樹状突起膜と細胞外電場の相互作用による神経情報処理の実験的解明と数理モデル構築

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17300096
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 東京薬科大学
• 研究代表者: 宮川 博義 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (90166124)
• 研究分担者: 井上 雅司 東京薬科大学, 生命科学部, 講師 (30339098)
• 連携研究者: 大森 敏明 理化学研究所, 脳科学総合研究センター・脳数理研究チーム, 研究員 (10391898)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2008
• キーワード: 細胞外電場 / 電位イメージング / 電位非依存性イオンチャネル / EPSP / 数理モデル

研究概要

電位イメージング法により細胞外電場に対する海馬ニューロンの応答を実験的に検討し、(1) 活動電位の発生部位が直流電場によって移動すること、(2) 直流電場に対する応答がIhチャネルには本質的に依存しないが、(3) リークチャネル、TRPチャネルを修飾する条件下では変化することを見出した.(4) コンピュータシミュレーションにより、直流電場に対する応答の決定要因の一つが樹状突起端の膜抵抗にあることを示した.(5) 樹状突起をケーブルとみなし、細胞外電場に対する応答をケーブル方程式の解析解として理論的に求める方法を開発した.その結果、一端にリークのあるケーブルでは周期的細胞外電位に対して周波数選好性のみられること、さらに(6) 非リーク端における電位変化の振幅が増大することを見出した.

研究成果

• [雑誌論文] Steep decrease in the specific membrane resistance in the apical dendrites of hippocampal CA1 pyramidal neurons (2009)
  • 著者名/発表者名: Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and Okada, M.
  • 雑誌名: Neuroscience Researh 64 ページ: 83-95
  • 査読あり
• [雑誌論文] athematical analysis on dynamical behavior of a cylinderical cable induced by extracellular electrical field II (2009)
  • 著者名/発表者名: Monai,H., Omori, T., Okada, M., Inoue, M., Miyakawa, H., and Aonishi, T.
  • 雑誌名: 信学技報 108 ページ: 81-86
• [雑誌論文] 細胞の摂動応答を用いた樹状突起先端部における膜比抵抗の推定 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上雅司、岡田真人
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 106(588) ページ: 25-30
• [雑誌論文] 細胞外電場負荷時のシリンダーケーブルの振る舞いの数理解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 毛内拡, 青西亨, 井上雅司, 宮川博義
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 107(542) ページ: 157-162
• [雑誌論文] Estimated distribution of specific membrane resistance in hippocampal CA1 pyramidal neuron (2006)
  • 著者名/発表者名: Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and OkadaM
  • 雑誌名: Brain Research 1125 ページ: 199-208
  • 査読あり
• [雑誌論文] 細胞外電場負荷によって錐体細胞樹状突起に誘起される電流応答のコンパートメントモデルによる解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 大和卓人、井上雅司、工藤佳久、宮川博義
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 104(759) ページ: 13-18
• [雑誌論文] 海馬スライスにおける膜電位振動(2-7Hz)の膜電位イメージング法による時空解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 粕谷奉幸、工藤佳久、宮川博義、井上雅司
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 104(759) ページ: 25-30
• [雑誌論文] 細胞の動態から回路網の動態へ-NEURONシミュレータによる仮想生理実験- (2005)
  • 著者名/発表者名: 青西亨、宮川博義、井上雅司、岡田真人
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 104(759) ページ: 49-54
• [雑誌論文] 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定 (2004)
  • 著者名/発表者名: 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上雅司、岡田真人
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 104(473) ページ: 7-12
• [学会発表] Mathematical analysis on dynamical behavior of a cylinderical cable induced by extracellular electrical field (2008)
  • 著者名/発表者名: Monai, H., Aonishi, T., Omori, T., Inoue, M., Okada, M., Miyakawa, H.
  • 学会等名: Neuroscience2008
  • 発表場所: Washington, DC.U.S.A
  • 年月日: 20081115-19
• [学会発表] 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 毛内拡、青西亨、大森敏明、岡田真人、井上雅司、宮川博義
  • 学会等名: 第31回日本神経科学大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-07-09
• [学会発表] ダイナミック・クランプを実現するリアルタイム計測・制御システムの構築 (2008)
  • 著者名/発表者名: 角田敬正、大田桂輔、渡部重夫、宮川博義、青西亨
  • 学会等名: 電子情報通信学会、ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-03-12
• [学会発表] 細胞外電場負荷時のシリンダーケーブルの振る舞いの数理解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 毛内拡、青西亨、井上雅司、宮川博義
  • 学会等名: 電子情報通信学会、ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-03-02
• [学会発表] Steep decrease of membrane resistance in distal dendrite of hippocampal CA1 pyramidal neuron (2006)
  • 著者名/発表者名: Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and Okada, M.
  • 学会等名: Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Georgia, Atlanta
  • 年月日: 20061014-18
• [学会発表] Frequency preference of apical dendrites in response to sinusoidal electric field (2006)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, Y., Miyakawa, H., and Inoue, M.
  • 学会等名: The 29^<th> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20060718-21
• [学会発表] Non-Uniform Passive Membrane Property in Dendrite Estimated by Fitting Multi -Compartment Model to Voltage Imaging Data (2006)
  • 著者名/発表者名: Omori, T., Aonishi, T., Miyakawa, H., Inoue, M., and Okada, M.
  • 学会等名: Computational and Systems Neuroscience
  • 発表場所: Salt Lake City
  • 年月日: 20060305-08
• [学会発表] 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定 (2004)
  • 著者名/発表者名: 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上 雅司、岡田真人
  • 学会等名: 日本神経回路学会第14回全国大会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20040927-29
• [学会発表] 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定 (2004)
  • 著者名/発表者名: 大森敏明、青西亨、宮川博義、井上 雅司、岡田真人
  • 学会等名: 日本物理学会2004年秋季大会
  • 発表場所: 青森大学
  • 年月日: 20040922-24
• [学会発表] 海馬CA1領域における細胞外電場に対する応答特性へのIhの寄与は小さい (2004)
  • 著者名/発表者名: 秋山博紀、鈴木崇之、岡野祥子、工藤佳久、宮川博義、井上雅司
  • 学会等名: 日本神経科学会大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 20040921-23
• [学会発表] Are distal dendrites 'leaky'? Voltage imaging reveals unique spatiotemporal responses to DC fields in hippocampal slices (2004)
  • 著者名/発表者名: Inoue, M., Miyakawa, H.
  • 学会等名: Spring Hippocampal Research Conference
  • 発表場所: Grand Cayman BWI
  • 年月日: 20040501-08
• [学会発表] 細胞外電場負荷によって錐体細胞樹状突起に誘起される電流応答のコンパートメントモデルによる解析 (2004)
  • 著者名/発表者名: 大和卓人、井上雅司、工藤佳久、宮川博義
  • 学会等名: 電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学工学部
  • 年月日: 20040328-30
• [学会発表] 膜電位イメージング法を用いたラット海馬スライスにおける膜電位振動(2-7 Hz)の解析 (2004)
  • 著者名/発表者名: 粕谷奉幸、工藤佳久、宮川博義、井上雅司
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学工学部
  • 年月日: 20040328-30
• [図書] 細胞の摂動応答の光計測とシミュレーションによる膜特性の推定 (2006)
  • 著者名/発表者名: 井上雅司、大森敏明
  • 総ページ数: 13-19
  • 出版者: 日本シミュレーション学会シミュレーション25
• [図書] ニューロンの樹状突起先端部の膜抵抗 (2004)
  • 著者名/発表者名: 宮川博義、井上雅司、秋山博紀、大森衣里子
  • 総ページ数: 166-171
  • 出版者: 日本生物物理学会生物物理44(通巻254号)