2001 Fiscal Year Annual Research Report
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12440236
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
下澤 楯夫 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10091464)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青沼 仁志 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (20333643)
西野 浩史 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (80332477)
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| Keywords | 感覚器 / 機械感覚細胞 / 昆虫 / ブラウン運動 / 情報機械 / 機械設計 |
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| Research Abstract |
昆虫の機械受容器は、従来考えられてきたような「原始的」感覚器ではなく、常温の熱揺動エネルギーk_BT(約4×10^<-21>J、可視光フォトンのエネルギーの1/100)をも検出できる最高度に進化した刺激受容系である。にもかかわらず、機械エネルギーが感覚細胞の受容器電位に変換される仕組み、特にその初期過程は全く解明されていない。コオロギを実験材料に選び、気流感覚器の機械的構造と感覚細胞のエネルギー変換応答とを分離し、分子熱雑音限界までエネルギー感度を進化させた機械感覚細胞の刺激受容機構解明の手がかりを得る目的で受容部位の力学計測、特に熱揺動領域の計測に取り込んだ。
光学顕微鏡を改造して、感覚毛のレーザー照明強拡大像(900倍)を4分割受光素子上に結ばせたブラウン運動計測装置(分解能3nmでの計測が可能)を製作し、この装置を用いてコオロギ気流感覚毛のブラウン運動を光学的に測定し、そのパワースペクトルから受容部の機械的性質を推定した。刺激受容部位におけるエネルギー変換は、気流感覚器の機械模型のバネの強さSとエネルギー吸収抵抗Rとして表現される。ブラウン運動のパワースペクトルの変化から、SおよびRの変化を検出した結果、Rは気流・感覚毛間の粘性摩擦抵抗とほぼ同じ値となることが明らかとなり、感覚毛の刺激受容部位は気流の持つエネルギーを最も効率よく取り込めるような機械設計(インピーダンス整合)になっていることが示唆された。この成果は、フォトンのような量子を持たない機械受容器、化学受容器、イオンチャンネル、シナプス受容体などは必然的に熱雑音に出会うから、雑音揺らぎやシナプス加重機構が神経系一般に広くみられることなど、情報機械としての神経系が究極の乱数発生器としての熱雑音を利用する設計原理の解明につながる。
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Research Products
(3 results)
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[Publications] Aonuma, H.: "Opposing actions of nitric oxide on synaptic inputs of identified interneurones in the central nervous system of the crayfish"J.Exp.Biol.. 204. 1319-1332 (2001)
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[Publications] Nishino, H.: "Hygro- and Thermoreceptive interneurons in the cockroach brain"Zool.Sci.. 18 Suppl.. 105 (2001)
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[Publications] Fujie, S.: "The nitric oxide/cyclic GMP pathway in olfactory processing system of the terrestrial slug Limax marginatus"Zool.Sci.. 19. 15-26 (2002)
