脳のナビゲーションに関する研究が神経細胞の新しい電気信号機構を解明(Study on brain navigation reveals function of an unconventional electrical-signaling mode in neurons)

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2026-01-21 ロックフェラー大学

米国のロックフェラー大学の研究チームは、脳内ナビゲーションを担う神経回路において、従来とは異なる電気信号伝達様式が重要な役割を果たしていることを明らかにした。研究対象となったのは、空間認知に関与する神経細胞で、通常の活動電位(スパイク)ではなく、ゆっくりと持続する非典型的な電気信号が情報処理に使われていることが示された。この信号様式は、位置や方向といった連続的な情報を安定して表現するのに適しており、脳がどのように空間を把握し、移動を制御しているのかを理解する新たな手がかりとなる。今回の発見は、神経情報伝達の基本概念を拡張するものであり、記憶障害や神経疾患の理解にも波及効果をもたらす可能性がある。

脳のナビゲーションに関する研究が神経細胞の新しい電気信号機構を解明(Study on brain navigation reveals function of an unconventional electrical-signaling mode in neurons)
Figure illustrating how populations of neurons can invert vectors, encoded as sinusoids, using dual signaling capabilities. (Credit: Maimon lab)

<関連情報>

神経カルシウムスパイクがショウジョウバエ脳におけるベクトル反転を可能にする Neuronal calcium spikes enable vector inversion in the Drosophila brain

Itzel G. Ishida ∙ Sachin Sethi ∙ Thomas L. Mohren ∙ Mia K. Haraguchi ∙ L.F. Abbott, ∙ Gaby Maimon
Cell  Published:December 29, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.11.040

Highlights

  • PFNa neurons signal 2D vectors via sinusoidal patterns of activity
  • The PFNa vectors invert by aligning at either 0° or 180° relative to a compass signal
  • PFNa cells emit T-type Ca2+ spikes when hyperpolarized to achieve vector inversion
  • Ca2+ spikes, associated with mammalian sleep, serve a defined computational function

Summary

A typical neuron signals to downstream cells when it is depolarized and fires sodium spikes. Some neurons, however, also fire calcium spikes when hyperpolarized. The function of such bidirectional signaling remains unclear in most circuits. Here, we show how a neuron class that participates in vector computation in the fly central complex employs hyperpolarization-elicited calcium spikes to invert two-dimensional mathematical vectors. By switching from firing sodium to calcium spikes, these neurons implement a ∼180° realignment between the vector encoded in the neuronal population and the fly’s internal compass signal, thus inverting the vector. We show that calcium spikes rely on the T-type calcium channel Ca-α1T and argue via analytical and experimental approaches that these spikes enable vector computations in portions of angular space that would otherwise be inaccessible. These results reveal a seamless interaction between molecular, cellular, and circuit properties for implementing vector mathematics in the brain.

生物工学一般
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