視覚系における統合問題と神経細胞群の同期的発火に関する研究

视觉系统整合问题及神经元群同步放电研究

基本信息

批准号：
10871014
负责人：
立花政夫
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

視覚系では、各種の視覚属性に対応した情報処理が異なるモジュールで行われている。しかし、このように別々に処理された情報がどのように統合されて整合性のある知覚が成立するのか、という統合問題は未解決のままである。視覚系でしばしば観察される同期的スパイク発火がこの統合問題を解く鍵として注目されている。そこで、本研究では、カエルの網膜神経節細胞(ディミング検出器)にマルチ電極法を適用し、スパイクの同期的・周期的発火について検討した。強度を正弦波状に時間変調させた全面照射光で網膜を刺激すると、ディミング検出器のスパイク発火は約30Hzの周期的パターンを示した。スポット光刺激では、このようなパターンは生じなかった。任意のディミング検出器ペアのスパイク発火について相互相関を求めたところ、全面照射光の場合、細胞間が2mm以上離れていても同期的発火と約30Hzの周期的発火パターンが見いだされた。しかし、各受容野をスポット光で刺激した場合、周期的発火は生じず、受容野が近傍にあるペアのみで弱い同期的発火が観察された。GABA受容体の阻害剤を投与すると、周期的発火は消失した。スパイク間間隔の解析から、ディミング検出器は末梢側に存在する30Hzの発振回路(あるいは発振素子)から入力を受けていることが示唆された。以上の結果から、カエル網膜には、ディミング検出器に対して、大きな領域の光刺激で周期的発火を生成させる広域的な神経回路網と、小さな領域の刺激により同期的発火を生成させる局所的な神経回路網とが存在することが強く示唆された。小さな多数の影ではなく、大きな影がカエル網膜に投影された場合には複数のディミング検出器に位相の合った同期的周期発火が生じるため、視覚中枢においてこの様な発火を検出する細胞が存在すれば、大きな影が現れたときにのみ逃避行動が誘発されると考えられる。

在视觉系统中，各种视觉属性对应的信息处理是在不同的模块中进行的。然而，如何整合这些单独处理的信息以形成连贯的感知的整合问题仍未解决。在视觉系统中经常观察到的同步尖峰放电作为解决这一集成问题的关键而引起了人们的关注。因此，在本研究中，我们将多电极方法应用于青蛙视网膜神经节细胞（调光探测器），并研究尖峰的同步和周期性发射。当用强度以正弦方式时间调制的全场照明光刺激视网膜时，调光探测器尖峰放电显示出大约 30 Hz 的周期性模式。聚光灯刺激不会产生这样的图案。当我们计算任意对调光检测器的尖峰发射的互相关性时，我们发现在全表面照明的情况下同步发射和大约 30 Hz 的周期性发射模式，即使细胞间隔超过 2毫米。然而，当用聚光灯刺激每个感受野时，没有发生周期性放电，并且仅在附近的感受野对中观察到微弱的同步放电。使用 GABA 受体抑制剂可以消除周期性放电。对尖峰间间隔的分析表明调光检测器接收来自位于外围侧的30Hz振荡电路（或振荡元件）的输入。从以上结果中，我们发现青蛙视网膜具有通过大面积的光学刺激产生周期性放电的广域神经网络，以及通过调光检测器的小区域的刺激产生同步放电的局部神经网络。这强烈表明神经网络的存在。当一个大阴影而不是许多小阴影投射到青蛙的视网膜上时，多个调光探测器中会发生同步的周期性放电，表明视觉中心中存在检测到这种放电的细胞。如果是这种情况，就会出现逃避行为。只有当出现大阴影时才会被诱发。