Neural information processing by interaction of the dendritic membrane and extracellular electric fields : Experimental studies and construction of mathematical models

• Project/Area Number: 17300096
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Bioinformatics/Life informatics
• Research Institution: Tokyo University of Pharmacy and Life Science
• Principal Investigator: MIYAKAWA Hiroyoshi Tokyo University of Pharmacy and Life Science, 生命科学部, 教授 (90166124)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): INOUE Masashi 東京薬科大学, 生命科学部, 講師 (30339098)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): OHMORI Toshiaki 理化学研究所, 脳科学総合研究センター・脳数理研究チーム, 研究員 (10391898)
• Project Period (FY): 2005 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥17,530,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥2,130,000); Fiscal Year 2008: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2007: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2006: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2005: ¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000)
• Keywords: 細胞外電場 / 電位イメージング / 電位非依存性イオンチャネル / EPSP / 数理モデル / ケーブル方程式 / シミュレーション / 樹状突起 / シュミレーション / ニューロン / 電気生理学 / 膜抵抗分布 / 活動電位

Research Abstract

電位イメージング法により細胞外電場に対する海馬ニューロンの応答を実験的に検討し、(1) 活動電位の発生部位が直流電場によって移動すること、(2) 直流電場に対する応答がIhチャネルには本質的に依存しないが、(3) リークチャネル、TRPチャネルを修飾する条件下では変化することを見出した.(4) コンピュータシミュレーションにより、直流電場に対する応答の決定要因の一つが樹状突起端の膜抵抗にあることを示した.(5) 樹状突起をケーブルとみなし、細胞外電場に対する応答をケーブル方程式の解析解として理論的に求める方法を開発した.その結果、一端にリークのあるケーブルでは周期的細胞外電位に対して周波数選好性のみられること、さらに(6) 非リーク端における電位変化の振幅が増大することを見出した.

Research Products

• [Journal Article] Steep decrease in the specific membrane resistance in the apical dendrites of hippocampal CA1 pyramidal neurons (2009)
  • Author(s): Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and Okada, M.
  • Journal Title: Neuroscience Researh 64 Pages: 83-95
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] athematical analysis on dynamical behavior of a cylinderical cable induced by extracellular electrical field II (2009)
  • Author(s): Monai,H., Omori, T., Okada, M., Inoue, M., Miyakawa, H., and Aonishi, T.
  • Journal Title: 信学技報 108 Pages: 81-86
• [Journal Article] steep decrease in the specific membrane resistance in the apical dendrites of hippocampal CAl pyramidal neurons (2009)
  • Author(s): Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., & Okada, M.
  • Journal Title: Neuroscience Research 64 Pages: 83-95
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mathematical analysis on dynamical behavior of acylinderical cable induced by extracellular electrical field H (2009)
  • Author(s): Monai, H., Omori, T., Okada, M., Inoue, M., Miyakawa, H., & Aonishi, T.
  • Journal Title: 信学技報 108 Pages: 81-86
• [Journal Article] 細胞の摂動応答を用いた樹状突起先端部における膜比抵抗の推定 (2007)
  • Author(s): 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上雅司、岡田真人
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 106(588) Pages: 25-30
  • NAID: 110006249021
• [Journal Article] 細胞外電場負荷時のシリンダーケーブルの振る舞いの数理解析 (2007)
  • Author(s): 毛内拡, 青西亨, 井上雅司, 宮川博義
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 107(542) Pages: 157-162
  • NAID: 110006783217
• [Journal Article] 細胞の摂動応答を用いた樹状突起先端部における膜比抵抗の推定 (2007)
  • Author(s): 大森敏明, 他4名
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 106(588) Pages: 25-30
  • NAID: 110006249021
• [Journal Article] Estimated distribution of specific membrane resistance in hippocampal CA1 pyramidal neuron (2006)
  • Author(s): Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and OkadaM
  • Journal Title: Brain Research 1125 Pages: 199-208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimated distribution of specific membrane resistance in hippocampal CA1 pyramidal neuron (2006)
  • Author(s): Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Masashi Inoue, Masato Okada
  • Journal Title: BRAINRESEARCH 1125 Pages: 199-208
• [Journal Article] 細胞外電場負荷によって錐体細胞樹状突起に誘起される電流応答のコンパートメントモデルによる解析 (2005)
  • Author(s): 大和卓人、井上雅司、工藤佳久、宮川博義
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 104(759) Pages: 13-18
  • NAID: 110003234157
• [Journal Article] 海馬スライスにおける膜電位振動(2-7Hz)の膜電位イメージング法による時空解析 (2005)
  • Author(s): 粕谷奉幸、工藤佳久、宮川博義、井上雅司
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 104(759) Pages: 25-30
  • NAID: 110003234159
• [Journal Article] 細胞の動態から回路網の動態へ-NEURONシミュレータによる仮想生理実験- (2005)
  • Author(s): 青西亨、宮川博義、井上雅司、岡田真人
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 104(759) Pages: 49-54
  • NAID: 110003234163
• [Journal Article] 細胞外電場負荷によって錐体細胞樹状突起に誘起される電流応答のコンパーメントモデルによる解析 (2005)
  • Author(s): 大和卓人, 井上雅司, 工藤佳久, 宮川博義
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 104-759 Pages: 13-17
• [Journal Article] カルシウム蛍光指示薬の分散的負荷法による歯状回ネットワーク活動の解析 (2005)
  • Author(s): 村山正宜, 宮崎憲一, 工藤佳久, 宮川博義, 井上雅司
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 104-759 Pages: 19-24
  • NAID: 110003234158
• [Journal Article] 海馬スライスにおける膜電位振動(2-7Hz)の膜電位イメージング法による時空解析 (2005)
  • Author(s): 粕谷奉幸, 工藤佳久, 宮川博義, 井上雅司
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 104-759 Pages: 25-30
  • NAID: 110003234159
• [Journal Article] 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定 (2004)
  • Author(s): 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上雅司、岡田真人
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 104(473) Pages: 7-12
  • NAID: 110003234070
• [Presentation] 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析 (2008)
  • Author(s): 毛内拡、青西亨、大森敏明、岡田真人、井上雅司、宮川博義
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-07-09
• [Presentation] ダイナミック・クランプを実現するリアルタイム計測・制御システムの構築 (2008)
  • Author(s): 角田敬正、大田桂輔、渡部重夫、宮川博義、青西亨
  • Organizer: 電子情報通信学会、ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-03-12
• [Presentation] 細胞外電場負荷時のシリンダーケーブルの振る舞いの数理解析 (2008)
  • Author(s): 毛内拡, 他3名
  • Organizer: 電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 町田(玉川大学)
  • Year and Date: 2008-03-12
• [Presentation] ダイナミック・クランプを実現するリアルタイム計測・制御システムの構築 (2008)
  • Author(s): 角田敬正, 他4名
  • Organizer: 電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 町田(玉川大学)
  • Year and Date: 2008-03-12
• [Presentation] 細胞外電場負荷時のシリンダーケーブルの振る舞いの数理解析 (2008)
  • Author(s): 毛内拡、青西亨、井上雅司、宮川博義
  • Organizer: 電子情報通信学会、ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-03-02
• [Presentation] Mathematical analysis on dynamical behavior of a cylinderical cable induced by extracellular electrical field (2008)
  • Author(s): Monai, H., Aonishi, T., Omori, T., Inoue, M., Okada, M., Miyakawa, H.
  • Organizer: Neuroscience2008
  • Place of Presentation: Washington, DC.U.S.A
• [Presentation] 海馬CA1錐体細胞における位相応答曲線の推定と確率的挙動の予測 (2008)
  • Author(s): 太田桂輔, 青西亨, 渡部重夫, 宮川博義, 大森敏明, 岡田真人
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Mathematical analysis on dynamical behavior of acylinderical cable induced by extracellular electricalfield. (2008)
  • Author(s): Monai, H., Aonishi, T., Omori, T., Inoue, M., Okada, M., & Miyakawa, H.
  • Organizer: Neuroscience 2008
  • Place of Presentation: Washington, DC.
• [Presentation] Intracellular Ca2+ elevation accompanying NMDA receptor-mediated piateau potential in hippocampal CAl Pyramidal neurons. (2008)
  • Author(s): Kodama, S., Watanabe, S., Suzuki, T., Izumi, T., Baba, H., Inoue, M., & Miyakawa, H.
  • Organizer: Neuroscience 2008
  • Place of Presentation: Washington, DC.
• [Presentation] ベイズ統計に基づいた海馬CA1錐体細胞の摂動応答計測 (2007)
  • Author(s): 太田桂輔, 他5名
  • Organizer: Neuro2007
  • Place of Presentation: 横浜(パシフィコ横浜)
  • Year and Date: 2007-09-11
• [Presentation] Steep decrease of membrane resistance in distal dendrite of hippocampal CA1 pyramidal neuron (2006)
  • Author(s): Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and Okada, M.
  • Organizer: Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Georgia, Atlanta
• [Presentation] Frequency preference of apical dendrites in response to sinusoidal electric field (2006)
  • Author(s): Shimizu, Y., Miyakawa, H., and Inoue, M.
  • Organizer: The 29^<th> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: Kyoto
• [Presentation] Non-Uniform Passive Membrane Property in Dendrite Estimated by Fitting Multi -Compartment Model to Voltage Imaging Data (2006)
  • Author(s): Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and Okada, M.
  • Organizer: Computational and Systems Neuroscience
  • Place of Presentation: Salt Lake City
• [Presentation] 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定 (2004)
  • Author(s): 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上 雅司、岡田真人
  • Organizer: 日本神経回路学会第14回全国大会
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定 (2004)
  • Author(s): 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上 雅司、岡田真人
  • Organizer: 日本物理学会2004年秋季大会
  • Place of Presentation: 青森大学
• [Presentation] 海馬CA1領域における細胞外電場に対する応答特性へのIhの寄与は小さい (2004)
  • Author(s): 秋山博紀、鈴木崇之、岡野祥子、工藤佳久、宮川博義、井上雅司
  • Organizer: 日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
• [Presentation] Are distal dendrites 'leaky'? Voltage imaging reveals unique spatiotemporal responses to DC fields in hippocampal slices (2004)
  • Author(s): Inoue, M., Miyakawa, H.
  • Organizer: Spring Hippocampal Research Conference
  • Place of Presentation: Grand Cayman BWI
• [Presentation] 細胞外電場負荷によって錐体細胞樹状突起に誘起される電流応答のコンパートメントモデルによる解析 (2004)
  • Author(s): 大和卓人、井上雅司、工藤佳久、宮川博義
  • Organizer: 電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 玉川大学工学部
• [Presentation] 膜電位イメージング法を用いたラット海馬スライスにおける膜電位振動(2-7 Hz)の解析 (2004)
  • Author(s): 粕谷奉幸、工藤佳久、宮川博義、井上雅司
  • Organizer: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
  • Place of Presentation: 玉川大学工学部
• [Book] 細胞の摂動応答の光計測とシミュレーションによる膜特性の推定 (2006)
  • Author(s): 井上雅司、大森敏明
  • Publisher: 日本シミュレーション学会シミュレーション25
• [Book] ニューロンの樹状突起先端部の膜抵抗 (2004)
  • Author(s): 宮川博義、井上雅司、秋山博紀、大森衣里子
  • Publisher: 日本生物物理学会生物物理44(通巻254号)