Are nerve cells polymer liquid crystals?

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18596
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yanagisawa Miho 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50555802)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 高分子液晶 / 配向

Outline of Final Research Achievements

There is a theory that the waves that travel through nerves are soliton waves that travel through membranes. We hypothesized that the entire nerve cell behaves like polymer liquid crystals and that the orientation waves propagate soliton-like. We analyzed the optical anisotropy of squid nerve cells and the changes caused by applying an electric field to investigate whether nerve cells are polymer liquid crystals. Although optical anisotropy was observed, no change caused by electric field was observed. In the future, we would like to try to observe spatiotemporal changes by improving the observation cell.

Free Research Field

ソフトマター物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

神経伝達は通常、電気的パルスが担うとされています。これに対して、細胞を伝搬する機械的波が神経伝達を担うとするニューロン表面波仮説が提案されてきましたが実証されていません。本研究により、本仮説の鍵となる神経細胞全体の高分子液晶性を示す光学異方性が確認されました。電場印可によるこの光学異方性の時空間変化は捉えられませんでしたが、配向波伝播の可能性は残されています。本研究成果は、神経細胞の物理的理解や、麻酔などの医薬品開発に対し、有用な知見となると考えられます。