| 研究課題/領域番号 |
25330353
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| 研究機関 | 中京大学 |
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研究代表者 |
石原 彰人 中京大学, 工学部, 准教授 (80387620)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 網膜OFF型双極細胞 / シナプス / 数理モデル / 光応答シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
視覚系に見られる神経メカニズムは、網膜内の最初の神経回路である網膜外網状層に、その機能の一部が実現されている。本研究では、網膜の生理学的知見を総動員した詳細な神経回路モデルを構築し、それを用いた解析から時間的コントラスト利得制御に関わる神経メカニズムを明らかにすることを目的とする。
平成26年度は、前年度に構築した錐体－網膜OFF型双極細胞のシナプスに関する詳細なモデルに対して最新の知見などを踏まえながら改良を進めるとともに、錐体－OFF型双極細胞への情報伝達特性の解析を進めた。シナプス伝達では、前シナプス終末における電位変化に伴う細胞内Ca濃度変化、伝達物質の放出、後シナプス終末上のレセプタによるそれの受容などのメカニズムが関与している。平成25年度の研究にて構築したOFF型双極細胞のAMPA型グルタミン酸レセプタモデルは、脱感作と呼ばれるAMPA型レセプタにみられる特有のメカニズムを再現したモデルある。平成26年度は、錐体シナプス部の前シナプス終末における伝達物質放出過程について、Ca濃度変化から小胞体の活性化、伝達物質の放出過程など、より詳細化を行った。これらのモデルを実装した錐体－OFF型双極細胞の神経回路モデルを用いたシミュレーション解析より、こうしたシナプス部位のメカニズムの特性が、光応答に与える影響を解析した。その結果、光応答のOFFフェーズの形成においてレセプタの機能が作用していることが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の計画において平成26年度は、錐体－OFF型双極細胞のシナプス伝達に関するモデル化を終了し、光応答シミュレーションからその効果を解析するとともに、網膜神経節細胞（RGC)まで含めた数理モデルの構築を進める計画であった。前者についてのモデル化や解析については、概要に述べたように研究を進め学会発表などおこなっている。一方で、後者に関しては、関連研究の調査などを進めているが、数理モデル化の段階まで進めていない。これは、シナプスモデルに関して近年得られた新しい知見を導入したことや、錐体－OFF型双極細胞の神経回路モデルを用いたシミュレーション解析において、情報量的観点から解析など、当初予定していなかった新たな視点による解析を進めたためである。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度は、錐体－OFF型双極細胞のシナプスの数理モデルについて、平成26年度と同様に最新の知見をモデルに反映させていく。また同時に遅れている錐体－OFF型双極細胞－RGCからなる神経回路モデルの構築を進めていく。
やや遅れている錐体－OFF型双極細胞－RGCからなる神経回路モデルの構築については、計画時に予定していた詳細なRGCモデルではなく、より簡略化したモデルを使用することで、まずは錐体－OFF型双極細胞の情報伝達にみられる特徴が、RGCレベルで保存されているかについて解析を進める。それらを通じて特に目的としているコントラスト順応に関わる神経メカニズムに焦点をあて解析を進めていく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究では網膜数理モデルの構築やそれを用いたシミュレーション解析を中心に研究を進める。そこで円滑に研究を進めるために計算能力の高いワークステーションの導入を予定していた。平成26年度も、平成25年度と同様に、既存のワークステーションをアップグレードする形で、従来まであるものをより計算能力の高いものへと置き換えることができた。このため、予定よりも安価に現段階で必要となるシミュレーションを実行可能な計算機を準備できたことが理由の1つである。
また、当初の計画では海外での学会発表なども計画していた。しかし今年度は世界情勢が懸念されたことから海外発表をやめ、主に国内発表で対応したことも理由として挙げられる。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成27年度は、より規模の大きい神経回路モデルのシミュレーション解析を実施するため、例年同様に既存の計算機をアップグレードするほかに、新規ワークステーションを複数台購入する。とくに、計画申請時に述べているように、大規模な神経回路シミュレーションを目指してOpenMPI+Gridによる分散・並列シミュレーション技術を使った、計算機シミュレーションの高速化もはかることから複数台の購入を予定している。
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