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世界でのこの技術分類の技術分布

技術 神経等価回路、シナプス等価回路及び神経細胞体等価回路

出願人 発明者
出願日 2006年3月6日 (8年1ヶ月経過) 出願番号 2006-060338
公開日 2007年9月20日 (6年7ヶ月経過) 公開番号 2007-241483
登録日 2012年5月25日 (1年11ヶ月経過) 登録番号 4997495
特許期限 2026年3月6日 (残11年11ヶ月)
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以下の情報は公開日時点(2007年9月20日)のものです。

課題

神経回路シナプス及び神経細胞体の各入出力関係を数式化し、神経細胞生理学機能物理的構造に沿った電気特性忠実再現した神経等価回路シナプス等価回路及び神経細胞体等価回路を提供する。

解決手段

神経細胞の電気的特性模倣する神経等価回路は、その入力信号fin(t)と出力信号fout(t)とが、以下の関係を有する。 但し、kP、kI、TIは所定の定数、Nはシナプスの総数、Mはシナプスが有する第1伝達物質の種類の総数、Lはシナプスが有する第2伝達物質の種類の総数である。

この項目の情報は公開日時点(2007年9月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

背景

PDFをダウンロードすると、すべての図面を閲覧可能です。

神経細胞間の信号伝達は、一般的なアナログ信号デジタル信号伝達と異なり、パルス周波数変調相当するインパルス列に近い電気信号によって行われていることが知られている。また、神経細胞発火機構を説明するためのホジキンハックスレー方程式が良く知られている。ホジキン・ハックスレー方程式によれば、神経細胞膜をある種の電気等価回路で表すことができ、イオンに対するコンダクタンス電圧時間関数表現して神経活動を表現することができる。

また、発火現象に似せた等価回路としては、特許文献1に示されるような人工神経回路が挙げられる。

人工知能自動制御分野では、ニューラルネットワーク関して盛んに研究され、そのネットワークの各ユニットにはシグモイド関数(f(x)=1/(1+exp(−x))等が用いられている(非特許文献1等)。

特開平7−168901号公報 D.E. Rumelhart, G. E. Hinton & R. J. Williams,“Learning Internal Representations by Back−Propagation Errors”, Nature, 323, 533〜536, Oct.(1986)

概要

神経回路シナプス及び神経細胞体の各入出力関係を数式化し、神経細胞の生理学機能物理的構造に沿った電気特性忠実再現した神経等価回路シナプス等価回路及び神経細胞体等価回路を提供する。神経細胞の電気的特性模倣する神経等価回路は、その入力信号fin(t)と出力信号fout(t)とが、以下の関係を有する。 但し、kP、kI、TIは所定の定数、Nはシナプスの総数、Mはシナプスが有する第1伝達物質の種類の総数、Lはシナプスが有する第2伝達物質の種類の総数である。

目的

また、信号入力処理に最も重要である興奮性シナプス抑制性シナプスを実現可能なシナプス等価回路を提案し、神経細胞全体の等価回路を実現した神経等価回路を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項

以下の情報は公開日時点(2007年9月20日)のものです。

請求項1

シナプスの電気的特性模倣するシナプス等価回路であって、該シナプス等価回路は、入力端子出力端子とを有し、前記入力端子に入力される入力信号fin(t)と前記出力端子から出力される出力信号Ipsp(t)とが、以下の関係を有する、すなわち、但し、kPは−∞<kP<∞の範囲の定数、kIは−∞<kI<∞の範囲の定数、TIは0<TI≦∞の範囲の定数、Lはシナプスが有する第1伝達物質の種類の総数、l=1,2,,,Lでありlはシナプスの第1伝達物質の番号、Mはシナプスが有する第2伝達物質の種類の総数、m=1,2,,,Mでありmはシナプスの第2伝達物質の番号、eはネイピア数、tは時間τはt=0から現時点までの時間である、ことを特徴とするシナプス等価回路。

請求項2

請求項1に記載のシナプス等価回路において、前記入力端子電気抵抗を介して電圧制御抵抗手段の制御端子に接続され、前記出力端子は、電源を介して前記電圧制御抵抗手段に接続されることを特徴とするシナプス等価回路。

請求項3

請求項2に記載のシナプス等価回路において、前記電気抵抗と電圧制御抵抗手段の制御端子との間の電位は、第2電気抵抗とコンデンサ並列に接続される並列回路を介して基準電位に接続されることを特徴とするシナプス等価回路。

請求項4

請求項3に記載のシナプス等価回路において、前記並列回路は、さらに、並列に接続されるコイルを有することを特徴とするシナプス等価回路。

請求項5

請求項1乃至請求項4の何れかに記載のシナプス等価回路において、前記入力端子は、環境知覚手段に接続されることを特徴とするシナプス等価回路。

請求項6

神経細胞体の電気的特性を模倣する神経細胞体等価回路であって、該神経細胞体等価回路は、入力端子と出力端子とを有し、前記入力端子に入力される入力信号Ipsp(t)と前記出力端子から出力される膜電位Vm(t)とが、以下の関係を有する、すなわち、但し、E0は静止膜電位、kmは0<km<∞の範囲の定数、Tmは0≦Tm≦∞の範囲の定数、Nはシナプスの総数、n=1,2,,,Nでありnは神経細胞につながるシナプスの番号、eはネイピア数、tは時間、t0は前回パルス終了時の時間、τはt=0から現時点までの時間、ηはt=t0から現時点までの時間、σは神経細胞膜活動電位閾値、δ(t)はインパルス関数である、ことを特徴とする神経細胞体等価回路。

請求項7

請求項6に記載の神経細胞体等価回路において、該神経細胞体等価回路は、前記出力端子と基準電位端子の間に、細胞膜容量相当するコンデンサと、静止膜電位に相当する電源と細胞膜の透過性に相当する電気抵抗とが直列に接続された回路と、ナトリウムイオン化学ポテンシャルの等価電位に相当する電源と、ナトリウムイオンチャネルに相当するリレー素子と、ナトリウムイオンチャネルの透過性に相当する電気抵抗とが直列に接続されたナトリウムイオンチャネル等価回路と、が並列に接続されて構成されることを特徴とする神経細胞体等価回路。

請求項8

請求項7に記載の神経細胞体等価回路において、該神経細胞体等価回路は、前記出力端子と基準電位端子の間に、さらに、カリウムイオンの化学ポテンシャルの等価電位に相当する電源と、カリウムイオンチャネルに相当するリレー素子と,カリウムイオンチャネルの透過性に相当する電気抵抗とが直列に接続されたカリウムイオンチャネル等価回路と、が並列に接続されて構成されることを特徴とする神経細胞体等価回路。

請求項9

請求項7又は請求項8に記載の神経細胞体等価回路において、該神経細胞体等価回路は、前記出力端子と基準電位端子の間に、さらに、ナトリウムイオンとカリウムイオン以外の所定のイオンの化学ポテンシャルの等価電位に相当する電源と、前記所定のイオンのイオンチャネルに相当するリレー素子と、前記所定のイオンのイオンチャネルの透過性に相当する電気抵抗とが直列に接続されたイオンチャネル等価回路と、が並列に接続されて構成されることを特徴とする神経細胞体等価回路。

請求項10

請求項6乃至請求項9の何れかに記載の神経細胞体等価回路において、前記出力端子は、前記神経細胞体等価回路により制御される被制御手段に接続されることを特徴とする神経細胞体等価回路。

請求項11

神経細胞の電気的特性を模倣する神経等価回路であって、該神経等価回路は、その入力信号fin(t)と出力信号fout(t)とが、以下の関係を有する、すなわち、但し、kPは−∞<kP<∞の範囲の定数、kIは−∞<kI<∞の範囲の定数、TIは0<TI≦∞の範囲の定数、Nはシナプスの総数、n=1,2,,,Nでありnは神経細胞につながるシナプスの番号、Mはシナプスが有する第1伝達物質の種類の総数、m=1,2,,,Mでありmはn番目のシナプスの第1伝達物質の番号、Lはシナプスが有する第2伝達物質の種類の総数、l=1,2,,,Lでありlはn番目のシナプスの第2伝達物質の番号、eはネイピア数、tは時間、τはt=0から現時点までの時間である、ことを特徴とする神経等価回路。

請求項12

請求項11に記載の神経等価回路において、請求項1乃至請求項5の何れかに記載のシナプス等価回路の出力端子は、請求項6乃至請求項10の何れかに記載の神経細胞体等価回路の入力端子に接続されることを特徴とする神経等価回路。

請求項13

請求項11又は請求項12に記載の神経等価回路において、請求項1乃至請求項5の何れかに記載のシナプス等価回路の入力端子は、請求項6乃至請求項10の何れかに記載の神経細胞体等価回路の出力端子に接続されることを特徴とする神経等価回路。

請求項14

コンピュータを請求項1に記載のシナプス等価回路として機能させるためのプログラム

請求項15

コンピュータを請求項6に記載の神経細胞体等価回路として機能させるためのプログラム。

請求項16

コンピュータを請求項11に記載の神経等価回路として機能させるためのプログラム。

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