神経科学：ギャップ結合は神経回路を非同期化して昆虫の飛翔を安定化させる

昆虫の非同期型飛翔は、最も広く見られる動物のロコモーション様式の1つであり、60万種以上が用いている。非同期型飛翔の基礎をなす運動パターンや生体力学、空気力学についてはよく解明されているものの、その中枢パターン発生器（CPG）神経ネットワークの構造と機能についてはまだ分かっていない。本研究で我々は、電気生理学、視覚生理学、ショウジョウバエ（Drosophila）遺伝学、数理モデル化などの実験–理論手法に基づいて、予想外の特性を持つ小型回路を明らかにする。このCPGネットワークは、電気シナプスで相互接続された運動ニューロンで構成されており、一般原則とは対照的に、ニューロン全体で同期するのではなく、調子を合わせて分散していくネットワーク活動を生成する。実験的証拠および数理的証拠から、共役したニューロンの弱い電気シナプスと特定の興奮性動態に依存した、ネットワーク非同期化の一般的な機構が裏付けられた。小規模なネットワークでは、電気シナプスはニューロン固有の動態やイオンチャネルの構成に応じて、ネットワーク活動を同期化または非同期化することができる。非同期型飛翔のCPGでは、この機構によって、パターン化されていない前運動入力が定型的なニューロン発火へと変換されることで、決まった順序に細胞が活性化して安定した羽ばたき力が確保されており、我々が示すように、この機構は複数の種で保存されている。我々の知見は、神経回路の動的制御において電気シナプスがより広い機能的多用途性を持つことを証明しており、コネクトミクスにおける電気シナプス検出の重要性をはっきりと示している。

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