存性脱分極がD2受容体によって媒介されることを確認することにした。実際に、抗精神病薬ハロペリドール0.2~10μM、図3A下パネル、緑色の波形、9/9個の細胞、またはより特定なD2拮抗薬スルピリド5μM、図3C下パネル、緑色の波形、2/2個の細胞のいずれかを使用してそれを阻止できることが分かった。活性依存性脱分極はまた、低用量のキンピロールを使用して誘発することができた:過分極電流パルスの間に顕著な凹形曲線およびその後にリバウンド後脱分極を示した8/10個の細胞において、5μM-キンピロールまたは10μMキンピロールにより活性依存性脱分極および関連する現象例えば、長期の後脱分極および/または双安定性が誘発された。また、キンピロールが神経興奮性に及ぼす正味の効果例えば、スパイクの増加対脱分極遮断および関連する現象が、キンピロール適用の用量および期間、ならびに入力強度に依存することも分かった。具体的には、キンピロール適用初期の間に、またはより長期のキンピロール適用後に長期脱分極もしくは双安定性へと移行する弱い脱分極入力に応じて、またはより強い脱分極入力に応じて、スパイクの増加がしばしば観察された。まれに、活性依存性脱分極は、対照条件キンピロールを適用する前において存在し、この現象が、ある状況において、切片におけるD2受容体の異常に高いレベルの活性化によって誘発され得ることを示唆しており、そのような場合n=3、中程度の用量のハロペリドール0.2~2μMによって、双安定性をより軽度の後脱分極に変換することができるか、または完全に活性依存性脱分極を阻止することができる。次に、全細胞電圧クランプにおいて、活性依存性脱分極を媒介する、考えられるイオンチャネル電流を同定することにした。活動電位を刺激するための一連の1ミリ秒ステップから0mVの後、キンピロール20μMは、-30Mvで徐々に活性化する脱分極電流を誘発し、-60mVで急速に不活性化するテール電流を増加させた:これらの効果はどちらもスルピリド5μMによって遮断された。これらの観察は、電圧依存性Ca2電流が活性依存性脱分極に寄与することを示唆しており、実際、電圧依存性Ca2チャネル拮抗薬の適用により、5/5個の細胞において活性依存性脱分極が阻止された5mMNi2または100μMニフェジピン、n=2、10μMニフェジピン、n=3、図3G下パネル、灰色の波形。活動電位の間に起こるL型チャネルを介したCa2流入は、スパイク再分極において重要な役割を果たすCa2依存性K電流を活性化するため、活性依存性脱分極におけるこのL型Ca2チャネルの役割は、D2受容体の活性化がスパイクに及ぼす影響のU字曲線について説明できるかもしれない図2C~F13。強力なD2の活性化は、L型チャネルを介したCa2流入を増加させ13、スパイクAHPを増大させ、短いスパイク間間隔で選択的にスパイクを抑制することが予想され、逆に、D2の遮断は、Ca2依存性K電流の動員を抑制し、スパイク再分極障害、より幅広いスパイク、より大きなNaチャネルの不活性化、より高いスパイク閾値、そして最終的には、短いスパイク間間隔のスパイクの減少をもたらすことが予想される。実施例3:フェンシクリジンPCPもまた、L型Ca2チャネルを介して、治療によって逆転可能な活性依存性脱分極を誘発するキンピロールが前頭前野出力を媒介するニューロンに及ぼす影響を調べ、それらの情報伝達能力を妨害する機構を同定し、次に、キンピロールの影響を別の精神異常発現薬であるフェンシクリジンPCPの影響と比較した。PCPは、ヒトにおいて統合失調症とよく似た症状を引き起こし14、動物において統合失調症をモデル化するために長い間使用されてきた。材料および方法Thy1::ChR2トランスジェニックマウスから単離された脳切片に直接電流刺激を与え、5μMPCPの非存在下または存在下における脱分極電流パルスに対する細胞応答の電気生理学的記録により、V層錐体ニューロンをモニタリングした。続いて、5μMスルピリドまたは10Mニフェジピンのいずれかを用いて脳切片を処理し、電気生理学的記録により処理に対する細胞応答をモニタリングした。統合失調症の認知障害および陰性症状の特徴を定量化するために、4~15mg/kgのニフェジピン単独で、または5mg/kgのPCPと組み合わせて処理したマウスにおいて社会的探索行動を測定した。5μMPCPの適用後に、脱分極電流の注入後の後脱分極ADP、脱分極によるスパイクの阻止脱分極遮断、双安定性、または脱分極電流注入の期間よりも長く持続した持続的な発火を示した、顕著な凹形曲線およびリバウンド後脱分極を示したV層錐体ニューロンの割合図4B。上:ニフェジピンによって社会的探索行動が用量依存様式で妨げられたn=各群に8頭のマウス。下:PCPによって社会的探索行動が妨げられたが、PCPで処理したマウスにおけるこの欠陥は、ニフェジピンによって用量依存様式で改善されたn=各群に8頭のマウス図4C。野生型マウスおよびCACNA1C機能獲得型遺伝子として設計されたTS2neoノックインマウスにおける、過分極電流パルスおよび脱分極電流パルスに対するV層錐体ニューロンの応答図4D20。=p<0.05、=p<0.01。4/4個の変異細胞および0/5個の野生型細胞において効果が認められ、大きな凹形曲線と、過分極電流の注入に応じたリバウンド脱分極とを示したフィッシャーの直接確率検定によるp<0.01。結果PCPの精神異常発現効果は、NMDA受容体の遮断に長い間寄与してきた:驚くべきことに、前頭前野のNMDA受容体を遮断する用量と同様の用量5μM15で、PCPは、キンピロールによって誘発されるものと実質的に同一である、直接刺激の期間よりも長く持続する活性依存性脱分極および後脱分極を引き起こした図4A、6/12個のV層錐体ニューロンにおいて観察された。これらの効果は、D2拮抗薬スルピリド5μM、n=2個の細胞によっては遮断されなかったが、L型Ca2チャネル拮抗薬ニフェジピン10μM、n=2個の細胞によって遮断されたことから、PCPは、D2受容体を活性化しないが、キンピロールのように、L型Ca2チャネルを介して活性依存性脱分極を引き起こすことが示唆された。特筆すべきは、PCPが、活性依存性脱分極を介して、直接刺激の期間よりも長く持続する後脱分極、スパイクを阻止する著しい脱分極、双安定性、および直接刺激の期間よりも長く持続する持続的な発火を含む、キンピロールがもたらしたものと同様の範囲の影響をもたらしたということである図4B。活性依存性脱分極は、この場合も、顕著な凹形曲線と、過分極電流の注入に応じたリバウンド後脱分極とを示したV層錐体ニューロンの亜集団に限定された活性依存性脱分極は、これらのニューロンのうちの6/9個、およびこれらの特性を示さない0/3個のV層錐体ニューロンに観察された。興味深いことに、いくつかの場合において、PCPは、ニフェジピンによって遮断された幅広い活動電位を誘発し、樹状Ca2スパイクを描く可能性があることが分かった図4A。最後に、Thy1::ChR2の皮質切片における一連の光パルスに対する応答の間、PCPがキンピロールと同様に短いスパイク間間隔でスパイクを抑制したことから、PCPがL型Ca2電流に及ぼす影響により、キンピロールの影響と同様に活動電位の間にCa2依存性K電流の動員を亢進させることが示唆された。構造的におよび機能的に異なる精神異常発現薬であるキンピロールおよびPCPが、実際に、共通の原因として重要なCa2チャネル依存性の異常な神経状態に集中する場合、PCP以前はこの種の経路と関連付けられてはいなかったが、L型Ca2チャネルを動員することによって、その精神異常発現作用の一部に影響を及ぼすことができるという予測が出てくる。この新規の仮説を検証するために、PCP5mg/kgおよびL型カルシウムチャネル拮抗薬ニフェジピン4、15mg/kgがマウスの社会的行動に及ぼす影響を測定した。仮説を立てた効果のU字曲線と一致して、ニフェジピン単独で、社会性を用量依存様式で低下させた図4C上、p<0.05、n=各群に8頭のマウス一方で、それとは著しく対照的に、ニフェジピンは、PCPによって誘発された社会的障害を同様の用量依存性を伴って改善した図4C下、p<0.05、n=8各群に8頭のマウスことが分かった。さらに、ニフェジピン15mg/kg、図示せずはまた、PCP単独で誘発された緊張病様行動例えば、旋回および硬直の発生率を低下させた16。これらのデータは、提案された仮説と一致する:ニフェジピン単独で、スパイクの再分極および反復性のスパイクを低下させるレベルまでCa2チャネルの活性化を減少させるが前頭前野によって媒介される行動が損なわれる、PCPと組み合わせると、適切な用量のニフェジピンは、過剰なレベルのカルシウムチャネルの活性化を減少させ長期のスパイクまたは双安定性を防止する、それによって、正常な前頭前野出力を回復させ、前頭前皮質によって媒介される行動をレスキューする。考察本明細書において、D2受容体の活性化によって媒介される新規の活性依存性脱分極を同定し、特徴付けてきた:この現象は、活性化されるとマウスにおいて精神異常発現性様行動を生じさせる、定義されたPFC内のV層錐体ニューロンのサブセットに存在する。また、この活性依存性脱分極が、双安定性、スパイク異常、およびこれらのニューロンを通る情報の流れを妨害する他の細胞行動を生じさせ、したがって、統合失調症および関連する形態の精神疾患において前頭前野機能不全の原因となり得る機構としての表面的妥当性を有すると判定した。驚くべきことに、根本的に異なるクラスの精神異常発現薬フェンシクリジンもまた、D2受容体の活性化とは無関係の、同様の活性依存性脱分極を誘発することが分かった。最後に、この共通の活性依存性脱分極は、L型Ca2チャネルに依存しており、L型Ca2チャネルを遮断することによって、行動するマウスにおけるPCPの精神異常発現効果が改善されると判定した。これらのV層ニューロンでは、統合失調症において損なわれる認知ドメインに影響を及ぼす態勢が整っている。キンピロールの効果によって示されるように、これらのニューロンはD2受容体を発現し、前頭前野D2受容体は作業記憶およびセット切り替え課題に関与しており9、17、さらに、PFCにおいて、D2受容体は、主として、PFCから他の脳領域に出力を送信するV層錐体ニューロン上に位置する4。したがって、図1A~Dに示される効果によって、これらのV層ニューロン内のL型Ca2チャネルは、線条体等の脳の領域に向かってPFCから流出する情報を大幅に変更することができる18。我々は、この仮説を立てた前頭前野出力のゲート開閉におけるD2受容体の役割は、D1受容体による遅延期間活動の安定化19~23、およびD1受容体を優先的に活性化する26位相性ドーパミン放出25による前頭前野入力のゲート開閉24を補完することができることに注目する。また、本明細書において報告される活性依存性脱分極によって媒介される様々な効果が、一見すると逆説的な臨床上の観察を説明する補助となり得ると推測することも興味深い。統合失調症または他の形態の精神疾患に罹患する急性精神病性の患者は、非常に脱線思考的であることが多く、会話および思考の両方が、仮に関連していてもごくわずかに関連性のある話題の間で急速に移り変わる。しかしながら、同じ患者が、ほぼ同時に、著しく固執的であり、彼らの思考または会話をある1つの考えまたは言葉から切り換えることができない可能性もある。活性依存性脱分極は、前頭前野ネットワークにおける固執行動および脱線行動の両方を支持することができる単一細胞現象を意味する。D2の活性化が、これらのニューロンにおけるスパイクを増大する活性依存性脱分極を介して、運動応答または随伴発射の引き金となる出力信号を媒介する前頭前野ニューロンのサブセットに影響を及ぼす場合7、9、18、27、結果として生じる異常なまたは長期のスパイク図2A、B、図3C、Eが、皮質ネットワークによって媒介されるプロセスにおける脱線行動に対応する乱雑なまたは不適切な出力信号を生じさせる可能性がある。極めて高レベルのD2の活性化は、一方で、双安定性図3Aまたは脱分極によるスパイクの阻止図3A、Eを引き起こす可能性があり、出力信号を防止し、固執性または緊張病性のネットワーク行動に対応する。高用量の抗精神病薬を用いたD2受容体の遮断は、この重要な出力ニューロンの集団における前頭前野の情報伝達を抑制し図2C、D、F、図3A、C、臨床的に観察されるように、精神運動制止遅滞およびパーキンソニズムに寄与する可能性があるため、治療の副作用もまた、この細胞表現型によって説明されるかもしれない。D2受容体の過剰な活性化および遮断の両方が同様の表現型スパイクの減少をもたらすという事実は、他の精神医学的現象、例えば、DI受容体の活性化の効果のU字曲線19、およびMeCP2の過剰発現および過小発現によって引き起こされる同様の神経学的憎悪28等を連想させる。L型Ca2チャネルは、全ゲノム関連解析によって統合失調症と関連付けられているが29、現在まで、それらの役割に関する明確な仮説が存在しなかった。事実、わずかな例外を除いて30、特定のニューロンにおけるイオンチャネルを精神疾患の症状と関連付けることは非常に困難であった。遺伝子の研究もまた、L型Ca2チャネルを統合失調症において見られるものと同様の脱線思考および認知障害を含む32双極性障害と関係付けており31、我々は、長期L型電流35によってL型Ca2チャネルの活性の増加をもたらすように設計されたマウス系33、34が、V層ニューロンにおいて同様の細胞機能不全を誘発したことを最近発見した図4D。我々はまた、L型Ca2チャネルの拮抗作用により社会的行動が損なわれた一方で、同じ用量が、この行動においてPCPによって誘発された障害をレスキューしたことも発見した図4C。適度な用量のニフェジピンおよび他のL型カルシウムチャネル拮抗薬は、統合失調症の治療のために有望である場合もあるが36~38、決定的な研究が欠落している。本明細書において報告された知見は、前頭前野ニューロンの特定の亜集団における特定のイオンチャネルによってもたらされる現象を、統合失調症および他の精神疾患に関連する総体症状と関連付ける、関連性のある細胞エンドフェノタイプを提供することにより、そのような研究の慎重な設計および用量選択に情報を提供することができる。上述の発明は、明確な理解のための説明および例としてある程度詳細に記載してきたが、説明および例は、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではない。本明細書に開示される全ての参考文献、刊行物、および特許出願は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。参考文献1PSGoldmanRakicLDSelemonSchizophrBull234372DMBarchetalArchGenPsychiatry582803MSLidowFWangYCaoPSGoldmanRakicSynapse28104NSantanaGMengodFArtigasCerebCortex198495ABonciFWHopfNeuron473356RMKessleretalNeuropsychopharmacology3119917CFrithLancet3466158BRArenkieletalNeuron542059MWangSVijayraghavanPSGoldmanRakicScience30385310RYPengRSMansbachDLBraffMAGeyerNeuropsychopharmacology321111AFArnstenJXCaiJCSteerePSGoldmanRakicJNeurosci15342912YWangetalNatNeurosci953413BPBeanNatRevNeurosci845114DCJavittSRZukinAmJPsychiatry148130115RYWangXLiangNeuropsychopharmacology197416GTBolgerMFRaffertyJNCrawleySMPaulPSkolnickPharmacolBiochemBehav254517SBFlorescoOMagyarSGhodsSharifiCVexelmanMTTseNeuropsychopharmacology3129718TWRobbinsSchizophrBull1639119GVWilliamsPSGoldmanRakicNature37657220DDurstewitzJKSeamansTJSejnowskiJNeurophysiol83173321KYTsengPO’DonnellCerebCortex154922GWintererDRWeinbergerTrendsNeurosci2768323KSidiropoulouetalNatNeurosci1219024TSBraverDMBatchJDCohenBiolPsychiatry4631225WSchultzAnnuRevNeurosci3025926YGotoAAGraceNatNeurosci880527YWangPSGoldmanRakicProcNatlAcadSciUSA101509328MChahrourHYZoghbiNeuron5642229MNyegaardetalMolPsychiatry1511930VKrishnanetalCell13139131PSklaretalMolPsychiatry1355832MFGreenJClinPsychiatry67e1233ISplawskietalCell1191934SRWersingerBettGCHessRABaizerRasmussonRLpaperpresentedattheSocietyforNeuroscience2008WashingtonDC200835CFBarrettRWTsienProcNatlAcadSciUSA105215736KYamadaetalPsychiatryClinNeurosci4923737KYamadaetalJClinPsychopharmacol1643738BLSchwartzMFayMcCarthyKKendrickRBRosseSIDeutschClinNeuropharmacol20364配列ChR2のアミノ酸配列:MDYGGALSAVGRELLFVTNPVVVNGSVLVPEDQCYCAGWIESRGTNGAQTASNVLQWLAAGFSILLLMFYAYQTWKSTCGWEEIYVCAIEMVKVILEFFFEFKNPSMLYLATGHRVQWLRYAEWLLTCPVILIHLSNLTGLSNDYSRRTMGLLVSDIGTIVWGATSAMATGYVKVIFFCLGLCYGANTFFHAAKAYIEGYHTVPKGRCRQVVTGMAWLFFVSWGMFPILFILGPEGFGVLSVYGSTVGHTIIDLMSKNCWGLLGHYLRVLIHEHILIHGDIRKTTKLNIGGTEIEVETLVEDEAEAGAVP配列番号1SFOのアミノ酸配列:MDYGGALSAVGRELLFVTNPVVVNGSVLVPEDQCYCAGWIESRGTNGAQTASNVLQWLAAGFSILLLMFYAYQTWKSTCGWEEIYVCAIEMVKVILEFFFEFKNPSMLYLATGHRVQWLRYAEWLLTSPVILIHLSNLTGLSNDYSRRTMGLLVSDIGTIVWGATSAMATGYVKVIFFCLGLCYGANTFFHAAKAYIEGYHTVPKGRCRQVVTGMAWLFFVSWGMFPILFILGPEGFGVLSVYGSTVGHTIIDLMSKNCWGLLGHYLRVLIHEHILIHGDIRKTTKLNIGGTEIEVETLVEDEAEAGAVP配列番号2SSFOのアミノ酸配列:MDYGGALSAVGRELLFVTNPVVVNGSVLVPEDQCYCAGWIESRGTNGAQTASNVLQWLAAGFSILLLMFYAYQTWKSTCGWEEIYVCAIEMVKVILEFFFEFKNPSMLYLATGHRVQWLRYAEWLLTSPVILIHLSNLTGLSNDYSRRTMGLLVSAIGTIVWGATSAMATGYVKVIFFCLGLCYGANTFFHAAKAYIEGYHTVPKGRCRQVVTGMAWLFFVSWGMFPILFILGPEGFGVLSVYGSTVGHTIIDLMSKNCWGLLGHYLRVLIHEHILIHGDIRKTTKLNIGGTEIEVETLVEDEAEAGAVP配列番号3C1V1のアミノ酸配列:MSRRPWLLAL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