網膜の視覚情報スパイク符号化機構の数理モデル

视网膜视觉信息尖峰编码机制的数学模型

基本信息

批准号：
12750385
负责人：
神山斉己
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Aichi Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

網膜に投影された外界像は,視細胞により並列的に受容され,水平細胞,双極細胞等からなる網膜神経回路による実時間情報処理を受け,神経節細胞で神経インパルス列に変換される.本研究は,こうした網膜内での一連の情報処理過程を数理モデルとして記述することになって,色情報,空間情報,動き情報等の視覚情報がどのように符号化されるのか,その具体的機構と機能的意義を明らかとすることを目的としている.前年度までの研究によって,網膜を構成する5種類の基本的な神経細胞のうち3種類の細胞,すなわち,視細胞,水平細胞,双極細胞の数理モデルが完成した.そこで,本年度は,網膜の入力から出力に至る一連の過程の数理モデルの完成を目指し,網膜の出力を担う神経節細胞のスパイク発生機構に関する数理モデル化を行った.従来モデルにおいては,細胞膜上で確率的に開閉している個々のイオンチャネル全体の活動をマクロに記述した微分方程式により,細胞膜の特性を記述していた.しかしながら,神経インパルスを発生する神経細胞では,イオンチャネルの確率的な振る舞いがインパルス発火パターンに影響を与える可能性が指摘されていた.そこで,神経節細胞の4種類のイオンチャネルについて,確率的な特性を記述した数理モデルを構築した.確率的モデルと従来の微分方程式モデルのシミュレーション結果を比較した所,確率的モデルでは入力変動に対しても比較的安定したスパイクパターンが発生することから,網膜の視覚情報の符号化において,イオンチャネルの確率的挙動が重要な役割を果たしていることが示唆された.

投射到视网膜上的外界图像被感光细胞并行接收，由水平细胞、双极细胞等组成的视网膜神经回路进行实时信息处理，并由神经节细胞转化为一串神经冲动。该研究旨在将视网膜内的一系列信息处理过程描述为数学模型，并阐明颜色信息、空间信息和运动信息等视觉信息是如何编码的。本研究的目的是阐明其机制和功能意义。截至前一年进行的研究表明，构成视网膜的五种基本类型中的三种神经元，即感光细胞、水平细胞和双极细胞，细胞的数学模型已经完成，所以今年我们的目标是完成视网膜从输入到输出的一系列过程的数学模型，我们将建立神经节细胞尖峰产生机制的数学模型。，负责视网膜的输出。在传统模型中，细胞膜的特性是通过微分方程来描述的，该微分方程描述了细胞膜上随机打开和关闭的各个离子通道的整体活动。有人指出，离子通道的随机行为可能会产生影响。产生脉冲的神经元的脉冲放电模式。我们构建了一个描述各类离子通道随机特性的数学模型。通过比较随机模型和常规微分方程模型的模拟结果，我们发现随机模型即使面对输入波动也相对稳定。模式表明离子通道的随机行为在视网膜视觉信息的编码中起着重要作用。