神経システムの連想学習・記憶による合目的適応変化

通过神经系统的联想学习和记忆进行有目的的适应性改变

基本信息

批准号：
04218210
负责人：
榊原学
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tokai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

システム工学的に脳・神経系をみると、遺伝子のレベルで予め定められた入出力関係が、生まれてからの経験による様々な環境に適応するよう改変される。この過程を理解する目的で、光を条件刺激、回転を無条件刺激とするウミウシの連合学習をとりあげ、その神経系でみらるれ適応的変化を解析した。本補助金による研究課題は、連合学習の初期過程となる光受容器(視細胞)と平衝感覚器(有毛細胞)ニューロンをそれぞれ生理実験から得られる実験データをもとにして、その数理モデルを構築し、学習・記憶の過程を工学的に応用する際の基礎とするところにある。これまでの研究によりウミウシ連合学習による最初の変化はB型視細胞の細胞体でのKイオン電流の減少として観察されることが明らかになり、同様の現象は平衡感覚系の有毛細胞においてもみられると予想される。そこで膜電位固定法により、これらニューロンのイオン電流を分離・計測し、得られたデータを神経モデルとしてよく知られているホジキン・ハクスレーの式に適用し、そのパラメータ推定を行った。B型視細胞には3種のK電流,すなわちIa(初期急速活性型電流),Ic(細胞内カルシウム依存性電流),Ik(遅延性整流電流)のあることが知られ、これらは有毛細胞にも基本的に備わっていることが本研究で明らかとなった。ところが、これらK電流の電位依存性にはB型視細胞と有毛細胞の間には大きな差が認められた。B型視細胞では膜電応-60〜0mVの範囲ではIa,Icが主要成分でIkの関与はわずかであったが、同じ電位範囲において有毛細胞ではIa,Ikが主要な電流成分であった。これら電流成分の動的特微をモデル化し、連合学習にみられるB型視細胞のIa,Icの減少は、光応答振中の増大と脱分極の持続をもたらすことが本研究で明らかになった。この現象は、これまで光の順応状態を実験的に規定することが困難で観察されていなかった。

从系统工程的角度来看大脑和神经系统，在基因水平上预先确定的输入输出关系会被修改，以适应自出生以来所经历的各种环境。为了理解这个过程，我们研究了海蛞蝓的联想学习，使用光作为条件刺激，旋转作为无条件刺激，并分析了在它们的神经系统中观察到的适应性变化。该资助资助的研究项目基于从参与联想学习初始过程的光感受器（光感受器）和平衡感觉（毛细胞）神经元的生理实验获得的实验数据，目的是建立模型并使用它们。作为设计学习和记忆过程的基础。先前的研究表明，海蛞蝓联想学习引起的第一个变化是B型感光细胞细胞体中K离子电流的减少，在平衡感觉系统的毛细胞中也观察到了类似的现象。预计将会被看到。因此，我们使用膜电位钳法分离并测量这些神经元的离子电流，将获得的数据应用到众所周知的神经模型Hodgkin-Huxley方程中，并估计其参数。已知B型感光细胞具有三种类型的K电流，即Ia（初始快速激活型电流）、Ic（细胞内钙依赖性电流）和Ik（延迟整流电流），而这些是本研究揭示的细胞也基本都配备了。然而，B 型感光细胞和毛细胞之间这些 K 电流的电压依赖性存在很大差异。 B型感光细胞中，-60～0mV膜电压范围内，Ia和Ic是主要电流成分，Ik仅轻微参与；但在相同电位范围内，毛发中Ia和Ik是主要电流成分；细胞。通过对这些电流成分的动态特性进行建模，这项研究表明，联想学习中观察到的 B 型感光细胞 Ia 和 Ic 的减少会导致光响应振荡和持续去极化的增加。由于很难通过实验来定义光适应状态，因此直到现在才观察到这种现象。