網膜神経システムの機能形成とニュ-ラルネット情報処理機構に関する国際共同研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03044116
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 安井 湘三 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (50132741)
• 研究分担者: ISHIDA Andre カリフォルニア大学, デービス校・動物生理学科, 助教授 ; DJAMGOZ Must ロンドン大学, インペリアルカレッジ・生物学科, 準教授 ; MACLEISH Pet コーネル大学, 医学部, 教授 ; WIESEL Torst ロックフェラー大学, 学長 ; 八木 哲也 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (50183976)
• キーワード: 視覚 / 網膜 / 神経生理 / シナプス / ニュ-ラルネット / 光計測 / 画像処理 / イオン電流

研究概要

(1)金魚網膜から単離培養したin vitro水平細胞において、NaーCa交換機構、NaーK ATPase、および大容量の細胞内Ca storeの存在の立証などion chemostasisに関連する機構を究明した。また(4)の設備を活用してCa^<2+>調節メカニズムを別の方法から究明するための準備を開始した.[A、D]
(2)サル錐体視細胞の内節部において5種類のイオン電流を培養系を用いて分離同定した。なかでも、Ca依存性のアニオン電流の発現には、細胞内メッセンジャ-が関与しているという証拠を得た。[A、B]
(3)鯉網膜の錐体視細胞からH1型水平細胞には「コンダクタンス減少型」の非通常シナプスが介在し、短波長の光信号を伝達するということを我々は一連の実験により示してきたが、本年度はこのシナプスがAPB(2ーaminoー4ーphosphonobutyrate)と暗順応により阻害されるという証拠を得た。また、このシナプスがmetaboーtropicであることを示唆する予備的なin vitroデ-タを得た。以上を踏まえて、色覚のメカニズムとも関連した分子レベルの作業モデルを来年度以降の研究のために目下検討中である。[A、C]
(4)網膜ニュ-ロンのスライス標本を使ってパッチクランプによる電気生理記録と、蛍光色素による細胞内Ca^<2+>動態の計測を同時に可能にするために、光電倍増管を用いた光計測装置を製作し、また関連ソフトウェアを開発した。[A、D]
(5)Backprop型の人工ニュ-ラルネットに明暗変化の検出を学習させることにより中心周辺拮抗型受容野(CSRF)の自己形成に成功し、その形状が入力のS/N比に適応的に変化することを見い出した。CSRFのこの属性は実際の網膜における双極細胞にも備わっていることを実験で示した。[A]
(6)上の成果の工学的応用として、明暗条件で特性が自動的に変化する画像処理空間フィルタを考案し、そのハ-ドウェア実現を目指した集積回路設計を行なった。[A]
(註)A=九州工業大学、B=ロックフェラ-大学、およびコ-ネル大学C=ロンドン大学、D=カリファルニア大学。

研究成果

• [文献書誌] Yasui,Syozo: "S/N-Dependent modulation of Centre-surround opponent receptive fields:similarities in real and artificial neural networks" Proc.of Physiological Society Joint Meeting with Physiological Society of Japan and Physiological Society of Korea.Cambridge,UK. 443 (1991)
• [文献書誌] Yasui,Syozo: "On the square root intensity coding at the level of cone photoreceptors" Vision Research. 32. 199-202 (1991)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Dynamic characteristics of H1 horizontal cells in carp retina" Proc.of Physiological Society Joint Meeting with Physiological Society of Japan and Physiological Society of Korea.Cambridge,UK. 442 (1991)
• [文献書誌] 古川 徹生: "SN比による受容野の時空間特性の変化ー人工と生体ニュ-ラルネットにおける類似性ー" 電子情報通信学会技術報告. 90. 143-148 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "錐体視細胞における「平方根則」のメカニズムと機能的意味ー錐体間電気シナプス結合の役割ー" 電子情報通信学会技術報告. 90. 155-159 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "入力ノイズに対処するニュ-ラルネットの適応的内部変化:人工と生体に発現する類似性" 統計数理研究所共同研究レポ-ト. 32. 67-76 (1991)
• [文献書誌] 八木 哲也: "網膜神経回路は標準正則化問題を解く" 電子情報通信学会技術報告. (1992)
• [文献書誌] Hirano,A.A.: "Glutamate and 2-amino-4-phosphonobutyrate evoke an increase in potassium conductance in retinal bipolar cells" Proc.Natl.Acad.Sci.88. 805-809 (1991)
• [文献書誌] Low,J.C.: "Voltage clamp study of physiologically identified horizontal cells in carp retina" Vision Research. 31. 437-449 (1991)
• [文献書誌] Ishida,A.T.: "Calcium ion levels in resting and depolarized goldfish retinal ganglion cell somata and growth cones" Journal of Neurophysiology. 65. 968-979 (1991)
• [文献書誌] Ishida,A.T.: "Regenerative sodium and calcium currents in goldfish retinal ganglion cell somata" Vision Research. 31. 477-485 (1991)
• [文献書誌] Yagi,Tetsuya: "Membrane properties of primate cone innersegments" Japanese Journal of Physiology. 41. 208 (1991)
• [文献書誌] 大島 成道: "SN比による受容野の時空間特性の変化ー網膜神経回路の構造ー" 電子情報通信学会技術報告. 90. 149-153 (1991)
• [文献書誌] Matsumoto,T: "Higher order regularization filters for image processing:a layered architecture" Report of Sci.and Eng.Res.Lab.Waseda Univ.91. 6-9 (1991)
• [文献書誌] Kobayashi,H.: "A layered architecture for regularization vision chips" IEEE and INNS Proc.of Int'l Joint Conf.on Neural Networks. 2. 1007-1020 (1991)
• [文献書誌] 八木 哲也: "網膜神経回路の構造と初期視覚" 第69回日本生理学会大会予稿集. 310 (1992)
• [文献書誌] 八木 哲也: "網膜情報生理のメカニズムとその工学的応用" 電気学会雑誌小特集. (1992)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Conductance-decreasing cone synaptic input to L-type horizontal cells in carp retina" Japanese Journal of Physiology. 41. S224 (1991)
• [文献書誌] Yasui,Syozo: "Cone-cone coupling and the square root law at the photoreceptor level" Japanese Journal of Physiology. 41. S208 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "短波長錐体からH1水平細胞へのシナプス:APBと暗順応で阻害" 第69回日本生理学会大会予稿集. 174 (1992)
• [文献書誌] 安井 湘三: "網膜水平細胞のCaおよびNaホメオスタシスを光応答機能と関連づけて理解する研究" 岡崎国立共同研究機構生理学研究所年報. 121. 207 (1991)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Conductance-decreasing synaptic mechanisms mediating cone input to H1 horizontal cells in carp retina" Neuroscience Research. 15. S51-S65 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "ニュ-ロコンピュ-ティングの基礎と応用 第4章:人工と生体のニュ-ラルネットワ-クに発現する類似性" 朝倉書店,
• [文献書誌] 八木 哲也: "ニュ-ロコンピュティングの基礎と応用:第11章" 朝倉書店,