ニューロンとは

図 2.1: ニューロンの構造

生物の神経細胞をニューロンと呼ぶ。ニューラルネットワークは多数の神経細胞が結合することで、 大規模なネットワークを形成したものである。 脳では、ニューラルネットでの情報処理の結果として、画像認識や音声認識などが行われている。

ニューロンの構造を図2.1に示す。 ニューロンには細胞体(soma)、樹状突起(dendrite)、軸索(axon)と呼ばれる部分がある。 本体となる細胞体は細胞の中央部分にあり、細胞体の中に細胞核が存在する。 樹状突起は、細胞体の表面から突き出た突起のことである。

軸索は、細胞体から長く伸びた一本の突起である。 この軸索が他の細胞へとつながっている。 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。 ニューロンは樹状突起や細胞体で入力信号を受け取り、軸索で信号を出力していると考えられている。

シナプスはニューロン間の情報伝達を担っている。 シナプスには興奮性シナプスと抑制性シナプスがあるとされる。 信号を送信するニューロンは信号伝達時において、その信号を興奮性に伝えるか抑制性に伝えるかを決める。 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。

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。 しかし生物の脳内では、シナプスがニューロンを繋げることで、ごく短時間で入力された膨大な情報を処理することが可能になっている。

ニューロンの細胞膜は、その内外で常に電位差が存在する。 この電位差を膜電位という。 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という。 外部からの入力により膜電位が正方向に変化した時、その値がある値（閾値）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。 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、あるいは発火したという。 また、正になった時の膜電位を活動電位と呼ぶ。[4]

発火した直後の細胞はしばらくの間発火し得ない。その期間を絶対不応期と呼ぶ。 この絶対不応期を過ぎると細胞は再び発火できるようになるが、閾値は一時的に高くなる。 その期間を相対不応期と呼び、その性質を不応性と呼ぶ。 相対不応期において、閾値が指数関数的に減少することが知られている。