Nernst-Planck方程式に基づく軸索活動電位伝搬速度の3次元解析
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概要
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神経内部のイオンは拡散と電位勾配によるドリフトにより移動する.従って神経細胞内部の電位伝搬のメカニズムを知るには,厳密にはこの考え方に基づいて解析しなければならない.本論文ではNernst-Planck方程式により,軸索内部の電位とイオン濃度の時空間分布を有限要素法により求めた.それによって,軸索の太さおよびミエリン髄鞘が活動電位の伝搬速度にどのように影響を与えるかを解析した.その結果,以下のことがわかった.まず,無髄神経の電位伝搬は半径が小さい軸索ではイオンが均一に拡散するため従来からよく使われているケーブル理論の結果が有効であるが,半径の大きい軸索ではイオンが膜内部の一定深さまでにしか拡散せず,伝搬速度と半径が比例するということが明らかになった.また,ミエリン髄鞘を設けて有髄神経の伝搬速度を解析した結果,有髄神経における電位伝搬の詳細な機構が明らかになった.特に,単にミエリン髄鞘があるだけでは伝搬速度が向上せず,ランビエの絞輪でナトリウムチャネルが高いことが速度向上の主要原因であることが明らかになった.これはミエリン髄鞘の絶縁性による伝達性の向上という従来の知見と異なるものである.定量的にもそのナトリウムチャネル密度は実際の生体内での密度と一致することが確認され,解析が正確であることが示された.
- 社団法人電子情報通信学会の論文
- 2006-03-08
著者
-
廣瀬 明
東京大学大学院工学系研究科電子工学専攻
-
廣瀬 明
東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻
-
渡辺 将也
東京大学大学院新領域創成科学研究科基盤情報学専攻
-
廣瀬 明
東京大学大学院新領域創成科学研究科基盤情報学専攻
-
廣瀬 明
東京大学大学院 工学系研究科 電気系工学専攻
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