2025年10月08日 第4回
ヤリイカの軸索のダイナミクスに刺激を与えたときに
カオスがみられるというのが興味深かった．
他の生物でもカオスが見れらのか気になった．
また，
ホジキン・ハクスレイ方程式に刺激を与えてもきちんとカオスが見られるのも凄いと思った．
次回から，ホジキン・ハクスレイ方程式のお話をします．
静止膜電位の計算方法や，
等価回路の概形を学んだ．
ネルンストの方程式とゴールドマンの方程式については，
なぜあのような式になるのか興味深かった．
等価回路は概形とはあまり言わないですが，理解はできましたか．
また，ネルンストの方程式，ゴールドマンの方程式も導出の過程はもちろんありますが，
深入りすることになるので，講義では触れていません．
今日の授業ではイオン濃度に伴う膜電位の変化や
計算式を用いた濃度計算について学んだ．
また，
回路モデルについても学んだ．
セクションとしても新しいところに入った．
濃度を求める計算式があるということはそのアルゴリズムが
自然と体に備えられているということだと思うので，
自然界のアルゴリズムを解析することは面白いと思った．
その通りですね．面白いですし，とても重要ですね．
今回の講義では，
神経細内外のイオン濃度とその数理モデルについて学んだ．
膜電位の大きな変化はイオン濃度のごくわずかな変化によって引き起こされ，
膜電位はネルンスト方程式やゴールドマン方程式で表されることを理解した．
また，
活動電位の特徴において，
中間的な電位変化と不応性がカオスを生み出すことで
豊富な時間的構造になっていることが興味深いと感じた．
理解してくれていると思います．カオス的な振る舞いも紹介できるでしょう．
今回の講義では，
前回に引き続き静止膜電位について学習した．
静止膜電位がマイナス数十mvのオーダーになっている理由として，
各イオンの細胞内外の分布やカリウムの透過度が高いことが重要であると理解することができた．
また，
活動電位の不応性がカオスを生み出すことがあるということから，
自然界には長期的な予測が困難な現象が多く存在していることを改めて実感することができた．
そうですね．実感できて良かったとおもいます．
今日の授業では，
電気回路と細胞の関係性について知ることができ，
自分の体がどのように電気を取り扱っているかを知ることができた．
電気的な現象ですので回路を用いるということになります．
膜の等価回路モデルやネルンスト方程式，ゴールドマン方程式を通して，
生体の構造や機能が機械的・電気的な原理に基づき，
数理的に説明できることに強い関心を抱いた．
特に，
イオンチャネルが選択的な透過性によって濃度を精密に制御する仕組みは，
生体の高度な調整機構として極めて理論的かつ精巧であると感じた．
確かに理論的で精巧といっていいですね．うまい表現をしますね．
今日の生体情報工学の授業では，
静止膜電位の発生原理やネルンストの方程式，
ゴールドマンの方程式について学んだ．
カリウムやナトリウムのチャネルの有無によって膜電位がどのように変化するかを考えることで，
イオンの動きと電位の関係を理解できた．
また，
膜の等価回路モデルや細胞膜の構造を通して，
生体を電気的に捉える視点が新鮮だと思った．
ヤリイカを用いた実験の話から，
ヤリイカの軸索が比較的太いと知り，
興味が深まりました．
ヤリイカを用いた実験については次回お話しできると思います．
講義を受けて等価回路について考えました．
初めは起電力が他のキャパシタや抵抗と異なって細胞に対応するパーツがイメージできなかったので，
納得できなかったのですが，
先生がおっしゃっていたように，
起電力は平衡電位を表すだけのものであると理解できました．
そう考えると，
変わるのは起電力ではなく，
キャパシタにかかる膜電位の方で，
この変化によって電位差が生じ，
電流が流れるとわかりました．
また実際の細胞ではNa+は濃度勾配的にも膜電位的にも細胞内に流れるので，
発火時に開くナトリウムチャネルは電位依存かつ一方向です．
そのため等価回路におけるナトリウムチャネルの可変抵抗は
ダイオードに類似の性質を持っていると思いました．
可変なのですが，講義で紹介したように，膜電位と時間に依存するので，
この意味ではダイオードとは少し違うと思います．
膜の等価回路モデルを通して，
生体の構造や機能が極めて機械的・電気的な原理に基づいていることを理解できた．
また，
電気生理学実験にヤリイカが用いられてきたことからも，
異なる生物種の特性を活かして神経の原理を探究するという学問的姿勢の興味深さを感じた．
興味を持ってくれましたか．
細胞内外を移動するイオンにはKではKチャネル，
ClではClチャネルのような選択性があることがわかった．
そうですね．選択性があります．
今回の講義では，
イオン濃度における平衡電位，
静止膜電位の概要とヤリイカの実験を通じての神経興奮における活動電位の特徴を理解できた．
静止膜電位と平衡電位が講義を受けてる中で区別がしっかりできなかったので理解したい．
平衡電位は各イオンに関するものです．静止膜電位はいろいろなイオンについて 全てを考えたときですね．
今回の講義では，
ニューロンの静止膜電位がどのような仕組みで生じ，
維持されているのかを学んだ．
高校の生物で，
細胞膜の働きを電気回路に例える話を聞いた記憶があったが，
今回の講義でさらに理解が深まった．
単なるたとえ話ではなく，
定量的に生命現象を説明できることに面白さを改めて感じた．
また，
理論を実証したホジキンとハクスレイの研究手法も印象的であった．
実験対象としてヤリイカを用いたことに驚いたが，
電極を挿入しやすいと巨大な軸索を持つからという理由を知り，
その着眼点がすごいと感じた．
そうですか．高校のときに聞いていたのですか．すごいですね．
ネルンスト方程式やゴールドマン方程式によって，
イオンの濃度差と膜電位の関係が数理的に記述・計算できることに驚かされた．
さらに，
イオンチャネルが選択的な透過性を通じて濃度を精密に制御しているという生体の仕組みは，
極めて理論的かつ精巧なシステムとして興味深く感じられた．
同じようなコメントばありますね．
膜電位の変化がごくわずかなイオン濃度で起こることに驚いた．
小さな差が大きな電位変化を生む仕組みを興味深か感じた．
また，
ネルンスト方程式の意味をより深く理解したい．
不明なところは質問してください．
ネルンストンの方程式を用いて
それぞれのイオンによる平衡電位が求められことが興味深かった．
状態方程式でしか見たことのないRTやファラデー定数などが出てくる点も面白かった．
気体とみなしているのだろうか．
気体ではないですね．
電気回路の話なり，
イオンの濃度の話なり，
高校時代に勉強した内容を少し忘れてしまっているので，
ひやひやした．
今までは，
生物の時間に電気回路を思い浮かべるだなんてことはしてこなかったので，
とても驚くとともに面白かった．
イオンチャネルすごい．
確かにすごい．
細胞内外のイオンの移動について理解できた．
カリウムイオンの濃度変化がとても微小であったが，
どのようにして観測できたのか気になった．
講義では話しませんが，計測方法についてはいろいろあります．
本日の講義を通じて，
静止膜電位が，
ナトリウムイオンやカリウムイオンの細胞内外の濃度差を通じて，
生じることを学んだ．
また，
細胞膜をコンデンサや抵抗，
電源からなる等価回路としてモデル化することで，
神経活動を電気現象として捉えられることを学んだ．
活動電位がmsオーダーで反応できるのは，
あらかじめ細胞膜内外で電位差があることにより，
活動電位を瞬時に発生させられるからなのかなと思った．
そうですね．静止膜電位があることがまずは基本となります．
ヤリイカへの実験が興味深かった．
無髄の巨大な軸索を持った生物として研究対象に最適なのはもちろん理解できたが，
なぜこのように軸索が大きくなるように進化していったのかにも興味が湧いた．
また，
活動電位の波形からその特徴を分析したセクションでは，
一見規則的に見えるスパイク列の中にも微妙なゆらぎや不規則性が存在し，
それがカオス的な振る舞いとして現れることが分かり，
生体が単純な機械ではなく，
むしろ多様な状態遷移を内包した動的システムであることがよく理解できた．
そうなのです．ダイナミックなのですよ．そこが大切ですね．
細胞膜をコンデンサ，
イオンチャネルを抵抗と電池で表現する等価回路モデルという発想は天才的だと思った．
ヤリイカが脳神経科学の進歩に繋がっていることに驚いた．
そうなのです．神経科学の進歩に寄与しているのです．
静止膜電位の発生原理と，
それを定量的に理解するためのネルンストの方程式やゴールドマンの方程式について，
詳細な図と計算式を通じて学ぶことができた．
ゴールドマン方程式について，
細胞内濃度と細胞外濃度の分子と分母の配置が，
式全体にどのように影響を与えているのか，
物理的な意味合いを改めて確認したい．
不明なところは質問してください．
細胞における膜電位の生じ方では，
化学的な現象と物理的な現象が見事に働いていると感じました．
脳はコンピュータと対比されたり，
ニューラレルネットワークがそのモデルとして言われたりするものの，
きちんとその働きを追うと，
それらと大きく原理も異なり，
複雑なことをしているように思いました．
その通りです．原理のベースは同じですが実際に使われているのは全く違います．
人の神経の仕組みは見ただけでは分からないと思うが，
どうやって調べたのか気になった．
まずは解剖学的に調べるなどがありますね．もちろん，生きている場合はできません．
現在の農活動の計測については初回にお話しました．
静止膜電位は「イオンが膜を通過する濃度差と電気的な力のつり合い」によって決まることを学び，
ネルンストの式を使えば特定のイオンについて平衡電位を数値で表せることを知った．
さらに，
実際の膜電位は複数のイオンの透過性を考慮する必要があるため，
ゴールドマンの方程式でより現実的に計算できることが理解できた．
また，
膜を抵抗やコンデンサで表す等価回路モデルによって，
電気回路の知識を応用して細胞膜の働きを直感的に捉えることができたのが面白かった．
理解できましたね．
ネルンストの方程式などの公式の意味があまり理解できなかったので，
しっかり復習したい．
不明なところは質問してください．
ネルンストの方程式によって，
特定のイオンに対する平衡電位を求められることを知り，
細胞内外のイオン濃度差が神経活動に直結していることが分かりました．
また，
膜をコンデンサー，イオンチャネルを抵抗として表すことができ，
そして平衡電位から電池を含んだ等価回路モデルを使うことで，
電位変化の仕組みを理論的に理解することができました．
よろしいと思います．次も続きます．