イオン電流と細胞内カルシウム機構に基づく網膜神経細胞の数理モデル

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650407
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 臼井 支朗 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (40023337)
• 研究分担者: 神山 斉己 愛知県立大学, 情報科学部, 助教授 (70233963)
• キーワード: 網膜神経細胞 / 水平細胞 / 双極細胞 / イオン電流機構 / 細胞内カルシウム機構 / 数理モデル / シミュレーション

研究概要

本年度は,主に以下に示すようなイオン電流機構と細胞内カルシウム機構に基づく網膜神経細胞のモデル化を行った.
・ウサギ網膜水平細胞のモデル化
哺乳類の網膜水平細胞は魚類などの下等脊椎動物と異なる機能,特性を持つことが知られている.近年,膜電流固定下のウサギ網膜水平細胞で下等脊椎動物などでは見られない繰り返しの活動電位が発生することが報告された.そこで本研究ではイオン電流機構に基づきウサギ網膜水平細胞のモデル化を行い,繰り返しの活動電位の発生メカニズムについてシミュレーション解析した.その結果,水平細胞に存在するカルシウム電流と遅延整流性カリウム電流によって,繰り返しの活動電位が発生することが示された.
・網膜双極細胞のモデル化
双極細胞のうちオン型双極細胞はカルシウムチャネルがシナプス終末に局所的に分布するという特性を持つことから,双極細胞の持つ特性を正確に記述するためには,この特性を含めたモデルを構築する必要がある.本研究では,双極細胞シナプス終末のイオン機構について,電気生理学的知見をもとに数理的に記述した.提案モデルは,双極細胞が示す電気的振舞いを忠実に再現するものである.次に,構築したモデルを用いてシナプス終末で観測された神経スパイク現象の発生メカニズムについて解析した.その結果,カルシウム依存性電流によって自発的なスパイク列が発生し,スパイクの形成には3種のイオン電流,I_<Ca>,I_<K(Ca)>、およびI_<C1(Ca)>が深く関与していることが示唆された.

研究成果

• [文献書誌] Kamiyama,Y.,Ishihara,A.and Usui,S.: "A mathematical model of glutamatergic synapse of the retinal outer plexiform layer" The 2nd RIEC International Symposium(Sendai). 137-140 (1998)
• [文献書誌] Usui,S.and Kamiyama,Y.: "Reconstruction of the vertebrate outer retina-From ionic channel to system." The 2nd RIEC International Symposium(Sendai). 36-41 (1998)
• [文献書誌] Ishihara,A.,Kamiyama,Y.and Usui,S.: "Analysis of light responses of the retinal bipolar cells based on ionic current model" Computational Neuroscience. 203-209 (1998)
• [文献書誌] Aoyama,T.,Kamiyama,Y.and Usui,S.: "Ionic current model of rabbit retinal horizontal cell" The 5th International Conference on Neural Information Processing(Kitakyushu). 1521-1524 (1998)
• [文献書誌] 藤井哲志,神山斉己,竹部啓輔,臼井支朗: "網膜視細胞ネットワークの超並列シミュレーション解析" 第13回生体・生理工学シンポジウム. 389-392 (1998)
• [文献書誌] 石井宏幸,藤川智博,神山斉己,臼井支朗: "コイ網膜水平細胞のダブルフラッシュ応答解析" 第13回生体・生理工学シンポジウム. 393-396 (1998)
• [文献書誌] Usui,S.,Kamiyama,Y.,Ishii,H.,Ogura,T.and Ishihara,A.: "Ionic current model of the outer retinal cells,in “Modeling in the Neurosciences",Edited by Roman R.Poznanski" Harwood academic publishers, 26 (1999)