広報活動

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2017年12月7日

理化学研究所
九州大学

発火タイミングに基づく匂い識別の仕組みを解明

-匂いの濃度が変わっても感じる匂いが変わらないのはなぜか?-

バナナの甘い匂いは、近くで嗅いでも遠くで嗅いでもバナナに感じられますね。このような匂いの質が濃度によって変わらない仕組みは、これまで大きな謎とされてきました。

ヒトは、鼻腔の嗅上皮に存在する嗅神経細胞によって匂いを検出し、その情報は感覚情報処理の一次中枢である脳の嗅球へと入力されます。すると、情報を受け取った神経細胞は「発火頻度」や「発火タイミング」を変化させます。ここで、発火とは神経細胞の一過的な膜電位変化(活動電位)のことを指します。個々の神経細胞が情報をやりとりする上で、発火頻度が重要なことは明らかになっていますが、発火タイミングがどんな役割を果たすのかはよく分かっていませんでした。

今回、理研を中心とする共同研究チームは2光子カルシウムイメージング法を用いて、マウス嗅球の糸球体において僧帽細胞の活動を計測しました。その結果、発火頻度はダイナミックに変化しているのに対して、発火タイミングは極めて安定で、匂いの種類をより正確に区別できることが分かりました(図参照)。さらに、嗅神経細胞には「機械刺激受容」という、呼吸に伴う空気の流れを検出する仕組みが備わっており、この入力がいわばペースメーカーとなって正確な発火タイミングが刻まれていることも分かりました。今回の結果は、バナナの匂いの嗅ぎ方や濃度が変化してもバナナの匂いだと感じられる理由の一つは、発火タイミングの安定性であることを示しています。

今後、発火タイミングを厳密に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技術の向上につながると期待できます。

嗅球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の図

図 嗅球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

理化学研究所
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
チームリーダー 今井 猛 (いまい たけし)
(九州大学大学院医学研究院 疾患情報研究分野 教授)
訪問研究員 岩田 遼 (いわた りょう)