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» 2018年01月05日 15時00分 公開

医療技術ニュース:匂いの濃度が変化しても同じ匂いだと分かる理由

理化学研究所は、哺乳類の感覚情報処理の1次中枢である脳の嗅球において、神経細胞の発火タイミングに基づく匂いの情報識別の仕組みを解明した。濃度が変化しても同じ匂いだと感じられる理由の1つに、発火タイミングの安定性があることが分かった。

[MONOist]

 理化学研究所は2017年12月7日、哺乳類の感覚情報処理の1次中枢である脳の嗅球において、神経細胞の発火タイミングに基づく匂いの情報識別の仕組みを解明したと発表した。同研究所 多細胞システム形成研究センター 感覚神経回路形成研究チームの今井猛氏らの共同研究チームが明らかにした。

 哺乳類は、鼻腔の嗅上皮にある約400種類の嗅神経細胞によって匂いを検出し、その情報を脳の嗅球へと入力する。情報を受け取った脳の神経細胞は、入力に応じて一過的な電気的活動を生じる「発火」の頻度やタイミングを変化させる。

 今回の成果は、発火タイミングの安定性が、匂いの濃度が変化しても同じ匂いだと感じられる理由の1つであることを示すものとなる。今後は、発火タイミングを制御する神経回路機構を解明することで、神経回路における演算原理の理解や脳情報の解読が期待される。

 研究チームでは、2光子カルシウムイメージング法を用いて、マウスに同じ匂いを20呼吸サイクル嗅がせた際の発火パターンを解析した。その結果、マウス嗅球の糸球体において、僧帽細胞の発火頻度はサイクルごとに変化した。一方、発火タイミングは常に安定的で、匂いの種類をより正確に区別できることが分かった。

 また、嗅神経細胞には、呼吸による空気の流れを検出する仕組み「機械刺激受容」がある。マウスによる検証では、嗅球の僧帽細胞において、機械刺激は糸球体ごとに異なる発火の波(脳波の一種)を作り出した。空気を連続的に鼻腔へ流してこの波をなくした場合では、発火タイミングを正確に刻むことができなかった。このことから嗅神経細胞の機械刺激受容は、僧帽細胞における発火タイミングの制御に役立つことが分かった。

photo 哺乳類の嗅神経細胞と僧帽細胞における匂い情報処理(クリックで拡大) 出典:理化学研究所
photo マウス僧帽細胞において観察される匂い刺激に対する発火タイミングの安定性(クリックで拡大) 出典:理化学研究所
photo 僧帽細胞における発火の波と発火タイミングに基づく匂い情報表現(クリックで拡大) 出典:理化学研究所

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