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講演抄録/キーワード
講演名 2006-03-15 14:30
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
渡辺将也廣瀬 明東大
抄録 (和) 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. 
(英) In neurons, ions are moved by diffusion or potential gradient.Thus, strictly speaking, spatiotemporal dynamics of action-potential has to be analyzed by this way of thinking.In this paper, spatiotemporal distribution of action-potential and ion concentration is analyzed by finite element method based on Nernst-Planck equation. We analyze how thickness of axons and myelin sheath have influence on action-potential propagation velocity. As a result, we find the following things. First, in small-radius non-myelinated axons, action-potential propagation follows the cable theory because the ions diffuse homogeneously. But in large-radius non-myelinated axons, ions diffuse only to a certain depth beneath the membrane, and action-potential velocity is proportional to radius. Secondly, we analyze propagation velocity at myelinated axons to clarify detailed mechanism. Especially, propagation velocity doesn't
increase simply because myelin sheath is wound around an axon, but mainly because a lot of sodium channels gather at node of Ranvier.
These results are different from a traditional idea in which the insulation by myelin sheath improves transmission efficiency. Moreover, the sodium channel density quantitatively corresponds with physiological experiment. Thus, the accuracy of this analysis is verified.
キーワード (和) 活動電位 / Nernst-Planck方程式 / 軸索 / ミエリン髄鞘 / ランビエの絞輪 / / /  
(英) action-potential / Nernst-Planck equation / axon / myelin sheath / node of Ranvier / / /  
文献情報 信学技報, vol. 105, no. 657, NC2005-111, pp. 33-38, 2006年3月.
資料番号 NC2005-111 
発行日 2006-03-08 (NC) 
ISSN Print edition: ISSN 0913-5685
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研究会情報
研究会 NC  
開催期間 2006-03-15 - 2006-03-17 
開催地(和) 玉川大学 
開催地(英) Tamagawa University 
テーマ(和) 一般 
テーマ(英) General 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 NC 
会議コード 2006-03-NC 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 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 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Three-dimensional Analysis of Action-potential Propagation Velocity at Axons based on Nernst-Planck Equation 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) 活動電位 / action-potential  
キーワード(2)(和/英) Nernst-Planck方程式 / Nernst-Planck equation  
キーワード(3)(和/英) 軸索 / axon  
キーワード(4)(和/英) ミエリン髄鞘 / myelin sheath  
キーワード(5)(和/英) ランビエの絞輪 / node of Ranvier  
キーワード(6)(和/英) /  
キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 渡辺 将也 / Masaya Watanabe / ワタナベ マサヤ
第1著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
Tokyo University (略称: Tokyo Univ.)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 廣瀬 明 / Akira Hirose / ヒロセ アキラ
第2著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
Tokyo University (略称: Tokyo Univ.)
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講演者 第1著者 
発表日時 2006-03-15 14:30:00 
発表時間 25分 
申込先研究会 NC 
資料番号 NC2005-111 
巻番号(vol) vol.105 
号番号(no) no.657 
ページ範囲 pp.33-38 
ページ数
発行日 2006-03-08 (NC) 


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