音源定位とは、音情報を手がかりにして音の発生源の位置を特定することであり、ヒトを含め多くの動物が持つ重要な能力ですが、音が大きくても小さくてもその音源位置を特定できる機構は明らかにされていませんでした。この音源定位の手がかりとなる両耳間時差（ITD）は、左右の耳からの入力が合流する脳幹の神経核で最初に検出され、鳥類では層状核（NL）がその役割を担います。NL細胞は左右の耳からのシナプス入力を別々の樹状突起で受け取り、それを細胞体で足し合わせることで、左右入力の時間差に応じて活動電位の発生頻度を変化させ、ITDの情報を検出します。面白いことにNL細胞においては、担当する音の周波数に応じてシナプス入力を受け取る樹状突起の長さが異なります。特に低い周波数の音に応答する細胞は特徴的な長い樹状突起を持つことが知られていますが、その機能的意義は分かっていませんでした。そこで本研究ではまず、レーザー顕微鏡を用いたグルタミン酸アンケージによる局所刺激によって、樹状突起におけるシナプス分布を解析しました。その結果、低音担当細胞の長い樹状突起においては、シナプスの場所が樹状突起の遠位部の細い分枝に集中していることを見出しました。このような構造を持つことで、樹状突起局所ではシナプス入力による大きな脱分極が起こります。この脱分極は、イオン駆動力の低下を引き起こすことでシナプスを介した更なる電荷流入を抑制することに加え、電位依存性カリウムチャネルを即座に活性化させることで電荷の流出を促進し、入力サイズ依存的に細胞体に届く電荷量を抑えることが分かりました。この非線形な減衰機構が、音源定位にどのように役立つかをさらにシミュレーションにより解析しました。音が強くなるとシナプス入力が増えますが、その場合でも、片側の耳からのシナプス入力の総和は適切なサイズに抑えられます。その結果、音が強い場合であっても左右入力のタイミングがずれている時には神経発火を起こりにくくすることで、幅広い強さの音に対して正確なITD検出を維持する仕組みとして働いていることが分かりました。一方で、樹状突起を伝わることによってシナプス入力の時間経過は緩やかになります。そのため、このような樹状突起を利用した調節は、神経活動の時間間隔が十分に広く、樹状突起が原因で生じるシナプス入力の時間的な歪みが問題にならない低周波数域（< 1kHz）でのITD検出においてうまく機能することも分かりました。つまり低周波数を担当するNL細胞では、シナプス分布を含めた樹状突起構造を入力周波数に対して最適化することで、音の強さに対するITD検出システムの頑健性を実現していると考えられました。
本研究は、聴覚情報処理における樹状突起とシナプスの構造連関の意義を明らかにしただけでなく、樹状突起の演算素子としての新たな可能性を示したものであり、他の脳領域における樹状突起を利用した情報処理の理解にもつながると考えられます。