神経系はなぜ東なのか-並列構造の起源に関する実験的検証

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15370030
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 下澤 楯夫 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10091464)
• 研究分担者: 西野 浩史 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (80332477) ; 青沼 仁志 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (20333643)
• キーワード: 熱雑音 / 機械感覚器 / 感覚情報 / 機械感覚細胞 / 昆虫 / 光学計測 / コオロギ

研究概要

神経系の特徴は並列信号処理にあると言われている。しかし、なぜ「並列」なのか、「高性能な単一」ではなく多数の繊維からなる「束」なのか、単細胞から多細胞への進化の当然の帰結なのか、単細胞でも細胞表面に並んだ複数の受容体による「並列処理」が行われているのか?これらの疑問は、つまるところ、神経系は進化の上での如何なる淘汰圧への適応の産物なのか、またその適応にはいかなる拘束条件が付きまとったのか、を問うことになる。本研究では、神経細胞は熱雑音感受性を持っており、そのことが全動物に共通する神経系の並列構造の起源であることを、実証する目的で行っている。
コオロギ尾葉上で近傍にある気流感覚毛でも、そのブラウン運動は互いに無相関であることを確認するため、既設の気流感覚毛ブラウン運動計測装置の2チャンネル化を完了し、隣り合う感覚毛のブラウン運動を同時計測して、互いに無相関であることの実証データを集積することを試みている。また、気流感覚毛のブラウン運動と、感覚細胞および介在神経細胞の電気的応答の同時計測を行い、これらに相関(コヒーレンス)があることを示すため、感覚神経および介在神経の応答を電流として安定に計測できる、ボルテージ・カレントクランプ増幅器を設備備品費として購入した。
計測は現在進行中であるが、これらの成果により、コオロギ気流感覚系では、1.感覚細胞は情報受容にあたってエネルギーを散逸し、揺動散逸定理に従ったブラウン運動を観察できること、2.感覚細胞の膜電位揺らぎはブラウン運動と相関を持つこと、3.神経細胞は熱雑音領域で動作しており、情報伝送素子としての信号対雑音比が極めて低いこと、4.それでも神経細胞からの信号は、介在神経へのシナプス加重によって再構成されること、を実証していく。

研究成果

• [文献書誌] H.Nishino: "Local innervation patterns of the metathoracic flexor and extensor tibiae motorneurons in the cricket Gryllus bimaculatus."Zoolog.Sci.. 20. 697-707 (2003)
• [文献書誌] H.Nishino: "Projection neurons originating from thermo- and hygrosensory glomeruli in the antennal lobe of the cockroach."J.Comp.Neurol.. 455. 40-55 (2003)
• [文献書誌] Sadamoto, H.: "CREB in the Pond Snail Lymnaea stagnalis -Cloning, Gene Expression and Function in Identifiable Neurons of the Central Nervous System-."J.Neurobiol.. 58(4). 455-466 (2004)
• [文献書誌] Schuppe, H.: "Effects of Nitric Oxide on Proprioceptive Signaling."Zoolog.Sci.. 21(1). 1-5 (2004)
• [文献書誌] Aonuma, H.: "Nitric oxide regulates the levels of cGMP accumulation in the cricket brain."Act.Biol.Hung.. 55. 1-4 (2004)
• [文献書誌] H.Nishino: "Somatotopic mapping of chordotonal organ neurons in a primitive ensiferan, the New Zealand tree weta Hemideina femorata. I. Femoral chordotonal organ."J.Comp.Neurol.. (In press). (2004)