神経回路のモデュ-ル構造の計算論的及び実験的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03251107
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 津本 忠治 大阪大学, 医学部, 教授 (50028619)
• 研究分担者: 臼井 支朗 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (40023337) ; 村上 富士夫 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (20089882) ; 水野 昇 京都大学, 医学部, 教授 (10025596) ; 塚田 稔 玉川大学, 医学部, 教授 (80074392) ; 山本 長三郎 金沢大学, 医学部, 教授 (50008231)
• キーワード: 脳 / 神経回路 / モデュ-ル / 海馬 / 長期増強 / シナプス可塑性 / 記憶 / 長期抑圧

研究概要

1.研究目的 脳の神経回路は、多数の基本的な回路(回路モデュ-ル)を組み合わせることによって構成されている。したがって、この回路モデュ-ルの動作特性が脳における情報処理の基礎をなすことになる。本研究はこのような認識のもとに、脳内神経回路モデュ-ルの動作特性を実験的に明らかにすること、及びこのモデュ-ルが如何なる原理によって脳の情報処理回路を構成しているのかを計算論的に明らかにすることを目的としている。
2.研究経過 山本班員は、海馬の記憶回路のひとつであるCA3ニュ-ロンと苔状線維間シナプスにおいて、素量解析法を用いた研究を行ない、長期増強がシナプス後細胞の反応性増大に起因することを示唆する結果を得た。塚田班員は、海馬CA1領域において時間パタ-ン刺激を用いた実験を行ない、長期増強の誘発を促進する過程と抑制する過程が存在し、両過程の相互作用によって長期増強が形成されることを示唆した。津本班員は、幼若ラットの視覚野切片標本において、シナプス後細胞のCa^<2+>をキレ-トしておくと、本来は長期増強を起こすはずの高頻度シナプス入力が長期抑圧を引き起こすことを見いだした。水野班員は、免疫組織化学的手法によってラット大脳新皮質や中間皮質では、GABA等を含む局所回路ニュ-ロンはグルタミン酸作動性ではない可能性が強いことを明らかにした。村上班員は、ネコの大脳一赤核投射において幼若期の一側性皮質損傷後に起きる交叉性投射は対側の赤核に存在した軸索からの分枝による可能性が強いことを見いだした。臼井班員は、学習能力を持つ階層型神経回路において3種ではなく2種だけの錐体ユニットからなる二色型色覚異常モデルを構築した。その結果、心理物理実験のデ-タ-をよく説明する結果が得られた。
3.総括 本年度は大脳新皮質や海馬におけるモデュ-ル構造の存在及びその動作様式に関する重要な発見があった。また、計算論的モデルによるモデュ-ル回路の構成・動作原理の理解も進展した。

研究成果

• [文献書誌] Yoshimur,Y.et al.: "Input-specific induction of long-term depression in Ca^<2+>-chelated visual cortex neurons." NeuroReport. 2. 393-396 (1991)
• [文献書誌] Hata,Y.et al.: "Horizontal interactions between visual cortical neurons studied by cross-correlation analysis in the cat." Journal of Physiology,London. 441. 593-614 (1991)
• [文献書誌] Yamamoto,C.et al.: "Quantal components of the synaptic potential induced in hippocampal neurons by activation of granule cells,and the effect of 2-amino- 4-phosphonobutyric acid." Hippocampus. 1. 93-106 (1991)
• [文献書誌] Murakami,F.et al.: "Lesion-induced establishment of the crossed corticorubral projections in kittens is associated with axonal proliferation and topographic refinement." Neuroscience Research. 12. 122-139 (1991)
• [文献書誌] Hirata,K.et al.: "Enhancement of transmitter release accompanying with long-term potentiation in synapses between mossy fibers and CA3 neurons in hippocampus." Neuroscience Letters. 123. 73-76 (1991)
• [文献書誌] Tsukada,M.et al.: "An induction algorithm for LTP in hippocampal CA1 neurons studied by temporal pattern stimulation." Proceedings of the International Joint Conference of Neural Network. 3. 2177-2182 (1991)