神経システムの連想学習・記憶による合目的適応変化

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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。