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による同時研究

1995 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(併任)電子技術総合研究所・超分子部, 教授 汞任研究員 ; 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

A. 錐体視細胞→H1水平細胞のシナプス伝達
(1)分光応答感度の波長および順応依存性とNO
暗順応網膜にSNP(NO供与体)を投与すると、短波長光(青)に対するH1細胞の感度が相対的に長波長(赤)に比べて減少し、明順応の分光感度曲線と同様の傾向を示した。逆に明順応網膜にHb(NO消去体)を与えると、波長による感度の差は少なくなるという暗順応あるいはAPBと似た効果を得た。
(2)受容野の波長および順応依存性とNO
暗順応網膜にSNPを与えると、波長に依存してH1細胞受容野のサイズに差が生じ明順応の場合と同様になった。明順応網膜にSNPを投与しても変化はなかった。一方、Hbを明順応網膜に与えたところ、受容野の波長依存性は消失して暗順応と同じ状態となった。
(3)光惹起性入力抵抗変化の波長および順応依存性とNO
ブリッジによりH1細胞の入力抵抗(Rin)を測定した。暗順応網膜にSNPを与えたところ、青光と赤光の膜電位応答振幅は等しく調節したにもかかわらず、Rin変化に違いが現れた:赤光によるRin変化はSNP投与前と同様に増大であったが、青光では変化が僅かであった。これは、明順応と同じ効果である。一方、NO合成酵素(NOS)の阻害剤であるL-NMMAをH1細胞内に注入すると、赤青のRin差は消失した。APBや暗順応の効果もこれと同様であった。
B. A課題の免疫組織化学的な裏付け
(4)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レセプターあるいはmGluR6については未確認である。
C. 水平細胞内Caイオンの動態と回路モデル
(5)NOと深く関連し水平細胞の情報処理メカニズム解明のカギとなる細胞内カルシウムイオンの動態を、光学的計測法を用いて解析した。その結果、細胞内へのカルシウム流入系および排出系の存在が明らかになった。また本研究全般で得られた知見をもとに、外網膜の抵抗回路網モデルを構築し、初期視覚における水平細胞の空間フィルターとしての役割を定式化した。

Research Products

• [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] Fraser,S.P.: "Endogenous nitric oxide modulates short wavelength sensitivity of H1 horizontal cells during light adaptation in carp retina" Japanese Journal of Physiology. 45. 154 (1995)
• [Publications] Yasui,S.: "Nitric oxide activates short wavelength-sensitive,light-adaptive synaptic input to H1 horizontal cells in carp retina" Japanese Journal of Physiology. 45. 154 (1995)
• [Publications] Furukawa,T.: "Nitric oxide induces chromatic difference in postsynaptic mechanisms of H1 horizontal cells from cones in carp retina" Japanese Journal of Physiology. 45. 113 (1995)
• [Publications] Yasui,S.: "Convergence suppression and divergence facilitation : New approach to prune hidden layer and weights of feedforward neural networks" Proc.IEEE Int'l Sympo.on Circuits and Systems,ISCAS' 95. 1. 121-124 (1995)
• [Publications] 古川徹生: "一酸化窒素は視覚初期過程の神経メッセンジャーとしても働く" 日本神経回路学会第6回全国大会講演論文集. 150-151 (1995)
• [Publications] 古川徹生: "一酸化窒素:新しい網膜内光順応メッセンジャーの機能と機序" 第10回生体・生理工学シンポジウム論文集. 221-224 (1995)
• [Publications] 今石 晃: "一酸化窒素による網膜神経場の順応調節" 電子情報通信学会技術報告. 95. 73-78 (1996)
• [Publications] 安井湘三: "多出力ニューラルネット:刈り込み、構造整合、機能モジュール" 電子情報通信学会技術報告. 95. 137-142 (1996)
• [Publications] Yasui,S.: "Plasticity of center-surround opponent receptive fields in real and artificial neural systems of vision" Advances in Neural Information Processing Systems. (in press).
• [Publications] 安井湘三: "NOと視覚生理および神経回路理論" 日本神経回路学会チュートリアル資料(日本神経回路学会誌に部分収録予定).
• [Publications] 林田祐樹: "網膜水平細胞内Caイオンの測定・動態・機能" 第10回生体・生理工学シンポジウム論文集. 217-220 (1995)
• [Publications] Kobayashi,H.: "Vision chip architecture with light-adaptation mechanism" Proc.of Int'l Sympo.on Artificial Life and Robotics. 203-206 (1995)
• [Publications] Ohshima,S.: "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D-II. J78-D-II. 1123-1133 (1995)
• [Publications] Kobayashi,H.: "Light-adaptive architecture for regularization vision chips" Neural Networks. 8. 87-101 (1995)
• [Publications] 林田祐樹: "網膜水平細胞におけるNa-Ca交換機構の動態" 第73回日本生理学会大会予稿集. 188 (1996)
• [Publications] Hayashida,Y.: "Na-Ca exchanger or the retinal horizontal cell" Abstract of Annual Meeting of the Association for Research in Vision and Ophthalmologygy. 139 (1996)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Spatio-shromatic signalling by the H1 horizontal cell network in the cyprinid fish (carp) retina" Japanese Journal of Physiology. 45. 103 (1995)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Diversity of GABA receptors in the vertebrate outer retina" Trends.Neurosci.18. 118-120 (1995)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Spatio chromatic signalling in the vertebrate retina" In Basic and Clinical Perspectives in Vision Research (Robbins,J.,Djamgoz,M.B.A.,Taylor,A.,Eds.),Plenum Press,London. 77-94 (1995)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Photoreceptor-horizontal cell connectivity,synaptic transmission and neuromodulation" in'Neurobiology and Clinical Aspects of the Outer Retina′ (M.B.A.Djamgoz,S.N.Archer and S.Vallerga,Eds.), Chapman & Hall,London. 155-193 (1995)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Histochemistry of NADPH-diaphorase,a marker for neuronal nitric oxide synthase,in the carp retina" Neurochem.Int.28. 283-291 (1996)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Quantitative analysis of triphasic (H3) horizontal cell-cone connectivity in the cyprinid fish (roach) retina" Vision Research. (in press).
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Speetral plasticity of H1 horizontal cells in carp retina : independent modulation by dopamine and light-adaptation" Eu.J.Neurosci.(in press).
• [Publications] Stell,W.K.: "Glutamate receptor subunits and synaptic transmission in the outer plexiform layer of goldfish retina" Keio Journal of Medicine. (1995)
• [Publications] Schultz,K.: "GluR4 glutamate receptor subunits are present in dendrites of OFF-bipolar cells in the goldfish retina" Investigative Ophthalmology and Visual Sciences. 36. (1995)
• [Publications] Stell,W.K.: "Glutamate receptors in the outer plexiform layer of goldfish retina" In : Dynamics of the Outer Retina : A Functional Description Based on Morphology,Physiology and Modelling. 1. (1995)
• [Publications] Schultz,K.: "GluR4 glutamate receptor subunits are present in dendrites of OFF-bipolar cells in the goldfish retina" Invest.Ophthal.Vis.Sci.36. 286 (1995)
• [Publications] Rohre,B.: "Localization of putative dopamine D2-like receptors in the chick retina,using in-situ-hybridization and immunocytochemistry" Brain Res.695. 110-116 (1995)
• [Publications] Rohre,B.: "Stimulation of dopaminergic cells by stroboscopic illumination or fibroblast growth factor (bFGF,FGF-2) : Possible roles in the prevention of form-deprivation myopia in the chick" Brain Res.686. 169-181 (1995)
• [Publications] 山田雅弘: "NOはH1水平細胞の分光感度曲線を尖らす" 第72回日本生理学会大会予稿集. 49 (1995)
• [Publications] Yamada,M.: "Nitric oxide mimics the effect of light-adaptation in sharpening spectra sensitivity curve of H1 horizontal cells in carp retina" Japanese Journal of Physiology. 45. 114 (1995)
• [Publications] Yamada,M.: "Nitric oxide and retinal horizontal cells" The Satellites Symposium of Fourt IBRO World Congress of Neuroscience. 16 (1995)
• [Publications] Yamada,M.: "Control of receptive field size in retinal horizontal cells : Direct modulation of gap junctional conductance and plasticity of photoreceptor synaptic input" in'Progress in Cell Research'(Y.Kanno et al.,Eds.),Elsevier Science B.V.269-272 (1995)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Neurobiology and Clinical Aspects of Outer Retina" Chapman & Hall,London, (1995)
• [Publications] Robbins,J.: "Basic and Clinical Perspectives in Vision Research" Plenum Press,London, (1995)