生体情報研究系

感覚認知情報研究部門

感覚認知情報部門は視知覚および視覚認知の神経機構を研究対象としている。主にサルの視覚野からニューロン活動を記録し，ニューロンの刺激選択性や，異なる種類の刺激への反応の分布を調べることにより，視覚情報の脳内表現を明らかにすることを試みると共に，さまざまな行動課題時のニューロン活動を分析することにより，それらの視覚情報が知覚や行動にどのように関係しているかを調べている。また最近無麻酔のサルの機能的磁気共鳴画像法(fMRI)による視覚関連脳活動の解析を進めている。具体的な課題としては

（１）物体の表面の属性（色や明るさ）が大脳皮質でどのように表現されているか，

（２）それらの情報がどのように知覚や行動に関係しているか，

（３）視野の離れた場所に存在する要素刺激を統合して一つの物体として認知する仕組み，

（４）さまざまな向きの局所の輪郭の情報がどのように組み合わされて図形パターンが表現されるか，

といった問題に関して実験を行っている。

職　　員

	教　授　　小　松　英　彦　　KOMATSU，Hidehiko 静岡大学理学部卒，大阪大学大学院基礎工学研究科博士課程修了，工学博士。弘前大学医学部助手，同講師，米国NIH客員研究員，電子技術総合研究所主任研究官を経て平成６年１０月から教授（併任），平成７年４月から現職。 専攻：神経生理学。
	准教授　　伊　藤　　　南　　ITO，Minami 大阪大学基礎工学部卒，同大学大学院基礎工学研究科博士課程修了，工学博士。理化学研究所フロンティア研究員，米国ロックフェラー大学博士研究員を経て平成１０年１月から現職。 専攻：神経生理学。
	助　教　　郷　田　直　一　　GODA, Naokazu 京都大学工学部卒，同大学大学院人間・環境学研究科博士課程修了，博士（人間・環境学）。（株）国際電気通信基礎技術研究所研究員を経て平成１５年９月から現職。 専攻：視覚心理物理学。
	助　教　　鯉　田　孝　和　　KOIDA, Kowa 東京工業大学理学部卒，同大学院総合理工学研究科博士課程修了，博士（工学）。平成１２年４月から生理研研究員。平成１９年５月から現職。 専攻：視覚心理物理学。
	研究員　　平　松　千　尋　　HIRAMATSU, Chihiro 筑波大学第二学群生物学類卒，東京大学大学院新領域創成科学研究科博士課程修了，生命科学博士。東京大学大学院新領域創成科学研究科客員共同研究員を経て平成１８年７月から現職。 専攻：生命科学。
	研究員　　横　井　　　功　　YOKOI, Isao 藤田保健衛生大学卒，総合研究大学院大学博士課程単位取得退学。平成１９年５月から現職。 専攻：神経生理学。

神経シグナル研究部門

神経シグナル部門では，神経細胞間および局所神経回路を形成する細胞集団における情報処理のメカニズムを，主に電気生理学的な立場から解析している。また，分子の異常と個体の異常を結びつけるひとつの手段として，自然発症の遺伝子変異もしくは遺伝子改変モデル動物などを用い，複雑な生体システムにおける分子の機能を明らかにしてきている。実験手法としては脳のスライス標本を用いて，神経回路の機能を系統的に検討している。また分子・細胞レベルからの神経回路理解に向けて，コンピュータを組み込んだ実験（ダイナミッククランプ法）や計算論的なアプローチなども導入しつつある。

主に現在行っている研究は以下のとおりである。

（１）電位依存性カルシウムチャネルの異常により起こる神経疾患の病態解明

本チャネルの異常により，ヒト，マウスで小脳失調症やてんかんなどの神経疾患が起こることが知られている。しかし変異がいかに神経疾患を起こすかに関してはほとんど知見がない。われわれはいろいろな測定方法をあわせて用い，単一の分子の異常が脳機能にどのような影響を与えるかを検討している。

カルシウムチャネルに変異があるてんかんモデルマウスのtotteringマウスでは，視床から大脳皮質へのフィードフォワード抑制が顕著に障害されていることを明らかにした（図１）。

図１. totteringマウスの欠神発作の脳波（上）。大脳皮質と視床を結ぶ神経線維を保った脳スライス標本（下左）。totteringマウスでは、視床から大脳皮質細胞への２シナプス性抑制性入力が低下していた（下右）。

（２）視床における感覚情報処理機構とその異常

視床は脳のほぼ中央に位置し，感覚情報を大脳皮質に送る中継核である。近年の研究で，末梢から脊髄神経細胞へどのように感覚情報がコードされるか，またその基盤にある様々な分子の存在が明らかとなってきたが，視床でどのような処理が行われるかに関しては知見が乏しい。神経細胞集団による情報処理を理解するという観点から、まずは基本的な神経細胞間の配線を，大脳皮質第４層（入力層）の複数の細胞から同時記録する方法で明らかにした（図２）。また視床神経細胞が大脳皮質から受ける入力に関しても解析を行い，視床神経細胞が末梢から受ける入力と大きく異なることを明らかにした。

（３）拡散を介した異種シナプス抑制の分子基盤

神経細胞は，シナプスを介して情報伝達を行っている。これまでシナプス伝達は，単一方向にのみ進むと考えられてきた。しかし最近，逆行性や拡散性に伝達される可能性も指摘されるようになってきた。われわれは，脳幹の下オリーブ核から小脳プルキンエ細胞へ投射する登上線維の興奮性伝達物質グルタミン酸が，放出部位から拡散して，バスケット細胞から同じプルキンエ細胞に入力する抑制性シナプス伝達を阻害すること（脱抑制）を見出した。このグルタミン酸による阻害は，バスケット細胞の神経終末に存在するカルシウム非透過性AMPA受容体の活性化を介することが明らかになった。プルキンエ細胞を興奮させると同時に脱抑制を引き起こすことにより，小脳皮質のアウトプットを強化する巧妙な仕掛けであると考えられる（図３）。

職　　員

	教　授　　井　本　敬　二　　IMOTO，Keiji 京都大学医学部卒，医学博士。国立療養所宇多野病院医師，京都大学医学部助手，講師，助教授，マックス・プランク医学研究所研究員を経て，１９９５年４月から現職。 専攻：神経生理学。
	准教授　　宮　田　麻理子　　MIYATA，Mariko 東京女子医科大学卒，医学博士。理化学究所フロンティア研究員，基礎科学特別研究員，東京女子医科大学助手を経て，２００２年８月から現職。 専攻：神経生理学。
	助　教　　山　肩　葉　子　　YAMAGATA，Yoko 京都大学大学院医学研究科博士課程修了，医学博士。京都大学医学部助手，ロックフェラー大学研究員を経て，１９９１年９月より現職。 専攻：生化学，神経化学。
	助　教　　佐　竹　伸一郎　　SATAKE，Shin'Ichiro 名古屋大学大学院理学研究科博士課程修了，博士（理学）。三菱化学生命科学研究所博士研究員，科学技術振興事業団CREST研究員を経て，２００２年９月より現職。 専攻：神経生理学，生化学。
	助　教　　井　上　　　剛　　INOUE，Tsuyoshi 東京大学大学院薬学研究科博士課程修了, 薬学博士。Case Western Reserve大学研究員，NIPS非常勤研究員を経て２００３年７月より現職。 専攻：神経生理学。

神経分化研究部門

岡崎統合バイオサイエンスセンター
時系列生命現象研究領域
兼務

生体膜は，膜電位変化，細胞外からの伝達物質の刺激，細胞内の物理的な変化，機械的な刺激などを鋭く感知する。膜電位を感知する電位依存性イオンチャネルは，従来からもっとも良く研究が進み，構造と機能の関係の理解が進んでいる。しかし，膜電位シグナルに関わる素過程としては従来のイオンチャネル以外の新たな分子メカニズムが存在することが明らかになってきた。これらの新たな分子メカニズムと生体での役割を理解すると供に，発生過程において個体の機能に合った細胞分化が起こるメカニズムを明らかにするため以下の研究を行っている。

（１）ポアドメインを持たない電位感受性膜タンパクの動作原理の解明
神経や筋を始めとして細胞膜の膜電位変化は様々なイオンチャネル分子を介してイオンの出入りが生じることにより細胞内へ情報が伝達される。我々は，ホヤのゲノムから，電位依存性チャネルの電位センサーをもちながらイオンの通過部位（ポア領域）をもたず，かわりにC末側にホスファターゼドメインをもつ分子VSP(Voltage sensing phosphatase)を同定した。VSPは，イノシトールリン脂質を脱リン酸化する酵素活性を示し，生理学的な膜電位の範囲内で酵素活性を変化させる。イオンの移動なしに細胞膜の膜電位変化を細胞内の化学的情報に転換する，膜電位の信号伝達の新しい経路である。更に電位センサーをもつ別の分子も見出された。この分子は電位センサードメインのみを有しポア領域をもたないが（VSOP=voltage sensor-only protein），驚くべきことに電位依存性プロトンチャネル活性をもつことが明らかになった。VSOPはマクロファージなど免疫系の細胞に多く発現し，膜電位を介する活性酸素の産生や細胞内環境の制御に関わっていると考えられる。これらの分子の存在は，膜電位シグナルが従来考えられてきたように活動電位などの形成に限定されるのではなく，様々な生物現象に関わる可能性を示唆している。現在，VSPでの１分子内の電位センサーの動作がどのように酵素活性の変化をもたらすのか，またVSPがどのような生物現象における膜電位変化に対応して機能しているのか，哺乳類に固有の生理機能の進化とどのような関係があるか，などを明らかにしようとしている。VSOPについては，どのように膜電位を感知しプロトンの輸送を制御するのか，生理機能での意義は何か？などを明らかにしようとしている。

（２）イオンチャネルが生理機能に統合される機構の理解
膜興奮性の理解は，ホジキンとハックスレー以来の生理学の大きなテーマであり，近年の構造生物学に見るようにイオンチャネル分子の動作原理の解明が進んできた。これらイオンチャネルの発現や特性がどのように具体的な生理機能に組み込まれているかは謎が多い。バイオインフォマティクスなどの手法を用いて多種多様なイオンチャネルが具体的な生理機能（神経機能，免疫機能，発生など）に統合される機構を明らかにしている。

（３）運動機能の基盤となる神経回路の形成
神経回路は，転写因子の発現と活動依存的な修飾機構により規定される個々のニューロンにより構成される。特定のニューロンは神経回路機能に見合った特性（イオンチャネルによる膜興奮性や伝達物質の種類）を獲得する。発生過程において個々のニューロンが生まれ神経機構が成立するメカニズムを，トランスジェニックゼブラフィッシュなどを用いて解析している（東島准教授ほか）。

職　　員

	教　授　　岡　村　康　司　（生理学研究所兼務）　　OKAMURA，Yasushi 東京大学医学部卒，同医学系研究科修了，医学博士。東京大学医学部助手，ニューヨーク州立大学ストーニーブルック校客員研究員，産業技術総合研究所主任研究員（東京大学総合文化研究科助教授併任）を経て平成１３年５月から現職。 専攻：神経生物学，生理学。
	准教授　　東　島　眞　一　（生理学研究所兼務）　　HIGASHIJIMA, Shin-ichi 東京大学理学部生物化学科卒，同大学院博士課程修了，理学博士。基礎生物学研究所助手，科学技術振興事業団さきがけ研究専任研究員，ニューヨーク州立大学ストーニーブルック校客員研究員を経て平成１５年１１月から現職。 専攻：神経生理学，発生神経科学。
	日本学術振興会特別研究員　　木　村　有希子　　KIMURA, Yukiko 埼玉大学卒，東京大学理学系研究科修了，理学博士，生理研研究員を経て平成１９年４月から現職。 専攻：発生生物学。
	研究員　　黒　川　竜　紀　　KUROKAWA, Tatsuki 九州工業大学卒，同大学院情報工学研究科修了，情報工学博士，平成１７年７月から現職。 専攻：生化学。
	研究員　　モハマド・イズライル・ホサイン　　 HOSSAIN, Mohammad,I ジャハンギ・ノグル大学（バングラディッシュ）卒，バングラディッシュ工科大学修士課程修了，総合研究大学院大学生命科学研究科博士後期課程修了，理学博士。平成１８年１１月から現職。 専攻：物理学。
	研究員　　坂　田　宗　平　　 SAKATA, Souhei 東北大学理学部卒，名古屋大学理学研究科博士前期課程修了，東京大学総合文化研究科博士後期課程単位取得退学，平成１９年１２月より現職。 専攻：生物物理学。