脳の記憶・学習機能における海馬の役割の計算論的研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03251204
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 原 健一 山形大学, 工学部, 教授 (60017316)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北嶋 龍雄 山形大学, 工学部, 助教授 (10007247)
• Keywords: 脳の記憶・学習機能 / 計算論的アプロ-チ / 海馬 / 長期増強(LTP) / 長期抑圧(LTD) / 誘発と発現 / LTPとLTDの総合機構 / LTPとLTDの切り替え

Research Abstract

海馬は、脳の記憶・学習機能の形成に深く関与していると考えられている。海馬体の神経細胞の興奮性シナプスにおいて、短時間に高頻度刺激を与えると、長時間にわたってシナプスの伝達効率が増強あるいは仰圧される現象がみられる。このような長期増強(LTP)や長期抑圧(LTD)は記憶・学習や忘却等の機能形成の基礎過程として注目されている。本研究は、脳の記憶・学習機能における海馬の役割を計算論的アプロ-チにより解明することを目的とする。本研究を進めるに当たって、まず、長期増強と長期抑圧の機能を有する神経細胞のモデルを構成する必要がある。さらにそのモデル化は、生理学的、生化学的実験結果に基づいて行われる。
Sejnowskiiらの実験結果によれば、海馬CA1野において、シャファ-側枝に強い入力,交連線維に弱い入力が同期して与えられた場合にはLTP、非同期的に与えられた場合にはLDTが交連線維におけるシナプスに発現する。また、Artolaらは、シナプス後細胞の膜電位のレベルによりシナプス伝達効率の増強あるいは抑圧が発現することを報告した。シナプス後細胞の脱分極がある閾値を越えるとLTDが発現する。さらにその脱分極が第2の閾値に達するとLTPが発現する。Tumotoらはシナプス後細胞の脱分極やCA^<2+>濃度がシナプス伝達効率のLTPあるいはLTDをもたらす役割を担っていると推測している。
本年度の研究では、上記の実験結果を考慮して、LTPとLTDの誘発と発現の総合機構のモデルを構成した。Levyらは、同側内嗅野と対側内嗅野に与える入力の強さとタイミングにより対側内嗅野一顆粒細胞のシナプスにLTPあるいはLTDが発現することを示した。本モデルをLevyらの実験に適用して、Levyらの実験結果と共に、Artolaら,Tsumotoらの実験結果を説明した。

Research Products

• [Publications] 北嶋 龍雄,原 健一: "長期増強と長期抑圧の発現機構の統合モデル" 電子情報通信学会技術研究報告. NC91ー49. 9-14 (1991)
• [Publications] Kitajima,T.Hara,KーI: "A Model for the Integrated Mechanism of Induction and Expression of LTP and LTD" HIPPOCAMPUS.