博士（理学）栂 哲夫
学位論文題名
Localinterneuron
sandmotoneuronsinvolve
dinthecontrolo
f abdomi
nal postu
ral movement in crayfish（ザリガニの腹部姿勢運動に関与する局在性神経と運動神経）
学位論 文内容の要旨

動物は、自己のおかれた環境への適応、自己及び種の保存などのために様々な行動を示す。動物が示すある定型的行動、いわゆる本能行動、を研究対象として、その行動を制御している神経回路の働きを知ることは、行動の研究を行う上でーつの重要な方法である。節足動物は脊椎動物に比ベ桁違いに少ない数の神経細胞しか持たないが、非常に多くの行動のレパートリーを持っている。神経系の構成の単純さと、それに反する行動の多様性の点から、節足動物は行動の研究において非常に魅力的な材料のーっとなっている。更に、個々の神経細胞の機能、細胞相互の結合様式から神経回路の働きを調ぺることも可能である。
本研究では節足動物門に屈するアメリカザリガニの腹部姿勢運動に着目し、この運動の発現、制御を行う神経回路中の神経細胞の機能を明らかにすることを試みた。その結果、この運動系において従来知られていなかった種類の細胞を今回新たに発見、同定した。また、樹枝状で複雑な神経細胞の形態をin豊址旦で確認し、その細胞全体または一部を破壊する装置を新たに開発した。この装置と細胞内微小電極法とを用いて、腹部姿勢運動神経が中枢内で他の運動神経ヘ出カを持っていることを明らかにした。最後 に、腹部姿勢運動系の特徴を他の運動制御系の特徴と比較し、考察した。
第1章：近年節足動物の中枢神経系において、局在性ノンスパイキング介在神経の運動制御における重要性が注目されるようになってきている。しかし、ザリガニの腹部姿勢運動系においてはこの種の神経細胞の関与はほとんど報告されていない。そこ

で、腹部姿勢運動の制御に関与する局在性ノンスパイキング介在神経の有無を細胞内微小電極法を用いて検索した。
その結果、腹部第4神経節内にのみ細胞突起を持った局在性ノンスパイキング介在神経を新たに発見した。それらの大部分は神経節の両側ヘ突起を広げた両側型の形態をしており、一部は片側型の形態であった。この両側型の細胞を生理学的、形態学的に 同 定 し、 LB細胞 と 名 づ けた 。

LB細 胞内 への脱分 極性の 電流注入 は、LB細胞にスパイクを生じさせることなく腹部伸展筋の遅抑制性運動神経と屈曲筋の遅興奮性運動神経の自発性スパイク発射を抑制した。この抑制効果は注入した電流の量に依存し て い た。 過 分極 性 の 電流 注 入は 運 動 神経 に 対 し効 果 を示 さなか った。
LB細 胞 は 、 神 経 節 内で の 樹 状突 起 の 配置 の 違 いに よ っ て L
B1と L
B2と に区 別す る こ とが で き た。 LB1の形 態 は 個体 間 の変 異が大き いが、 LB2の形 態には 個体差が少なかった。
全体標本による実験によって、ザリガニがfictive な腹部伸展運動を起こしている 間中LB
細 胞は持続 的に脱 分極して いること も明ら かにした 。この ことはLB細胞が 腹 部 伸 展 運 動 制 御 系 の 一部 と し て実 際 に 機能 し て いる こ と を 示し て い る。
LB
細 胞は腹 部伸展運動発現に拮抗的に働く運動神経の活動を抑制することで、伸展運動発現を容易にする役割を担っていることを明らかにした。また、片側型のノンス パイキ ング介在 神経も腹 部姿勢 運動制御 に関わ っている ことも 朋らかにした。
第2章：ある神経回路の中で特定の細胞が占めている役割を知るためには回路の中からその細胞のみを取り除いた後、その回路の動作をしらぺられることが望ましい。
また、神経細胞は樹枝状の複雑な形態を持った細胞であり、細胞の各部分が独立して機能している可能性がある。よって、微小電極が細胞上のどのような位置にあるのかを 、 電 気 生 理 学 的 実 験 を 行 い な が ら 確 認 でき る こと が 望ま し い。
これらの要求を満たすために実体顕微鏡に照射用光学系を組み込んだ落射式レーザー光照射装置を新たに開発した。神経細胞に螢光色素を注入し、この装置によってその色素を励起して、電気生理学的実験を行いながら細胞形態の確認、電極刺入位置の確認、細胞全体または一部の破壊ができるようにした。その際に、光路の途中に挿入したフイルター、レンズ系によって照射光強度、照射範囲を調節できるようにした。
自発的にスパイクを発する腹部姿勢運動神経の軸索の一部に、この装置を用いてレ‑87

ーザー光を点照射し、照射部位よりも末梢側へのスパイクの順行性伝導を阻止することができた。しかし、神経節内でこの細胞ヘ刺入されている微小電極からは依然としてスパイクが記録された。また、反対側にある相同な運動神経への前運動性出カも保たれていた。このことは、破壊は細胞に一部のみに限られており、神経節内に残された 細 胞 部 分 は 正 常 な 機 能 を 維 持 し て い る こ と Iを 示 し て い る 。
第3章：従来の司令神経仮説に従えば、腹部姿勢運動神経は、中枢から筋肉への単なる情報伝達経路であるとみなされがちであった。しかし、第2章で示したように、運動神経は神経節内で他の運動神経に対して前運動性に機能していると考えられる。
そこ で 、 腹部 姿 勢 運動 神 経 の 神経 節 内 での 相互作 用につ いての解 析を行っ た。
一つの運動神経ヘ微小電極を刺入し、細胞内ヘ電流を注入すると、電流を注入された神経の活動のみならず、他の運動神経の活動も同時に変化した。脱分極性の電流注入によって興奮が、過分極性電流注入によって抑制がそれぞれ起きた。このような相互作用は姿勢運動発現時に共力的に働く神経の問でのみ観察され、拮抗的に働くものの問にはみられなかった。
これらの神経を異なった包の色素によって弁別染色し、光学顕微鏡下でニつの神経細胞問に樹状突起相互の接触があることを観察した。このことは、運動神経が相互にシナプスを介して接続していることの形態学的傍証である。このように、腹部姿勢運動神経は中枢からの神経情報の受動的な通り道であるだけではなく、中枢内においても統合要 素の一 部として 機能し ているこ とを生 理学的形 態学的に 明らかにした。
ザリガニ腹部姿勢運動はKennedyら（1966）の研究以来、司令神経仮、説の好適なモデルのーっとされてきており、研究者の関心はもっぱら縦連合内を走行する介在神経に向けられてきた。しかし腹部姿勢運動の制御には従来強調されてきたintergangl
i―onic interneurons
ばかりではなく、局在性介在神経（intraganglionicinterneu‑rons）や運動神経も重要であることを明らかにした。また、ザリガニでは局在性ノンスパイキング介在神経の研究はもっぱら遊泳肢運動系と尾扇肢開閉系においてなされてきたが、この種の神経細胞によって媒介される運動制御系の範囲を更に腹部姿勢運動系にまで押し広げることができた。このことは、動物の行動制御におけるノンスパ
イキ ン グ 介在 神 経の 役 割 の普 遍 性、 重 要 性を 更 に大 き く した といえる 。

学位論文審査の要旨
主査

教授

久田光彦

副査

教授

片桐千明

副査

助教 授

高 畑 雅 一 （ 電子 科 学 研究 所 ）

位

文学論

題

名Local in te rneuons and motoneurons in volved in the controlof abdominal postural movement in crayfish（ ザ リ ガ ニ の 腹 部 姿勢 運 動に 関 与 する 局 在神 経 と運 動 神経 ）動 物は、 環境への 適応と 個体の 保全、繁殖のために、鷲くほどの合目的性を持つ行動を示す ．この 様な行 動を実 現させ る動物の内部機構の主体は神経系にあると言うことができる． 多くの 種類の 動物が 、一定 の状況にあり、必要な感覚刺激にさらされたとき、ほば決まっ た行動 、いわ ゆる定 型的行 勤を示すことは、行動の神経機構を明らかにしようとする
試み に大き な手掛 かりを 与える ．このような研究は、現在神経行動学という新しぃ分野を形成 しつっ ある． 霊長類 から下 等無脊椎動物までの広い動物種を対象として行われている
研究 の中で も、明 白な定 型的行 動を中心とし、さらに脊椎動物と比較すると桁違いに単純な神 経系を 持って いる節 足動物 は、まだ萌芽的な段階にある神経行動学の研究対象として極め て魅力 的な対 象であ る．申 請者は、アメルカザリガニを研究対象に選ぴ、行動の基本
要 素 を構 成 する 運 動系 を 支配 す る神経要素 について解 析を行った ．
申 請者は 運動系の 例とし て、腹 部の姿勢制御系に注目し、その中枢である腹部神経節の神経 回路と その機 能を調 査する 研究を行った．特にこれまで詳細な知見をえられていなかった 第4神経 節をモ デルと して選 んで調 査した ，調査 は電気 生理学的手法と、形態学的方法を 結び合 わせ、 局在性 神経を 中心に、運動神経への結合、運動神経自体の特性について行わ れた． また、 神経回 路要素 の機能を明らかにするため、細胞内螢光染色とレーザ光照
射を 併用す る記録 位置の in vivo確定手段と、細胞の部分破壊装置とを新たに開発し、これ に よっ て 、細 胞 機能 に つい て 新し ぃ知見を獲 得する手法 を得た．

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その結 果、1） 伸展運 動を補 助する 特別な ノンス パイキ ング局在神経群を発見し、これを LB神 経 群 と 名 付 け た ． さ ら に そ の 構 造 と 機 能 を 解 析 し た 結 果 LBは LBiと LB2の2種 か らな る こ と も明 ら かに した． LB細胞群 はその 樹状突 起を神 経節内 で両側に 広げている． 腹部伸 展運動 が起こ ってい るとき 、このLBニュー ロンは持 続的な 脱分極 を示し 、腹部、 腹髄内 を縦走 する節 間神経 から入カを受けていることが示された．この脱分極は伸展筋の 遅抑制 性運動 神経と 、屈曲 筋の遅興奮性運動神経の自発性スパイク発射を抑制し、腹部伸 展系の 副次的 な回路 を形成 していることが明らかになった．近年、節足動物の中枢に発見 される ノンス パイキ ング神 経が、感覚情報、運動情報の統合に関与して運動、行動の発現 を修飾 するこ とが明 らかに なって いるfこ の発見は 、この ような見解に新しい支持を与え るもの である ．
申請者 はさら に、2） 運動神 経自体 が相互 に結合 され、 運動出力情報形成に積極的に関与して いる証 拠を見 いだし た．運 動神経は、従来一般に単純に最終出力経路としてのみ機能して いると 理解さ れてい たが、 運動神経も中枢統合作用の一部を分担していることを示した点 で極め て注目 される 発見で ある．腹部運動に際して協調的に鋤く筋群を支配する運動神経 群は、 微弱で はある が相互 に結合され、筋動作が確実に起こるよう保証されていると見る ことが できる ．
こ の研究 を行う に当たっ て、申 請者は 、3）細 胞内記 録電極 を通じて微量の螢光色素を注 入し、そ の細胞 内拡散 によっ て神経 細胞の形態、電極の記録部位を確認する装置を開発
す る試みに 参画し 、さら にこれ を用い て細胞分枝の一部を破壊する方法を試みて、運動神経 間の機能 接続が 細胞の どの部 分で起 こって いるか を明ら かにした．また、2つの運動神経 細胞間の 接続を 形態的 に確認 するた め、ホースラディッシュパーオキシデースとルシフ
ア ーイエロ ーの2種 の異な る色素 をニつ の運動 神経に 注入す る弁別染色を用いて、両者の樹 状突起が 神経節 内で極 めて接 近して 分布し、間接的にこの問の形態的接続の存在を支持
す る証拠を 入手す ること にも成 功して いる．
このよ うに申 請者は 、神経 系の微 細構造と局所回路機能の両面を確認しながら、比較的単純な 節足動 物の中 枢の特 徴を活か して精 細な解析を行い、行動の神経基盤を理解するための重 要な基 礎的知 識の集 積に寄与 すると 同時に、神経系の基本的な構築についても、これまで のわれ われの 把握を 超えた新 しぃ知 識を明らかにした点で、評価される．また、申請者は 、これ までに 参考論 文3編を いずれも 申請者 を第一 著者と して発表している．これらのう ち、2編 は代表的な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 学位に 十分な 資格有 りと認め た，