平成26（2014）年度　一般研究１実施報告書

課題番号	26−共研−1008	分野分類		統計数理研究所内分野分類		b
				主要研究分野分類		3
研究課題名	カルシウムイメージングデータを用いた線虫の神経モデル構築 II
フリガナ 代表者氏名	イワサキ ユイシ 岩崎 唯史		ローマ字		Iwasaki Yuishi
所属機関	茨城大学
所属部局	工学部
職　　名	助教

研究目的と成果（経過）の概要

研究目的
平成25年度に引き続き、全神経回路の構造が明らかになっている線虫C.elegansにおけるカルシウムイメージングデータを利用して神経回路の動作をモデル化し、感覚系から行動制御系への情報伝達を担う神経回路の情報処理原理を明らかにしていく。

成果
(1) 単一神経細胞のモデル構築
各種イオン濃度の3次元electrodiffusion方程式と電荷保存則を併用した単一神経細胞モデルを構築し、神経細胞各部位における蛍光強度応答の時空間変化をシミュレートすることが可能になった。線虫のある単一神経細胞のイメージングデータでは、axon、soma、dendriteで応答速度が異なり、特に刺激受容器から最も遠い位置にあるaxonでの応答が最も速いことが実験により分かっている。一見、直観と反するこの現象は、細胞内カリウムイオンによる膜電位の速い伝搬と電位依存性カルシウムチャネルのaxon上への偏った分布が原因であることをシミュレーションにより指摘した。また、匂い刺激の感覚神経細胞において刺激に対する順応を再現するには、カルシウム濃度依存性negativeフィードバックの投射先がセカンドメッセンジャーであればよいことを明らかにした。

(2) 神経回路のモデル構築
平成25年度の数理モデルを改良した。具体的には、細胞内カルシウム濃度変化の時定数を神経細胞ごとに変化させることで、これまで再現出来なかった刺激に対して応答の速い神経細胞と遅い神経細胞が混在する実験データを再現できるようになった。また、ネットワークの定常解析から化学シナプス結合の極性(興奮性/抑制性)の組合せを効率的に検索する方法を開発した。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

(1) Y. Iwasaki, S. Kuge, T. Teramoto, T. Ishihara, "Electrodiffusion model for Ca2+ dynamics of a whole single neuron" CeNeuro 2014 (University of Wisconsin, Madison, USA) 2014年7月9日

(2) Mamoru Usuyama, Yuishi Iwasaki, "A computational model of olfactory signaling in C. elegans" C. elegans Development, Cell Biology, and Gene Expression Topic Meeting & 6th Asia-Pacific C. elegans Meeting (Nara, Japan) 2014年7月19日

(3) Takuya Onuma, Hirofumi Sato, Yuichi Iino, Yuishi Iwasaki, "Numerical approach towards quantitative understanding of neural network of C. elegans" C. elegans Development, Cell Biology, and Gene Expression Topic Meeting & 6th Asia-Pacific C. elegans Meeting (Nara, Japan) 2014年7月18日

(4) 宇壽山衛、岩崎唯史, "線虫C. elegansの嗅覚信号経路に関する数理モデル" 第37回日本分子生物学会年会 (2014年11月27日、パシフィコ横浜)

(5) 宇壽山衛, "C. elegansの単一神経細胞を対象とした匂い刺激応答のコンピュータシミュレーション" 定量生物学の会 第7回年会 (2015年1月11日日、九州大学筑紫キャンパス)

(6) 小沼卓也, "線虫の神経回路におけるシナプス極性の推定" 定量生物学の会 第7回年会 (2015年1月11日日、九州大学筑紫キャンパス)

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

研究会の開催はありません。

研究参加者一覧
氏名	所属機関
宇壽山 衛	茨城大学
小沼 卓也	茨城大学
藤澤 良太	茨城大学
吉田 亮	統計数理研究所