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ホクヨウウミウシ(トリトニア)遊泳行動のニューロサイエンス

櫻井 全 (Neuroscience Institute, Georgia State University)

 

動物が示すリズミカルな運動やパタン化した動き,定型的行動の発現,中枢パタン発生器とよばれる神経回路が重要な働きをもつ

 これら行動の発現,あるいはひとつの行動から別の行動への切替えにおいて,神経修飾因子が回路にどのように作用しているかについて,ウミウシの仲間,軟体動物トリトニアの逃避遊泳行動を題材として研究を行っている。

 

 

 

 イチロー選手の美しい打撃フォームも,彼の中枢神経系が作り出す複雑な運動パターンに従って筋が収縮した結果である。

 

軟体動物トリトニアの逃避遊泳行動について

軟体動物トリトニアは,天敵のヒトデに襲われたとき,体を連続して屈曲させる逃避遊泳行動を示すことで知られ,格好の神経生理学研究の題材となる。

 この動きのパターンは脳神経節にある三種の介在ニューロンによってつくり出される。

 

 

 

·        トリトニア脳神経節

·        トリトニア遊泳パタン発生回路について

·        Cool movies of Tritonia by Dr. Russel Wyeth

           

中枢には異なった機能をもつ神経回路が数多く存在するのだが,それらはいくつかのニューロンを共有して重複したような形で存在している。 このような神経因子の共有は,神経細胞の絶対数の少ない無脊椎動物の神経系においてとくに顕著であることが知られる。 共有されているニューロンは,どの神経回路が活動しているかによって全く異なった働きをする 『多機能ニューロン』 であり,同時に回路の切替えの要となる。 この回路の切替えの引き金となるのが神経修飾因子の作用,すなわちニューロモデュレーションである。 回路のハードウェアとしてのニューロンやシナプスの同定だけでなく,その調整制御を行うソフトウェア的機能をもったニューロモデュレーション機構を解明することが,運動機能の発現と制御機構を明らかにする上で極めて重要である。

一連の研究の結果,神経修飾因子のはたらきというのは常に一定ではなく,神経回路の活動履歴や入力のタイミングによって全く正反対の作用を及ぼすことがわかってきた (Sakurai and Katz, 2003, 2009, Sakurai et al., 2006, 2007)

 

 

トリトニア逃避遊泳神経回路を題材としてこれまでに発表した研究論文

 

1.      A. Sakurai and P.S. Katz (2009b) Functional recovery following lesion of a central pattern generator. J Neurosci 29: 13115-13125.

2.      A. Sakurai and P.S. Katz (2009) State-, timing-, and pattern-dependent neuromodulation of synaptic strength by a serotonergic interneuron. J Neurosci 29: 268-279.

3.      E.S. Hill, A. Sakurai and P.S. Katz (2008) Transient enhancement of spike-evoked calcium signaling by a serotonergic interneuron. J Neurophysiol 100: 2919-2928.

4.      S. Clemens, R.J. Calin-Jageman, A. Sakurai and P.S. Katz (2007) Altering cAMP levels within a central pattern generator modifies or disrupts rhythmic motor output. J Comp Physiol A 193:1265-1271.

5.      A. Sakurai, R.J. Calin-Jageman and P.S. Katz (2007) The potentiation phase of spike timing dependent neuromodulation by a serotonergic interneuron involves an increase in the fraction of transmitter release. J Neurophysol 98: 1975-1987.

6.      A. Sakurai (2007) Spike timing-dependent neuromodulation in the Tritonia swim central pattern generator. Jpn Soc Comp Physiol Biochem 24: 18-26.

7.      A. Sakurai, N.R. Darghouth., R.J. Butera, and P.S. Katz (2006) Serotonergic enhancement of a 4-AP-sensitive current mediates the synaptic depression phase of spike timing-dependent neuromodulation. J Neurosci 26: 2010-2021.

8.      P.S. Katz, A. Sakurai, S. Clemens, and D. Davis (2004) The cycle period of a network oscillator is independent of membrane potential and spiking activity in individual central pattern generator neurons. J Neurophysiol 92: 1904-1917.

9.      A. Sakurai and P.S. Katz (2003) Spike timing-dependent serotonergic neuromodulation of synaptic strength intrinsic to a central pattern generator circuit. J. Neurosci 23: 10745-10755.

 

 

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© Akira Sakurai. Last Update: Nov 18, 2009

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