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神経細胞活動に付随する微視的な磁界分布の境界要素法による解析

使用边界元法分析伴随神经元活动的微观磁场分布

基本信息

批准号：
11170211
负责人：
廣瀬明
金额：
$ 4.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

海馬CA3スライスの微小SQUIDによる計測を想定し、スライスから2mm離れた線上の磁界の時間発展を改良コンパートメントモデルによって計算して、細胞の各部位の寄与を評価した。その結果、観測される磁界の起源は、従来考えられているEPSPよりはむしろ発火に伴う逆伝搬パルスにあり、その時空間的に微妙な相殺の仕方によって大きく変化することが明らかになった。空間配置としては、basal dendriteとapical dendriteがsomaをはさんでほぼ直線状に延びる典型的な状況を考えた。そして生理実験でbasal dendriteを刺激した場合(細胞外近傍電極による)にスライス全体で生成される3相の磁場を再現するようにフィッティングを行った。単一細胞が生成する総合的に観測される磁場B_<total>について、そのピークは時間的に遅く空間的に長いEPSPによるもの(〜3[fT])よりは、むしろ発火時(およびバースト時)に2つのdendritesを逆伝搬するパルスによるもの(12〜15[fT])であることが確認された。またその内訳はbasalによるものB_<basal>(30[fT])とapicalによるものB_<apical>(45[fT])であるが、それぞれを別々に考えたときの波高値は非常に大きく、しかし逆向きで互いに相殺するため、その微妙なタイミングによって、B_<total>の波高値が決定されることが明らかになった。この結果は、樹状突起の微細なチャネル密度分布が、発生磁場に大きな影響を与えることを意味している。また、軸索による磁場B_<axon>は2[fT]程度であり、観測系の時空間分解能が高い場合、無視できない値であると言えることも明らかになった。一方、それと同時に、新たに提案した2次元ダイナミクス方程式によって、微視的な膜電位の振舞いの解析を進めた。その結果、細胞体部分などの細胞膜が曲率を持つ部位(膜面積が電位進行方向に対して拡大・縮小を伴う部位)では、電位の伝達速度が大きく変化することを明らかにした。すなわち、膜面積拡大部分では速度が極端に遅くなり、逆に縮小部分では極端に速くなっており、この現象は発火を引起す膜上の位置に影響を与えていると考えられる。また伝達速度の伝導層厚み依存性が、曲率がゼロの場合にはν∝D^<1/2>(速度ν、厚みD)であるのに対し、細胞体の直径が50μmの場合、信号波面の拡大部分ではν∝D^<0.77>であり、より厚み変化に敏感であった。これらの結果は、細胞形状が膜電位ダイナミクスに大きな影響を与えることをはじめて明かにしたものである。さらに、細胞外の電位・電流を取り入れた理論を再構成し、数値的な評価を進めている。

The time evolution of the magnetic field on the hippocampus CA3 axis was improved by measuring and evaluating the micro-SQUID of the hippocampus CA3 axis, and the time evolution of the magnetic field on the axis of the hippocampus CA3 axis was improved by calculating and evaluating the location of each part of the cell. The result of the survey is that the origin of the magnetic field is different from that of the EPSP, and the time and space of the EPSP are different. Spatial configuration: basic dendrite, soma, linear extension, typical case In the case of physiological stimulation of basal dendrite (extracellular near-electrode), three-phase magnetic field is generated. A single cell generates a combined magnetic field B_T_T<total>_ B_<basal>(30[fT]) and apical B_ (45[fT]) are the basic elements of the wave height. The wave height of B_ (30[fT<apical>]) and apical B_ (45[fT]) is determined by the wave height of B_ (45[fT])<total>. The results show that the density distribution of dendrites and the influence of generated magnetic field are significant. The magnetic field B_<axon>2[fT] degree of the axle is high, and the time-space decomposition energy of the measurement system is high. A square, a new proposal, a two-dimensional equation, a Weishi app, and a membrane potential analysis. As a result, the curvature of the cell membrane in the cell body part (the membrane area is opposite to the direction of potential progression) is different from that in the cell body part (the potential velocity is opposite to the direction of potential progression). Most of the film area is affected by extreme speed, reverse speed reduction, and position on the film. The dependence of velocity on thickness of conduction layer, curvature, etc., is different when velocity v, thickness D is different, when diameter of cell body is 50μm, most of signal wave front is different when velocity v, thickness D is different<0.77>. The result is that the membrane potential is affected by the shape of the cell In addition, the extracellular potential and current are taken into account in the theory of reconstruction and numerical evaluation.