昆虫機械受容系の熱雑音感受性と中枢における微弱信号抽出機構

昆虫机械感受器系统的热噪声敏感性及中枢微弱信号提取机制

• 批准号: 12048202
• 负责人: 下澤 楯夫
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12048202/
• 关键词: 機械感覚細胞; 介在神経; 昆虫; 熱雑音; 情報機械; 情報伝送量; エネルギー感度; 閾値; 確率共鳴; 情報伝送速度; 内部雑音

昆虫の機械受容器は、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。コオロギ気流感覚細胞が熱雑音(ブラウン運動)に揺すられて発火するほど高感度なこと、中枢の介在神経は熱雑音の無相関性を利用して閾値以下の微弱な信号を抽出することを明らかにする目的で本プロジェクトを遂行した。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。コオロギを実験材料に、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、情報機械としての感覚細胞の性質を解明するため感覚細胞が運ぶ情報、感覚細胞が介在神経に伝える情報量の定量化を試みた。中枢の介在神経から記録をとり、閾値付近の気流刺激への応答から、感覚細胞から介在神経への情報伝送量を測定した。コオロギの気流感覚細胞が運ぶ情報量はスパイク1つ当たり2〜4bit。入力感覚繊維1本あたりの情報量はおよそ300bits/secであることを示した。また、中枢の気流感覚介在神経の樹状突起部から細胞内記録をとり、閾値付近の人口白色雑音波形を繰り返し与え、後シナプス集合電位の変動分から、気流から介在神経までの情報伝送量(bits/sec)を測定した結果、50〜200bits/sec程度とばらつきはあるが1個の感覚細胞が伝える情報量より遥かに小さいことがわかった。昆虫の機械受容器は究極感度まで進化し熱雑音に直面している、逆説的に熱雑音のエネルギーと無相関性を利用してさらに微弱な信号を検出する中枢機構が進化したことが示唆された。

昆虫机械感受器是能够检测到室温热秋千能量k_bt的最高发展的刺激受体系统（大约4×10^<-21> J，1/100的可见光光光子的能量）。进行该项目的目的是澄清板球气流感觉细胞是如此敏感，以至于它们通过热噪声（Brown的运动）发动摇动，以至于它们会发射，并且中央中间神经元可以利用将热噪声掺入以下的弱信号。由于光子没有量子的机械感受器，化学感受器，离子通道，突触受体等。不可避免地会在神经系统中广泛看到热噪声，噪声波动和突触加权机制，从而在设计原理中阐明了神经系统作为信息机器作为最终的随机噪声的阐明。我们将板球作为实验材料，我们将气流传感器的机械结构和感觉细胞的能量转化响应分开，并获得了阐明机械感知细胞的刺激感受机制的线索，这些刺激感受的机制使能量敏感性在分子热噪声中进化到分子热噪声的限制，并试图通过感觉神经来量化信息，以量化信息，并试图通过感觉神经携带的信息来量化。感觉细胞作为信息机的特性。记录是从中央干预神经中获取的，并根据阈值附近对气流刺激的响应来测量从感觉细胞传输到中间神经的信息量。板球气流感觉细胞携带的信息量为每个尖峰2-4位。结果表明，每个输入感觉纤维的信息量约为300位/秒。此外，从中央气流感觉介导的神经的树突中获取细胞内记录，并反复在阈值附近的人群中施加白噪声波形，并测量了阈值附近的人群中的白噪声波形，从气流到中间神经的信息传输量（位/秒）基于间歇性神经的范围，并且在较大的信息中，虽然在较大的信息中，但在较大的信息中，尽管有50次的量，但在200次范围中，它的量是在50次的范围。由单个感觉单元传输。据建议，昆虫机械感受器已经发展为最终灵敏度并面临热噪声，并且使用热噪声的能量和不相关来检测更多弱信号的中心机制已经发展。

项目成果

T.Shimozawa: "Proceedings of the international symposium on Recent Developments in Auditory Mechanics"World Scientific. 528 (2000)

T.Shimozawa：“听觉力学最新发展国际研讨会论文集”世界科学。

Fujie, S.: "The nitric oxide/cyclic GMP pathway in olfactory processing system of the terrestrial slug Limax marginatus"Zool. Sci.. 19. 15-26 (2002)

Fujie, S.：“陆生蛞蝓 Limax marginatus 嗅觉处理系统中的一氧化氮/环 GMP 途径”Zool。

馬場欣哉: "昆虫気流感覚介在神経における等比抑制"電子情報通信学会技術報告. MBE2000-28. 1-6 (2000)

Kinya Baba：“昆虫气流感觉中间神经元的几何比例抑制”IEICE MBE2000-28 (2000)。

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)

Aonuma, H.：“一氧化氮对小龙虾中枢神经系统中已识别中间神经元突触输入的相反作用”J.

Y.Baba: "Proportional inhibition in the cricket medial giant interneuron"J Comp Physiol A. 187. 19-25 (2001)

Y.Baba：“蟋蟀内侧巨型中间神经元的比例抑制”J Comp Physiol A. 187. 19-25 (2001)