イオン電流機構に基づく神経細胞ネットワーク・シミュレータの開発

本研究は細胞生理とバイオテクノロジーの下で神経回路として形成される神経機能を細胞のイオン電流レベルでシミュレーションするためのソフトウェアの開発を目的と以下の研究を行なった。1.イオン電流機構に基づく汎用神経細胞モデルの記述(臼井,池野)神経細胞の基本機能は細胞膜に存在するイオン電流機構の特異性によって決定される。こうした神経細胞を一つの単位として、如向なる生理環境下においても細胞内外のイオン環境条件を与えていることにより、その動的特性を含め機能する物理モデルを構等した。2.神経ネットワークの構成(臼井,榊原,村瀬,池野)複数個の神経細胞モデルを結合し、神経ネットワークを形成するための化学シナプスと電気シナプスを物理的に記述するソフトウェアを作った。これを基に、ウミウシの視覚前庭神経回路における学習・記憶機構(臼井,榊原,池野)、網膜神経情報処理機構(臼井)及びそのイオン機構と化学伝達活性物質によるノイズ解析(臼井,村瀬)など具体的な解析・シミュレーションを行なった。3.開発ソフトウェアの評価と実用化への検討(臼井,榊原,村瀬)本研究により神経細胞ネットワークシミュレータの基本的構造と機能は一応完成され、二,三の具体的研究を通してその評価を行なった。最近、米国を中心としてニューロコンピュータやそのチップ化、並列情報処理機構などコネクションマシンに関する研究が盛んになってきたが、それらは全て工学サイドの研究であり、本研究の目的とする生きた細胞による神経回路シミュレータとしては、目下の所本研究以外には見当らない漸新なものであることを確認した。

本研究は細胞生理とバイオテクノロジーの下で神経回路として形成される神経機能を細胞のイオン電流レベルでシミュレーションするためのソフトウェアの開発を目的と以下の研究を行なった。1.イオン電流機構に基づく汎用神経細胞モデルの記述(臼井,池野)神経細胞の基本機能は細胞膜に存在するイオン電流機構の特異性によって決定される。こうした神経細胞を一つの単位として、如向なる生理環境下においても細胞内外のイオン環境条件を与えていることにより、その動的特性を含め機能する物理モデルを構等した。2.神経ネットワークの構成(臼井,榊原,村瀬,池野)複数個の神経細胞モデルを結合し、神経ネットワークを形成するための化学シナプスと電気シナプスを物理的に記述するソフトウェアを作った。これを基に、ウミウシの視覚前庭神経回路における学習・記憶機構(臼井,榊原,池野)、網膜神経情報処理機構(臼井)及びそのイオン機構と化学伝達活性物質によるノイズ解析(臼井,村瀬)など具体的な解析・シミュレーションを行なった。3.開発ソフトウェアの評価と実用化への検討(臼井,榊原,村瀬)本研究により神経細胞ネットワークシミュレータの基本的構造と機能は一応完成され、二,三の具体的研究を通してその評価を行なった。最近、米国を中心としてニューロコンピュータやそのチップ化、並列情報処理機構などコネクションマシンに関する研究が盛んになってきたが、それらは全て工学サイドの研究であり、本研究の目的とする生きた細胞による神経回路シミュレータとしては、目下の所本研究以外には見当らない漸新なものであることを確認した。