網膜神経系のシナプス伝達機構:生理・解剖実験とニューラルネット工学

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06044181
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 安井 湘三 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (50132741)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 雅弘 筑波大学, 生物科学系電子技術総合研究所・超分子部(併任)主任研究員, 教授 ; STELL W.K. カルガリー大学, 医学部, 教授 ; DJAMGOZ M.B. ロンドン大学インペリアルカレッジ生物学科, 教授 ; 八木 哲也 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (50183976)
• Keywords: 網膜 / 水平細胞 / シナプス / グルタミン酸 / 可塑性 / ニューラルネットワーク / 抗体 / 一酸化窒素

Research Abstract

本研究の目的は、網膜という自然が造った階層型神経回路を対象に、伝達物質受容やシナプス修飾の分子機構、さらに、これらが明/暗順応やS/N環境に依存して受容野や分光特性へ与える可塑的制御の仕組みを究明することである。アプローチとしては生理実験や免疫学的手法を含む形態学的方法、およびニューラルネット工学による解析である。また、これらから期待される成果を応用して、環境適応型画像処理装置の開発に向けた工学モデルの構築も目的に含まれる。
具体的には目下のところ、錐体視細胞→H1水平細胞のシナプス伝達機構の究明に研究の主力を注いでいる。6年度は初年度であるが、研究は概ね順調に進んでいる。とくに、一酸化窒素(NO)に関連したテーマの一部は交付申請書の計画よりも早い。本年度の主な報告事項は以下の通りである。
(1)APB感受性短波長系シナプスのH1細胞内分子機構にはアルギニン→NOS→NO→GC→cGMPの経路が存在することがcGNP注入、入力抵抗測定、分光感度測定等の実験より示された。
(2)上記経路は明順応下でのみ起動される、すなわちNOは明順応信号であることが示唆された。このことは、APB感受性シナプスが暗順応時には不活性であることを説明するものである。
(3)H1水平細胞の分光感度曲線は明順応時の急峻になることを実験的に示し、この結果をAPBシナプスとNOの関係で説明することに成功した。
(4)APBシナプスがH1細胞がもつ受容野サイズの波長依存性に密接に関与していることを実験的に示すとともに、これを考慮した可塑性非線形ケーブルモデルの構築をH1水平細胞層について開始した。
(5)網膜内で産生されるNOの検出/測定に関する予備的実験を開始した。
(6)免疫組織化学について、カイニン酸型のGluR5,6,7およびNMDA型のサブユニットが水平細胞層に認められたが、肝心のAPBレセプター固有のmGluR6については今のところ不明である。

Research Products

• [Publications] Yasui,Syozo: "Convergence suppression and divergence facilitation forpruning multioutput back-propagation networks" Proc.3rd Int′1 Conf.on Fuzzy Logic Neural Nets and Soft Computing. 137-139 (1994)
• [Publications] 安井湘三: "脳のNO:NOはYESでブレークスルー!?" 日本神経回路学会誌. 1. 39-42 (1994)
• [Publications] 宮本雅治: "無駄時間系の予測制御:フィードバック誤差学習法を用いた追従眼球運動系モデル" 電子情報通信学会技術研究報告. 93. 40-54 (1994)
• [Publications] 樋口 聰: "鯉網膜水平細胞の色に依存した光応答増強メカニズム" 電子情報通信学会技術研究報告. 93. 85-91 (1994)
• [Publications] 古川徹生: "NitropurssideとH1水平細胞" 第71回日本生理学会大会予稿集. 219 (1994)
• [Publications] 内山孝弘: "視覚生理研究用カラーディスプレイ装置の開発とその応用" 電子情報通信学会技術研究報告. 94. 31-37 (1994)
• [Publications] 安井湘三: "収斂抑制と発散促進:多出力NNの構造学習" 日本神経回路学会第5回全国大会講演論文集. 216-217 (1994)
• [Publications] 片野和彦: "コイ網膜H1水平細胞におけるNOの作用と網膜神経回路の可塑性" 日本神経回路学会第5回全国大会講演論文集. 58-59 (1994)
• [Publications] Petruv,R.: "The involvement of nitric oxide in spatio-chromatic signalling in the H1 horizontal cell network in carp retina" Symp.on Nitric Oxide in the Nervous System:An abstract book(Pergamon). 4,15 (1994)
• [Publications] 古川徹生: "No→cGMPを介したH1型水平細胞の受容野調節機構" 生理視覚研究会予稿集. 12 (1994)
• [Publications] 安井湘三: "特別講演:網膜可塑性シナプスの発掘と究明" 電子情報通信学会技術研究報告. 94. 63-68 (1995)
• [Publications] 古川徹生: "運動画像の速度検出学習によって発現する時空間受容野の構造解析" 電子情報通信学会技術研究報告. 94. 1-8 (1995)
• [Publications] 安井湘三: "NO関連物質のH1水平細胞分光入力抵抗への影響" 第72回日本生理学会大会予稿集. 49 (1995)
• [Publications] Yasui,Syozo: "Convergence suppression and divergence facilitation:new approach to prune hidden layer and weights of feedforward neural networks" Proc.IEEE Int'1 Symp.on Circuits and Systems. (in press).
• [Publications] Yagi,Tetsuya: "Ionic conductance of monkey solitary cone inner segment" Journal of Neurophysiolgy. 71. 656-665 (1994)
• [Publications] Yagi,Tetsuya: "What do we learn from the retina?" Extended abstracts of the 1994 Int'1 Conf.on Solid State Devices and Materials,Yokohama. 355-357 (1994)
• [Publications] Kobayashi,H.: "Light-adaptive architectures for regularization vision chips" Neural Networks. 8. 87-101 (1995)
• [Publications] Ohshima,Shigemichi: "Computational studies on the interaction between red cone and H1 horizontal cell" Vision Research. 35. 149-160 (1995)
• [Publications] 八木哲也: "初期視覚における網膜双極細胞の機能について" 電子情報通信学会論文誌. (掲載予定).
• [Publications] Yamada,Masahiro: "Sodium nitroprusside sharpens spectral sensitivity curve of H1 horizontal cells in carp retina" Symp.on Nitric Oxide in the Nervous System:An abstract book(Pergamon). 4.18 (1994)
• [Publications] 山田雅弘: "ニトロプルシッドNaによる網膜rod水平細胞間ギャップ結合の制御" ギャップ結合研究会抄録. (1994)
• [Publications] 山田雅弘: "ニトロ・プルシッドはH1水平細胞の分光感度を尖らす" 第72回日本生理学会大会予稿集. (1995)
• [Publications] 富江敏尚: "密着型X線顕微鏡とその応用" プラズマ・核融合学会誌. 70. 837-842 (1994)
• [Publications] Yamada,Masahiro: "Nitroprusside sharpens spectral sensitivity of H1 horizontal cell in carp retina" Abstracts of Satellite Sympo.of IUPHAR ″Nitric oxide in the nervous system. 4.18 (1994)
• [Publications] Yamada,Masahiro: "Nitric oxide sharpens spectral sensitivity of H1 horizontal cells in carp retina" Neuroscience Research. 1994. S.44 (Suppl.19)
• [Publications] Miyazaki,K.: "Light facilitates nitric oxide production in carp retina" Neuroscience Research. Suppl.19. S103 (1994)
• [Publications] Kaneko,H: "Trace determinations of NO produced in carp retina by photometry and differential pulse voltammetry" Review of Polarography. 64 (1994)
• [Publications] Yamada,Masahiro: "Control of receptive field size in retinal horizontal cells:Direct modulation of gap junctional conductance and plasticity of photoreceptor synaptic input" Progress in cell Research. 4. 269-272 (1995)
• [Publications] Wagner,H.J.: "Spinules:a case of retinal synaptic plasticity" Trends Neurosi.(1994)
• [Publications] Greenstreet,E.: "Triphasic chromaticity-type horizontal cells selectively contact short wavelength-sensitive cone photoreceptors in the retina of a cyprinid fish" Proc.R.Soc.Lond. 256. 227-230 (1994)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Plasticity of spatio-chromatic signalling in the H1 horizontal cell network of teleost retina" Exp.Eye Res.(in press).
• [Publications] Stell,W.K.: "Chromatic and neurochemical corelates of synapses between cones and horizontal cells" Great Basin Visual Science Symposia. 1. 41-48 (1994)
• [Publications] Stell,W.K.: "Glutamate receptor subunits and synaptic transmissiion in the outer plexiform layer of goldfish retina" Keio Journal of Medicine. (in press).
• [Publications] Schultz,K.: "GluR4 glutamate receptor subunits are present in demdrotes pf OFF-bipolar cells in the goldfish retina" Investigative Ophthalomlogy and Visual science. (in press).