網膜神経系のシナプス伝達機構:生理・解剖実験とニューラルネット工学による同時研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06044181
• 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: 山田 雅弘 筑波大学生物科学系, 教授 汞任研究員 ; STELL W.K. カルガリー大学, 医学部・解剖学科, 教授 ; DJAMGOZ M.B. ロンドン大学, インペリアルカレッジ・生物学科, 教授 ; 八木 哲也 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (50183976)
• キーワード: 網膜 / 水平細胞 / シナプス / グルタミン酸 / 可塑性 / ニューラルネットワーク / 抗体 / 一酸化窒素

研究概要

本研究の目的は、網膜という自然が造った階層型神経回路を対象に、伝達物質受容やシナプス修飾の分子機構、さらに、これらが明/暗順応やS/N環境に依存して受容野や分光特性へ与える可塑的制御の仕組みを究明することである。アプローチとしては生理実験や免疫学的手法を含む形態学的方法、およびニューラルネット工学による解析である。また、これらから期待される成果を応用して、環境適応型画像処理装置の開発に向けた工学モデルの構築も目的に含まれる。
本年度の報告は「網膜水平細胞がもつ特異シナプス機構の解明とその視覚生理機能」というテーマに焦点を絞って以下のようにまとめた。
我々は数年前に短波長感受性錐体視細胞>水平細胞に特徴ある化学シナプスを発見した。今回は等応答振幅分光入力抵抗の測定により、その証拠固めを行った。また、その性質については過去の結果も踏まえて総合的にまとめると、(a)符号反転コンダクタンス減少型、(b) 2-フォスフォノ-4-アミノ酪酸(APB)がアゴニスト、(c)一酸化窒素(NO)で活性化、(d)明順応で活性化、などが列挙される。また、状況証拠からは、cGMPがsecond messengerで、NOS>NO>sGC>cGMPの細胞内分子機構の存在が示唆される。上記の特性および水平細胞がギャップ結合を介して層状に配列されている事実より、本シナプスがもつ視覚機能上の存在異議がいくつか考えられる。例えば、水平細胞の分光感度や受容野サイズが刺激光波長と明暗順応の程度に依存して可塑的に変化することである。これに関連して、NOが明順応信号として働くこと、そしてNOの気体拡散がギャップ結合とは別に横方向の信号伝達を担っている可能性があり、これらの問題を含めて現在整理中である。

研究成果

• [文献書誌] Furukawa, T.: "Nitric oxide, 2-amino-4-phosphonobutyric acid and light/dark adaptation modulate short-wavelength-sensitive synaptic transmission to retinal horizontal cells" Neuroscience Research. (in press).
• [文献書誌] 古川徹生: "視覚画像中の運動検出学習により発現する線形時空間フィルタの機能と構造" 電子情報通信学会誌. (掲載予定).
• [文献書誌] Yasui, S.: "Convergence suppression and divergence facilitation : Minimum and joint use of hidden units by multiple outputs" Neural Networks. 10,2. 353-367 (1997)
• [文献書誌] 宮本雅浩: "網膜アマクリン細胞(ON-OFF transient型):光刺激の時空間変化に対する応答特性" 電子情報通信学会技術研究報告. 96,581. 43-48 (1997)
• [文献書誌] Hayashida, Y.: "Sodium-calcium exchanger of the retinal horizontal cell" Japanese Journal of Physiology. 46. 131 (1996)
• [文献書誌] 安井湘三: "NOと視覚生理および神経回路理論" 日本神経回路学会チュートリアル資料(日本神経回路学会誌に部分収録). 3,3. 114-115 (1996)
• [文献書誌] 古川徹生: "H1水平細胞の分光感度調節:順応信号としてのNOとドーパミン" 岡崎国立共同研究機構生理学研究所年報. 17. 437-438 (1996)
• [文献書誌] Yasui, S.: "Plasticity of center-surround opponent receptive fields in real and artificial neural systems of vision" Advances in Neural Information Processing Systems. 8. 159-165 (1996)
• [文献書誌] 安井湘三: "多出力ニューラルネット:刈り込み、構造学習、機能モジュール" 電子情報通信学会技術研究報告. 95,599. 137-142 (1996)
• [文献書誌] Hayashida, Y.: "Na-Ca exchanger of the retinal horizontal cell" Investigative Ophthalmology & Visual Science. 37,3. 139 (1996)
• [文献書誌] 今石 晃: "一酸化窒素による網膜神経場の順応調節" 電子情報通信学会技術研究報告. 95,501. 73-78 (1996)
• [文献書誌] 林田祐樹: "網膜水平細胞におけるNa-Ca交換機構の動態" 第73回日本生理学会大会予稿集. 188 (1996)
• [文献書誌] Djamgoz, M. B. A.: "Quantitative analysis of triphasic (H3) horizontal cell - cone connectivity in the cyprinid fish (roach) retina" Vision Research. (in press).
• [文献書誌] Djamgoz, M. B. A.: "Voltage dependence of light-evoked on-off transient amacrine cell responses in carp retina" Neuroscience Letters. (in press).
• [文献書誌] Djamgoz, M. B. A.: "Spectral plasticity of H1 horizontal cells in carp retina : independent modulation by dopamine and light-adaptation" European Journal of Neuroscience. 8. 1571-1579 (1996)
• [文献書誌] Djamgoz, M. B. A.: "Histochemistry of NADPH-diaphorase, a marker for neuronal nitric oxide synthase - in the carp retina" Neurochemistry International. 28,3. 283-291 (1996)
• [文献書誌] Lupi, D.: "NADPH diaphorase activity around the suprachiasmatic nucleus in rat brain" Cell Tissue Research. 283. 335-338 (1996)
• [文献書誌] Schults, K.: "Characteristics of photoreceptor synapses upon OFF-bipolar cells in goldfish retina : electron microsdopy of Golgi preparations, freeze-fracture replicas, and immunocytochemistry of AMPA-receptor (GluR4) subunits" Journal of Neurocytology. (in press).
• [文献書誌] Schults, K.: "Localization of the glutamate transporter EAACI in the vertebrate retina" Neuroscience Letters. (in press).
• [文献書誌] 山田雅弘: "ヘモグロビンと暗順応はH1水平細胞をunivarianceとする" 第73回日本生理学会予稿集. 71 (1996)
• [文献書誌] Kaneko, H.: "Micro GRC electrode for simultaneous neasurements of NO, NO2-, DA and 5-HT by differential pulse voltammetry" Abstracts of Inernation Sympo. electrochemical Microsystem Technologies. 97 (1996)