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：
03234211
负责人：
榊原学
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
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：
1991
资助国家：
日本
起止时间：
1991 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

生物の持つ連想学習・記憶機能を情報処理装置に応用するためには、動物の神経系で担われている学習・記憶機構をもとに、これを忠実に再現するモデルを構築する必要がある。そこで本研究では代表者が長年学習、記憶のモデル動物として研究を進めてきたウミウシを対象として神経系に起こるイオン電流変化を膜電位固定法により得られる実験デ-タを基にモデル化を図った。光を手掛かり刺激として動揺を想起するウミウシの連想学習にでは視覚系と動揺受容系が一種類の視覚受容器(B型視細胞)において収斂することが分かっていることからB型視細胞のイオン電流変化を解析した結果、同細胞のカリウム電流が不活性化されることを見出し、この過程は膜電位と膜イオン電流に関するホジキン・ハクスレ-型の連立微分方程式によりうまく再現されることを報告してきた。そこで本研究では連想学習を形成するもう一つの要素である動揺(重力刺激)の受容器細胞である有毛細胞を膜電位固定法によりそのイオン電流を計測するとともに、B型視細胞で収斂された学習情報を修飾する視神経節細胞においてもイオン電流計測を行ない、そのモデル化をホジキン・ハクスレ-方程式を用いて行なった。有毛細胞、視神経節細胞両者は遅延性整流カリウム電流がB型視細胞と比較して大き特徴を持ち、その他のイオン電流成分に関してはB型視細胞と同様に定式化できた。ホジキン・ハクスレ-型のい連立微分方程式記述をする際、種々のパラメ-タを実験デ-タから効率よく推定するため動的パラメ-タ推定アルゴリズムを新たに開発した。連想学習が成立するためには有毛細胞に存するカルシウム依存性カリウム電流の変化が重要で,これがB型視細胞の閾値低下に関与し、そのため学習獲得動物では未獲得動物に比べ僅かな刺激でも興奮しやすい特徴のあることが示唆された。

为了将生物的联想学习和记忆功能应用到信息处理设备中，有必要构建一个忠实再现动物神经系统执行的学习和记忆机制的模型。因此，在这项研究中，代表旨在根据使用膜电位获得的实验数据，对海蛞蝓神经系统中发生的离子电流变化进行建模，海蛞蝓作为学习和记忆的模型动物已经研究了多年。钳法。在海蛞蝓的联想学习中，它使用光作为提示刺激来回忆激动，众所周知，视觉系统和振荡感受器系统汇聚在一种类型的视觉感受器（B型感光细胞）中。通过分析电流变化，他们发现同一细胞中的钾电流被灭活，并报告说可以使用涉及膜电位和膜离子电流 Ta 的 Hodgkin-Huxley 型联立微分方程成功地重现该过程。因此，在本研究中，我们使用膜电压钳法测量了毛细胞的离子电流，毛细胞是扰动（重力刺激）的受体细胞，这是形成联想学习的另一个元素。我们还测量了视神经节细胞中的离子电流。修改学到的信息，并使用霍奇金-赫胥黎方程对它们进行建模。与B型光感受器相比，毛细胞和视神经节细胞都具有较大的延迟整流钾电流，并且其他离子电流成分可以与B型光感受器类似地配制。我们开发了一种新的动态参数估计算法，可以在描述 Hodgkin-Huxley 型联立微分方程时有效地估计实验数据中的各种参数。为了发生联想学习，毛细胞中钙依赖性钾电流的变化很重要，这与降低 B 型感光细胞的阈值有关，有人认为他具有使他容易兴奋的特征。