シナプスの可塑性によって学習が行われ、記憶が脳内に残されるという仮説は一般的に広く認められている。 しかし、シナプス結合部位での信号の伝達や可塑性の仕組みは詳しく分かっていなかった。
近年の研究で、シナプスの生理学的な性質が明らかになってきた。 その一つとして、減衰シナプスがある。 減衰シナプスとは、数msecというオーダーの速い入力によるシナプス後細胞の応答が、指数的に減衰する現象である。 このような性質を持つシナプスは大脳皮質前頭前野、視覚野、聴覚野や海馬のCA1など様々な部位で見つかっている。
これまでの研究で、シナプス内の神経伝達物質の再利用サイクルによって減衰シナプスを説明できることが分かっている。このモデル化によってシナプス後細胞の減衰シナプスを介した平均的な応答が再現できる。 しかし、このモデルではシナプス後細胞へ伝達の失敗や応答の揺らぎなどの一撃波形を再現することができていない。 本発表では神経伝達物質がシナプス小胞によって量子化されていることに着目し、減衰シナプスをシナプス小胞の再利用サイクルによってモデル化した。 このことによって、減衰シナプスを介したシナプス後細胞の応答を正確に再現することができた。