JPH06295350A - 神経モデル素子 - Google Patents
神経モデル素子Info
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- JPH06295350A JPH06295350A JP8066793A JP8066793A JPH06295350A JP H06295350 A JPH06295350 A JP H06295350A JP 8066793 A JP8066793 A JP 8066793A JP 8066793 A JP8066793 A JP 8066793A JP H06295350 A JPH06295350 A JP H06295350A
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- ion
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光照射などの外部刺激により、電気振動信号
を発生させる神経モデル素子を提供する。 【構成】 イオン性水溶液１２とその中に設置されたイ
オンポンプ及びイオンチャネルを埋設した脂質含浸膜１
３と、この脂質含浸膜１３の膜電位を電気信号として伝
達する電極１６とで神経モデル素子を構成する。イオン
ポンプが、光照射により、イオン性水溶液中の特定イオ
ンを膜１３の一方の側から他の一方の側へ能動輸送して
膜電位を形成するのに対し、イオンチャネルは、膜１３
の両側の膜電位差がある閾値に達することで開き、イオ
ンポンプで能動輸送されたイオンと同符号のイオンを受
動輸送して膜電位を解消する。従って、この素子に光照
射を行うと、イオンポンプによりイオンの能動輸送によ
り膜電位が生じ、この膜電位を検知してイオンチャネル
が開いて膜電位が解消され、そして再びイオンポンプの
能動輸送により膜電位が生じるという過程が繰り返され
るので、電気振動信号を発生させることができる。
を発生させる神経モデル素子を提供する。 【構成】 イオン性水溶液１２とその中に設置されたイ
オンポンプ及びイオンチャネルを埋設した脂質含浸膜１
３と、この脂質含浸膜１３の膜電位を電気信号として伝
達する電極１６とで神経モデル素子を構成する。イオン
ポンプが、光照射により、イオン性水溶液中の特定イオ
ンを膜１３の一方の側から他の一方の側へ能動輸送して
膜電位を形成するのに対し、イオンチャネルは、膜１３
の両側の膜電位差がある閾値に達することで開き、イオ
ンポンプで能動輸送されたイオンと同符号のイオンを受
動輸送して膜電位を解消する。従って、この素子に光照
射を行うと、イオンポンプによりイオンの能動輸送によ
り膜電位が生じ、この膜電位を検知してイオンチャネル
が開いて膜電位が解消され、そして再びイオンポンプの
能動輸送により膜電位が生じるという過程が繰り返され
るので、電気振動信号を発生させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、生物の神経細胞での電
気振動信号による情報伝達の要素となる非線形振動信号
を発生する神経モデル素子に関する。
気振動信号による情報伝達の要素となる非線形振動信号
を発生する神経モデル素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】生体内における情報処理では、神経系の
発火が情報伝達の源であり、それは生体膜におけるタン
パク質の機能によって発生する振動と考えられている。
その振動信号は外部刺激に対し様々な変化対応を示し、
神経中枢へその刺激情報を伝達する。
発火が情報伝達の源であり、それは生体膜におけるタン
パク質の機能によって発生する振動と考えられている。
その振動信号は外部刺激に対し様々な変化対応を示し、
神経中枢へその刺激情報を伝達する。
【０００３】有機材料を用いて人工的にこの振動を得る
手段として、水溶液中の脂質薄膜から振動信号を得るモ
デルがある。これは、脂質分子のゆらぎにより発生する
電気振動である（例えば、吉川，表面 第２６巻 第１
１号（１９８８）または都甲，山藤，膜 第１２巻 第
１号（１９８７）参照）。
手段として、水溶液中の脂質薄膜から振動信号を得るモ
デルがある。これは、脂質分子のゆらぎにより発生する
電気振動である（例えば、吉川，表面 第２６巻 第１
１号（１９８８）または都甲，山藤，膜 第１２巻 第
１号（１９８７）参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この振
動では膜中にあってこの振動を発生させているタンパク
質の存在が考慮されていない。従って、外部からの入力
によって特定モードの振動を発生させること、即ち、振
動を制御することは困難となり、神経をモデル化した素
子とは言い難い。
動では膜中にあってこの振動を発生させているタンパク
質の存在が考慮されていない。従って、外部からの入力
によって特定モードの振動を発生させること、即ち、振
動を制御することは困難となり、神経をモデル化した素
子とは言い難い。
【０００５】本発明は、脂質薄膜を基本構造とし、その
膜内に種々のイオンを輸送あるいは通過させるタンパク
質あるいはポリペプチドを配置した生体膜モデルで、光
照射あるいは化学物質などの外部刺激に対応して様々に
変化する電気振動信号を与える素子を提供することを目
的とする。
膜内に種々のイオンを輸送あるいは通過させるタンパク
質あるいはポリペプチドを配置した生体膜モデルで、光
照射あるいは化学物質などの外部刺激に対応して様々に
変化する電気振動信号を与える素子を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る神経モデル素子は、容器に貯留された
イオン性水溶液と、前記イオン性水溶液を仕切る脂質含
浸膜であって光照射あるいは基質の添加等の外部刺激に
より作動し前記イオン性水溶液中のイオンを能動輸送す
るイオンポンプ及び該脂質含浸膜の両側の膜電位差があ
る閾値に達することで開くイオンチャネルが埋設されて
いる脂質含浸膜と、前記脂質含浸膜に外部刺激を付与す
る手段と、前記脂質含浸膜の膜電位を電気信号として伝
達する電極と、を含むことを特徴とする。
に、本発明に係る神経モデル素子は、容器に貯留された
イオン性水溶液と、前記イオン性水溶液を仕切る脂質含
浸膜であって光照射あるいは基質の添加等の外部刺激に
より作動し前記イオン性水溶液中のイオンを能動輸送す
るイオンポンプ及び該脂質含浸膜の両側の膜電位差があ
る閾値に達することで開くイオンチャネルが埋設されて
いる脂質含浸膜と、前記脂質含浸膜に外部刺激を付与す
る手段と、前記脂質含浸膜の膜電位を電気信号として伝
達する電極と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
【作用】以上のような構成を有する本発明の神経モデル
素子によれば、脂質含浸膜に外部刺激が付与されると、
イオンポンプが作動して前記イオン性水溶液中のイオン
が能動輸送され、この能動輸送により、脂質含浸膜の両
側で電位差が生じる。
素子によれば、脂質含浸膜に外部刺激が付与されると、
イオンポンプが作動して前記イオン性水溶液中のイオン
が能動輸送され、この能動輸送により、脂質含浸膜の両
側で電位差が生じる。
【０００８】一方、脂質含浸膜の両側で生じる電位差が
ある程度の大きさになると、これを感知してイオンチャ
ネルが開き、イオンポンプにより能動輸送されたイオン
と同符号のイオンが受動輸送されて脂質含浸膜の両側の
膜電位差が解消される。
ある程度の大きさになると、これを感知してイオンチャ
ネルが開き、イオンポンプにより能動輸送されたイオン
と同符号のイオンが受動輸送されて脂質含浸膜の両側の
膜電位差が解消される。
【０００９】そして、膜電位差が解消されると、イオン
チャネルが閉じて受動輸送が停止される。受動輸送が停
止されると、イオンポンプの能動輸送により再び膜電位
差が生じ、これが所定の大きさになるとイオンチャネル
が開いて膜電位差が解消される。
チャネルが閉じて受動輸送が停止される。受動輸送が停
止されると、イオンポンプの能動輸送により再び膜電位
差が生じ、これが所定の大きさになるとイオンチャネル
が開いて膜電位差が解消される。
【００１０】このようにして、本発明に係る神経モデル
素子においては、外部刺激を付与することにより、イオ
ンポンプが作動して膜電位差が発生する。そして、膜電
位差の発生により、イオンチャネルの開口（膜電位差の
解消）→イオンチャネルの閉口（膜電位差の発生）→イ
オンチャネルの開口（膜電位差の解消）が繰り返され
る。このようにして、所定のイオンポンプとイオンチャ
ネルとを組み合わせて脂質含浸膜に埋設することによ
り、膜電位差の一定周期の増減現象を得ることができ、
これが電極から電気振動信号として得られる。
素子においては、外部刺激を付与することにより、イオ
ンポンプが作動して膜電位差が発生する。そして、膜電
位差の発生により、イオンチャネルの開口（膜電位差の
解消）→イオンチャネルの閉口（膜電位差の発生）→イ
オンチャネルの開口（膜電位差の解消）が繰り返され
る。このようにして、所定のイオンポンプとイオンチャ
ネルとを組み合わせて脂質含浸膜に埋設することによ
り、膜電位差の一定周期の増減現象を得ることができ、
これが電極から電気振動信号として得られる。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明の好適な一実施例に係る神経
モデル素子の構成を示すブロック図である。
モデル素子の構成を示すブロック図である。
【００１２】本実施例に係る神経モデル素子は、セル１
１ａ及び１１ｂが一体となって形成されたセル１１を有
しており、セル１１ａ或いは１１ｂは、そのままＸ槽或
いはＹ槽を構成する。セル１１のホールＨには脂質含浸
膜１３を取り付けている。Ｘ槽及びＹ槽はイオン性水溶
液１２を満たしており、従ってこれらは脂質含浸膜１３
により仕切られている。Ｘ槽及びＹ槽にはイオン性水溶
液１２は、スターラーバー（撹拌子）Ｑにより撹拌す
る。
１ａ及び１１ｂが一体となって形成されたセル１１を有
しており、セル１１ａ或いは１１ｂは、そのままＸ槽或
いはＹ槽を構成する。セル１１のホールＨには脂質含浸
膜１３を取り付けている。Ｘ槽及びＹ槽はイオン性水溶
液１２を満たしており、従ってこれらは脂質含浸膜１３
により仕切られている。Ｘ槽及びＹ槽にはイオン性水溶
液１２は、スターラーバー（撹拌子）Ｑにより撹拌す
る。
【００１３】本実施例に係る神経モデル素子は、更に、
脂質含浸膜１３に光照射を行えるように、光源１４及び
ライトガイド１４ａを備えている。光源１４から照射さ
れる光は、ライトガイド１４ａによりセル内に導かれ
る。
脂質含浸膜１３に光照射を行えるように、光源１４及び
ライトガイド１４ａを備えている。光源１４から照射さ
れる光は、ライトガイド１４ａによりセル内に導かれ
る。
【００１４】セル１１の素材は、脂質含浸膜１３との関
係で有機溶媒耐性のある材質が好ましく、本実施例では
フッ素樹脂製セルを使用する。セル１１中のイオン性水
溶液１２はサーキュレーター１５により温度制御され
る。Ｘ槽及びＹ槽には、それぞれ塩橋１６ａ、１ｍｏｌ
／ｌのＫＣｌ水溶液１６ｂ及び銀／塩化銀電極１６ｃか
らなる電極１６が設置してある。このようにして、本実
施例においては、フッ素樹脂製のセルを脂質含浸膜１３
で仕切り形成して、各セルに電極を設置して構成してい
る。
係で有機溶媒耐性のある材質が好ましく、本実施例では
フッ素樹脂製セルを使用する。セル１１中のイオン性水
溶液１２はサーキュレーター１５により温度制御され
る。Ｘ槽及びＹ槽には、それぞれ塩橋１６ａ、１ｍｏｌ
／ｌのＫＣｌ水溶液１６ｂ及び銀／塩化銀電極１６ｃか
らなる電極１６が設置してある。このようにして、本実
施例においては、フッ素樹脂製のセルを脂質含浸膜１３
で仕切り形成して、各セルに電極を設置して構成してい
る。
【００１５】電極１６から得られた電気振動信号は、バ
ッチクランプ用アンプ１７ａ、オシロスコープ１７ｂ、
フィルタ１７ｃ、テープレコーダ１７ｄ、チャートレコ
ーダ１７ｅ、コンピュータ１７ｆからなる情報処理部１
７に送られる。
ッチクランプ用アンプ１７ａ、オシロスコープ１７ｂ、
フィルタ１７ｃ、テープレコーダ１７ｄ、チャートレコ
ーダ１７ｅ、コンピュータ１７ｆからなる情報処理部１
７に送られる。
【００１６】なお、以上の脂質含浸膜測定系は、シール
ドボックス１８及び除振台１９を設置することで、防音
及び防振によるノイズ対策が施されている。また、脂質
含浸膜測定系に熱伝導が生じないように、光源１４は、
ヒートアブソープションフィルタ１４ｂを介してシール
ドボックス１８の外に配置してある。従って、ヒートア
ブソープションフィルタ１４ｂにより、光源１４からの
熱伝導が防止されるようになっている。
ドボックス１８及び除振台１９を設置することで、防音
及び防振によるノイズ対策が施されている。また、脂質
含浸膜測定系に熱伝導が生じないように、光源１４は、
ヒートアブソープションフィルタ１４ｂを介してシール
ドボックス１８の外に配置してある。従って、ヒートア
ブソープションフィルタ１４ｂにより、光源１４からの
熱伝導が防止されるようになっている。
【００１７】また、本実施例においては、光源１４はＸ
槽側に配置されＸ槽側から光照射が行われているが、脂
質含浸膜１３はある程度透明であるため光源１４はＹ槽
側に配置してもよい。
槽側に配置されＸ槽側から光照射が行われているが、脂
質含浸膜１３はある程度透明であるため光源１４はＹ槽
側に配置してもよい。
【００１８】本実施例においては、脂質含浸膜１３に
は、イオンポンプ及びイオンチャネルが埋設されてい
る。以下、これについて詳細に説明する。
は、イオンポンプ及びイオンチャネルが埋設されてい
る。以下、これについて詳細に説明する。
【００１９】［脂質含浸膜の作製方法］脂質含浸膜とは
脂質が含浸されている膜のことを言い、脂質含浸性膜
（脂質を含浸することができる性質を有する膜）に脂質
を含浸させて作製する。ここで、脂質が含浸させられる
脂質含浸性膜には、一般的には多孔膜が使用される。本
実施例では、直径１０ｍｍφ程度（若しくはそれ以上）
の大きさの多孔膜（孔径０．１μｍφ、膜厚０．１５ｍ
ｍ程度）を、アゾレクチン（脂質）の２００ｍｇ／ｍｌ
のノルマルデカン溶液に数秒間浸漬して作製した。この
ような脂質含浸膜は、膜の作製が容易で強度が大きいと
いう利点がある。なお、多孔膜としては、セルロース
膜、ニトロセルロース膜、トリアセチルセルロース等の
セルロース混合エステルまたはポリテトラフルオロエチ
レン、ポリカーボネイト等を使用する。
脂質が含浸されている膜のことを言い、脂質含浸性膜
（脂質を含浸することができる性質を有する膜）に脂質
を含浸させて作製する。ここで、脂質が含浸させられる
脂質含浸性膜には、一般的には多孔膜が使用される。本
実施例では、直径１０ｍｍφ程度（若しくはそれ以上）
の大きさの多孔膜（孔径０．１μｍφ、膜厚０．１５ｍ
ｍ程度）を、アゾレクチン（脂質）の２００ｍｇ／ｍｌ
のノルマルデカン溶液に数秒間浸漬して作製した。この
ような脂質含浸膜は、膜の作製が容易で強度が大きいと
いう利点がある。なお、多孔膜としては、セルロース
膜、ニトロセルロース膜、トリアセチルセルロース等の
セルロース混合エステルまたはポリテトラフルオロエチ
レン、ポリカーボネイト等を使用する。
【００２０】［神経モデル素子の作製］ ［脂質含浸膜を用いた神経モデル素子の作製方法］図２
は、本実施例に係る神経モデル素子の作製方法を示す工
程図である。
は、本実施例に係る神経モデル素子の作製方法を示す工
程図である。
【００２１】本実施例に係る神経モデル素子は、合わせ
面に穴２１が開いているフッ素樹脂製の２つのセル１１
ａ及び１１ｂを（図２（Ａ））、上記脂質含浸膜１３を
挟み合わせて作製した（図２（Ｂ））。このように、穴
２１が開いている合わせ面に脂質含浸膜１３を挟み合わ
されることで、２つの槽が脂質含浸膜で仕切られた構造
が形成される（図２（Ｃ））。穴２１は、そのままホー
ルＨ（図１）を構成する。実施例において、合わせ面に
開いている穴２１は７〜８ｍｍφであり、フッ素樹脂製
の２つのセル１１ａ及び１１ｂの容積はそれぞれ１．５
ｃｃである。
面に穴２１が開いているフッ素樹脂製の２つのセル１１
ａ及び１１ｂを（図２（Ａ））、上記脂質含浸膜１３を
挟み合わせて作製した（図２（Ｂ））。このように、穴
２１が開いている合わせ面に脂質含浸膜１３を挟み合わ
されることで、２つの槽が脂質含浸膜で仕切られた構造
が形成される（図２（Ｃ））。穴２１は、そのままホー
ルＨ（図１）を構成する。実施例において、合わせ面に
開いている穴２１は７〜８ｍｍφであり、フッ素樹脂製
の２つのセル１１ａ及び１１ｂの容積はそれぞれ１．５
ｃｃである。
【００２２】［イオンポンプ埋設方法］イオンポンプを
埋設するために、上記セルの一方に、イオンポンプを含
む水溶液を注入し、イオンポンプを脂質含浸膜に吸着さ
せるようにした。本実施例ではイオンポンプとして紫膜
を使用した。
埋設するために、上記セルの一方に、イオンポンプを含
む水溶液を注入し、イオンポンプを脂質含浸膜に吸着さ
せるようにした。本実施例ではイオンポンプとして紫膜
を使用した。
【００２３】紫膜の埋設は、 L.A.Drachev, et al., An
alytical Biochemistry 96 (1979)250-262 及び M.C.Bl
ock, et al., FEBS Letters 76 (1) (1977) 45-50に示
される方法と同様の方法で行った。
alytical Biochemistry 96 (1979)250-262 及び M.C.Bl
ock, et al., FEBS Letters 76 (1) (1977) 45-50に示
される方法と同様の方法で行った。
【００２４】すなわち、本実施例において、イオンポン
プを含む水溶液は、タンパク質の質量換算で１．５ｍｇ
の紫膜を水に溶かして１．０ｍｌにしたものを使用し
た。この水溶液４０μｌを注入し、１時間程度撹拌する
ことで、イオンポンプ（紫膜）が脂質含浸膜に埋設され
る。
プを含む水溶液は、タンパク質の質量換算で１．５ｍｇ
の紫膜を水に溶かして１．０ｍｌにしたものを使用し
た。この水溶液４０μｌを注入し、１時間程度撹拌する
ことで、イオンポンプ（紫膜）が脂質含浸膜に埋設され
る。
【００２５】但し、ここでイオンポンプの埋設方法は、
紫膜の膜片そのものあるいは可溶化したバクテリオロド
プシンを添加してもよく、しかもそれらをリポソームに
再構成したものを使用してもよい。
紫膜の膜片そのものあるいは可溶化したバクテリオロド
プシンを添加してもよく、しかもそれらをリポソームに
再構成したものを使用してもよい。
【００２６】なお、脂質含浸膜はある程度透明なため、
光源１４を逆側に配置しても同様の振動が得られるが、
光が膜に吸収される分だけ効率は落ちるため、光源１４
は、イオンポンプが埋設された側に配置されることが好
ましい。
光源１４を逆側に配置しても同様の振動が得られるが、
光が膜に吸収される分だけ効率は落ちるため、光源１４
は、イオンポンプが埋設された側に配置されることが好
ましい。
【００２７】［イオンチャンネルの埋設方法］イオンチ
ャンネルの埋設は、予め水が入っている２つのセル１１
ａ及び１１ｂに、アラメシチン（イオンチャンネル）１
ｍｇ／ｌのエタノール溶液を２０μｌ添加することで行
った。これにより、アラメシチンが脂質含浸膜１３に再
構成される。
ャンネルの埋設は、予め水が入っている２つのセル１１
ａ及び１１ｂに、アラメシチン（イオンチャンネル）１
ｍｇ／ｌのエタノール溶液を２０μｌ添加することで行
った。これにより、アラメシチンが脂質含浸膜１３に再
構成される。
【００２８】［動作］本実施例の神経モデル素子におい
ては、イオンチャネル及びイオンポンプが埋設された脂
質含浸膜１３に光を照射すると、イオンチャネルが駆動
して脂質含浸膜１３に膜電位を生じさせる。そして、生
じた膜電位が所定の大きさになると、イオンチャネルが
開いて膜電位が解消される。膜電位が解消されると、イ
オンチャネルが閉じる。すると、イオンポンプの作動に
より再び膜電位が生じる。以上の行程を繰り返すこと
で、膜電位差の一定周期の増減現象を得ることができ、
この変化を電極１６により捉え、これが電極により電気
振動信号として得られる。
ては、イオンチャネル及びイオンポンプが埋設された脂
質含浸膜１３に光を照射すると、イオンチャネルが駆動
して脂質含浸膜１３に膜電位を生じさせる。そして、生
じた膜電位が所定の大きさになると、イオンチャネルが
開いて膜電位が解消される。膜電位が解消されると、イ
オンチャネルが閉じる。すると、イオンポンプの作動に
より再び膜電位が生じる。以上の行程を繰り返すこと
で、膜電位差の一定周期の増減現象を得ることができ、
この変化を電極１６により捉え、これが電極により電気
振動信号として得られる。
【００２９】［神経モデル素子の発振測定］図３は、ア
ラメシチンのＩ−Ｖ特性（アラメシチン添加側が正）を
表したグラフである（ G.Andrew, et al., J.Menbrane
Biol. 129 (1992) 109-136）。
ラメシチンのＩ−Ｖ特性（アラメシチン添加側が正）を
表したグラフである（ G.Andrew, et al., J.Menbrane
Biol. 129 (1992) 109-136）。
【００３０】また、図４は、本実施例に係る神経モデル
素子により得られる電気振動信号を示す図である。図４
において、αはアラメシチン（イオンチャネル）なし
（即ち紫膜（イオンポンプのみ））の場合の光応答を、
βは１１ｂ側のベース電圧を４０ｍＶまで上昇させたと
きの光応答を、γは１１ｂ側にアラメシチンを添加した
際の光応答をそれぞれ示している。
素子により得られる電気振動信号を示す図である。図４
において、αはアラメシチン（イオンチャネル）なし
（即ち紫膜（イオンポンプのみ））の場合の光応答を、
βは１１ｂ側のベース電圧を４０ｍＶまで上昇させたと
きの光応答を、γは１１ｂ側にアラメシチンを添加した
際の光応答をそれぞれ示している。
【００３１】図３よりアラメシチンが存在すると、６０
ｍＶ付近で急激に電導度が上昇することがわかる。これ
に鑑みて、紫膜（イオンポンプ）の働きにより生じる膜
電位がこの電位に達するようにベース電圧を上昇させる
と、図４のγに示されるような振動が得られた。このよ
うにして得られる膜電位差の増減現象からなる電気振動
信号は、生体膜における振動現象とが極めて類似してい
る。
ｍＶ付近で急激に電導度が上昇することがわかる。これ
に鑑みて、紫膜（イオンポンプ）の働きにより生じる膜
電位がこの電位に達するようにベース電圧を上昇させる
と、図４のγに示されるような振動が得られた。このよ
うにして得られる膜電位差の増減現象からなる電気振動
信号は、生体膜における振動現象とが極めて類似してい
る。
【００３２】以上のようにして、本実施例の神経モデル
素子は、外部刺激（光照射あるいは基質の添加等）によ
りイオンポンプのイオン輸送能力を制御することが可能
なため、外部刺激に対応した任意の振動モードを有する
電気振動信号を得ることができる。
素子は、外部刺激（光照射あるいは基質の添加等）によ
りイオンポンプのイオン輸送能力を制御することが可能
なため、外部刺激に対応した任意の振動モードを有する
電気振動信号を得ることができる。
【００３３】なお、本実施例においては、イオンチャン
ネルとしてアラメシチン、イオンポンプとして紫膜を用
いているが、イオンポンプ及びイオンチャンネルはこれ
らに限られることなく、また脂質含浸膜についても本実
施例に用いた材料に限られることなく、他の物質を用い
ても所定の電気振動信号を得ることができる。
ネルとしてアラメシチン、イオンポンプとして紫膜を用
いているが、イオンポンプ及びイオンチャンネルはこれ
らに限られることなく、また脂質含浸膜についても本実
施例に用いた材料に限られることなく、他の物質を用い
ても所定の電気振動信号を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外部刺激により膜電位差を増大させるイオンポンプとこ
の膜電位差により開き膜電位差を減少させるイオンチャ
ネルを組み合わせて脂質薄膜に埋設することにより、膜
電位差の一定周期の増減現象を得ることができ、外部刺
激に対応した任意の振動モードを有する電気振動信号を
得ることができる。これは、生体情報処理の根幹となる
振動要素でありバイオコンピュータの礎となり得るもの
である。
外部刺激により膜電位差を増大させるイオンポンプとこ
の膜電位差により開き膜電位差を減少させるイオンチャ
ネルを組み合わせて脂質薄膜に埋設することにより、膜
電位差の一定周期の増減現象を得ることができ、外部刺
激に対応した任意の振動モードを有する電気振動信号を
得ることができる。これは、生体情報処理の根幹となる
振動要素でありバイオコンピュータの礎となり得るもの
である。
【図１】本発明の好適な実施例に係る神経モデル素子の
膜電位測定系を示す模式図である。
膜電位測定系を示す模式図である。
【図２】脂質含浸膜を使用した本発明の実施例に係る神
経モデル素子の作製方法を示す工程図である。
経モデル素子の作製方法を示す工程図である。
【図３】アラメシチンの電圧電流曲線（アラメシチン添
加側が正）を示すグラフである。
加側が正）を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係る神経モデル素子により得
られる電気振動信号を示す図である。ここで、αはアラ
メシチン（イオンチャネル）なし（即ち紫膜（イオンポ
ンプのみ））の場合の光応答を、βはベース電圧を４０
ｍＶまで上昇させたときの光応答を、γはアラメシチン
添加した際の光応答をそれぞれ示している。
られる電気振動信号を示す図である。ここで、αはアラ
メシチン（イオンチャネル）なし（即ち紫膜（イオンポ
ンプのみ））の場合の光応答を、βはベース電圧を４０
ｍＶまで上昇させたときの光応答を、γはアラメシチン
添加した際の光応答をそれぞれ示している。
１１ セル １１ａ，１１ｂ セル １２ イオン性水溶液 １３ 脂質含浸膜 １４ 外部刺激（光源） １４ａ ライトガイド １５ サーキュレーター １６ 電極 １６ａ 塩橋 １６ｂ 水溶液 １６ｃ 銀／塩化銀電極 １７ 情報処理部 １７ａ バッチクランプ用アンプ １７ｂ オシロスコープ １７ｃ フィルタ １７ｄ テープレコーダ １７ｅ チャートレコーダ １７ｆ コンピュータ １８ シールドボックス １９ 除振台 ２１ 穴
Claims (2)
- 【請求項１】 電気振動信号を発生する神経モデル素子
であって、 容器に貯留されたイオン性水溶液と、 前記イオン性水溶液を仕切る脂質含浸膜であって、外部
刺激により作動し前記イオン性水溶液中のイオンを能動
輸送するイオンポンプ及び該脂質含浸膜の両側の膜電位
差がある閾値に達することで開くイオンチャネルが埋設
されている脂質含浸膜と、 前記脂質含浸膜に外部刺激を付与する手段と、 前記脂質含浸膜の膜電位を電気信号として伝達する電極
と、 を含むことを特徴とする神経モデル素子。 - 【請求項２】 上記イオンポンプにバクテリオロドプシ
ンを用いることを特徴とする請求項１記載の神経モデル
素子。
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Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003084994A3 (de) * | 2002-04-11 | 2004-02-05 | Max Planck Gesellschaft | Verwendung von biologischen photorezeptoren als direkt lichtgesteuerte ionenkanäle |
| US8906360B2 (en) | 2005-07-22 | 2014-12-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated cation channel and uses thereof |
| US9274099B2 (en) | 2005-07-22 | 2016-03-01 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Screening test drugs to identify their effects on cell membrane voltage-gated ion channel |
| US9604073B2 (en) | 2010-03-17 | 2017-03-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-sensitive ion-passing molecules |
| US9615789B2 (en) | 2010-11-22 | 2017-04-11 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optogenetic magnetic resonance imaging |
| US9636380B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-05-02 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optogenetic control of inputs to the ventral tegmental area |
| US9840541B2 (en) | 2011-12-16 | 2017-12-12 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Opsin polypeptides and methods of use thereof |
| US9850290B2 (en) | 2010-11-05 | 2017-12-26 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated chimeric opsins and methods of using the same |
| US9855442B2 (en) | 2007-03-01 | 2018-01-02 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method for optically controlling a neuron with a mammalian codon optimized nucleotide sequence that encodes a variant opsin polypeptide derived from natromonas pharaonis (NpHR) |
| US9878176B2 (en) | 2008-04-23 | 2018-01-30 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System utilizing Volvox carteri light-activated ion channel protein (VChR1) for optical stimulation of target cells |
| US9968652B2 (en) | 2010-11-05 | 2018-05-15 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optically-controlled CNS dysfunction |
| US10052497B2 (en) | 2005-07-22 | 2018-08-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System for optical stimulation of target cells |
| US10064912B2 (en) | 2008-11-14 | 2018-09-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optically-based stimulation of target cells and modifications thereto |
| US10105551B2 (en) | 2007-01-10 | 2018-10-23 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System for optical stimulation of target cells |
| US10220092B2 (en) | 2013-04-29 | 2019-03-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Devices, systems and methods for optogenetic modulation of action potentials in target cells |
| US10252076B2 (en) | 2010-11-05 | 2019-04-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Upconversion of light for use in optogenetic methods |
| US10307609B2 (en) | 2013-08-14 | 2019-06-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Compositions and methods for controlling pain |
| US10583309B2 (en) | 2008-07-08 | 2020-03-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Materials and approaches for optical stimulation of the peripheral nervous system |
-
1993
- 1993-04-07 JP JP05080667A patent/JP3128386B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003084994A3 (de) * | 2002-04-11 | 2004-02-05 | Max Planck Gesellschaft | Verwendung von biologischen photorezeptoren als direkt lichtgesteuerte ionenkanäle |
| US7824869B2 (en) | 2002-04-11 | 2010-11-02 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. | Use of biological photoreceptors as directly light-activated ion channels |
| EP2055714A3 (de) * | 2002-04-11 | 2009-08-12 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Biologische Photorezeptoren als direkt lichtgesteuerte Ionenkanäle und deren Verwendung |
| US8202699B2 (en) | 2002-04-11 | 2012-06-19 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. | Use of biological photoreceptors as directly light-activated ion channels |
| US8647870B2 (en) | 2002-04-11 | 2014-02-11 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. | Use of biological photoreceptors as directly light-activated ion channels |
| US10052497B2 (en) | 2005-07-22 | 2018-08-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System for optical stimulation of target cells |
| US10094840B2 (en) | 2005-07-22 | 2018-10-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated cation channel and uses thereof |
| US9278159B2 (en) | 2005-07-22 | 2016-03-08 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated cation channel and uses thereof |
| US8906360B2 (en) | 2005-07-22 | 2014-12-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated cation channel and uses thereof |
| US10036758B2 (en) | 2005-07-22 | 2018-07-31 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Delivery of a light-activated cation channel into the brain of a subject |
| US9829492B2 (en) | 2005-07-22 | 2017-11-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Implantable prosthetic device comprising a cell expressing a channelrhodopsin |
| US10627410B2 (en) | 2005-07-22 | 2020-04-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated cation channel and uses thereof |
| US9274099B2 (en) | 2005-07-22 | 2016-03-01 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Screening test drugs to identify their effects on cell membrane voltage-gated ion channel |
| US10105551B2 (en) | 2007-01-10 | 2018-10-23 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System for optical stimulation of target cells |
| US9855442B2 (en) | 2007-03-01 | 2018-01-02 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method for optically controlling a neuron with a mammalian codon optimized nucleotide sequence that encodes a variant opsin polypeptide derived from natromonas pharaonis (NpHR) |
| US9878176B2 (en) | 2008-04-23 | 2018-01-30 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System utilizing Volvox carteri light-activated ion channel protein (VChR1) for optical stimulation of target cells |
| US10583309B2 (en) | 2008-07-08 | 2020-03-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Materials and approaches for optical stimulation of the peripheral nervous system |
| US10071132B2 (en) | 2008-11-14 | 2018-09-11 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optically-based stimulation of target cells and modifications thereto |
| US10064912B2 (en) | 2008-11-14 | 2018-09-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optically-based stimulation of target cells and modifications thereto |
| US9604073B2 (en) | 2010-03-17 | 2017-03-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-sensitive ion-passing molecules |
| US10252076B2 (en) | 2010-11-05 | 2019-04-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Upconversion of light for use in optogenetic methods |
| US9968652B2 (en) | 2010-11-05 | 2018-05-15 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optically-controlled CNS dysfunction |
| US9850290B2 (en) | 2010-11-05 | 2017-12-26 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated chimeric opsins and methods of using the same |
| US10196431B2 (en) | 2010-11-05 | 2019-02-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Light-activated chimeric opsins and methods of using the same |
| US10914803B2 (en) | 2010-11-22 | 2021-02-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optogenetic magnetic resonance imaging |
| US10018695B2 (en) | 2010-11-22 | 2018-07-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optogenetic magnetic resonance imaging |
| US9615789B2 (en) | 2010-11-22 | 2017-04-11 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optogenetic magnetic resonance imaging |
| US10087223B2 (en) | 2011-12-16 | 2018-10-02 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Opsin polypeptides and methods of use thereof |
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| US9636380B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-05-02 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optogenetic control of inputs to the ventral tegmental area |
| US10220092B2 (en) | 2013-04-29 | 2019-03-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Devices, systems and methods for optogenetic modulation of action potentials in target cells |
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