2012年度第１１回
神経
と
脳
４．神経行動学（Neuroethology）
講義資料
http://www.brain.rcast.u-tokyo.ac.jp
Password: neuron10
神崎 亮平
東京大学 先端科学技術研究センターResearch Center for Advanced Science and Technology
10月 2日 第１回 10月 9日 第２回 10月16日 第３回 10月23日 第４回 10月30日 第５回 11月 6日 第６回 11月13日 第７回 11月20日 月脳の講義 11月27日 第８回 12月 4日 休講 12月11日 第９回 12月18日 第１０回 1月 8日 第１１回 1月15日 月曜の講義 1月22日 第１２回 1月29日 第１３回（アンケート） 2月 5日 第１４回（試験）
講義実施日
１．イントロダクション
２．動物行動学（Ethology）
鍵刺激・解発機構・定型的行動
環世界，感覚の世界
３．神経生物学（Neurobiology）
ニューロンの構造と機能
感覚情報の表現
４．神経行動学（Neuroethology）
記憶と学習行動（可塑性）
環境情報の処理と行動発現
BMI（脳・機械械融合システム）
講義内容
記憶／学習：行動の可塑性
■学習(learning)
動物の経験によって行動が変化すること
■記憶(memory)
脳に蓄積された情報
記銘：学習に伴う情報の保存
保持：保存された内容と保持する過程
想起：保存された情報を引き出す過程
会話，読書，電話番号記憶，暗算などの作業を行うときにわず かな間だけ記憶にとどめておく必要がある．数秒間の記憶．
記憶の分類
記憶の持続時間による分類
■短期記憶（short-term memory）
記憶というとき最も一般的にイメージされるのが長期記憶． 長期記憶は名前のとおり年の単位で長期間憶えている記 憶．情報の永続的貯蔵．親友の名前．小学校の名前．■長期記憶（long-term memory）
The Magical Number Seven, Plus or Minus Two
（ George Armitage Miller （USA)が提唱） 操作する必要のない情報の貯蔵庫． 買い物リスト．容量は ７プラスマイナス2項目． 一週間は7日，秋の七草，七つ道具． 参考 http://cogprints.org/730/0/miller.html#memory 長期記憶 宣言記憶 （陳述記憶） Ｓｑｕｉｒｅ（1987） エピソード 記憶 Ｔuｌｖｉｎｇ（1978） 昨日の夕食のメニューなど の自伝的出来事，水害な どの社会的出来事の記憶 意味記憶 Ｔulｖｉｎｇ（1978） 家族の名前や誕生日など の個人的な事実，言葉の 意味などの社会的に共有 する知識の記憶 手続き記憶 （非陳述記憶） Ｓｑｕｉｒｅ（1987） 自転車の乗り方やダンス の仕方など体で覚えた記 憶. .
記憶の分類
長期記憶の性質による分類
長期記憶の分類
Larry R. Squire （1987） ・条件反射：パブロフの犬 ・非連合学習：慣れ，感作 ・熟練技能：スポーツ技術，自転車の乗り方，楽器の演奏 ・認知的技能：野球や将棋のルール ■宣言記憶（陳述的記憶，顕在的記憶）declarative memory 出来事の記憶．意識して思い出す記憶，順序だてて考えたときに はじめて想起される． ・エピソード記憶：旅行の思い出，実体験に基づく記憶 ・意味記憶：一般常識など学習によって獲得した知識 ■手続記憶（非陳述的記憶，潜在的記憶）procedural memory 意識しなくても自然に思い出せる記憶，小脳を中心とした神経回 路により形成アメフラシを使った学習研究
■非連合学習
１つの刺激に対する応答が時間とともに変化する学習・慣れ（馴化）
habituation・感作（鋭敏化）
sensitization■連合学習
２つ以上の刺激の関連付ける学習・古典的条件付け
classical conditioning アメフラシ（雨虎，雨降）は，腹足綱 後鰓類の無楯類 (Anapsidea, Aplysiomorpha) に属する軟体動物 の総称．）．雌雄同体．神経細胞の 細胞体は，直径200〜1000μmと哺 乳類の10倍の大きさ． Aplysia californicaアメフラシの鰓引き込み反射
カリフォルニアアメフラシ
Aplysia californica
Eric R. Kandel was awarded
the 2000 Nobel Prize in Physiology or Medicine.
Meet a live Aplysia californica
Aplysia californica is a marine snail with a simple nervous system suitable for research on learning and memory.
Aplysia californica is a marine snail with a simple nervous system suitable for research on learning and memory.
© 2010 Howard Hughes Medical Institute http://www.hhmi.org/biointeractive/video/index.html
From the 2008 Holiday Lectures
アメフラシの鰓引き込み反射
海水を水管（サイフォン）に
通し，鰓でガス交換(呼吸）
を行う．
水管に軽い接触刺激を
与えると，水管をキュッと
縮めて保護する．刺激を
何度も繰り返すと，次第
に慣れて引き込み反射
を示さなくなる（
慣れ
）．
その後2時間放置すると
回復する．
カリフォルニアアメフラシ Aplysia californicaアメフラシの神経系
Ca濃度と活動電位
の同時計測
慣れ（馴化）
カリフォルニアアメフラシ Aplysia californica触刺激を繰り返すこ
と（10回程度）により
応答性が低下する
こと．
habituation鰓引き込み反射に関与する神経回路
注意：それぞれ複数のニューロンの代表として描いている． 鰓引き込み反射は主に単シナプス経路をとる． 繰り返し刺激に 対しても反応は 変化しない EPSPの大きさ が減少 シナプス前終末の伝達物質の 枯渇．シナプス小胞の数が減少 伝達効率が低下（シナプス抑 圧）が生じる（短期）シナプス抑圧
(Short tem)Synaptic depressionシナプス抑圧
Synaptic depression
刺激の反復：（Drosophila, C. elegans, mouse)
Ca-activated K channel (BK channel) のコンダクタ
ンス増大により，Caの流入が減少（シナプス抑圧）
1. シナプス前軸索末端に流れ込むＣａの量が減少する
ことと
2. 放出可能なシナプス小胞の数が減少することによる
N型Caチャネルの抑制が生じ，Ca流入が減少するな
どの理由により神経伝達物質の放出が減少すること
が原因と考えられている（岡，神経生物学）
脱慣れ と 感作
脱慣れ： dishabituation
強い新奇刺激を与えることで，慣れを起こ
す前の応答性に回復すること．
感作：sensitization
普段その反射を引き起こすのとは別の強い
刺激の後，すべての反射が強められること．
数分に1回，数時間規則的に水管に接触刺激を与
えると，アメフラシは慣れて，鰓引き込み反射をしな
くなる：
慣れ
脱慣れ と 感作
そこで，尾をたたくと，今まで慣れが生じていたはず
の鰓引き込み反射を，水管への接触刺激で起こすよ
うになる：
脱慣れ
尾をピンセットでつかむような侵害刺激を与えると，
脱慣れどころか，普段鰓引き込み反射など起こさな
いようなごく弱い接触刺激にも敏感に鰓を引き込むよ
うになる：
感作
A touch to the Aplysia's siphon causes a gill withdrawal, a simple reflex for studying memory.
© 2010 Howard Hughes Medical Institute http://www.hhmi.org/biointeractive/video/index.html
Aplysia's gill-withdrawal reflex and sensitization
From the 2008 Holiday Lectures— Making Your Mind: Molecules, Motion, and Memory促通介在ニューロン から放出されたセロ トニンが感覚ニュー ロンに働き，セカンド メッセンジャー系を 駆動して,Ca2+の流 入量を増し，かつシ ナプス小胞の数を増 すことで起こる．セロ トニンは長期的に伝 達物質の放出を増し， 新しいシナプスを形 成させる効果をもつ．
脱慣れと感作の機構
5‐ヒドロキシトリプタミン
(5‐hydroxytryptamine).C１０Ｈ１２Ｎ２O． 動物体に広く分布し，視床下部･大脳辺縁系･ 上生体(松果体)･血小板に多い． いわゆる生理活性アミンの一種で，腸の蠕動 運動，毛細血管収縮などの作用を示す．細胞 内ではシナプス小胞内に高濃度に含まれ，神 経伝達物質の一つと考えられている． セロトニンによって伝達の行われるニューロン をセロトニン作動性ニューロン(serotonergic neuron)とよぶ．トリプトファンからトリプトファ ン5‐モノオキシゲナーゼ (tryptophan5‐monooxygenase,EC1.14.16 .4)などの作用により5‐ヒドロキシトリプトファ ンを経て生合成され，上生体ではメラトニンに 変化する．セロトニン serotonin
DAG:ジアシルグリセロール，PKC(A)：タンパクキナーゼC(A)
脱慣れと感作の機構
K channel活性 を下げる 感作では，感覚 ニューロンと運動 ニューロンの間のシ ナプスが別の修飾 ニューロンによって強 化されるので，異シナ プス促通という． Caの流入 PKCによるシナ プス小胞放出 の促進 １．Gs共役型： セロトニンの結合により，アデニル酸シクラーゼが活性化し，ｃAMPが生成．これにより，Aキナーゼ（PKA)が活性化．PKAはシ ナプス終末膜状のKチャネルの一種（ Ksチャネル，sは serotonin）またはその機能に密接するタンパク質をリン酸化．こ のリン酸化によりKsチャネルが閉じる（または機能的なKsチャネ ル数が減少），K電流が抑制．これにより，活動電位の持続時間 が長くなり，Ca流入量が増加．感覚ニューロンから運動ニューロ ンへのシナプス効率が増す． ２．Gq共役型： セロトニンの結合により，細胞膜成分のPIP２からIP３とジアシル グリセロールが生成．ジアシルグリセロールは，Cキナーゼ （PKC)を活性化．PKCは，シナプス小胞の放出を何らかの機構 で促進し，シナプス伝達の増強．
２種類のセロトニン受容体
鰓引き込み反射の脱慣れ・感作の機構
ｃAMP PKAは核タンパク質であ るCREBをリン酸化し，こ れは顆粒の遺伝子の転写 を抑制するDNAの配列 CREに作用する．結果的 に，神経細胞の構造変化 に必要なタンパク質の転 写と翻訳を活性化する．感作の長期化
1.5時間以上にわたり繰り返して電気ショックを与
えると，数週間持続する長期の感作が生じる．
CREB：ｃAMP応答配列結合タンパク質cAMP response element binding protein CRE：cAMP応答配列cAMP response element
Dr. Harshad Vishwasrao guides you through a collection of images showing neuronal growth and synaptic formation representative of anatomical changes that occur during learning.
© 2010 Howard Hughes Medical Institute http://www.hhmi.org/biointeractive/video/index.html
Visualizing learning
Control Serotonin
触角葉におけるセロトニンの効果
voltage-sensitive dye imagingSerotonin - Control
1 mm
複眼 触角神経
Control Serotonin
触角葉におけるセロトニンの効果
voltage-sensitive dye imagingSerotonin - Control
Hill, Okada and Kanzaki (2003) J Exp Biol 206: 34
control serotonin 1. Strength 2. Period 3. Sensitivity 0.1 1 10 100 20 40 60 80 100 0 GLM, P<0.05 control: N=32 慣れ: N=32 脱慣れ: N=41 30min Stim/Res Stimulation Stim General Odor (Linalool)
Matsuyama and Kanzaki (in preparation)
0sec 30sec フェロモン（ボンビコール）量 (ng) 行動反応 (% ) 慣れ control セ ロ ト ニ ン量 (p m o l/b ra in ) (N=3) (N=6) (N=6) 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 a b b 脱慣れ P<0.05
フェロモンによる“慣れ”と “脱慣れ”
ＵＳとして，尾への電気刺激
これによって無条件に鰓引き込み反射
が起こる．
ＣＳは，水管または外套膜への軽い接触
刺激
ふつうであれば，このＣＳで，鰓引き込み
反射が起こるので，刺激の強度は，弱く
し，起こすか，起こさないか程度にする.
アメフラシの古典的条件付け
アメフラシの古典的条件付け
US CS セロトニン SN SN
