Are Dendrites Conceptually Useful? | Neuroscience (2022)
Matthew E. Larkum
https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2022.03.008
神経細胞＝細胞体として扱うアプローチは、神経細胞が計算論のレベルでどのように作動しているのかという本質的な性質を見逃している。
樹状突起(Dendrite)を持たない形式ニューロンでは高次の理解には至れない?
点ニューロン(point neuron) vs マルチコンパートメントモデル(Multi-compartment model)
単一細胞記録では、そのネットワークシステムが何をしているかわからない
What is a moment? “Cortical” sensory integration over a brief interval | PNAS (2000)
全細胞の記録ができたとしても、マイクロチップの作動原理はわからない
Could a Neuroscientist Understand a Microprocessor? | PLoS computational biology (2017)
にもかかわらず、我々はコンピュータが動く仕組みを知っている(と思っている)
我々はコンピュータを作れるし、高次のコンセプトは知っていることが原因
理解において、高次のコンセプトを元に構成要素についても考えている
異世界生物の情報処理について調べる状況を考える。
この生物の構成要素が0-1のバイナリで動くと仮定するのは妥当だろうか？
同様に、神経細胞がバイナリで動くと仮定しているモデルは妥当だろうか？
Dendrites: bug or feature? | Current Opinion in Neurobiology (2003)
up/down-states
Tight detailed E-I balance
Efficient coding
ヒゲ刺激の反転電位(reversal potential)は - 50mVとなっていて、発火閾値を下回る
刺激前の膜電位が-50mVより大きい場合、刺激を受けると膜電位が減少する
Membrane potential correlates of sensory perception in mouse barrel cortex | Nature Neuroscience (2013)
方位選択性ニューロンの発火頻度は特定の方位刺激に選好性があるが、閾値下の膜電位を見てみるとどの方位もほとんど差がない
Dendritic organization of sensory input to cortical neurons in vivo | Nature (2010)
Naa_tsure.iconNMDA spikeによるもうひと推しが必要？
layer 2/3の錐体細胞(Pyramidal cell)でNMDA受容体をブロックすると、
スパイクの発火頻度が低下する
EPSPにはほとんど影響が見られない
閾値下の電位変化はAMPA受容体がメインだが、発火にはNMDA受容体が必要
Reactivation of the same synapses during spontaneous up states and sensory stimuli | Cell Reports (2013)
NMDA spikes enhance action potential generation during sensory input | Nat Neurosci (2014)
up/down-statesはAMPA受容体とGABA受容体のバランスによって制御される
これらの受容体の反応特性は基本的に固定されているので都合が良い
upstate単品ではあまり発火は起こらず、NMDA spikeが加わることで発火する
NMDA spikeはたった数10のスケールのNMDA受容体クラスターで発生する
刺激の特徴に対して選択性のある細胞は、単純な刺激強度によって影響を受けるようでは符号化の効率が悪い
一方で、錐体細胞(Pyramidal cell)は数万のスケールで入力を受けているため、その特徴に関与する結合だけ残すという方法とは相容れない