Fluctuation-induced robust information coding, learned from neuron

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K12508
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Kansei informatics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Masashi Fujii 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30725750)
• Research Collaborator: Tottori Takehiro ; Fujita Suguru ; Kuroda Shinya
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 情報伝達 / small-volume effect / robustness / sensitivity / efficiency

Outline of Final Research Achievements

Spine, which is a place to exchange information of nerve cells, is very small (1 fL). Therefore, the chemical reaction becomes stochastic and the response to the input varies. Such variations seemingly disadvantageous to information transfer. So, is there any advantage to transfer the information in such a small place? In this project, using the analysis using stochastic simulation and Shannon's information theory, we reveals that information transfer in a small field can provide robustness against input intensity fluctuation. Furthermore, we also found that this robustness is universal under certain conditions.

Free Research Field

理論生物物理学、システム生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究による成果は、小さな細胞を基本単位とする生物において、小ささの利点を情報伝達という観点から解き明かしたものであり、今後様々な生物システムの情報伝達のメカニズム解明の足がかりになると考える。また、生物システムにおけるゆらぎを利用した情報伝達の利点は、従来のノイズを極力減らそうとする人工的な通信システムとは全く逆の戦略であると考えられる。このようなゆらぎを利用した通信システムによって、より頑健で、省エネルギーの通信システムへのブレイクスルーになると期待できる。