• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

昆虫機械受容系の熱雑音感受性と中枢における微弱信号抽出機構

研究課題

研究課題/領域番号 12048202
研究種目

特定領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関北海道大学

研究代表者

下澤 楯夫  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10091464)

研究分担者 青沼 仁志  北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (20333643)
西野 浩史  北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (80332477)
馬場 欣哉  富山大学, 工学部, 講師 (30238232)
研究期間 (年度) 2000 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
2001年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2000年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円)
キーワード機械感覚細胞 / 介在神経 / 昆虫 / 熱雑音 / 情報機械 / 情報伝送量 / エネルギー感度 / 閾値 / 確率共鳴 / 情報伝送速度 / 内部雑音
研究概要

昆虫の機械受容器は、常温の熱揺動エネルギーk_BT(約4×10^<-21>J、可視光フォトンのエネルギーの1/100)をも検出できる最高度に進化した刺激受容系である。コオロギ気流感覚細胞が熱雑音(ブラウン運動)に揺すられて発火するほど高感度なこと、中枢の介在神経は熱雑音の無相関性を利用して閾値以下の微弱な信号を抽出することを明らかにする目的で本プロジェクトを遂行した。フォトンのような量子を持たない機械受容器、化学受容器、イオンチャンネル、シナプス受容体などは必然的に熱雑音に出会うから、雑音揺らぎやシナプス加重機構が神経系一般に広くみられることなど、情報機械としての神経系が究極の乱数発生器としての熱雑音を利用する設計原理の解明につながる。
コオロギを実験材料に、気流感覚器の機械的構造と感覚細胞のエネルギー変換応答とを分離し、分子熱雑音限界までエネルギー感度を進化させた機械感覚細胞の刺激受容機構解明の手がかりを得、情報機械としての感覚細胞の性質を解明するため感覚細胞が運ぶ情報、感覚細胞が介在神経に伝える情報量の定量化を試みた。中枢の介在神経から記録をとり、閾値付近の気流刺激への応答から、感覚細胞から介在神経への情報伝送量を測定した。コオロギの気流感覚細胞が運ぶ情報量はスパイク1つ当たり2〜4bit。入力感覚繊維1本あたりの情報量はおよそ300bits/secであることを示した。また、中枢の気流感覚介在神経の樹状突起部から細胞内記録をとり、閾値付近の人口白色雑音波形を繰り返し与え、後シナプス集合電位の変動分から、気流から介在神経までの情報伝送量(bits/sec)を測定した結果、50〜200bits/sec程度とばらつきはあるが1個の感覚細胞が伝える情報量より遥かに小さいことがわかった。昆虫の機械受容器は究極感度まで進化し熱雑音に直面している、逆説的に熱雑音のエネルギーと無相関性を利用してさらに微弱な信号を検出する中枢機構が進化したことが示唆された。

報告書

(2件)
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (10件)

  • [文献書誌] Aonuma, H.: "Opposing actions of nitric oxide on synaptic inputs of identified interneurones in the central nervous system of the crayfish"J. Exp. Biol.. 204. 1319-1332 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Nishino, H.: "Hygro-and Thermoreceptive interneurons in the cockroach brain"Zool. Sci.. 18 Suppl.. 105 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Fujie, S.: "The nitric oxide/cyclic GMP pathway in olfactory processing system of the terrestrial slug Limax marginatus"Zool. Sci.. 19. 15-26 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Baba: "Proportional inhibition in the cricket medial giant interneuron"J Comp Physiol A. 187. 19-25 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 下澤楯夫: "神経系は熱雑音をも利用する"生物物理. 229. 156-161 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Suzuki: "Analysis of neural spike trains with interspike interval reconstruction"Biol.Cybern.. 82. 305-311 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 木立智英: "コオロギの気流感覚細胞における情報量の計測"電子情報通信学会技術報告. MBE2000-29. 7-11 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 馬場欣哉: "昆虫気流感覚介在神経における等比抑制"電子情報通信学会技術報告. MBE2000-28. 1-6 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 下澤楯夫: "バイオミメティックハンドブック"エヌ・ティー・エス. 1139 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Shimozawa: "Proceedings of the international symposium on Recent Developments in Auditory Mechanics"World Scientific. 528 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

URL: 

公開日: 2000-04-01   更新日: 2018-03-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi