神経細胞モデルのリアルタイム計算LSIに関する研究

神经元模型实时计算LSI研究

• 批准号: 17700294
• 负责人: 立野 勝巳
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17700294/
• 关键词: 神経細胞モデル; シミュレータ; FPGA

連立微分方程式から成る神経細胞モデルを実時間で数値積分し、結果をアナログ出力するLSIを作成することを目的として、17年度から19年度まで取り組みを行った。設計の変更が容易なFPGAを用い、設計プログラムにはC言語を用いた手法を取り入れた。神経細胞として、2変数、および3変数の連立微分方程式で表現されるモデルを採用した。多くの神経細胞モデルを実装することを考慮して、演算のための構成素子数を少なく出来る固定小数点計算とした。発火特性としてそれぞれクラスI、クラスIIに分類される2種類の2変数神経細胞モデルを実装した。数値積分した結果をD/A変換して出力し、活動電位波形を観測できるようにした。作成した神経細胞モデルの直流電流バイアスを変えて、2種類の神経細胞モデルの発火特性の違いを確認した。固定小数点計算の精度の限界があるため、理論的な発火周波数を忠実に再現することは難しい。そこで、FPGA上の神経細胞モデルの発火特性を理論値に近づけるために、以下の改善を行った。1)固定小数点32ビットのうち、24ビットを小数部に、8ビットを整数部に使えるよう計算順序を考慮。2)可能な限り計算をテーブル化。特に、ナトリウムイオン電流の計算について、静止膜電位付近の小さな電流をできるだけ正確に再現するよう配慮して、アルゴリズムを作成した。これにより、周波数の低い発火も再現できた。加えて、連続した発火の後、発火を休止するバースト放電型の3変数神経細胞モデルも実装し、実時間で計算できることを確認した。2変数モデルの改善点は、バースト細胞モデルの計算においても重要で、浮動小数点計算の結果に近い発火特性を得るために必要であった。採用したFPGA回路はサイズが小さく、取り扱いも容易である。実時間で神経細胞モデルの応答が計算できるようになったことで、ダイナミッククランプ等の生理学実験への応用が期待できる。

Continuously connect differential equations into る神経cells モデルを実 time で number value integration し、result をアナログOutputするLSI することをpurpose として, 17-year から19-year までGETり集团 みを行った. The design is easier, the FPGA is easier to use, the design is easier to use, and the language is easier to design. The continuous differential equations of the God's cell として, 2-dimensional numbers, and および3-dimensional numbers are expressed using されるモデルを. Many くの神経手机モデルを実装することをConsider して, Calculation のためのComponent number をLittle なく出るfixed decimal point calculation とした. Characteristics of fire: としてそれぞれクラスI, クラスIIにClassificationされる2 typesの2変number神経组モデルを実装した. The result of numerical integration is the D/A conversion, the output, and the activity potential waveform is measured. Made of した神経码モデルのDC current バイアスを変えて, 2 types of の神経码モデルの発 Fire characteristics のviolationいをconfirmationした. The accuracy of fixed decimal point calculations is limited, and the reproduction of the theoretical Nahuo cycle number is difficult.そこで、Theoretical properties of the の神経cell モデルの発火 on FPGA そにNearly づけるために、The following improvement を行った. 1) Fixed decimal point 32 ビットのうち, 24 ビットを decimal part, 8 ビットを integer part so the order of calculation is not considered. 2) Possibility of limited calculation and optimization.特に、ナトリウムイオンcurrentのcalculationについて、stationary membrane potential closeの小さな电The flow of the flow is correct and the reproduction of the flow is correct and the production is done.これにより、The number of cycles is low and the fire is reproduced できた. Add えて, Continuous 続した発火の后, 発火を不了するバーストDischarge type の3変The calculation of the number of God's cells and the confirmation of the number of times. 2. It is important to improve the point of improvement of the number of numbers and the calculation of the numbers of the cells.で、The result of floating decimal point calculation is as close as possible to the fire characteristics and is necessary. It adopts a small FPGA circuit and is easy to use. Time and time calculation , ダイナミッククランプ, etc. のphysiology 実験への応用 がLooking forward to できる.