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神経回路状態に依存したシナプス統合の多次元的解析

Research Project

Project/Area Number 20021031
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

井上 剛  Okayama University, 大学院・医歯薬学総合研究科, 准教授 (40370134)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 井本 敬二  生理学研究所, 生体情報研究系, 教授 (00176512)
Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥5,200,000)
Fiscal Year 2009: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2008: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Keywords視床-大脳皮質 / 神経回路 / シナプス統合 / シナプス配線 / ダイナミッククランプ / 神経修飾物質
Research Abstract

本研究課題では、スライスパッチクランプ法にダイナミッククランプ法を組み合わせることにより「ハイブリッド神経回路」を構築し、この手法を用いて視床-大脳皮質神経回路の動作挙動について調べた。二つの視床リレー細胞から大脳皮質4層主要細胞(Regular Spiking細胞)へのシナプス統合を調べた結果、この視床-大脳皮質神経経路には三種類のシナプス統合が存在すること、またこれらのシナプス統合が神経修飾物質(ノルエピネフリン、アデノシン)によってスイッチされることも明らかにした。すなわち、神経修飾物質は局所神経回路レベルにおいて「タイミングスイッチ」として働いている。
次に、局所神経回路レベルにおけるタイミングスイッチが、細胞・シナプスレベルでどのように制御されているのか、そのメカニズムに関して電気生理学的手法を用いて検討した。対象の局所神経回路上のFast-Spiking(FS)細胞に着目した結果、ノルエピネフリンはFS細胞を脱分極させるが、FS細胞における視床由来のシナプス電位にはほとんど影響を与えなかった。一方で、アデノシンはFS細胞の膜電位をほとんど変化させないが、FS細胞にける視床由来のシナプス電位の振幅を顕著に小さくすることが明らかとなった。最後にネットワークシミュレーションを用いた研究によって、上記の細胞・シナプスレベルの変化のみで、局所神経回路レベルの現象であるタイミングスイッチが説明可能であることも明らかとなった。すなわち、電気生理学的アプローチ・コンピュータシミュレーション・およびその融合型アプローチ(ハイブリッド神経回路)を用いることにより、「抑制回路状態に依存したシナプス統合」の存在と、その細胞・シナプスメカニズムについて明らかにすることができた。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2009 2008

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Hypothalamic orexin stimulates feeding-associated glucose utilization in skeletal muscle via sympathetic nervous system.2009

    • Author(s)
      Tetsuya Shiuchi
    • Journal Title

      Cell Metab 10

      Pages: 466-480

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Precise size determination of amphotericin B and nystatin channels formed in erythrocyte and liposomal membranes based on osmotic protection experiments2008

    • Author(s)
      Takashi Katsu
    • Journal Title

      Anal Sci 24

      Pages: 1551-1556

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 人工シナプスを用いたハイブリッド神経回路2009

    • Author(s)
      井上剛
    • Organizer
      第47回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      徳島
    • Year and Date
      2009-11-01
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経修飾物質でスイッチされるシナプス統合:その細胞メカニズム2009

    • Author(s)
      井上剛
    • Organizer
      第32回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-16
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] フィードフォワード抑制回路に対する神経修飾物質の作用 : ダイナミッククランプ法による研究2008

    • Author(s)
      井上剛
    • Organizer
      第46回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2008-12-05
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 視床-大脳皮質間における三種類の信号伝達モード : 神経修飾物質による切り替え2008

    • Author(s)
      井上剛
    • Organizer
      第31回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-07-09
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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