マルチエージェント型興奮性膜モデルの構築とダイナミクスシミュレーション

多智能体可兴奋膜模型构建及动力学模拟

• 批准号: 17650085
• 负责人: 野村 泰伸
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17650085/
• 关键词: マルチエージェント; ニューロン; オブジェクト指向; シミュレーション; チャネルタンパク質; マルチスケール; 活動電位; 巨大軸索

本研究の目的は,興奮性細胞膜のチャネル構造とその変化と膜電位動態の関連を,マルチエージェント型膜動態シミュレーションモデルを用いて明らかにすることであった.この目的に対する萌芽研究として,ヤリイカ巨大軸索のモデル化を試行した.これは,チャネルタンパク,イオン,イオン交換ポンプ,脂質二重膜をエージェント(計算機内オブジェクト)としモデル化し,これら多数のエージェントの複合体で膜モデルを構成するための基盤創成となる.この基盤が実現できれば,各エージェントが3次元構造を有し,物理法則に従い自律的に自身の構造や位置を更新する細胞動態シミュレーションが可能になる.最終年度である本年度は,種々のイオンチャネルの構造とその変化の動態をオブジェクトとしてモデル化する作業を効率的に実施できるシステム開発を実施し,それを用いて詳細な形態・構造を取り入れた細胞膜の構造・動態モデルのシミュレーションを実施した.実際にシミュレーションを実施したところ予想以上に膨大な計算時間を要することが明らかになったため,細胞膜全体の動態シミュレーションは今後の課題として残し,シングルチャネル(ポタシウムチャネル)動態のみを考慮した.具体的には,イオンチャネルやイオンの3次元的位置の状態更新を0.1ナノ秒という荒い時間ステップで実施した.ここまでの成果はIEEE-EMBSのannual conferenceで発表した.しかしながら,対象をシングルチャネルに限定した場合でも,活動電位生成の時間スケールである数百ミリ秒のシミュレーションには膨大な計算時間を要する.そこで,動態シミュレーションをPCクラスタを用いた並列計算で実現することを試み,計算の高速化を図った.このように,単一細胞膜の動態シミュレーションの実現に繋がるシミュレーション基盤を構築することができた.

这项研究的目的是阐明使用多代理膜仿真模型的兴奋性细胞膜通道结构及其变化与膜电位动力学之间的关系。作为此目的的一项新研究，我们试图对巨型鱿鱼轴突进行建模。这将是建模通道蛋白，离子，离子交换泵和脂质双层膜作为代理（计算机内对象）并构建具有许多代理复合物的膜模型的基础。如果可以实现此基础，则可以模拟每个代理具有三维结构的细胞动力学，并根据物理定律自主更新其自身的结构和位置。今年，最后一年是一年，最后一年，这是一年。 ，2016年。该系统的开发是为了有效地对各种离子通道的结构及其作为对象的变化进行建模，并用它们模拟了结合了详细的形态和结构的细胞膜结构和动力学。模拟显示，所需的计算时间比预期的要多，因此整个细胞膜的动力学仍然是未来的问题，并且仅考虑了单个通道（Potasium通道）的动力学。具体而言，离子通道和离子的三维位置的状态在0.1纳秒的艰难时间步骤中更新。到目前为止，结果是IEEE-EMB的年度结果。这是在会议上提出的。但是，即使目标仅限于单个通道，数百毫秒的模拟是动作电位生成的时间尺度，也需要大量的计算时间。因此，我们尝试使用PC簇实现动态模拟，并加速计算。通过这种方式，我们能够建立一个仿真基础，从而导致实现单细胞膜动态模拟。

项目成果

Development of a support tool for multi-agent based biological modeling

开发基于多主体的生物建模支持工具

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference 1・1
• 作者: T.Kawazu;S.Odai;N.Shibuya;T.Nomura
• 通讯作者: T.Nomura

階層および機能的ネットワーク構造モデリング支援ツールの開発(第1報)

分层和功能网络结构建模支持工具的开发（第1次报告）

• 发表时间: 2005
• 期刊: 電子情報通信学会技術報告書 MEとバイオサイバネティクス 11
• 作者: T.Nomura;T.Kawazu;S.Odai;Y.Suzuki;渋谷典子 他
• 通讯作者: 渋谷典子 他

Quantifying noise-induced stability of a cortical fast-spiking cell model with Kv3-channel-like current

使用类似 Kv3 通道的电流量化皮质快速尖峰细胞模型的噪声诱导稳定性

• 期刊: BioSystems (印刷中)
• 作者: T.Tateno;H.P.C.Robinson
• 通讯作者: H.P.C.Robinson

生体の構造とダイナミクスの汎用モデリング支援ツールの開発

生物结构和动力学通用建模支持工具的开发

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本生体医工学会誌 生体医工学 44・1
• 作者: 河津俊宏;渋谷典子;尾臺晋介;野村泰伸
• 通讯作者: 野村泰伸

Quantifying noise-induced stability of a fast-spiking cell model with Kv3-channel-like current in the mammalian cortex

量化哺乳动物皮质中 Kv3 通道样电流的快速尖峰细胞模型的噪声诱导稳定性

• 发表时间: 2006
• 期刊: BioSystems (印刷中)
• 作者: 野村泰伸;河津俊宏;尾臺晋介;鈴木康之;T.Tateno et al.
• 通讯作者: T.Tateno et al.