眼球運動系の速度―位置変換機構
齋
藤
康
彦
は じ め に 外界の情報を取り込むために, 我々ヒトを含めた高等 動物にとって視覚は五感の中でも特に重要な感覚であ る.視覚情報を取り込む網膜の視細胞 (特に錐体)は時間 解像度が高くないことから, 視覚情報を適切に脳に取り 込むためには, 視線を保持することで視覚対象物を網膜 上で静止させる必要がある. 本稿では, 視線を保持する 仕組みについて述べる. 神 経 積 器 視覚対象へ視線を向けて保持するためには, 眼球を視 覚対象へ向けて回転させ視覚対象の方向へ眼球位置を保 持しなけ れ ば な ら な い の で, 外 眼 筋 を 支 配 す る 運 動 ニューロンは,眼球を動かす (眼球運動)ための眼球速度 信号と眼球を保持するための眼球位置信号を外眼筋へ伝 える (図 1A). 一方で, 外眼筋運動ニューロンへ直接投射 し眼球運動の発現に関与する前 神経核や橋核などの脳 幹ニューロンは, 眼球速度信号を外眼筋運動ニューロン へ 伝 え る こ と が 知 ら れ て い る (図 1B). 従って, 脳 幹 ニューロンから外眼筋運動ニューロンへ信号が伝えられ る間に速度信号 (図 1C) から位置信号 (図 1D) へ数学的 に変換する機構が必要となり, この機構は神経積 器と 呼ばれている. これまでの研究により, 水平性の眼球運 動に関して, 脳幹の舌下神経前位核 (prepositus hypog-lossi nucleus,PHN)を破壊すると眼球運動は生じるが視 線の保持ができなくなり, さらに, PHN においてバース ト発火の後に眼球位置に比例した持続的な発火を示す ニューロンが見出されていることから, PHN を中心と する領域が水平性眼球運動における神経積 器の役割を 担っていると えられている. 神経積 器について, 主 361 Kitakanto Med J 2009；59：361∼362 １ 群馬県前橋市昭和町3-39-22 群馬大学大学院医学系研究科遺伝発達行動学 平成21年９月24日 受付 論文別刷請求先 〒371-8511 群馬県前橋市昭和町3-39-22 群馬大学大学院医学系研究科遺伝発達行動学 齋藤康彦 図１ 水平眼球運動系の速度―位置変換回路に理論的研究により興奮性フィードバック回路や相互抑 制回路などの働きにより実現可能であることが示唆され ているものの, 実際に生体内における実体については明 らかになっていない. 実体の解明には, PHN を構成する 神経素子の特性を明らかにし, その神経素子によって作 られる神経回路特性を明らかにする必要がある. 我々は, まず神経素子の特性を調べるため, ラット脳幹スライス 標本において PHN ニューロンからホールセルパッチク ランプ記録を行い, PHN ニューロン自体の電気生理学 的特性について調べた. その結果, 短いパルス通電を与 えたとき, 通電終了後も脱 極を維持するニューロンを 見出せたものの, その脱 極は数百ミリ秒しか続かな かった. よって, 位置情報に対応した持続的な活動の生 成には神経素子自体の特性のみによってではなく, 神経 回路の活性化が必要であることが示唆された. そこで, 記録しているニューロンの近傍に 100Hz, 20発の一過性 のバースト刺激を与え, 膜電位固定下で電流応答を調べ た. その結果, 抑制性シナプス伝達を遮断した状態にお いて, 刺激後, 数秒に及ぶ内向き電流の頻度の増加が観 察された. この現象は, テトロドトキシンやグルタミン 酸受容体の拮抗剤の投与により消失することから, PHN 内のグルタミン酸作動性シナプスを介する局所神経回路 の活性化によって生じることが示された. さらに薬理学 的解析により, バースト刺激によって生じるシナプス電 流の持続的な頻度増加は, NMDA 型グルタミン酸受容 体とカルシウム透過型 AMPA 受容体の活性化によって 生じることが明らかになった. 以上のような一過性の刺 激によって興奮性シナプス電流の頻度が数秒にわたって 増加する現象は, 一過性の速度信号から持続的な位置信 号への変換過程を反映するものと えられ, この変換過 程には, NMDA 型グルタミン酸受容体のみならずカル シウム透過型 AMPA 受容体の活性化も関与しているこ とが示唆された. お わ り に 神経活動を一定時間維持する神経積 器の仕組みは, 眼球運動系のみならず脳内の数多くの場所で われてお り, 例えば短期記憶などのメカニズムの一つあると え られている. 従って, 神経積 器のメカニズムを明らか にすることは, 脳内で行われている汎用的な情報処理機 構の一つを明らかにすることにつながる. 今後, さらに 研究を推進し, 神経積 器の実体に迫りたいと えてい る. 文 献
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