Study of neural mechanisms on visual parallel processing in retina

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12225
• Research Institution: Chukyo University
• Principal Investigator: 石原 彰人 中京大学, 工学部, 教授 (80387620)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 網膜 / 錐体視細胞 / 双極細胞 / 数理モデル / 光応答解析 / シナプス / 視覚情報処理

Outline of Annual Research Achievements

網膜において視細胞から水平細胞や双極細胞へと情報を伝達するシナプスは、視覚系における最初のシナプスである。双極細胞での光応答特性を詳細に調べた研究などから、視覚情報に含まれる基本的な特徴に応じた経路がこの最初の神経回路にて分離されていることが示されている。こうした、視覚情報の分離システムは視細胞、水平細胞、双極細胞の3種類の細胞で形成された神経回路の相互作用によって形成されると考えられるが、その詳細は明らかになっていない。
2023年度は引き続き視細胞の中でも明調時に働く錐体シナプスでの水平細胞、双極細胞がおりなるマイクロ回路について、その構造に関する形態学的知見や電気生理学的知見の最新の知見なども適宜導入しながらモデル構築を実施した。このモデルは、錐体シナプスにおける細胞内外での情報伝達に関わる物質の濃度変化と電気現象を関連付けるモデルとして提案するものであり、他の研究者によって報告されているこの部位に関する知見を導入しその実験結果を再現するようにパラメータを推定した。我々は、
構築した錐体シナプスの数理モデルを用いて伝達物質濃度やカルシウムイオン濃度など、シナプス伝達に重要な物質の濃度の経時変化と、膜電位や後シナプス終末である双極細胞樹状突起の電位変化の様子などをシミュレーション解析することが可能になった。この解析結果から、シナプス部位での情報伝達物質濃度変化は、前シナプス終末内のカルシウム濃度変化だけでなく膜電位依存性の細胞メカニズムや、双極細胞樹状突起での伝達物質差動性電流変化に関わることを示唆した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

視細胞シナプスのマイクロ回路に関するモデルの構築については、およそ終了しているが新しく報告される知見などを導入しながら改良を続けている。本課題では双極細胞の詳細な光応答解析に用いることができるシナプスモデルの構築を目指していたが、その部分の研究へ到達するまでに時間が必要となり、当初の計画期間を超えての実施になっており遅れている状況である。

Strategy for Future Research Activity

計画では4年でこの研究課題について完了する予定あった。コロナなどの社会状況変化への対応などから2年間の延長の申請となったが、研究成果の発表を目指すとともに、網膜での光応答形成に視細胞マイクロ回路での特性がどのような影響を及ぼしているのかに関するシミュレーション解析を進め、こちらもできる限り早い段階でその成果を発表できるよう研究を進めていく予定である。

Causes of Carryover

新型コロナ関係の情勢変化から、計画していた発表や情報収集のための学会・研究会参加を見送ったこと、参加した学会・研究会もオンライン開催であったことがあり、旅費として使用を予定していた予算が繰り越している状況である。研究に必要な物品類は十分であることから、一部研究関連消耗品に支出するほか、学会発表や論文投稿など成果発表のための費用として使用していく予定である。