2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19K22860
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
黒田 真也 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50273850)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | ロバストネス / ゆらぎ / スパイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞のスパインは、他の神経細胞から送られた情報を処理する場であり、体積が極端に小さいため分子数が数十~数個のオーダーしかなく、反応がゆらいでしまう（少数性ゆらぎ）。なぜこのように小さくても情報をロバストに処理できるのであろうか。本研究では、海馬や大脳皮質の興奮性神経細胞のスパインでシナプス可塑性の中心的な役割を担うNMDA受容体に着目して、スパイク入力タイミングに依存したNMDA受容体依存性のCa2+上昇の確率微分方程式モデルを作成した。このモデルを用いてスパインは小ささがもたらすゆらぎを利用して、入力タイミング情報をCa2+の上昇へどのようにロバストに変換するかを明らかにしつつある。また、申請者はすでに小脳プルキンエ細胞におけるmGlu受容体依存性Ca2+上昇モデルを作成して、mGlu受容体依存性Ca2+上昇が入力ゆらぎに対してロバストな応答を示すことを明らかにしている。そこで、NMDA受容体とmGlu受容体のモデルのネットワーク構造やパラメータの変化による情報伝達のロバスト性の変化を解析することで、少数性ゆらぎを利用した情報伝達のロバスト性が実現される普遍的なメカニズムを解明する。これらの特性はNMDA受容体やCa2+などにとどまらず、スパインの小ささが生み出す少数性による普遍的なものであると考えられる。そこでより一般化した抽象モデルを作成して、スパインの小ささが生み出すロバストな情報コードのメカニズムを明らかにした（鳥取ら、Phys.Rev.E 2019)。またスパインのゆらぎは同一スパイン内での細胞内のゆらぎである。一方、スパイン間、細胞間のばらつきも存在する。同一細胞内でのゆらぎはノイズである一方、細胞間のばらつきは情報として機能することを見出した（和田ら、Cell Rep., 2020）。
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