ハエは衝突しない！その驚くべき脳内視覚神経回路と細胞の謎に迫る

・神経生物学者が、ミバエのCT1と呼ばれるアマクリン細胞のユニークな事例を紹介。
・CT1は、ハエの脳内の約1,400の領域に接続しており、各細胞領域は別々のニューロンとして機能する。
・コンピュータ・シミュレーションの結果、CT1は生物物理学的な限界に達していることが分かった。

通常、ニューロン【神経細胞】は1つの処理ユニットと見なすことができます。1つまたは複数のシナプス前細胞から信号を受け取り、その信号を変換し、処理した信号をシナプス後細胞へ送ります。

例えば、イナゴの中胸神経節の介在ニューロンや、哺乳類の網膜のアマクリン細胞【網膜介在ニューロン】は、1つのニューロンの中に電気的に孤立した微小回路をいくつも持っているなど、例外もあります。

最近、マックス・プランク科学振興協会の研究者たちが、ショウジョウバエ（ハエ目ミバエ科）の視覚系に存在するCT1と名付けられた、このようなアマクリン細胞の急進的な事例を報告しました。

ミバエのユニークな視覚系

ショウジョウバエの視覚系は、約700面体の眼球と視神経葉で構成されています。CT1は、脳内でこれらの小面に接続するすべての細胞柱から信号を受け取ります。

CT1のシナプスは脳の2つの異なる領域に伸びているため、暗部や明部の処理に重要な役割を担っています。CT1は、ショウジョウバエの脳内の約1,400の領域に接続しています。

この複雑な相互接続は、系統全体を破損させるはずです。個々の細胞柱は、その小面で知覚された光を処理します。もし柱の信号が混ざれば、シナプス後細胞の画像情報全体が破壊されることになります。しかし、ミバエは非常によく見えるので、画像情報が失われることはありません。

今回の研究で、神経生物学者たちは、CT1の個々の接触領域が、互いに電気的に隔離された独立した機能ユニットであることを明らかにしました。すべての単一ユニットは、関連する柱から信号を受け取り、同じ柱に反応します。

研究チームは、コンピュータ・モデリングとカルシウム測定により、CT1の隣接する末端における高度に区分された網膜同所性応答特性を解析しました。その結果、これらの機能単位は互いに干渉しないことがわかりました。

ハエの脳にあるCT1は、そのサブユニットと連携している
出典：マックス・プランク神経生物学研究所

電気的に絶縁するためには、セルユニットの接続部を細長くする必要があります。そのため、電気抵抗が高くなります。CT1の接続部は、直径が約100ナノメートルです。しかも、この「ケーブル」はループを形成し、距離を埋めるのに必要な長さよりも10倍も長い接続を実現しています。研究チームによると、ショウジョウバエの脳では、これらの接続をこれ以上長くしたり細くしたりすることはほとんど不可能だということです。

謎は残る

CT1が他の多くの細胞とは異なる性質を示す理由は、研究者たちの間でまだ解明されていなません。現在までに、このような構造を持つ細胞は数種類しか確認されていないのです。その中でもCT1は、ショウジョウバエの脳に2つだけ存在します（1つは左半球に、もう1つは右半球にあります）。

CT1の正確な機能はまだよく分かっていません。CT1の出力信号は、動きに敏感なT5細胞やT4細胞に送られ、目の前の映像がどのように異なる方向に動いているのかを評価します。しかし、このアマクリン細胞が動体視力にどのような影響を与えるのでしょうか？神経生物学者たちは、次の研究でこの疑問に答えようとしています。