東京大学大学院人文社会系研究科・文学部
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立花
政夫 教授 FAX： 03-5841-8969 Email: tchbn2ms@l.u-tokyo.ac.jp |
視覚系の情報処理機構に関する研究を行っている。網膜におけるシナプス伝達の仕組み（イオンチャネルや受容体、リボンシナプスにおける伝達物質放出機構と回収機構など）を調べているが、シナプス伝達一般を研究するというよりは、視覚系における情報処理のためになぜこのようなシナプス伝達特性が必要とされるのか、どのような機能的意義があるのか、といった観点から研究を進めている。神経系の機能は、やはり、行動と結びつけないと理解することができない。ここ数年来、網膜神経節細胞における同期的周期的スパイク発火の機能を明らかにするために、このようなスパイク発火を薬理学的に操作したときに行動がどのように変容するのかを調べている。網膜における同期的周期的スパイク発火の生成機構や、視覚中枢におけるスパイク列のデコーディング機構に関しても研究を進めている。生理学的データに基づいた数理モデルの構築も試みている。最近、網膜双極細胞の軸索終末部にグルタミン酸を一過性に放出する部位（リボンシナプス）と持続性に放出する部位（リボン無しシナプス）のあることを見いだした。この機構が網膜における一過性応答と持続性応答の発現に関与していると考えられる。
主要な研究成果
１） 神経情報のコーディング
視覚系では，神経細胞集団が同期的・周期的にスパイクを発生することによって情報の統合や符号化をしている可能性がある。そこで，カエル網膜標本に平面型マルチ電極やパッチ電極を適用し，オフ持続型神経節細胞（光強度が弱くなるディミング刺激に良く応答するのでディミング検出器と呼ばれる）から光応答を記録し，同期的・周期的スパイク発火の性質，生成機構，および，機能的意義を検討した。その結果，ディミング検出器は，網膜における広域的な神経回路網を介して同期的・周期的スパイク発火を生成し，逃避行動を引き起こす重要な要因になっていることが明らかになった。
· Ishikane, H., Gangi, M., Honda, S., Tachibana, M. (2005)
Synchronized retinal oscillations encode essential information for escape
behavior in frogs. Nature
Neuroscience, 8: 1087-1095.
· Arai,
·
Ishikane, H., Kawana, A., Tachibana, M., (1999) Short- and long-range synchronous
activities in dimming detectors of the frog retina. Visual
Neuroscience, 16: 1001-1014.
２） 網膜におけるフィードバック制御
視細胞の光応答は、グルタミン酸作動性シナプスを介して第２次ニューロン（双極細胞と水平細胞）に伝達される。イモリ網膜のスライス標本にホールセル・クランプ法を適用して、視細胞シナプス前終末部に存在するグループⅢ代謝型グルタミン酸受容体（mGluR）の機能を検討した結果、視細胞のCa電流を制御していることがわかった。光順応状態などに依存して視細胞からのグルタミン酸の放出量をフィードバック制御することによって、視細胞から第２次ニューロンへのシナプス伝達の作動範囲を広げるのに役立っていると考えられる。
· Hosoi, N., Arai,
· Matsui, K., Hasegawa,
J., Tachibana, M. (2001) Modulation of excitatory synaptic transmission by GABAc
receptor mediated feedback in the mouse inner retina. Journal
of Neurophysiology, 86: 2285-2298.
３） 伝達物質の放出機構
キンギョ網膜双極細胞からの開口放出の時空間特性を調べるために、シナプスリボン、Ca2+ チャネル存在部位、シナプス小胞の融合部位を全反射蛍光顕微鏡によって光学的に観察した。その結果、双極細胞からのグルタミン酸の開口放出は一過性の早い成分がシナプスリボンの近傍で生じ、持続性の遅い成分がシナプスリボンから離れた部位で生じることが明らかになった。双極細胞からの一過性放出と持続性放出は、それぞれの放出部位の直下にある異なるシナプス後細胞のグルタミン酸受容体によって受容されている可能性が強く示唆された。
· Midorikawa, M., Tsukamoto, Y., Berglund, K., Ishii, M., Tachibana, M. (2007) Different roles of ribbon-associated and ribbon-free active zones in retinal bipolar cells. Nature Neuroscience, 10: 1268-1276.
· Berglund, K., Midorikawa, M., Tachibana, M. (2002) Increase in the pool size of releasable synaptic vesicles by the activation of protein kinase C in goldfish retinal bipolar cells. Journal of Neuroscience, 22: 4776-4786.
·
Tachibana, M. (1999) Regulation of transmitter release from
retinal bipolar cells. Progress
in Biophysics & Molecular Biology, 72:
109-133.
·
von Gersdorff, H., Sakaba,
T., Berglund, K., and Tachibana, M. (1998) Submillisecond
kinetics of glutamate release from a sensory synapse. Neuron, 21: 1177-1188.
·
Minami, N., Berglund, K., Sakaba, T. and Tachibana, M.
(1998) Potentiation of transmitter release by protein kinase C in goldfish
retinal bipolar cells. Journal
of Physiology (London), 512: 219-25.
·
Sakaba, T., Ishikane, H. and Tachibana, M. (1997) Ca2+-activated
K+ current at presynaptic terminals of goldfish retinal bipolar
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Research, 27: 219-218.
·
Matsui, K., Hosoi, N. and Tachibana, M. (1998)
Excitatory synaptic transmission in the inner retina: paired recordings of
bipolar cells and neurons of the ganglion cell layer. Journal
of Neuroscience, 18: 4500-4510.
·
Sakaba, T., Tachibana, M., Matsui, K., and Minami, N.
(1997) Two components of transmitter release in retinal bipolar cells:
exocytosis and mobilization of synaptic vesicles. Neuroscience
Research, 27: 357-370.
·
Okada, T., Horiguchi, H. and
Tachibana, M. (1995) Ca2+-dependent Cl-
current at the presynaptic terminals of goldfish retinal bipolar cells. Neuroscience
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·
Kobayashi, K. and Tachibana, M. (1995) Ca2+
regulation in the presynaptic terminals of goldfish retinal bipolar cells. Journal
of Physiology (London), 483: 79-94.
·
Kobayashi, K., Sakaba, T. and Tachibana, M. (1995)
Potentiation of Ca2+ transients in the presynaptic terminals of
goldfish retinal bipolar cells. Journal
of Physiology (London), 482: 7-12.
·
Tachibana, M., Okada, T., Arimura,
T., Kobayashi, K. and Piccolino, M. (1993) Dihydropyridine-sensitive
calcium current mediates neurotransmitter release from bipolar cells of the
goldfish retina. Journal
of Neuroscience, 13: 2898-2909.
· Tachibana, M. and Okada, T. (1991) Release of endogenous excitatory amino acids from ON-type bipolar cells isolated from the goldfish retina. Journal of Neuroscience, 11: 2199-2208.
４） 伝達物質の回収機構
視細胞は光を受容すると過分極し、グルタミン酸の放出量を減少させる。ON型双極細胞の樹状突起には代謝型グルタミン酸受容体（mGluR6）があり、グルタミン酸の濃度が低いときに陽イオンチャネルが開き、脱分極する。したがって、光刺激によってON型双極細胞が遅滞なく脱分極するためには、シナプス間隙のグルタミン酸濃度が急速に減少しなければならない。野生型及び遺伝子操作マウスを使って生理学的実験を行った結果、シナプス間隙からのグルタミン酸の除去は、シナプス後細胞やグリア細胞ではなく、視細胞軸索終末部に発現していることがわかった。コンピュータ・シミュレーションの結果、視細胞は放出したグルタミン酸を殆ど全てグルタミン酸トランスポーターによって自らの細胞内に回収し、持続的に放出されるグルタミン酸を再利用するための効率的なシステムを構築していることがわかった。
· Hasegawa, J., Obara, T., Tanaka, K., Tachibana, M. (2006) High density presynaptic transporters are required for glutamate removal from the first visual synapse. Neuron, 50:63-74.
· Matsui, K., Hosoi, N. and Tachibana, M. (1999) Active role of glutamate uptake in the synaptic transmission from retinal nonspiking neurons. Journal of Neuroscience, 19: 6755- 6766.
５） 網膜における情報処理機構
オン型双極細胞の樹状突起には代謝型グルタミン酸受容体mGluR6が存在する。視細胞から暗時に放出されたグルタミン酸によってmGluR6が活性化されるとGタンパク質を介して陽イオンチャネルが閉じ、過分極する。この陽イオンチャネルはTRPM1であることを明らかにした。また、キンギョ網膜のオン型双極細胞Mb1型は樹状突起に存在するギャプ結合によって電気的なネットワークを形成していることがわかった。双極細胞の軸索終末部で発生したカルシウムスパイクは、このギャップ結合を介して能動的に隣接する双極細胞に伝達されることが明らかとなった。
·
Arai I, Tanaka M, Tachibana M. (2010)
Active roles of electrically coupled bipolar cell network in the adult
retina. J.
Neurosci., 30: 9260-9270.
·
Koike C, Obara
T, Uriu Y, Numata T, Sanuki R, Miyata K, Koyasu T,
Ueno S, Funabiki K, Tani A,
Ueda H, Kondo M, Mori Y, Tachibana M, Furukawa T. (2010) TRPM1 is a component
of the retinal ON bipolar cell transduction channel in the mGluR6 cascade. Proc.
Natl. Acad. Sci. USA, 107: 332-337.
· Onishi, A., Hasegawa, J., Imai, H., Chisaka, O., Ueda, Y., Honda, Y., Tachibana, M., Shichida, Y. (2005) Generation of knock-in mice carrying third cones with spectral sensitivity different from S and L cones. Zoologic Science, 22, 1145-1156.
· Yoshida, K., Watanabe, D., Ishikane, H., Tachibana, M., Pastan, I., Nakanishi, S. (2001) A key role of starburst amacrine cells in originating retinal directional selectivity and optokinetic eye movement. Neuron, 30: 771-780.
＜学 歴＞
1968年 3月 神奈川県立平塚江南高等学校卒業
1968年 4月 東京大学文科Ⅲ類入学
1972年 3月 東京大学文学部心理学科卒業
1972年 4月 東京大学大学院人文科学研究科修士課程（心理学専攻）入学
1974年 3月 東京大学大学院人文科学研究科修士課程修了 文学修士
1974年 4月 東京大学大学院人文科学研究科博士課程（心理学専攻）進学
1975年 3月 東京大学大学院人文科学研究科博士課程退学
1975年 4月 慶応義塾大学大学院医学研究科博士課程（生理学専攻）入学
1979年 3月 慶応義塾大学大学院医学研究科博士課程修了 医学博士
＜職 歴＞
1979年 4月 ～ 1988年 9月 岡崎国立共同研究機構生理学研究所・助手
（生体情報研究系・神経情報研究部門）
1979年 10月 ～ 1981年 3月 Harvard
Medical School, Department of Neurobiology
（Prof.
Torsten N. Wieselの研究室）; Research Fellow
1985年 1月 ～
1985年 4月 The University
of Chicago, Department of Pharmacological
and
Physiological Sciences; Visiting Assistant Professor
1985年 5月 ～
1985年 8月 Northwestern
University, College of Arts and Sciences,
Department
of Neurobiology and Physiology; Visiting Associate Professor
1988年 10月 ～ 1994年 1月 東京大学・文学部・助教授（心理学研究室）
1994年 1月 ～ 1995年 3月 東京大学・文学部・教授 （心理学研究室）
1995年 4月 ～
現在 東京大学・大学院人文社会系研究科・教授（配置換）
（心理学研究室）
２００1年 ～ 現在
·
Arai I, Tanaka M, Tachibana M. (2010)
Active roles of electrically coupled bipolar cell network in the adult
retina. J.
Neurosci., 30: 9260-9270.
·
Koike C, Obara
T, Uriu Y, Numata T, Sanuki R, Miyata K, Koyasu T,
Ueno S, Funabiki K, Tani A,
Ueda H, Kondo M, Mori Y, Tachibana M, Furukawa T. (2010) TRPM1 is a component
of the retinal ON bipolar cell transduction channel in the mGluR6 cascade. Proc.
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·
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教授
立花 政夫
特任研究員
星 秀夫
大学院学生（博士課程）
雁木 美衣
田中 雅史
大学院学生（修士課程）
松嶋 優
松本 彰弘
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氏 名 |
博士論文題目 |
授与年月 |
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岡田
隆 |
視覚系における情報伝達－キンギョ網膜ON型双極細胞の膜電流と伝達物質の同定－ |
1995年2月14日 |
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坂場 武史 |
視覚系の情報伝達：網膜内網状層におけるシナプス伝達に関する実験的研究 |
1998年3月17日 |
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石金 浩史 |
視覚系における並列情報処理に関する研究 －網膜神経節細胞群の周期的，同期的発火とその刺激依存性の解析－ |
1999年3月28日 |
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松井 広 |
視覚情報処理の初期過程 －網膜内網状層におけるシナプス伝達機構の解析－ |
2000年3月14日 |
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バーグランド健 |
網膜における情報伝達 －双極細胞からの神経伝達物質放出－ |
2001年3月28日 |
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細井 延武 |
初期視覚情報処理の神経機構 －網膜におけるグルタミン酸作動性シナプス伝達の調節機構－ |
2004年4月20日 |
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長谷川 淳 |
網膜外網状層における伝達物質拡散のダイナミクス |
2006年4月19日 |
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緑川 光春 |
網膜双極細胞からの一過性・持続性シナプス出力の解析 |
2007年4月18日 |
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荒井 格 |
網膜双極細胞ネットワークによる側方情報伝達の解析 |
2010年4月15日 |
修士論文
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氏 名 |
修士論文題目 |
授与年月 |
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大野（有村）朋美 |
視覚の初期情報処理過程 -網膜双極細胞からの興奮性アミノ酸の放出とその検出- |
1993年3月 |
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小林 克典 |
網膜双極細胞軸索終末部における細胞内遊離Ca2+濃度の調節機構 |
1994年3月 |
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坂場 武史 |
視覚系における情報伝達-網膜双極細胞軸索終末における膜直下Caイオン濃度の推定- |
1996年3月 |
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堀口 裕美 |
視覚系の情報処理 -網膜内網状層における信号伝達- |
1996年3月 |
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石金 浩史 |
網膜神経回路網の解析 -マルチ電極による神経節細胞群の光応答記録- |
1997年3月 |
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松井 広 |
視覚情報処理のメカニズム -網膜双極細胞から神経節細胞へのシナプス伝達- |
1998年3月 |
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南 尚利 |
視覚系の初期過程に関する研究：網膜双極細胞でのプロテインキナーゼＣの役割について |
1998年3月 |
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バーグランド健 |
網膜におけるアナログ的な情報伝達 双極細胞からの持続的な伝達物質放出 |
1999年3月 |
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楠 洋一郎 |
マウス網膜神経節細胞の光応答特性 |
1999年3月 |
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細井 延武 |
視覚の神経機構 －網膜内網状層におけるグルタミン酸取り込み機構の役割－ |
2000年3月 |
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荒井 格 |
カエル網膜オフ持続型神経節細胞における律動的光応答の生成機構 |
2003年3月 |
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雁木 美衣 |
カエル網膜における同期的周期的発火の機能的解析 |
2003年3月 |
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長谷川 淳 |
網膜シナプス伝達におけるグルタミン酸回収機構のサブタイプ特異的役割 |
2003年3月 |
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緑川 光春 |
網膜内の情報伝達 －双極細胞におけるCaチャンネルの形態的・機能的同定－ |
2003年3月 |
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浅香 知光 |
網膜における神経伝達物質放出の細胞内機構 |
2005年3月 |
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山田 義之 |
網膜神経節細胞に周期的発火を引き起こすシナプス入力の解析 |
2005年3月 |
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本田 祥子 |
網膜における周期的発火の周波数と逃避行動との関連 |
2006年3月 |
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小原 武久 |
双極細胞における陽イオンチャネル（TRPM1)の機能 |
2008年3月 |
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田中 雅史 |
キンギョ網膜双極細胞におけるシナプス出力の解析 |
2010年3月 |
卒業論文
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氏 名 |
卒業論文題目 |
授与年月 |
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大野 朋美 |
視覚情報処理の初期過程 －対比現象に関与する網膜双極細胞について－ |
1991年3月 |
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小野 陽弘 |
網膜水平細胞の化学感受性に関する研究 |
1992年3月 |
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小林 克典 |
網膜双曲細胞におけるCa-伝達物質放出連関 |
1992年3月 |
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野村 晴夫 |
視覚情報処理初期過程における神経伝達機序 －網膜双極細胞軸索終末部のカルシウム動態－ |
1993年3月 |
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山下 晶弘 |
視覚系における初期情報処理過程 －神経伝達物質の放出をコントロールするメカニズム－ |
1993年3月 |
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坂場 武史 |
網膜の情報伝達 －双極細胞軸索終末部におけるCa2+トランジェントの促進現象－ |
1994年3月 |
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吉澤 裕美 |
視覚系における情報伝達 －網膜スライス標本による伝達物質応答の解析－ |
1994年3月 |
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臼澤 基紀 |
視覚系の情報伝達 -網膜双極細胞軸索終末部におけるCa2+依存性Cl-電流－ |
1995年3月 |
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石金 浩史 |
視覚系における情報伝達 -Ca2+依存性電流を指標としたCa伝達物質放出連関の研究－ |
1995年3月 |
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松井 広 |
網膜における情報伝達 -ON型双極細胞からの２相性伝達物質放出- |
1996年3月 |
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南 尚利 |
視覚系における情報伝達 -膜容量測定法を用いた網膜双極細胞の開口放出の研究 |
1996年3月 |
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バーグランド 健 |
網膜のシナプス伝達-双極細胞における伝達物質放出の修飾機構- |
1997年3月 |
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細井 延武 |
網膜におけるシグナル伝達 -神経節細胞へのグルタミン酸作動性入力- |
1998年3月 |
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渡邉 尋美 |
視覚情報の符号化 －網膜神経節細胞群における周期的発火の発生機構－ |
1998年3月 |
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塩谷 沢生 |
視覚系における伝達物質取り込み機構の機能的意義 |
1999年3月 |
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田所 重紀 |
網膜神経節細胞におけるスパイク発火の時間的特性と光刺激の時間的特性との間の関係について |
1999年3月 |
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瀬川 浩司 |
in
vivo実験によるカエル網膜ディミング検出器における周期的発火の検証 |
2001年3月 |
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住森 英美 |
マウス網膜内網状層における視覚情報の解析 |
2001年3月 |
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荒井 格 |
カエル網膜神経節細胞の光応答の解析 |
2001年3月 |
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雁木 美衣 |
カエル網膜ディミング検出器における周期的発火の刺激依存性と時間経過の解析 |
2001年3月 |
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長谷川 淳 |
網膜内網状層におけるフィードバック機構 |
2001年3月 |
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緑川 光春 |
網膜双極細胞の開口放出に対する修飾機構 |
2001年3月 |
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浅香 知光 |
網膜神経節細胞のγ帯域発火機構 |
2002年3月 |
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諸冨 浩一 |
網膜神経細胞の光応答の時間特性に対するグルタミン酸回収機構の影響 |
2002年3月 |
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堀内 靖大 |
カエル網膜神経筋細胞の同期的周期的発火と逃避行動 |
2003年3月 |
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山田 義之 |
カエル網膜アマクリン細胞の光応答と形態の解析 |
2003年3月 |
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本田 祥子 |
網膜神経節細胞群の発火パターンと視覚誘発性行動の相関 |
2004年3月 |
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小原 武久 |
網膜外層におけるグルタミン酸回収機構の局在 |
2006年3月 |
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時村 晋太郎 |
キンギョ網膜Ｍｂｌ型双極細胞におけるシナプスリボンとCa2+スポットの位置的関係 |
2006年3月 |
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岩橋 真実 |
カエル網膜の電気刺激に対する神経節細胞と双極細胞の応答解析 |
2007年3月 |
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田中 雅史 |
網膜外電気刺激によりカエル網膜神経節細胞に生起する周期的応答の解析 |
2008年3月 |
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間嶋 沙知 |
網膜双極細胞間の電気シナプスを介した情報伝達の解析 |
2008年3月 |
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中村 悠 |
カエル視蓋ニューロンの光刺激依存性応答の解析 |
2011年3月 |
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松嶋 優 |
ラット網膜におけるON型方向選択性神経節細胞の形態と応答解析 |
2011年3月 |
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松本 紘明 |
網膜双極細胞軸索終末部への抑制性シナプス入力の解析 |
2011年3月 |
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松本 彰弘 |
網膜内網状層における抑制機構の解析 |
2012年3月 |
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若林 万葉 |
キンギョ網膜神経節細胞の形態と応答特性 |
2012年3月 |