ニューロンとは

図 2.1: ニューロンの構造

ニューロンとは神経細胞の事であり、生物の脳は多数のニューロンで大規模ネットワークを構成している事がわかっている。

ニューロンの構造を図2.1に示す。 ニューロンは大まかに、細胞体(soma)・樹状突起(dendrite)・軸索(axon)の三つの部分に分ける事が可能である。 細胞体は細胞の中央部分にあたり、細胞核は細胞体の中に存在する。 樹状突起は、細胞体の表面から突き出た多くの枝に別れた突起のことである。 多くのニューロンにおいて、この樹状突起の先にさらに多数の樹状突起棘(dendritic spine)と呼ばれる、1, 2$\mu$m程度の突起が出ている。 軸索は、細胞体からほぼ一定の太さで長く伸びた一本の突起である。 役割から考察すれば、樹状突起はニューロンの入力部位、軸索は信号伝送路と考えられている。 我々が神経細胞と呼んでいるものは軸索を指す。 軸索の先端が細胞体や樹状突起に付着している部分をシナプスという。

生物の脳の内部にはこのニューロンが数千〜数千億程度存在しており、 また、軸索は十〜数百に分岐しており、シナプスを通して多くのニューロンと３次元的に結合している。 さらに１つの細胞が受けるシナプスの数は数百から数万に及ぶとされている。 そのため生物の脳ではシナプスがニューロンを繋げて、ごく短時間で入力された膨大な情報を処理し、出力している。

ニューロンの細胞膜の内外には常に電位差が存在し、これを膜電位(membrane potential)という。 膜電位は細胞外を基準とすると通常は負であり、この電位を静止電位(resting potential)という。 膜電位が外部からの入力により正方向に変化した時、その値がある値を越えると急激に上昇して、正電位に達した後元の電位に戻る。 これを神経のインパルスという。 膜電位がこのように変化したとき、ニューロンは興奮した(excite)、あるいは発火した(fire)といい、 正になった時の膜電位を活動電位(action potential)と呼ぶ。[4]

膜電位のある部分で一度インパルスが発生すると、その直後にはその部分では新たなインパルスを発生する事ができない。 この期間を絶対不応期(absolute refractory period)という。 相対不応期に発生するインパルスは、通常のものより小さい。

ニューロン間の情報伝達を担うのがシナプスである。 シナプスには興奮性シナプス(excitatory synapse)と抑制性シナプス(inhibitory synapse)の二種類がある。 信号伝達時において、信号が正(興奮性)に伝わるか負(抑制性)に伝わるかは、信号を出力する側のニューロンによって決まり、 受信する側のニューロンではそれぞれのニューロンからの刺激の総和を入力として受け取る。