超並列計算環境によるカイコガ脳嗅覚－運動系神経回路の再構築とその検証

大规模并行计算环境下蚕脑嗅觉运动系统神经回路的重建与验证

• 批准号: 16J09788
• 负责人: 宮本 大輔
• 金额: $ 0.83万
• 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: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09788/
• 关键词: ハイパフォーマンスコンピューティング; スーパーコンピュータ; カイコガ; 昆虫脳; 神経回路シミュレーション; 神経細胞; 脳シミュレーション; メニーコア; GPGPU

本研究では，カイコガ脳に対する様々な実験結果をデータベース上に集積し，それらを元に，嗅覚-運動系神経回路をマルチコンパートメントHodgkin-Huxley型モデルシミュレーションとして再現する事を目指し，そのための計算量的課題に対処するため，スーパーコンピュータを用いた大規模並列化手法の開発を行った．１．実験情報データベースを元にした神経回路シミュレーションベンチマークモデルの構築：シミュレーションの高速化を行う上で，基準となるベンチマークモデルの構築は研究の基盤となる部分である．本研究では，単一神経細胞レベルの実験データが整備されている生物として，カイコガ (Bombyx mori)及びショウジョウバエ (Drosophila melanogaster)を用い，神経細胞形態からマルチコンパートメントHodgkin-Huxley型モデルとして大規模神経回路を再構築した．２．Roofline解析による単体性能のメモリバンド幅制約の解析：本シミュレーションの演算数及び要求メモリアクセス量を推定し，Roofline解析を行った．３．細胞形態縮約手法・細胞の分割計算手法による，不均一な細胞形態を有するモデルでのロードバランシング改善：「ショウジョウバエ大規模モデル」について，「細胞分割計算手法」と「細胞形態縮約手法」の2種類を段階的に適用する手法を開発した．その結果，リアルタイムに比べ，3～5倍遅い程度でのシミュレーションを達成した．本研究により，実験情報のデータベースを元にした大規模神経回路モデルの構築手法及び，そのような多種多様な細胞形態を有するモデルの大規模並列環境下での計算手法を確立する事ができた．これは，将来的な全脳スケールでのシミュレーションを実現する上でも非常に重要な技術となる．

This study focuses on the integration of the results of the study and the calculation of the amount of information in the olfactory-motor system. The development of large-scale parallelization methods for the use of information technology is carried out. 1. The construction of information technology is carried out in the form of information technology elements. The construction of high-speed information technology is carried out in the form of benchmarks. In this study, a single neuron was isolated from a single organism. Bombyx mori and its (Drosophila melanogaster) is used to reconstruct large-scale neurologic circuits. 2. Roofline analysis and analysis of cell performance and amplitude constraints: 3. Cell morphology reduction method. Cell segmentation calculation method. Inhomogeneous cell morphology."Cell segmentation calculation method" and "Cell morphology reduction method" are two kinds of methods applicable to different stages. As a result, the system is 3~5 times more efficient than the system. In this study, the construction method and the calculation method of the large-scale parallel environment of the large-scale neural loop with various cell morphologies were established. However, this is a very important technology for the realization of future all-round development.

项目成果

Identification of repellent odorants to the body louse, Pediculus humanus corporis, in clove essential oil.

丁香精油中对体虱（Pediculus humanus corporis）的驱避气味剂的鉴定。

• DOI: 10.1007/s00436-016-4905-9
• 发表时间: 2016
• 期刊: Parasitol Research
• 作者: Iwamatsu T.;Miyamoto D.;Mitsuno H.;Yoshioka Y.;Fujii T.;Sakurai T.;Ishikawa Y.;Kanzaki R.
• 通讯作者: Kanzaki R.

Database integration pipeline for highly reliable spatial gene expression patterns

用于高度可靠的空间基因表达模式的数据库集成管道

• 发表时间: 2016
• 作者: Daisuke Miyamoto;Hidetoshi Ikeno;Yuko Okamura-Oho;Yoshihiro Okumura;Nobuyuki Munemura;Akira Sato;Yoko Yamaguchi;Ryohei Kanzaki;Teiichi Furuichi
• 通讯作者: Teiichi Furuichi

昆虫の脳をつくる

创造昆虫大脑

• 发表时间: 2018
• 作者: Daisuke Miyamoto;Tomoki Kazawa;Hidetoshi Ikeno;Yoko Yamaguchi;Ryohei Kanzaki;神崎亮平
• 通讯作者: 神崎亮平

swc2vtk

swc2vtk

Database collaboration operated in the INCF J-node/NIJC hackathon

INCF J-node/NIJC 黑客马拉松中的数据库协作

• 发表时间: 2016
• 作者: Daisuke Miyamoto;Hidetoshi Ikeno;Yuko Okamura-Oho;Yoshihiro Okumura;Nobuyuki Munemura;Akira Sato;Yoko Yamaguchi;Ryohei Kanzaki;Teiichi Furuichi;Daisuke Miyamoto
• 通讯作者: Daisuke Miyamoto