博 士 （ 理 学 ） 佐 藤 元 昭
学 位 論 文 題 名

FUNCTIONAL R.OLE OF ASCENDING INTERSEGMENT
AL I
NTERNEURONESCONTROLLING THE UROPO
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TOR SYSTEM IN TH
E CRA
YFIS
H:THEIR PHYSIOLOGY, MORPHOLOGY AND LTLTRASTRUCTURE（アメ リカザ リガ二尾 扇肢運 動系にお ける上行性介在二ユー口ンの機能 的役割： 生理、 形態、お よび、微 細構造による解析）

学位論文内容の要旨
動物の行動は、様々な動作及び姿勢の変化として現われる。その多様性は多くの生理学者にとって興味深い研究対象である。近年、動物の行動と、それを裏打ちする神経機構に対して同時に目を向けようとする新たな研究分野、神経行動学が確立の途次にある。動物の行動を神経活動の面から解釈しようとするとき、まず行動の解析が必要となる。そしてそれにかかわる中枢、末梢における神経細胞の同定、さらに、それらの活動様式や接続状態の解析がなされ、最終的には、それらの行動パターンを作り出す 神 経細 胞 の特 性や 相 互作 用 の決 定 が行 われ る 必要 が ある。
無脊椎動物、中でもザリガニ類や昆虫などの小型の節足動物は、行動の神経機構を解析する対象としては特に優れている。例えぱ小型のアメルカザリガニの個体では定形化したぃくつかの行動パターンを見ることができる。後方から他の個体が近づくと、尾扇肢を閉じて索早く前方ヘ歩き出し、刺激源から遠ざかる逃避行動をみせる。この行動は人為刺激でも容易に再現することができ、この行動がどの様な神経回路の活動によるものなのか、その行動を形成する動物体各部の動作と神経活動とを直接対応させながら解析することが可能である。さらにこれらの動物では、ニューロンの絶対数が脊椎動物に比べて少ないことで、この．ような解析にははなはだ有利である。これによってある行動に関わる神経活動を、個々のニュ一口ンのレペルで詳細に解析するこ49−

と が 可能 であ る。
本 研 究 で は 、 ア メ リ カ ザ リ ガ ニ Procambarus

た。アメリカザリガニ尾扇肢の動きは、腹部最終神経節内の局所的な反射回路によってコン卜ロールされている。この神経節内にはスパイク発射型、非スパイク発射型の局在性ニューロンが存在し、さらにこの節起源の運動ニューロンや体節問上行性介在ニューロンが含まれる。上行性介在ニューロンは、腹側表層に細胞体を持ち、腹部縦連合を通って前方神経節に軸索を伸ぱしている。上行性介在ニューロンは尾扇肢表面の感覚毛から入カを受けること、またその一部のものは腹部姿勢制御に関わることなどは報告されてきたが、その機能の体系的な位置づけは行われてこなかった。本研究では尾扇肢運動に着目し、これら上行性介在ニュー口ンが最終神経節内で感覚情報統合から運動出力形成に至るまでに果たす役割を明らかにすることを試みた。このためこれらニューロンの生理、形態学的解析を行い、電気生理学的接続状態、および微細構造レベルでのシナプス接続を調査した。
研究方法として、標識物質を充填したガラス微小電極を用いて、細胞内記録、染色法を行い、電気生理学、的解析の後、細胞内通電により標識物質を細胞内ヘ注入した。
標識物質としてはニューロンの形態の素早く簡便な観察には、螢光色素ルシファー・イエローを、ニューロンの詳細な形態、構造を光学及び電子顕微鏡レベルで観察すると きに は、 ホー スラ ディ ッシ ュ・ パ ーオ キシ デー ス(HRP法 ）か 、塩 化ニ ッケ ル
（銀増強法）、あるいはその両者を同時に用いた。
その結果、上行性介在ニューロンの感覚、運動、あるいは他の介在ニューロンとの入出力連関、さらにそれに伴う形態、構造的特徴を総合的に明らかにした。ここではその内容を、形態と運動出カによる同定、シナプス分布、感覚情報の入力、直接シナプスを含む運動出力効果の四章としてまとめた。
第一章：

腹部最終神経節起源の上行性介在ニューロンの形態と機能に関して、待に運動出カに重点を置いて、同定を試みた。全体像、細胞体の位置、一次神経突起の走行、軸索の走行と位置、二次神経突起の数と状態、さらに運動ニューロンへの出力効果を調査し、こ れらをもとに、24種の上行性介在ニューロンを同定し、運動出力様式から六つのグループに大別した。
第二章：

上行性介在ニューロンの中で、運動出カを持つものと持たなぃものとで50

H
RP法を用いて最終神経節内 の微細構造を比較し、シナプス分布を解析した。迎鋤出カを持っものは入出力両シナプスを、持たないものは入カシナプスのみしか持たなかった。
第三章： 尾扇肢感覚毛からの刺激が上行性介在ニューロンに伝えられるまでの機構を単一毛刺激によって行い、電気生理学的に追跡した。その結果、多くの上行性介在ニューロンは複数の感覚毛求心性繊維から、直接化学的シナプスを介して収斂性の入カを受け取っていた。さらに、上行性介在ニューロン同士が最終神経節内で直接に抑制性、興奮性の信号伝達を行っていた。
第四章： 上行性介在ニューロンから尾扇肢運動ニューロンヘの出力接続に関して同時細胞内記録法を用い、さらに二重標識法による電子顕微鏡レベルでの直接接続の有無を微細構造において調べた。同定ニューロンの一部は、運動ニューロンへの直接接続のみならず、非スパイク発射型局在性介在ニューロンとも同時に直接接続を持つていた。
以上、上行性介在ニューロンは、感覚ニューロンの投射部域と局在性介在ニューロンの分校領域の中間部にそれ自体分枝していること、感覚ニューロンからの直接の収斂性入カを持ち、さらに局在性介在ニュー口ンヘ直接出カを持つことの両面から、感覚介在性ニューロンとして機能すると同時に、その情報を局在性介在ニューロンヘ伝達していることが明かになった。またその一部は運動ニューロンヘ直接接続を有してはいるが、その出カは局在性介在ニューロンのそれに比較してかなり弱いことが示された。したがって上行性介在ニュ亅ロンは、直接運動ニューロンをコントロールするとともに、その主たる機能としては感覚情報を加算増幅して前運動性ニュー口ンである局在性ニューロンヘ伝達することにあると結諭された 。

ー 51―

学 位論文審 査の要旨
主査

教授

久 田光彦

副査

教授

片 桐干明

副査

助教授

副査

講師

学位

高 畑 雅 一 （ 電 子 科 学研 究 所 ）
長 山俊樹

論文題

名FUNCTIONALROLE OFASCENDINGINTERSEGMENTAL
INTERNEURONESCONTROLLINGTHEUROPODMOTORSYSTEMINTHECRAY
FISH:T
HEI
RPH
YSI
OLO
GY,MO
RPH
OLO
GYAND
ULTRASTRUCTURE（ アメ リ カ ザ リガ ニ 尾 扇肢 運 動 系に おける上 行性介 在ニュー ロンの 機能的役
割 ： 生理 、 形 態、 お よ ぴ、 微 細 構造 に よ る解 析 ）動物の 行動の 多様性 は多くの 生物学 者にとって興味深い研究対象である。特に行動の神経基盤 を明らか にしよ うとす る研究 は、最近神経行動学と呼ぱれる新しぃ研究分野を形成
しつっ ある。
無脊椎 動物、 特に甲 殻類、昆 虫など の節足動物は、行動の神経機構を解析する対象としていく っかの利 点を持 ってい る。例 えぱアメリカザリガニは幾っかのいわゆる定型化された行動 バターン を示す 。後方 から他 の個体が接近すると、尾扇肢を閉じて素早く前方に歩きだし 、刺激源 となる ものか ら遼ざ かろうとする。このような逃避行動は容易に人為的な刺激で 再現させ ること が出来 るので 、この行動パターンがどのような神経回路の活動によって実 現される ものな のかを 、動物 各部の運動動作と、神経活動を直接対応させて解析すること が可能で ある。 また、 このよ うな動物では中枢を形成するニューロン数も脊椎動物一般に 比べて極 端に少 なく、 この点 でも有 利であ る。
このよ うな理 由で本 研究では 、アメ リカザリガニPrロca
mba′ us ciarkif（Girard）を材料 として用 いてい る。こ の動物 の尾扇肢の勤きは、腹部最終神経節内の局所的な反射52一回路 によっ てコン トロール されて いる。 この神 経節内にはスパイク発射型、非スパイク発射型 の局在 性ニュ ーロンが 存在し 、更に 此の節 に起源を持つ運動ニューロンや体節闘上行性介 在ニュ ーロン が含まれ ている 。上行 性介在 ニューロンは表面の感覚毛から入カを受けるこ と、ま たその 一部のも のは腹 部姿勢 制御に 関わる事などが報告されているが、その機能の 体系的 な位置 付けは行 われて いない 。本研 究はこれら上行性介在ニューロンが最終神経節 で感覚 情報統 合から運 動出力 形成に 至るま での過程で果たす役割を明らかにすることを試 みてい る。
申請 者はこの解析を、ニューロンの生理、形態学的同定、電気生理学的な接続状態調査、さら に微細構造レベルでのシナプス接続検出の各手法を結合させて行っている。その結果、
上行 性介在 ニュー ロンの感 覚、運 動ニュ ーロン 、あるいは他の介在ニューロンとの入出力連 関、 更 に それ に 伴う 形 憩 、構 造 的特 徴 を 総合 的 に 明ら か にし て い る。
まず 、1）腹 部最終 神経節 起源の 上行性 介在ニュ ーロン の同定 を試み ている。その判断基準 として 、全体 像、細胞 体位置 、一時 神経突 起および軸索走行、二次突起分枝数と走行等 の 形態 特 徴 と運動ニ ューロ ンへの 出力効 果を取 り上げ 、これ らをも とに、24種の上 行
性介 在ニュ ーロン を同定す ること に成功 した。 また、 運動出 力様式 を基準 にこれらを6つのグ ループ に大別 している 。
さら に2）上 行性介 在ニュ ーロン のうち 、運動ニ ューロ ンヘの 出カを 持っものと、持たな い もの の 微 細 構造 を HRP法 を用 い て 比較し ている 。シナ プス分 析の結 果、出 カを有 するも のは入 出力両 シナプス 構造を 持って いたが 、運動出カに関係しないもには入カシナプ
スの みを観 察して いる。
3)上 行 性介 在ニ ューロ ンの感 覚入力 統合機 構を明ら かにす るため 、尾扇 肢感覚 毛からの感 覚刺激 の入力 接続を追 跡して いる。 単一の 感覚毛を刺激しての仔細な実験を行い、多くの 上行性 介在ニ ューロン は複数 の感覚 毛求心 神経繊維から、直接化学シナプスを介して収斂 性の入 カを受 け取って いるこ とを示 した。 さらに、上行性介在ニューロン相互の間にも 、 抑制 性 、 興奮性両 接続に よる直 接の信 号授受 が行わ れてい ること を明らか にした 。
4）運 動出力 統合機 能との 関わり を明ら かにする ため、 介在ニ ューロ ンと尾扇肢運動ニ
ユー ロンの 接続を 、両ニュ ーロン からの 同時細 胞内記録、さらに二重染色法による電子顕微鏡 レペル での接 続形態確 認の両 面から 調査し た。その結果、上行性介在ニューロンの一部は 、運動 ニュー ロンに直 接接続 を持っ ととも に、非スパイク型局在性介在ニューロンとも 直 接接 続 を 持 って い る こ と、 ま た 、 一般 に は 後 者の 接 続 が 強いこ とも見い だした 。
以上 申請者 は、上 行性介 在ニュ ーロンの 同定、 機能解析から、これらのニューロンの機能は 感覚情 報の加 算統合を 行い、 これを 前運動 ニューロンであるノンスパイキング局在ニユー ロンヘ 伝達し て運動出 力形成 の一翼 を担う と同時に、直接的にも運動ニューロンを制御し ていわ ゆる並 列制御を 行って いるこ とにあ ると結論した。この成果は、これまで上行性介 在ニュ ーロン は前方神 経節へ の感覚 情報伝 達経路としてのみ理解されてきたことに対し、 その起 源神経 節内でも 局所回 路を経 て運動 系を制御しているという新しい知見をもたらし たもの として 高く評価 される 。参考 論文3編 はいず れもこ の分野 の優れ た国際誌に掲載さ れてい る。よ って審査 員一同 は申請 者が博 士（理学）の学位を得るのに充分な資格がある と認め た。

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