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神経回路網は優れて多様な情報処理機能を発揮する。一般に神経回路網は同じ回路網を使って異なる情報処理が可能であると考えられており、それを神経回路網の多形性と呼ぶ。神経回路の多形性は記憶の分散表現にも欠かせない性質であり、多形回路の生じる機構を明らかにすることは脳の機能を明らかにする上で極めて重要である。これまで神経回路網の多形性は結合の組み換えによって起きると考えられてきたが、多形回路の構成原理を明らかにするにはモデルによる検証が必要である。本年度はモノアミンが膜の性質を変化させるとして、運動を支配する神経節の多形回路の自己組織を研究した。神経細胞の電気的活動を記述する非線形振動子は我々のオリジナルな振動子であるKYS振動子を用いた。神経伝達物質であるドーパミン、セロトニンなどモノアミン類による膜の電気的性質の変化は実験から得られたデータをもとに、これらのモノアミン類は振動子のばね特性および平衡電位を変化させると仮定すると、実験結果を良く説明する。この研究は各種のモノアミンが複雑に入り混じっていても、それらの影響を統一的に説明することが出来る。この研究は多形回路の生理的意義と脳の情報処理の解明に大きく寄与すると思われる。
一方、記憶等認識機能にこれらの多形性がどのように関与しているのかを調べるために、本研究では下等動物であるナメクジの神経節より神経回路網を単離し培養する試みを行った。アミノ酸を伝達物質とする神経系が神経細胞間に特異的な結合を作るのに対して、モノアミン神経系は神経回路網に非特異的に広く投射する。このモノアミン類は神経細胞だけではなく、神経回路網の環境を作るといわれているグリア細胞にも作用する。これは神経回路網の境界条件を変えることに相当し、回路網の自己組織はこの境界条件に依存する。現在は単離した脳神経節にモノアミン類を投与し、感覚器に同じ刺激を与えたときに出現する多形性を研究する予備的な実験を行っている。
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