神経細胞の膜特性を考慮した数理モデルと脳型デバイス開発への設計指針

考虑神经细胞膜特性的数学模型和脑形设备开发的设计指南

• 批准号: 10J06296
• 负责人: 飯田 宗徳
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J06296/
• 关键词: 理論神経科学; 位相応答曲線; 摂動応答実験; 神経細胞; ニューロン; 膜特性; 数理モデル; 脳科学

本研究の2年度目にあたる本年度は,神経細胞の生理学的知見を工学応用するために,まず,神経細胞の位相応答曲線における摂動刺激の大きさ(以下,摂動強度と呼ぶ)の影響に関して理論研究を実施した.昨年度の研究により明らかになった,神経細胞の膜特性と位相応答曲線との解析的な関係を応用し,摂動強度に依存した位相応答曲線を,解析計算により導出することに成功した.その結果,位相応答曲線が摂動強度に依存して非線形に変化する原因は,位相応答曲線の高次非線形成分の影響であること示す結果が得られた.この成果は,国際学会の2011 International Conference on Neural Information Processingにおいて,英語口頭発表により公表した.また,英文学術雑誌(Lecture Notes in Computer Science誌)に受理され,既に公表されている.次に,神経細胞の位相応答曲線が示す非線形な変化に関して,神経細胞の数理モデルを用いた数値シミュレーションにより議論した.位相応答曲線における高次の非線形項の影響を定量的に議論した.その結果,位相応答曲線の測定には,用いる摂動強度に応じた高次の非線形成分を考慮する必要があることを示す結果が得られた.また,位相応答曲線の測定において,摂動強度に起因する高次の非線形成分の影響は,神経細胞の発火周波数に応じて変化する可能性が示唆された.これらの成果は,日本物理学会第67回年次大会及び電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会において公表した.

今年，也就是本研究的第二年，为了将神经元的生理知识应用到工程中，我们首先将针对扰动刺激的大小（以下简称扰动强度）对神经元的影响进行理论研究。神经元的相位响应曲线 对去年通过研究揭示的神经细胞的膜特性和相位响应曲线进行了研究。通过应用结果的解析关系表明，这是由于响应曲线的高阶非线性分量的影响。该结果在2011年国际会议上发表在神经信息处理国际会议上以英语口头报告形式发表。 Science杂志）并且已经发表。接下来，我们利用神经元的数学模型通过数值模拟讨论了神经元的相位响应曲线所表现出的非线性变化，我们定量地讨论了非线性项的影响。结果，我们发现：取决于扰动强度的高阶非线性项用于测量相位响应曲线。此外，在相位响应曲线的测量中，扰动强度引起的高阶非线性分量的影响可能会根据神经元的放电频率而变化。这些结果是在第67届日本物理学会和日本物理学会年会上公布的。电子信息与通信工程师研究所神经计算研究组。

项目成果

Nonlinear Effect on Phase Response Curve of Neuron Model

神经元模型相位响应曲线的非线性效应

• DOI: 10.1007/978-3-642-24965-5_26
• 发表时间: 2011
• 期刊: Lecture Notes in Computer Science
• 作者: Munenori Iida;Toshiaki Omori;Toru Aonishi;Masato Okada
• 通讯作者: Masato Okada

神経細胞の位相応答曲線に対する摂動強度の影響

扰动强度对神经元相位响应曲线的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: Munenori Iida;Toshiaki Omori;Toru Aonishi;Masato Okada;飯田宗徳
• 通讯作者: 飯田宗徳

神経細胞の位相応答曲線における非線形効果

神经元相位响应曲线的非线性效应

• 发表时间: 2011
• 作者: 飯田宗徳;大森敏明,青西亨;岡田真人
• 通讯作者: 岡田真人

神経細胞の位相応答曲線における摂動強度の影響

扰动强度对神经元相位响应曲线的影响

• 发表时间: 2012
• 期刊: 電子情報通信学会技術研究報告
• 作者: Coombes E;Jiang J;Chu X-P;Inoue K;Seeds J;Branigan D;Simon RP;Xiong Z-G;飯田宗徳，大森敏明，青西 亨，岡田真人
• 通讯作者: 飯田宗徳，大森敏明，青西 亨，岡田真人