明/暗順応と色覚に関係する可塑性シナプス伝達:視覚系初期過程における発掘と究明

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06260232
• 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: 網膜 / 水平細胞 / シナプス / 可塑性 / グルタミン酸 / サイクリックGMP / 一酸化窒素 / 2-アミノ-4-フォスフォノ酢酸

研究概要

鯉網膜における錐体視細胞→H1水平細胞のシナプスについて、短波長信号の選択的伝達、APBをアゴニストとするグルタミン酸駆動型、コンダクタンス減少型、極性反転型、また暗順応により作動が阻害されることなどを我々は明らかにしてきた。最近は、このシナプスに関するH1細胞内分子機構および視覚生理機能の究明を重点的に試みている。本年度の主要成果は以下の通りである
分子機構
(1)問題とするAPB感受性の短波長系シナプスはcGMPをsecond messengerとする代謝型であることがcGMP注入実験等から示された。
(2)一酸化窒素(NO)も重要な役割を担っていることが判明した。すなわち、アルギニン→NOS→NO→GC→cGMPの存在が、短波長光で惹起される入力抵抗変化にNO産生物質やNO阻害剤が与える影響を調べる実験より示された。
(3)上記の実験は網膜が明順応のときに限り肯定的な効果が認められた。このことや後述(5)の結果などから、NOが明順応信号となって本シナプスの起動に関与することが示唆される。
視覚生理機能
(4)H1水平細胞の分光感度について、明順応時には610nm付近をピークに感度曲線がシャープに尖ることが判明した。極性反転の短波長シナプスが起動して青/緑領域における応答の正味振幅が減少したためと解釈できる。
(5)暗順応状態でNO産物物質を与えると(4)の明順応と同様な効果を得た。この分光感度曲線の急峻化は、明順応時に重要となる色の弁別機能になんらかの意味で有利になるものと考えている。
(6)H1水平細胞の受容野の大きさに関して、明順応時には赤光に比べて青光が狭くなること、暗順応時には青光も赤光と同じ広さだがNOを加えると青光が狭くなるという明順応と同様な効果を得ることが実験で示された。このことは、ギャップ結合による水平細胞の相互連結を考慮したケーブルモデルと短波長シナプスがNO起動のコンダクタンス減少型であることから説明可能である。

研究成果

• [文献書誌] Yasui,Syozo: "Convergence suppression and divergence facilitation for pruning multioutput backpropagation networks" Proc.3rd Int'l Conf.on Fuzzy Logic,Neural Nets and Soft Computing. 137-139 (1994)
• [文献書誌] 宮本雅浩: "無駄時間系の予測制御:フィードバック誤差学習法を用いた追従眼球運動系モデル" 電子情報通信学会技術研究報告. 93. 47-54 (1994)
• [文献書誌] 樋口聰: "鯉網膜水平細胞の色に依存した光応答増強メカニズム" 電子情報通信学会技術報告. 93. 85-91 (1994)
• [文献書誌] 内山孝弘: "視覚生理研究用カラーディスプレイ装置の開発とその応用" 電子情報通信学会技術報告. 94. 31-37 (1994)
• [文献書誌] 安井湘三: "脳のNO:NOはYESでブレークスルー!?" 日本神経回路学会誌. 1. 39-42 (1994)
• [文献書誌] 片野和彦: "コイ網膜H1水平細胞におけるNOの作用と網膜神経回路の可塑性" 日本神経回路学会第5回全国大会講演論文集. 58-59 (1994)
• [文献書誌] 安井湘三: "特別講演:網膜可塑性シナプスの発掘と究明" 電子情報通信学会技術報告. 94. 63-68 (1995)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Nitroprusside sharpens spectral sensitivity of H1 horizontal cells in carp retina" Abstracts of Satellite Symp.of IUPHAR "Nitric oxide in the nervous System".
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Control of receptive field size in retinal horizontal cells:Direct modulation of gap junctional conductance and plasticity of photoreceptor synaptic input" Progress in Cell Research. 4. 269-272 (1995)
• [文献書誌] Djamgoz,M.B.A.: "Plasticity of spatio-chromatic signalling in the H1 horizontal cell network of teleost retina" Exp.Eye Res.(in press).
• [文献書誌] 安井湘三: "NO関連物質のH1水平細胞分光入力抵抗への影響" 第72回日本生理学会大会予稿集. 49 (1995)
• [文献書誌] 山田雅弘: "NOはH1水平細胞の分光感度曲線を尖らす" 第72回日本生理学会大会予稿集. 49 (1995)
• [文献書誌] 安井湘三: "収斂抑制と発散促進:多出力NNの構造学習" 日本神経回路学会第5回全国大会講演論文集. 216-217 (1994)
• [文献書誌] Petruv,R.: "The involvement of nitric oxide in spatio-chromatic signalling in the H1 horizontal cell network in carp retina" Symp.on Nitric Oxide in the Nervous System:An abstract book(Pergamon). 4,16 (1994)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Sodium nitroprusside sharpens spectral sensitivity curve of H1 horizontal cells in carp retina" Symp.on Nitric Oxide in the Nervous System:An abstract book(Pergamon). 4,18 (1994)
• [文献書誌] Kaneko,Hiroko: "Trace determinations of NO produced in carp retina dy photometry and differential pulse voltammetry" Review of Polarography. 40. 64 (1994)
• [文献書誌] Miyazaki,K.: "Light Facilitates nitric oxide production in carp retina" Neuroscience Res.Supp1.19. 103 (1994)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Nitric oxide sharpens spectral sensitivity of H1 horizontal cells in carp retina" Neuroscience Res.Supp1.19. 103 (1994)
• [文献書誌] Yasui,Syozo: "Convergence suppression and divergence facilitation:new approach to prune hidden layer and weights of feedforward neural network" Proc,IEEE Int'l Symp.on Circurits and Systems. (in press).
• [文献書誌] 古川徹生: "NitropurssideとH1水平細胞" 第71回日本生理学会大会予稿集. 219 (1994)
• [文献書誌] 古川徹生: "NO→cGMPを介したH1型水平細胞の受容野調節機構" 生理研視覚研究会予稿集. 12 (1994)
• [文献書誌] 古川徹生: "運動画像の速度検出学習によって発現する時空間受容野の構造解析" 電子情報通信学会技術報告. 94. 1-8 (1995)