網膜介在ニューロン:細胞生理素子および階層回路素子としての解析とシンセシス

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04246236
• 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: 古川 徹生 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (50219101)
• キーワード: 視覚 / 色覚 / 網膜 / 神経生理 / 細胞生理 / シナプス / ホメオスタシス / ニューラルネット

研究概要

本年度の主な成果を以下に概説する。
(1)色と明暗順応に依存する受容野サイズの可塑性制御
ギャップ結合を介して互いにカップルする鯉網膜の水平細胞は広い受容野をもつが、上記の機構をH1型水平細胞がもつことを今回明らかにした。これは本報告者らがこれまで数年にわたって蓄積した研究結果のひとつの帰結といえる。ここで主役を演じるのは短波長感受性の錐体視細胞からH1細胞への特異型のシナプスである。すなわち、これは符号反転性ではあるが通常の抑制性ではなく伝達物質が後膜gmの減少をもたらすタイプであり、長波長錐体からの通常の興奮性(non-MNDA)シナプスと対比される。さらに、問題のシナプスはAPB(2-amino-4-phosphonobutyrate)および暗順応により阻害される。以上から次頁の図に示すようなケーブルモデルを得る。光は視細胞を過分極し伝達物質放出量の減少を起こすことを考え合わせれば、明順応時における短波長刺激の受容野は長波長に比べて狭いはずである。この予測は今回実証された。水平細胞シンシチアムの空間定数はギャップ結合抵抗Rgと膜抵抗Rmで決まるが、本モデルではRmが可変となる。これは、ドーパミンによるRgの修飾による周知の機構とは異なる新しい横方向の信号伝達路といえる。
(2)ニューラルネット不要経路の自律淘汰に関する新しいアルゴリズムの開発
ニューラルネットワークの応用に際して、個々のタスクに対して最小規模の回路構造を事前に知ることは、経済性、ローカルミニマムの回避、タスク自体の理解と洞察、モジュール化、計算論的脳研究などの観点から重要である。この問題についてシナプス荷重の相互抑制に基づく原理を考案し、例題に対して良好なテスト成績を得た。一方、本研究では双極細胞受容野の可塑性、とくにその明暗順応あるいはSN比に依存する側面を実験および計算論に基づいて究明してきた。双極細胞受容野の周辺部は水平細胞に由来するので(1)の成果とも関連し、本アルゴリズムの応用も導入した今後の進展が期待される。

研究成果

• [文献書誌] Yasui, Syozo: "On the square root intensity coding at the level of cone photoreceptors" Vision Research. 32. 199-202 (1992)
• [文献書誌] 安井 湘三: "冗長経路を学習過程で自律淘汰する新しい原理:パラメトリックな側抑制が内在する荷重ベクトル場" 神経回路学会第3回全国大会講演論文集. 104 (1992)
• [文献書誌] Yasui, Syozo: "A new method to remove redundant connections in backpropagation neural networks: Introduction of ¨parametric lateral inhibition fields¨" Proc. IEEE and INNS Int'l Joint Conf. on Neural Networks. 2. 360-367 (1992)
• [文献書誌] Yasui, Syozo: "Elimination of redundant connections by parametric lateral inhibition in trainable neural networks" Proc. 2nd Int'l Conf. on Fuzzy Logic & Neural Networks. 2. 775-779 (1992)
• [文献書誌] 安井 湘三: "SN環境と視覚系の可塑的特性:生体と人工の神経回路システムに発現する類似性" 計測自動制御学会、SICE'92, DOS2-2. 777-778 (1992)
• [文献書誌] Yasui, Syozo: "S/N-dependent modulation of centre-surround opponent receptive fields: similarities in real and artificial neural networks" Journal of Physiology (London). 446. 376 (1992)
• [文献書誌] Yasui, Syozo: "APB or dark adaptation blocks the synapse that transmits short-wavelength cone signals to H1 horlizontal cells" Japanese Journal of Physiology. Suppl,Vol,42. S185 (1992)
• [文献書誌] Yasui, Syozo: "Wavelength-and adaptation-dependent control of receptive field by APB-sensitive, conductance-decreasing synapse in retinal horizontal cells" Proc. XXXII Int. Conf. of Physiol. Sci.(1993)
• [文献書誌] 安井 湘三: "APBは短波長錐体→H1水平細胞シナプスを閉じて受容野を拡大する" 第70回日本生理学会予稿集. (1993)
• [文献書誌] Yamada, Masahiro: "Light adaptation, membrane conductance and calcium ion: A study of the crayfish photoreceptor based on ¨voltage clamp by light¨" Proc. Int. Symp. on Neural Information Processing, ISKIT'92. 146-149 (1992)
• [文献書誌] Yamada, Masahiro: "Dynamic characteristics of multiple cone synaptic input to H1 horizontal cells in carp retina in vitro" Jounal of Physiology (London). 446. 375 (1992)
• [文献書誌] 山田 雅弘: "短波長錐体→H1水平細胞のシナプスは青受容野を小さくする" 第70回日本生理学会予稿集. (1993)
• [文献書誌] 山田 雅弘: "ドーパミンによる受容野の制御" 第70回日本生理学会予稿集. (1993)
• [文献書誌] 八木 哲也: "網膜:新しいイメージセンサのモデル" 電気学会雑誌. 112. 386-390 (1992)
• [文献書誌] 八木 哲也: "脊椎動物網膜細胞のカルシウム動態の計測" 岡崎国立共同研究機構生理学研究所年報. 13. 228 (1992)
• [文献書誌] 真下 和久: "2出力ニューラルネットにおける冗長経路の自律削減と隠れ素子の共有化について" 電子情報通信学会技術研究報告. (1993)
• [文献書誌] Furukawa, Tetsuo: "Analogous adaptive functions that exist in vertebrate,invertebrate and artificial neural systems for vision" Proc. Int. Symp. on Neural Information Processing, ISKIT'92. 142-145 (1992)
• [文献書誌] 古川 徹生: "視覚二次ニューロンの受容野を調節する新しいシナプス機構" 電子情報通信学会技術研究報告. (1993)
• [文献書誌] 安井 湘三: "「ニューロコンピューティング・・・基礎と応用」 IV.人工と生体のニューラルネットワーク・・・両者に発現する類似性" 朝倉書店, (1992)
• [文献書誌] 安井 湘三: "「ファジィ・ニューロ・AIシステムハンドブック」基礎部門第1編第7章その他の感覚系" オーム社, (1993)