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2017 年度 実績報告書

プルキンエ細胞樹状突起の情報処理におけるイオンチャネル分布のはたす機能的役割

研究課題

研究課題/領域番号 15K06725
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

洪 聖昊  沖縄科学技術大学院大学, 計算脳科学ユニット, 研究員 (90600205)

研究分担者 高嶋 聰  沖縄科学技術大学院大学, 計算脳科学ユニット, 研究員 (00374190) [辞退]
Chen Weiliang  沖縄科学技術大学院大学, 計算脳科学ユニット, 研究員 (80596594)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードParallel STEPS simulator / Cerebellar Purkinje cell / Large scale simulation / Calcium bursting
研究実績の概要

We made a substantial progress in developing the STEPS simulator and started developing the simulation of the whole Purkinje neuron. Continuing our effort in FY2016 for designing and implementing a highly scalable, parallel stochastic reaction-diffusion algorithm based on the Operation-Splitting method, in FY2017, we further extend our solution by implementing a parallel electric field (EField) solver using the PETSc library. The integration of TetOpSplit and PETSc EField solvers allows us to simulate complex models on an unprecedented scale. Using this, we finally reconstructed a complete Purkinje cell dendritic mesh of a million tetrahedrons from light microscope imaging data, and simulated our calcium burst model. Our pilot test suggested that the integrated TetOpSplit-PETSc EField solution is capable of dramatically reducing the simulation time compared to the traditional serial solution, even without any load balancing. This was released as STEPS 3.1.0 in June 2017, with subsequent releases of version 3.2.0 and 3.3.0 in October 2017 and April 2018, featuring a more flexible Cython API binding and other performance optimization. While with great success, we discovered in our pilot test that the operator splitting solution and the finite element EField solution demonstrated different scaling properties, which can be further optimized to achieve better speedup. This will be the focus in FY2018.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The choroid plexus is an important circadian clock component2018

    • 著者名/発表者名
      Myung Jihwan、Schmal Christoph、Hong Sungho、Tsukizawa Yoshiaki、Rose Pia、Zhang Yong、Holtzman Michael J.、De Schutter Erik、Herzel Hanspeter、Bordyugov Grigory、Takumi Toru
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 ページ: 1062

    • DOI

      10.1038/s41467-018-03507-2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spatiotemporal network coding of physiological mossy fiber inputs by the cerebellar granular layer2017

    • 著者名/発表者名
      Sudhakar Shyam Kumar、Hong Sungho、Raikov Ivan、Publio Rodrigo、Lang Claus、Close Thomas、Guo Daqing、Negrello Mario、De Schutter Erik
    • 雑誌名

      PLOS Computational Biology

      巻: 13 ページ: e1005754

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1005754

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Time to Bring Single Neuron Modeling into 3D2017

    • 著者名/発表者名
      Chen Weiliang、De Schutter Erik
    • 雑誌名

      Neuroinformatics

      巻: 15 ページ: 1~3

    • DOI

      10.1007/s12021-016-9321-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Parallel STEPS: Large Scale Stochastic Spatial Reaction-Diffusion Simulation with High Performance Computers2017

    • 著者名/発表者名
      Chen Weiliang、De Schutter Erik
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroinformatics

      巻: 11 ページ: 13-15

    • DOI

      10.3389/fninf.2017.00013

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] STEPS 3: integrating stochastic molecular and electrophysiological neuron models in parallel simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Weiliang Chen, Iain Hepburn, Francesco Casalegno, Adrien Devresse, Aleksandr Ovcharenko, Fernando Pereira, Fabien Delalondre and Erik De Schutter
    • 学会等名
      26th Annual Computational Neuroscience Meeting (CNS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Heterogeneous layers stabilize propagation of a multiplexed spike signal in a feedforward network2017

    • 著者名/発表者名
      Dongqi Han and Sungho Hong
    • 学会等名
      26th Annual Computational Neuroscience Meeting (CNS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Heterogeneous layers stabilize propagation of a spike signal in a feedforward network2017

    • 著者名/発表者名
      Sungho Hong, Dongqi Han, and Erik De Schutter
    • 学会等名
      Neuroscience 2017 (SfN 2017)
    • 国際学会
  • [備考] STEPS 3.3.0

    • URL

      https://github.com/CNS-OIST/STEPS/releases

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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