| Research Abstract |
網膜の出力ニューロンである網膜神経節細胞が発する神経スパイクは,細胞内外の様々なノイズ入力の影響を受けるにもかかわらず,スパイク発生タイミングの時間精度が高く,同一入力に対するスパイクパターンの再現性が非常に高いことが知られている.細胞膜に存在するイオンチャネルのランダムな開閉やシナプスノイズなど,ランダム性をもつ生理機構の上に安定した特性が実現されていることは極めて興味深く,このような応答の性質は,色,形や動きなどの視覚情報の安定した知覚を実現する重要な特性と考えられる.しかしながら,こうした特性がどのような神経生理機構によって実現されるのか,その具体的な仕組みは解明されていない.本研究では,これまでに,イオンチャネルの確率的挙動など,細胞レベルの詳細な特性に基づいた網膜神経細胞,網膜神経回路の数理モデルを構築し,網膜の情報処理特性が細胞膜上のイオンチャネルの特性に起因すること,特に,スパイクの時間的精度は,一般的に予想されるスパイク発生のトリガとなるナトリウムチャネルではなく,カリウムチャネルの挙動によって決定される可能性があること,さらに,高精度なスパイクパターンの発生に適した入力強度が存在することを予測した.さらに,こうした予測を,数理モデルと生理実験を融合したアプローチによって,具体的に実証し,網膜の視覚情報符号化の原理とその特徴を理解することを目的に研究を進めた.今年度は,出力である神経節細胞モデルの拡張と共に,網膜の入力を担う視細胞の数理モデルの構築を進め,生理学及び解剖学的な知見に基づき,約200万個の錐体から構成されるリアリスティックモデルを自動生成する手法を確立した.構築したモデル上で,自然画像に対する応答や色覚に関わる錐体の存在比が変化した際の特性など,網膜内での情報表現についてのシミュレーション解析を行った.
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