培養下神経回路網を用いた興奮の時空間パターンの単一ニューロン・レベルでの相関解析

使用培养神经网络对单个神经元水平的兴奋时空模式进行相关性分析

• 批准号: 09268243
• 负责人: 黒田 洋一郎
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan Institute for Neuroscience
• 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: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09268243/
• 关键词: LTP; 培養神経細胞; 細胞内カルシウム; アデノシン

Ca^<2+>感受性色素を用い、同一視野内での培養ニューロン回路中のニューロンの細胞内Ca^<2+>レベルの変化の時空間パターンを解析した。自発的バースト発火のsynchronous oscillationがみられるニューロン回路網が出来上がるのは培養開始後約1週間であるが、培養を続けると、回路網中の一部(例えば約50%)のニューロンだけがこの細胞内Ca^<2+>レベルのtrangentな上昇のsynchronous oscillationを示す状態が得られる。さらに外部からのbiーpolarな電極刺激により自発的Ca^<2+>上昇を示すニューロンの空間パターンが変化した。一方、1Hzの低頻度刺激を数百回繰り返すと既に形成されていたLTPがキャンセルされること(depotentiation)この低頻度刺激の後LTP形成が数十分にわたって抑制されること(long-term supression of LTP)が観察されている。LTPを含めたこれらの可塑性については、刺激でシナプス間隙に多量に放出されるLTPの分解産物であるアデノシンの濃度が密接に関係しており、A1レセプター、A2レセプターの役割が証明されている。さらに高頻度刺激でシナプス間隙に放出されたATPを情報として細胞外蛋白ドメインのリン酸化が起こり、これをpotein kinaseの阻害剤で阻害するとLTPの形成が抑えられることなど、シナプス可塑性に関与する分子群のシナプス間隙での刺激頻度に伴うミクロな時空間パターンの変化が、Ca^<2+>流入など既知のシステムの他に存在することもわかった。刺激頻度依存性の遺伝子発現を含めて多くの分子マーカーを用いての、異なった時間経過を持つ分子カスケードの識別を含めて 培養下で形成された神経回路網を用い総合的なネットワーク・レベル、シナプス・レベルでの可塑性の分子レベルまで含めた解析を行いつつある。 脳内ニューロン回路網での情報処理を、興奮に伴うさまざまな分子群のニューロン・シナプスレベルでの変化の時空間パターンを明らかにすることにより、記憶をはじめとする脳高次機能の理解を目指している。全体に相互につながり合い、系としては巨大すぎ出入力関係も“超複雑な"実際の脳内のcell assemblyより、はるかに単純で操作性の高い上に、シナプス結合まで可視化できれば、dynamic cell assembly仮説の検証など理論的アプローチとの共同実験が可能であるため、良いモデル実験系となり、脳内の情報表現の基本に迫る可能性がある。

使用Ca^<2+>敏感染料，分析了同一域内培养的神经元回路中细胞内Ca^<2+>水平的变化的时空模式。具有自发爆发同步振荡的神经元网络是在培养开始后一周左右形成的，但是如果培养继续进行，则网络中只有一部分神经元（例如，约50％）表现出这种细胞内CA^<2+>水平的转基因升高状态。此外，外部双极电极刺激改变了自发Ca^<2+>升高的神经元的空间模式。另一方面，已经观察到，如果重复了几百次的1Hz低频刺激，则已取消已经形成的LTP（dementiation），并且在这种低频刺激后的LTP形成被抑制了几分钟（长期灵敏度LTP）。关于这些可塑性，包括LTP，腺苷的浓度（LTP的降解产物）在刺激时大量释放到突触裂口中，与A1和A2受体的作用密切相关。此外，还发现，除了已知的系统外，由于突触裂解中的刺激频率以及释放到突触left裂中的ATP信息以及对这种potein Kinase抑制剂抑制的ATP的信息，与Potein Kinase抑制剂抑制ATP有关，在突触可塑性中涉及的分子的微时空模式发生了变化。除了已知的系统外，在参与突触可塑性的分子的突触裂缝中，微时空模式发生了变化。使用许多分子标记物，包括刺激频率依赖性基因表达，我们正在进行分析，其中包括使用培养下形成的神经网络在整体网络和突触水平上的分子可塑性水平，包括鉴定具有不同时间课程的分子级联。通过揭示与兴奋相关的各种分子组的神经元和突触水平上变化的时空模式，我们旨在通过处理大脑神经元网络中的信息来理解较高的大脑功能，包括记忆。 If the system is connected to each other, and the system is too huge, and the input and input relationships are much simpler and more operable than the "super complex" actual cell assembly, and even synaptic connections can be visualized, collaborative experiments with theoretical approaches such as verifying the dynamic cell assembly hypothesis, making it a good model experiment system and could get closer to the basics of information expression in the brain.

项目成果

Fujii S.et al.: "The roles of endogenous adenosine,acting via A1 and A2 receptors,in the induction and reversal of long-term potentiation in guinea pig hippocampal slices CA1 neurons." The Role of Adenosine in the Nervous System. 127-34 (1997)

Fujii S.等人：“内源性腺苷通过 A1 和 A2 受体发挥作用，在诱导和逆转豚鼠海马切片 CA1 神经元长时程增强中的作用。”

黒田洋一郎: "脳 -神経科学の過去・現在・未来ー黒田洋一郎・馬渕一誠=編 『生物学のすすめ』" ちくま書房, 205 (1997)

黑田洋一郎：“大脑 - 神经科学的过去、现在和未来 - Yoichiro Kuroda 和 Issei Mabuchi（编辑。生物学建议”）Chikuma Shobo，205 (1997)

黒田洋一郎: "脳と神経の科学(小林繁、熊倉鴻之助、黒田洋一郎、畠中寛=共著)" オーム社, 188 (1997)

黑田洋一郎：“大脑和神经科学（小林茂、熊仓幸之助、黑田洋一郎和畠中浩合着）” Ohmsha，188 (1997)

Kawahara M: "Alzheimer‘s disease amyloid βーprotein forms Zn2+-sensitive,cation-selective channels across excised membrane patches from hypotahlamic neurouns." Biophysical Journal. 33. 67-75 (1997)

Kawahara M：“阿尔茨海默病淀粉样蛋白在下丘脑神经元切除的膜片上形成 Zn2+ 敏感的阳离子选择性通道。生物物理学杂志 33. 67-75 (1997)。

Kawahara M: "βーamyloid protein forms cation-selective channels across excised membrane patches from hypothalamic GnRH neurouns." Alzheimer‘s Disease:Biology,Diagnosis and Therapeutics. 509-517 (1997)

Kawahara M：“β-淀粉样蛋白在下丘脑 GnRH 神经元切除的膜片上形成阳离子选择性通道。”阿尔茨海默氏病：生物学、诊断和治疗 (1997)。