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.

投影到视网膜上的外部图像是通过感光细胞并行接收的，并通过由水平细胞和双极细胞组成的视网膜神经回路进行实时信息处理，并被神经节细胞转化为神经冲动训练。这项研究旨在将视网膜内的一系列信息处理过程描述为一种数学模型，并揭示视觉信息的特定机制和功能意义，例如色彩信息，空间信息，运动信息等及其特定机制及其功能意义。直到上一年的研究完成了组成视网膜的五个基本神经元中三种类型的细胞的数学模型，即感光细胞，水平细胞和双极细胞。因此，今年，我们旨在完成从视网膜输入到输出的一系列过程的数学模型，以及与负责视网膜输出的神经节细胞的尖峰产生机理有关的数学模型。该模型被建模。在常规模型中，使用微分方程描述了细胞膜的特性，这些方程描述了整个离子通道的活性，该电流在细胞膜上随机开放并闭合。但是，有人指出，离子通道的随机行为可能会影响产生神经冲动的神经元中的脉冲发射模式。因此，构建了一个数学模型，该模型描述了神经节细胞的四种离子通道的离子通道的随机特性。比较随机模型的仿真结果和常规的微分方程模型，即使随机模型的输入变化，随机模型也会产生相对稳定的尖峰模式，并且随机模型在视网膜中的视觉信息中起重要作用。