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.

The purpose of this study is to correlate the structure and changes of excitatory cell membranes with membrane potential dynamics. , マルチエージェント type membrane dynamic シミュレーションモデルを use いて明らかにすることであった.このpurpose に対する bud research として, ヤリイカ huge axon のモデル化をTrial trial use of した.エージェント(computer computer オブジェクト)としモデル化し,これら多のエージェThe composition of the ントの complex and the film モデルを are composed of the basis of the creation of the foundation. The basis of the foundation is now revealed.れば, each エージェントが 3-dimensional structure をhas し, the physical law に従いautonomous self-structureや Position を Update す る Cell dynamics シミュレー ションが になる. Final year である This yearは, kind of 々のイオンチャネルのstructural and とその変化のdynamic をオブジェクトとしてモデルHow to make work more efficient, how to use the detailed information State・Structureをtakeり入れたCell membraneのSTRUCTURE・Dynamicモデルのシミュレーションを実士した.実记にシミュレーションを実士したところI think about the above にexpansionなcalculation timeを要することが明らかになったため, the overall dynamics of the cell membrane and the future issues として风し,シングルチャネル(ポタシウムチャネル)dynamic のみをconsider した.specific には,イオンチャネルやイオンの3-dimensional location and status update を0.1 seconds and という Rawい时ステップで実士した.ここまでのachievementはIEEE-EMBSのannual conference table. しかしながら. The bit generation time is hundreds of seconds, the calculation time is increased, and the calculation time is dynamic.ミュレーションをPCクラスタを Use いたparallel calculation and で実Now することをtestみ, and speed up the calculation を図った.このように, the dynamic シミュレーションの実appears of the single cell membrane is the がるシミュレーションbase base をbuild することができた.

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

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 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

イオンチャネル・細胞・細胞ネットワークの構造とダイナミクス

离子通道、细胞和细胞网络的结构和动力学

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第21回生体・生理工学シンポジウム論文集 1・1
• 作者: 野村泰伸;河津俊宏;尾臺晋介;鈴木康之
• 通讯作者: 鈴木康之

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.