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シグナル伝達ネットワークは「安定性」や「可塑性」といったシステムとしての特性により、異なる生命現象を共通のネットワークを用いて動的に制御していると考えられるが、その分子基盤に基づくダイナミクスの理解はほとんど進んでいない。本研究では「安定性」や「可塑性」の解析対象として、シナプス可塑性や細胞の収縮・弛緩などの生命現象にフォーカスする。
海馬や大脳新皮質のスパイクタイミング依存シナプス可塑性(STDP)の膜電位・シグナル伝達モデルを構築し、複雑なプレ・ポストの発火タイミングにより導かれる長期増強(LTP)やLTDが説明可能であるかどうか検討し、STDPの再現にはNMDA受容体の新規アロステリック性が必要であることを明らかにした。
視覚刺激は網膜から視蓋へと伝わる。視蓋ニューロンは、特定方向に動く視覚刺激を検知して発火する性質を持っており、この性質を方向選択性と呼ぶ。方向選択性は、生得的な性質でなく、生後の様々な視覚経験によりSTDPが生じ、神経ネットワークが変化することで獲得されると考えられている。このSTDPモデルをアフリカツメガエルの視覚系神経ネットワークに適用し、STDPによる視覚システムの機能獲得過程の解明を試みた。アフリカツメガエルの視覚系神経ネットワークにおける方向性選択性獲得学習の実験結果をよく再現できた。また、モデルから抑制性ニューロンがない場合には方位選択性を獲得できることを見出した。
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