2016 Fiscal Year Research-status Report
嗅覚情報の並行処理における触角葉局所介在ニューロンの役割
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16K18586
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
渡邉 英博 福岡大学, 理学部, 助教 (90535139)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ワモンゴキブリ / 投射ニューロン / 匂い / 嗅覚並行処理 / 触角葉 / 局所介在ニューロン / 時間的符号化 / 匂い応答特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題ではワモンゴキブリがもつ二つの独立した嗅覚並行経路でどのように嗅覚情報が抽出・符号化されているかを明らかにすることを最終的な目的として研究計画を立案した。ワモンゴキブリの脳内では1型投射ニューロンと2型投射ニューロンの二種類の二次嗅覚ニューロンからなる嗅覚平行経路が存在し、この二つの投射ニューロンの嗅覚応答の時空間的な応答パターンは一時嗅覚中枢である触角葉内でこれら二つの神経経路を架橋する局所介在ニューロンによって形成されている。平成28年度は投射ニューロンの平行経路に関して、以下の二点を本研究助成で平成28年度購入したSpike2データ取得システムを使って、明らかにした。
1. 1型および2型投射ニューロンの応答特性と時間応答パターンの量的解析。以前に記録した約170本の投射ニューロンの匂い応答を、クラスタ解析法および主成分解析法を用いて再解析した。その結果、1型投射ニューロンと2型投射ニューロンは異なる匂いスペクトル特性を持つこと、また、匂い刺激に対し異なる時間パターンで応答することがあきらかになった。
2. 1型および2型投射ニューロンの匂い濃度応答の違い。2種類の投射ニューロンの匂い勾配に対する応答パターンを新たに記録し、解析した。その結果、2型投射ニューロンは濃度情報を正確に符号化していた。一方、1型投射ニューロンは匂いに対する感度が高く、匂いの濃度よりも匂いの質を符号化していることが示唆された。
これらの研究成果より、ワモンゴキブリが持つ二つの独立した嗅覚経路は匂い情報の異なる側面を抽出し情報処理を行っていることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、平成28年度の研究計画として「A. 1型投射ニューロンと2型投射ニューロンの応答解析」と「B. 局所介在ニューロンの形態学的同定」を立案していた。研究計画Aでは、上記の研究実績で記述したように、1型投射ニューロンと2型投射ニューロンの「匂い応答特性の違い」、「濃度応答特性の違い」をSpike2データ取得システムによって明らかにし、おおむね計画通りの実績を得られたといえる。この実験結果に引き続き、平成29年度は匂いの混合に伴う、2種類の投射ニューロンの応答の違いに着目した研究をおこなうことで、ワモンゴキブリ脳内での匂い情報のどのような側面が抽出され、並行処理されるかが明らかになると考えられる。
一方、研究計画Bの実施はやや遅れている。研究計画Bでは免疫抗体染色法による局所介在ニューロンの形態学的同定を目指していたが、全脳標本を用いた免疫抗体染色法の確立に時間がかかり、網羅的な解析は進んでいない。ただし、平成28年度の研究を通して、標本の固定方法を改良することにより、全脳標本での免疫抗体染色法がほぼ確立できたので、平成29年度は研究計画の実施を急ぎたい。
全体を通してみると本研究課題は概ね順調に推移しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度までの研究により、ワモンゴキブリ脳内での嗅覚情報並行処理機構が明らかになってきた。また平成28年度に、平行経路を形成する二種類の投射ニューロンの形態学的特徴および匂い応答性の違いを論文として発表することができた。特に、二種類の投射ニューロンでは匂い刺激に対する応答パターンの違いが見られ、この時間応答パターンの違いから、二種類の投射ニューロンは異なる匂い符号化様式を持っていることが示唆された。平成29年度以降は、平成28年度に行った投射ニューロンの応答解析を継続するとともに、投射ニューロンの時間応答パターンの形成に重要な役割を果たすとされる「局所介在ニューロン」に注目した実験を行う。第一に、上記「進捗状況」で述べた、局所介在ニューロンの網羅的な形態学的同定を目指す。第二に、局所介在ニューロンの90％はGABA作動性であることが知られているので、薬理学的実験を行い、GABA受容体阻害剤の存在下で投射ニューロンの時間応答パターンがどのように変化するかを解析し、局所介在ニューロンによる投射ニューロンの時間応答パターン形成機構を明らかにする。薬理学実験を行うためには灌流実験装置を電気生理実験装置に組み込まないといけないため、平成29年度は実験装置の確立を急ぐ必要がある。
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