振動化学反応におけるノイズ・シンクロナイゼーションと情報伝達

振动化学反应中的噪声同步和信息传递

• 批准号: 12874044
• 负责人: 甲斐 昌一
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12874044/
• 关键词: ノイズシンクロナイゼーション; 光感受性振動化学反応; ルテニューム触媒; BZ反応; 情報伝達; 脳波の引き込み; 引き込み現象; 確率共鳴; 化学情報変換; 離散振動子

生体内の様々なリズムや運動は非線形化学反応によって生み出されている。とりわけリズム、すなわちマクロに発現する振動現象は、これらを構成する要素間の引き込み現象、いわゆる同期(シンクロナイゼーション)から生まれ、従って乱雑な入力があると同期化が阻害され、乱れると考えられてきた。ところが本研究によれば、ノイズ外力を加えるとある強度であればかえって同期化が促進あるいは発現され、規則正しいリズムが出現されること見出された。しかも、最適の強さのノイズを加えるとノイズなしの場合よりも同期領域の幅が大きく広がり、さらにノイズ強度を増すと今度はその同期領域が減少し始め、最終的には同期が起こらなくなる現象が観測された。そこで、そのような現象の生物系への探索・解明を行った結果、この2年間に次のような成果が得られた。(1)空間的な引き込み(同期)ダイナミックスを明らかにするために、触媒を複数の吸着ビーズに準備・反応溶液に浸し、その間隔を変えて同期がビーズ間距離(相互作用の大きさに相当)にどの様に依存するか調べた。その結果、距離が近いほど容易に同期し遠く離れた周期の間でも同期するが、距離が遠いと近い周期でなければ同期しないことが分かった。これらの距離、周期差がノイズ強度に依存することが分かった。(2)脳波には目に光刺激を行うと引き込み現象が起こることが知られている。そこで化学反応系で得られたノイズシンクロナイゼーションが現実に生体系に起こるか否かを、ヒトの脳に対して行った。実験手法は極めて新奇な手法で、第1視覚野で雑音と周期信号が混合されるように、右眼に周期信号、左眼に雑音を印加して脳波を測定したところ、ある最適ノイズで引き込みが最大となることが見いだされた。これはノイズによる引き込み現象としてヒト脳で世界で初めて観測されたものである。しかしながら、これらの機構や発展の多くは未解明で今後の研究に残されている。

In a living body, the non-linear chemical reaction of the 々なリズムや motion 応によって generates み されて る る. と り わ け リ ズ ム, す な わ ち マ ク ロ に 発 now す る vibration phenomenon は, こ れ ら を constitute す る elements between の lead き 込 み phenomenon, い わ ゆ る period (シ ン ク ロ ナ イ ゼ ー シ ョ ン) か ら raw ま れ, 従 っ て disorderly 雑 な が into force あ る と synchronization が resistance against さ れ, れ る と exam え ら れ て き た. と こ ろ が this study に よ れ ば, ノ イ ズ を add force え る と あ る strength で あ れ ば か え っ て synchronization が promote あ る い は 発 now さ れ, rules are し い リ ズ ム が appear さ れ る こ と shows さ れ た. し か も, optimal の さ の ノ イ ズ を plus え る と ノ イ ズ な し の occasions よ り も period field の が big picture き く hiroo が り, さ ら に ノ イ ズ strength を raised す と today degrees は そ の period field が reduce し め, eventually に は が up over the same こ ら な く な る phenomenon が 観 measuring さ れ た. そ こ で, そ の よ う な phenomenon の biology へ の explore, interpret を line っ た results, こ の に 2 years time の よ う が な achievements have ら れ た. Guide (1) space な き 込 み (period) ダ イ ナ ミ ッ ク ス を Ming ら か に す る た め に, catalytic を plural の sorption ビ ー ズ に preparation, anti に 応 solution immersion し, そ の interval を - え て in the same period が ビ ー ズ distance between (interaction の き さ に quite) に ど の others に dependent す る か adjustable べ た. そ の results, close が い ほ ど easy に period し far く from れ た cycle between の で す も the same period る が が, distance between the い と nearly い cycle で な け れ ば period し な い こ と が points か っ た. <s:1> れら <s:1> distance, period difference がノ ズ ズ intensity に depends on する <s:1> とが とが division った. (2) 脳 wave に は mesh line に light stimulate を う と lead き 込 み phenomenon since が こ る こ と が know ら れ て い る. で そ こ で chemical anti 応 department must ら れ た ノ イ ズ シ ン ク ロ ナ イ ゼ ー シ ョ ン が now be born に system に up こ る か no か を, ヒ ト の 脳 に し seaborne て line っ た. Be 験 gimmick は extremely め て novel な gimmick で, 1 覚 wild で 雑 sound と periodic signal が mixed さ れ る よ う に, に periodic signal in the right eye, left eye に 雑 sound を Inca し て 脳 wave を determination し た と こ ろ, あ る optimum ノ イ ズ で lead き 込 み が biggest と な る こ と が see い だ さ れ た. こ れ は ノ イ ズ に よ る lead き 込 み phenomenon と し て ヒ ト 脳 で め the early で て 観 measuring さ れ た も の で あ る. <s:1> く ながら, に れら, や institutions や are conducting <s:1> many く や, で is not clarified で, future <s:1> research に remains されて る る る.

项目成果

森敏生, 甲斐昌一: "脳における確率共鳴現象"電子情報通信学会. J85-D-II・6(in press). (2002)

森俊夫、甲斐章一：《大脑中的随机共振现象》电子信息通信工程师研究所 J85-D-II·6（出版中）。

Kazuyuki FUJII et al.: "Noise-Induced Entrainment in Two Coupled BZ Oscillators"FORMA Jpn.. 15・3. 219-225 (2000)

Kazuyuki FUJII 等：“两个耦合 BZ 振荡器中的噪声诱导夹带” FORMA Jpn.. 15・3 (2000)。

Stefan C.MUELLER et al.: "バイオミメティックスハンドブック"化学と生物学におけるパターンと波. 14 (2000)

Stefan C.MUELLER 等人：“仿生学手册”化学和生物学中的模式和波 14 (2000)。

Osamu INOMOTO et al.: "Intensity Oscillation of Chemiluminescence in Ferroin-Catalyzed Belousov-Zhabotinsky Reaction"FORMA Jpn.. 15・3. 213-218 (2000)

Osamu INOMOTO 等：“Ferroin 催化的 Belousov-Zhabotinsky 反应中化学发光的强度振荡” FORMA Jpn.. 15・3 (2000)。

Osamu INOMOTO et al.: "Bromomalonic-acid-induced transition from trigger wave to big wave in the Belousov-Zhabotinsky reaction"Physical Review E. 61・5. 5326-5329 (2000)

Osamu INOMOTO 等：“Belousov-Zhabotinsky 反应中溴丙二酸诱导的从触发波到大波的转变”Physical Review E. 5326-5329 (2000)。