ノンスパイキング介在神経でのシナプス入出力変換過程の実験及びシュミレ-ション解析

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01540585
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 高畑 雅一 北海道大学, 応用電気研究所, 助教授 (10111147)
• キーワード: インスパイキング介在神経 / シナプス統合作用 / シミュレ-ション / アメリカザリガニ / 中枢神経系 / ニュ-ロンモデル / 整流作用 / シナプス電位

研究概要

前年度に引き続き、ノンスパイキング介在神経樹状突起の電気的性質を、電極刺入部位と関連づけて調査した。ステップ定電流注入実験の結果、ノンスパイキング介在神経樹状突起の2次突起肥厚部での入力低抗として19.5±8.5MΩ、応答時定数として37.9±19.6msecという値を得た。これらの値はそれぞれ運動神経(速筋支配および緊張筋支配を含む)の樹状突起での値よりも有意に大きかった(P<005)。また、ノンスパイキング介在神経膜は運動神経膜と異なり、外向き(脱分極性)電流に対して膜抵抗が減少する整流作用を示した。上記の入力低抗値は、介在神経膜がオ-ミックにふるまう>ー1mAの範囲の過分極性電流を用いた測定による。
実験的に調べたノンスパイキング介在神経および運動神経について、そのマルチコンパ-トメントモデルを作成し,モデル上でのシナプス活動をシミュレ-ション解析した。モデル作成には、細胞内染色法により得られた細胞形態および上記実験から算出された膜単位面積当たりの抵抗値を用いた。この抵抗および膜単位面積当たりの容量値(文献より1nF/cm^2仮定)は、細胞全域にわたって不変であると仮定した。得られたモデルは、上記電流注入実験結果をそのシュミレ-ション結果と比較することにより評価した。モデルの改良は、形態デ-タの拡張補正により行なった。染色不全による細胞膜面積の過小評価がモデル計算値と実測値との間の差異の最大原因と考えられたからである。
最終的に得られたモデルでのシナプス活動シミュレ-ションの結果、ノンスパイキング介在神経樹状突起では、シナプス電位の平滑化(integration)が、運動神経と較べてより効果的に行なわれることが判明した。介在神経膜の長い時定数が、このような性質に貢献していると考えられる。一方、介在神経膜が示す整流作用がこの平滑化機能に及ぼす影響およびその機能的意義については、今後の研究が必要である。

研究成果

• [文献書誌] Takahata,M.and Hisada,M.: "Local nonspiking interneurons as a separate integrator of motoneurons in crayfish" Comparative Biochemistry and Physiology C. (1991)
• [文献書誌] Takahata,M.(edited by M.Shimamura): "Synaptic mechanism underlying the interaction between postural reflexes and locomotor behavior in crayfish" Neurobiological Basis of Human Locomotion Japan Scientific Society Press,Tokyo. (1991)
• [文献書誌] Toga,T.,Takahata,M.and Hisada,M.: "An identified set of local nonspiking interneurones which control the activity of abdominal postural motoneurones in crayfish" Journal of Experimental Biology. 148. 477-482 (1990)
• [文献書誌] Takahata,M.(edited by K.Wiese et al.): "The crayfish posture control system as a model for studying mechanisms underlying behavioral variability" Frontiers in Crustacean Neurobiology Birkhauser Verlag,Basel. 301-308 (1990)
• [文献書誌] Takahata,M.and Murayama,M.(edited by J.Erber et al.): "Descending statocyst input to the crayfish uropod motor system" Neural Mechanism of Behavior G.Thieme,Stuttgart. 203-204 (1989)