(57)【要約】【課題】生物細胞内の変化の時空間シミュレーションを支援することができる生物細胞内反応モデル化装置を提供する。【解決手段】生物細胞全体あるいはその一部分の複雑な形態を少ないパラメータによって生成してコンパートメントに分割したモデルを生成し、各コンパートメントに生化学反応、拡散、膜電位方程式などを割り付ける作業全体をＧＵＩによって行い、かつシミュレーションプログラムを生成し、結果の表示をグラフィカルに行う。【選択図】　　　　　図３
2004129626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物細胞の形態を生成する形態生成手段と、
前記形態生成手段により生成された生物細胞の形態をグラフィック表示する形態表示手段と、
前記形態生成手段により生成された生物細胞の形態の少なくとも一部に、物理的または化学的な変化モデルを割り付ける割付手段と
を有する生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項２】
前記形態生成手段は、前記生物細胞の形態をコンパートメントに分割する分割手段を有し、
前記形態表示手段は、前記分割手段により分割された状態で、前記生物細胞の形態を表示する
請求項１に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項３】
前記割付手段は、前記分割手段により分割されたコンパートメント毎に、前記変化モデルを割り付ける
請求項２に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項４】
前記形態表示手段は、前記生物細胞の形態を三次元グラフィック表示する
請求項３に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項５】
前記割付手段は、前記形態表示手段により三次元グラフィック表示されたコンパートメントの中から１つ以上のコンパートメントを指定する指定操作を受け付け、指定されたコンパートメントに対して前記変化モデルを割り付ける
請求項４に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項６】
前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の形態と、前記割付手段により前記生物細胞の形態に対して割り付けられた前記変化モデルとに基づいて、生物物質の時空間シミュレーションを行う数値計算プログラムを生成するプログラム生成手段
をさらに有する請求項１〜５のいずれかに記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項７】
前記プログラム生成手段により生成された前記数値計算プログラムの実行結果をグラフィック表示する結果表示手段
をさらに有する請求項６に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項８】
形態生成手段は、少なくとも１つの基本形態をテンプレートとして有し、
前記形態表示手段は、前記基本形態の少なくとも１つを表示する
請求項１〜７のいずれかに記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項９】
前記形態生成手段は、パラメータの入力に応じて神経細胞の形態を生成し、
前記形態表示手段は、前記形態生成手段により生成された神経細胞の形態を表示する
請求項１〜７のいずれかに記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１０】
前記形態生成手段は、前記生物細胞の少なくとも一部の形態を生成し、
前記形態表示手段は、前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の少なくとも一部の形態を表示する
請求項１〜７のいずれかに記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１１】
前記分割手段により分割されたコンパートメントの少なくとも一部を、膜属性または溶液属性に設定する属性設定手段
をさらに有する請求項２〜１０のいずれかに記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１２】
前記割付手段は、特定位置における複数のコンパートメントを指定する指定操作で受け付け、指定された特定位置のコンパートメントに対して前記変化モデルを割り付ける
請求項１に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１３】
前記形態表示手段は、前記生物細胞の形態の断面を表示し、
前記割付手段は、表示された断面におけるコンパートメントから１つ以上のコンパートメントを指定する指定操作を受け付けて、指定されたコンパートメントに前記変化モデルを割り付ける
請求項４に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１４】
前記割付手段により前記変化モデルが割り付けられた生物細胞の形態の少なくとも一部に対して、割り付けられた変化モデルを取り消す取消手段
をさらに有する請求項１に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１５】
前記形態表示手段により表示された生物細胞の形態の少なくとも一部分を指定する指定操作を受け付けて、指定された一部分に対して割り付けられた変化モデルを確認させる確認表示手段
をさらに有する請求項１に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１６】
前記コンパートメントに含まれる物質に関する変数を、膜属性または溶液属性に対応付けて受け付ける変数入力手段と、
前記プログラム生成手段は、膜属性および溶液属性の一方の変数を他方の変数に変換して、前記数値計算プログラムを生成する
請求項６に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１７】
前記コンパートメントに含まれる各物質に対して、膜属性のコンパートメントおよび溶液属性のコンパートメントのそれぞれにおける拡散定数を受け付ける変数入力手段
をさらに有する請求項２に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１８】
前記割付手段は、前記変化モデルとして、生化学反応モデル、電気的等価回路モデルおよび拡散モデルから選ばれた少なくとも１つを割り付ける
請求項１に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項１９】
前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の形態と、前記割付手段により前記生物細胞の形態に対して割り付けられた前記生化学反応モデル、前記電気的等価回路モデルおよび前記拡散モデルとに基づいて、生物物質の時空間シミュレーションを行う数値計算プログラムを生成するプログラム生成手段
をさらに有する請求項１８に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項２０】
前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の形態と、前記割付手段により前記生物細胞の形態に対して割り付けられた前記電気的等価回路とに基づいて、前記生物細胞における電位伝播のシミュレーションを行う数値計算プログラムを生成するプログラム生成手段
をさらに有する請求項１８に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項２１】
前記プログラム生成手段は、溶液属性の生化学反応パラメータ、膜属性の生化学反応パラメータおよび電気的等価回路のパラメータの関係に基づいて、生物細胞内の生化学的変化に基づく膜電位の変化をシミュレートする数値計算プログラムを生成する請求項１６に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項２２】
前記プログラム生成手段により生成された数値計算プログラムの実行結果に基づいて、前記生物細胞内の生物物質および局所電位の時空間変化を、２以上の時点における生物物質および局所電位を表す画像を用いて表示する結果表示手段
をさらに有する請求項１９に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項２３】
前記結果表示手段は、前記生物細胞の断面における生物物質および局所電位の時空間変化を表示する請求項２２に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項２４】
前記生物細胞の一部分を指定する指定操作を受け付け、前記数値計算プログラムに基づいて、指定された一部分に関する生物物質および局所電位の時間変化をグラフ表示するグラフ表示手段
をさらに有する請求項１９に記載の生物細胞内反応モデル化装置。
【請求項２５】
生物細胞の形態を生成し、
生成された前記生物細胞の形態をグラフィック表示し、
操作者からの指示に応じて、生成された前記生物細胞の形態の少なくとも一部に、物理的または化学的な変化モデルを割り付ける生物細胞内反応モデル化方法。
【請求項２６】
コンピュータを含む生物細胞内反応モデル化装置において、
生物細胞の形態を生成するステップと、
生成された前記生物細胞の形態をグラフィック表示するステップと、
生成された前記生物細胞の形態の少なくとも一部に、物理的または化学的な変化モデルを割り付けるステップと
を前記生物細胞内反応モデル化装置のコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物細胞内の変化のシミュレーションを支援する生物細胞内反応モデル化装置、その方法およびそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒトゲノムプロジェクトの見通しが付き、多くの生物の遺伝子解析が大きく進展している現在、次なる対象として生物細胞におけるたんぱく質の相互作用を明らかにし、生物の行っている複雑な信号処理の解明を行い、創薬や病気診断、更には生物情報処理の技術化を目指した研究が行われている。このような研究や開発を行うためには、複雑な形を有する生物細胞、特に神経細胞の形態をモデル化し、２万種以上と言われている生物細胞内のタンパク間相互作用を時空間ダイナミクスとしてシミュレートする必要がある。これまでにも生化学反応をモデル化し、数値計算を行って結果表示を行うシステムが多く開発されている。たとえば、Ａ−Ｃｅ１１（特許文献１および非特許文献１）、ＧＥＰＡＳＩ（非特許文献２）、ＳＣＡＭＰ（非特許文献３）、Ｅ−Ｃｅ１１（非特許文献４）などが知られている。これらのシステムでは生化学反応やＨｏｄｇｋｉｎ−Ｈｕｘｌｅｙ方程式で記述される膜電位をモデル化し、シミュレーションすることができる。しかし、これらは複雑な神経細胞の形態をモデル化することができず、細胞全体を均質な点モデルとして扱っていた。従って、細胞内で局所的に生ずる生化学物質や膜電位の変化が神経細胞の信号処理や細胞生理に及ぼす影響についてのシミュレーションを行うことができなかった。
一方、Ｇｅｎｅｓｉｓ（非特許文献５）、ＮＥＵＲＯＮ（非特許文献６）では神経細胞の形態をモデル化し、その中で生化学反応やＨｏｄｇｋｉｎ−Ｈｕｘ１ｅｙ方程式で記述される膜電位の変化を扱うことを可能にしている。しかし、単純な形態しかモデル化できない、あるいは複雑な形態をモデル化できても、形態記述を文字べースのスクリプトで行っていた。例えば、ＮＥＵＲＯＮにおける形態記述のスクリプトの一部を図２０に示す。このような記述方法では、文字列での記述であるので形態の全体像が把握できず、記述に手間がかかって誤りも多く、自由に形態を変化させてモデル構築を行うことが不可能であった。
神経細胞をはじめとする生物細胞は、一般にその形態が複雑である上に局所的に変化が生ずることが生物細胞の機能発現に重要である。従って、生物細胞の形態を自由にモデル化し、それを多くのコンパートメントに分割して各コンパートメントで進行する局所的変化を簡単に短時間にシミュレーションするツールが必要であった。
【０００３】
【特許文献１】特願２０００−１８５３９４
【非特許文献１】Ｋ．Ｉｃｈｉｋａｗａ，「Ａ−Ｃｅ１１：ｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｕｓｅｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａ１　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ１ｓ」　Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ　Ｖｏ１．１７（２００１），ｐｐ．４８３−４８４．
【非特許文献２】Ｍｅｎｄｅｓ，Ｐ（１９９３）「Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｂｙ　ｎｕｍｂｅｒｓ：ｓｉｍｕ１ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐａｔｈｗａｙｓ　ｗｉｔｈ　Ｇｅｐａｓｉ　３」　Ｔｒｅｎｄｓ　Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｓｃｉ．，２２，ｐｐ．３６１−３６３．
【非特許文献３】Ｓａｕｒｏ，Ｈ．Ｍ．（１９９３）「ＳＣＡＭｌＰ：ａ　ｇｅｎｅｒａ１　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒａｎｄ　ｍｅｔａｂｏ１ｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎａ１ｙｓｉｓ　ｐｒｏｇｒａｍ」　Ｃｏｍｐ．Ａｐｐｌｉｃ．Ｂｉｏｓｃｉ．，９，ｐｐ．４４１−４５０．
【非特許文献４】Ｔｏｍｉｔａ，Ｍ．，Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｋ．，Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｋ．，Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｔ．Ｓ．，Ｍａｔｓｕｚａｋｉ，Ｙ．，Ｍｉｙｏｓｈｉ，Ｆ．，Ｓａｉｔｏ，Ｋ．，Ｔａｎｉｄａ，Ｓ．，Ｙｕｇｉ，Ｋ．，Ｖｅｎｔｅｒ，Ｊ．Ｃ．，　ａｎｄ　Ｈｕｔｃｈｉｓｏｎ　ＩＩＩ，Ｃ．Ａ．（１９９９）「Ｅ−Ｃｅ１１：ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｗｈｏｌｅ−ｃｅｌｌ　ｓｉｍｕ１ａｔｉｏｎ」　Ｂｉｏｉｎｆｏ．，１５，ｐｐ．７２−８４．
【非特許文献５】Ｗｉ１ｓｏｎ，Ｍ．Ａ．，Ｂｈａｌｌａ，Ｕ．Ｓ．，Ｕｈｌｅｙ，Ｊ．Ｄ．，　ａｎｄ　Ｂｏｗｅｒ，Ｊ．Ｍ．（１９８９）「ＧＥＮＥＳＩＳ：Ａ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｉｎ」　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｄ．Ｔｏｕｒｅｔｚｋｙ，ｅｄｉｔｏｒ．　Ｍｏｒｇａｎ　Ｋａｕｆｍａｎｎ，Ｓａｎ　Ｍａｔｅｏ，ＣＡ．，ｐｐ．４８５−４９２
【非特許文献６】Ｈｉｎｅｓ，Ｍ．（１９９３）「ＮＥＵＲＯＮ−ａ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｆｏｒ　ｓｉｍｕ１ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｒｖｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ」　Ｎｅｕｒａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，Ｅｄ．Ｆ．Ｅｅｃｋｍａｎ，Ｋｌｕｗｅｒ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｕｂ．，ｐｐ．１２７−１３６
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、生物細胞全体あるいはその一部分の複雑な形態を少ないパラメータによって生成してコンパートメントに分割した形態モデルを生成し、各コンパートメントに生化学反応、拡散、膜電位方程式などを割り付ける作業全体をＧＵＩ（グラフィック・ユーザ・インタフェース）によって行い、さらに、生成された形態モデル、各コンパートメントに割り付けられた生化学反応、拡散、および、膜電位方程式などに基づいて、シミュレーションプログラムを自動生成し、結果の表示をグラフィカルに行う統合的環境を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
［データ構造化装置］
上記目的を達成するために、本発明にかかる生物細胞内反応モデル化装置は、生物細胞の形態を生成する形態生成手段と、前記形態生成手段により生成された生物細胞の形態をグラフィック表示する形態表示手段と、前記形態生成手段により生成された生物細胞の形態の少なくとも一部に、物理的または化学的な変化モデルを割り付ける割付手段とを有する。
【０００５】
好適には、前記形態生成手段は、前記生物細胞の形態をコンパートメントに分割する分割手段を有し、前記形態表示手段は、前記分割手段により分割された状態で、前記生物細胞の形態を表示する。
【０００６】
好適には、前記割付手段は、前記分割手段により分割されたコンパートメント毎に、前記変化モデルを割り付ける。
【０００７】
好適には、前記形態表示手段は、前記生物細胞の形態を三次元グラフィック表示する。
【０００８】
好適には、前記割付手段は、前記形態表示手段により三次元グラフィック表示されたコンパートメントの中から１つ以上のコンパートメントを指定する指定操作を受け付け、指定されたコンパートメントに対して前記変化モデルを割り付ける。
【０００９】
好適には、前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の形態と、前記割付手段により前記生物細胞の形態に対して割り付けられた前記変化モデルとに基づいて、生物物質の時空間シミュレーションを行う数値計算プログラムを生成するプログラム生成手段をさらに有する。
【００１０】
好適には、前記プログラム生成手段により生成された前記数値計算プログラムの実行結果をグラフィック表示する結果表示手段をさらに有する。
【００１１】
好適には、形態生成手段は、少なくとも１つの基本形態をテンプレートとして有し、前記形態表示手段は、前記基本形態の少なくとも１つを表示する。
【００１２】
好適には、前記形態生成手段は、パラメータの入力に応じて神経細胞の形態を生成し、前記形態表示手段は、前記形態生成手段により生成された神経細胞の形態を表示する。
【００１３】
好適には、前記形態生成手段は、前記生物細胞の少なくとも一部の形態を生成し、前記形態表示手段は、前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の少なくとも一部の形態を表示する。
【００１４】
好適には、前記分割手段により分割されたコンパートメントの少なくとも一部を、膜属性または溶液属性に設定する属性設定手段をさらに有する。
【００１５】
好適には、前記割付手段は、特定位置における複数のコンパートメントを指定する指定操作で受け付け、指定された特定位置のコンパートメントに対して前記変化モデルを割り付ける。
【００１６】
好適には、前記形態表示手段は、前記生物細胞の形態の断面を表示し、前記割付手段は、表示された断面におけるコンパートメントから１つ以上のコンパートメントを指定する指定操作を受け付けて、指定されたコンパートメントに前記変化モデルを割り付ける。
【００１７】
好適には、前記割付手段により前記変化モデルが割り付けられた生物細胞の形態の少なくとも一部に対して、割り付けられた変化モデルを取り消す取消手段をさらに有する。
【００１８】
好適には、前記形態表示手段により表示された生物細胞の形態の少なくとも一部分を指定する指定操作を受け付けて、指定された一部分に対して割り付けられた変化モデルを確認させる確認表示手段をさらに有する。
【００１９】
好適には、前記コンパートメントに含まれる物質に関する変数を、膜属性または溶液属性に対応付けて受け付ける変数入力手段と、前記プログラム生成手段は、膜属性および溶液属性の一方の変数を他方の変数に変換して、前記数値計算プログラムを生成する。
【００２０】
好適には、前記コンパートメントに含まれる各物質に対して、膜属性のコンパートメントおよび溶液属性のコンパートメントのそれぞれにおける拡散定数を受け付ける変数入力手段をさらに有する。
【００２１】
好適には、前記割付手段は、前記変化モデルとして、生化学反応モデル、電気的等価回路モデルおよび拡散モデルから選ばれた少なくとも１つを割り付ける。
【００２２】
好適には、前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の形態と、前記割付手段により前記生物細胞の形態に対して割り付けられた前記生化学反応モデル、前記電気的等価回路モデルおよび前記拡散モデルとに基づいて、生物物質の時空間シミュレーションを行う数値計算プログラムを生成するプログラム生成手段をさらに有する。
【００２３】
好適には、前記形態生成手段により生成された前記生物細胞の形態と、前記割付手段により前記生物細胞の形態に対して割り付けられた前記電気的等価回路とに基づいて、前記生物細胞における電位伝播のシミュレーションを行う数値計算プログラムを生成するプログラム生成手段をさらに有する。
【００２４】
好適には、前記プログラム生成手段は、溶液属性の生化学反応パラメータ、膜属性の生化学反応パラメータおよび電気的等価回路のパラメータの関係に基づいて、生物細胞内の生化学的変化に基づく膜電位の変化をシミュレートする数値計算プログラムを生成する。
【００２５】
好適には、前記プログラム生成手段により生成された数値計算プログラムの実行結果に基づいて、前記生物細胞内の生物物質および局所電位の時空間変化を、２以上の時点における生物物質および局所電位を表す画像を用いて表示する結果表示手段をさらに有する。
【００２６】
好適には、前記結果表示手段は、前記生物細胞の断面における生物物質および局所電位の時空間変化を表示する。
【００２７】
好適には、前記生物細胞の一部分を指定する指定操作を受け付け、前記数値計算プログラムに基づいて、指定された一部分に関する生物物質および局所電位の時間変化をグラフ表示するグラフ表示手段をさらに有する。
【００２８】
また、本発明にかかる生物細胞内反応モデル化方法は、生物細胞の形態を生成し、生成された前記生物細胞の形態をグラフィック表示し、生成された前記生物細胞の形態の少なくとも一部に、物理的または化学的な変化モデルを割り付ける。
【００２９】
また、本発明にかかるプログラムは、コンピュータを含む生物細胞内反応モデル化装置において、生物細胞の形態を生成するステップと、生成された前記生物細胞の形態をグラフィック表示するステップと、生成された前記生物細胞の形態の少なくとも一部に、物理的または化学的な変化モデルを割り付けるステップとを前記生物細胞内反応モデル化装置のコンピュータに実行させる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図を参照して説明する。
図１は、本発明にかかる生物細胞内反応モデル化装置２のハードウェア構成を例示する図である。図１に示すように、生物細胞内反応モデル化装置２は、ＬＣＤ表示装置あるいはＣＲＴ表示装置などのモニタ２２、キーボードおよびポインティングデバイスなどの入力装置２４、ＣＰＵ２６２およびメモリ２６４などを含む処理装置２６、ＨＤＤ・ＣＤ装置などの記録装置２８、並びに、通信装置２９などから構成される。
【００３１】
図２は、生物細胞内反応モデル化装置２に実行され、本発明にかかる生物細胞内反応モデル化方法を実現する反応モデル化プログラム５の構成を例示する図である。図２に示すように、反応モデル化プログラム５は、テンプレート表示部５０２、形態エディタ部５０４、形態生成部５１０、形態表示部５２０、属性設定部５２２、割付部５３０、変数入力部５４０、プログラム生成部５４２、プログラム実行部５４４、結果表示部５４６およびモデル入出力部５５０から構成される。
また、形態生成部５１０は、分割部５１２を有し、割付部５３０は、変化モデル表示部５３２、確認表示部５３４および取消部５３６を有する。モデル入出力部５５０は、暗号化部５５２、復号化部５５４および変更履歴管理部５５６を有する。
反応モデル化プログラム５は、例えば記録媒体２８０を介して制御装置２６に供給され、メモリ２６４にロードされて実行される。
【００３２】
テンプレート表示部５０２は、生物細胞の一部または生物細胞全体の立体形状に対応する形態モデルの基本形態をテンプレートとして予め有しており、これらのテンプレートをモニタ２２に表示する。テンプレート表示部５０２は、入力装置２４を介してテンプレートの選択を検知すると、選択されたテンプレートを形態生成部５１０に通知する。
また、テンプレート表示部５０２が有するテンプレートは、形態エディタ５０４により編集されてもよい。形態エディタ５０４は、操作者の操作に応じて、すでに準備されているテンプレートを変形してもよいし、最初から形態モデルを構築してもよい。例えば、操作者がニューロンの形態モデルを構築する場合には、樹状突起の形態を自動生成するアルゴリズム（例えば、Ｔａｍｏｒｉ，Ｙ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ，Ｖｏｌ．４８（１９９３），ｐｐ．３１２４−３１２９を参照）を利用して少ないパラメータの指定により複雑な樹状突起からなる形態モデルを生成する。
【００３３】
分割部５１２は、操作者が入力した分割数などに応じて、テンプレートの分割位置を決定する。形態生成部５１０は、テンプレート表示部５０２から通知されたテンプレートの形態を分割部５１２により決定された分割位置で分割した形態モデルを生成し、形態表示部５２０に出力する。なお、分割部５１２により分割された形態モデルの各構成要素を、コンパートメントという。
形態表示部５２０は、形態生成部５１０から入力された形態モデルをモニタ２２に表示する。また、形態表示部５２０は、操作者の操作に応じて、形態モデルの回転、拡大、縮小および断面表示等を行う。
【００３４】
属性設定部５２２は、操作者の操作に応じて、各コンパートメントを膜属性または溶液属性に設定する。ここで、膜属性とは、生物細胞の生体膜の性質を有することを意味し、膜属性に設定されたコンパートメントには、生体膜としての性質を示すように変数等が設定される。また、溶液属性とは、生物細胞内の可溶性物質の性質を有することを意味し、溶液属性に設定されたコンパートメントには、例えば細胞質としての性質を示すように変数等が設定される。
【００３５】
割付部５３０は、操作者の操作に応じて、コンパートメントに対して変化モデルを割り付ける。まず、変化モデル表示部５３２が、例えば、特開２００２−００７３８０号公報において開示された方法により、生化学反応モデルおよび膜電位モデルの微分方程式を生成し表示する。割付部５３０は、操作者の操作に応じて、生成された微分方程式を各コンパートメントに割り付ける。また、操作者が、割り付けられた変化モデルを確認する場合には、確認表示部５３４は、操作者の操作に応じて、割り付けられた変化モデルを示す情報を表示する。操作者が、割り付けられた変化モデルを取り消す場合には、取消部５３６が、操作者の操作に応じて、割り付けられた変化モデルを取り消す。ここで、変化モデルとは、生物細胞内で発生する化学的および物理的な変化を示すモデルであり、外部刺激モデル、生化学反応モデル、および電気的等価回路モデル等を含む。
【００３６】
変数入力部５４０は、入力装置２４を介して、操作者から各コンパートメントに含まれる物質量（濃度など）および拡散定数等を示す変数を、膜属性または溶液属性に対応付けて受け付け、プログラム生成部５４２に対して出力する。
【００３７】
プログラム生成部５４２は、形態表示部５２０から入力された形態モデル、属性設定部５２２から入力された属性、割付部５３０から入力された変化モデル、および、変数入力部５４０から入力された変数に基づいて、生物細胞内で発生する生化学反応および電位伝播をシミュレートするためのプログラムを生成し、プログラム実行部５４４に対して出力する。例えば、プログラム生成部５４２は、各コンパートメントに割り付けられた変化モデル（生化学反応モデルおよび電気的等価回路等）に、形態モデル内で発生する拡散による影響を反映させた時空間モデルを構築し、時空間ダイナミクスを数値積分するシミュレーションプログラムに変換する。
また、プログラム生成部５４２は、形態モデルおよび変化モデルに基づいて構築されたモデルをモデル入出力部５５０に対して出力する。
【００３８】
プログラム実行部５４４は、操作者から物質量等の初期値を受け付けると、プログラム生成部５４２から入力されたプログラムを実行して、数値シミュレーションを行い、シミュレーション結果を結果表示部５４６に対して出力する。このように、初期条件は、プログラム生成部５４２により生成されたプログラムと別ファイルとして独立に生成されるので、様々な初期条件によるシミュレーションをプログラムのリコンパイルすることなく行うことができる。
結果表示部５４６は、プログラム実行部５４４から入力されたシミュレーション結果を、操作者の要望に応じた表示方法でモニタ２２に表示させる。
【００３９】
モデル入出力部５５０は、記録装置２８または通信装置２９を介して、形態モデルおよび変化モデルを統合したモデルのファイル（以下モデルファイル）を外部端末に対して入出力する。暗号化部５５２は、外部に出力するモデルファイルを暗号化する。また、復号化部５５４は、外部から入力されたモデルファイルを複合化してプログラム生成部５４２に出力する。変更履歴管理部５５６は、モデルファイルを構築または変更した編集者名、その所属、編集日時等の編集履歴を暗号化してモデルファイルに付す。
【００４０】
［表示画面］
次に、変数等の入力操作および結果表示等を行うときの表示画面について説明する。
図３は、テンプレート表示部５０２がモニタ２２上に表示させる形態モデルのテンプレートを例示する図である。
図３に示すように、テンプレート表示部５０２は、メインウインドウ７００と、テンプレートウインドウ７１０などの子ウインドウとを表示する。メインウインドウ７００と子ウインドウとは独立して操作して表示位置および表示領域を変えることができる。
メインウインドウ７００には、ツールバー７０２およびメイン表示領域７３０が表示される。
ツールバー７０２は、ファイル操作、印刷、表示の変更等を受け付けるクリッカブルエリアである。例えば、ツールバー７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ、７０２ｄ、７０２ｅおよび７０２ｆは、それぞれ、形態モデルのテンプレートの表示、変化モデルの割付、シンボルリスト（物質名等）の表示、シミュレーションプログラムの生成、および、初期値入力画面の表示を指示する操作を受け付ける。
メイン表示領域７３０は、形態モデルやシミュレーション結果などを表示する。
また、テンプレートウインドウ７１０は、形態モデルのテンプレート７１２を表示する。テンプレート７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、７１２ｄ、７１２ｅおよび７１２ｆは、生物細胞の一部または全体の形状に対応する形態モデルであり、それぞれ直方体、円柱体、球体、円錐、スパインおよびニューロンの形状を有するモデルである。
【００４１】
図４は、形態エディタ５０４が編集したテンプレートを例示する図である。
図４に示すように、所望する形態モデルがテンプレートにない場合、形態エディタ５０４が、操作者から少数のパラメータを受け付けることにより、所望する形態モデルを生成することができる。本図は、形態エディタ５０４がニューロンの形態モデルを生成した例を示す。
【００４２】
図５は、分割部５１２がモニタ２２上に表示させる分割変数入力ウインドウ７２０を例示する図である。
図５に示すように、分割部５１２は、形態モデルの分割数およびサイズを受け付ける分割変数入力ウインドウ７２０を子ウインドウとして表示させる。分割変数入力ウインドウ７２０は、形態モデルを構成する部分毎に、この部分のサイズを受け付けるサイズ入力エリア７２２と、この部分を分割する分割数を受け付ける分割数入力エリア７２４とを表示する。サイズ入力エリア７２２および分割数入力エリア７２４は、例えば大きさおよび形状に基づいて分けられた形態モデルの部分毎に設けられる。本例の場合には、スパインの球形部分には、サイズ入力エリア７２２ａおよび分割数入力エリア７２４ａが設けられ、球形部分に接続する円柱部分には、回転対称軸方向にサイズ入力エリア７２２ｂおよび分割数入力エリア７２４ｂ、円柱の直径方向にサイズ入力エリア７２２ｄおよび分割数入力エリア７２４ｄがそれぞれ設けられている。
また、分割変数入力ウインドウ７２０は、形態モデルの各部分に属性入力エリア７２８を表示する。属性入力エリア７２８は、形態モデルの各部分に対して膜属性または溶液属性を設定する操作を受け付ける。
【００４３】
図６は、形態表示部５２０がモニタ２２上に表示させる形態モデルを例示する図である。
図６に示すように、形態表示部５２０は、メイン表示領域７３０に、コンパートメント指定エリア７３４、変数表示エリア７３６および形態モデル表示エリア７３８を表示する。コンパートメント指定エリア７３４は、コンパートメントの指定方法を設定する操作を受け付ける。例えば、コンパートメント指定エリア７３４ａは、操作者のクリック操作により、１つのコンパートメントの指定を可能とする。
また、コンパートメント指定エリア７３４ｂ、７３４ｃ、７３４ｄおよび７３４ｅは、特定位置の複数のコンパートメントの指定を可能にする。例えば、コンパートメント指定エリア７３４ｂは、操作者のクリック操作により、形態モデルの表面に位置するコンパートメントの一括指定を可能にし、コンパートメント指定エリア７３４ｃは、表面に位置するコンパートメント全ての一括指定を可能にする。また、コンパートメント指定エリア７３４ｄは、形態モデルに含まれる全てのコンパートメントの一括指定を可能にし、コンパートメント指定エリア７３４ｅは、形態モデルの内部に位置するコンパートメント全ての一括指定を可能にする。
変数表示エリア７３６は、上から順に、形態モデルのファイル名、形態モデルに含まれるコンパートメントの数、および、コンパートメントの大きさを表示する。
形態モデル表示エリア７３８は、形態モデルをコンパートメントに分割した状態で表示する。形態モデル表示エリア７３８は、ツールバー７０２に対する操作に応じて、形態モデルの大きさを変換したり、形態モデルを回転させることができる。
【００４４】
図７（Ａ）および（Ｂ）は、割付部５３０が変化モデルの割付操作を受け付ける画面を例示する図である。
操作者が、形態表示部５２０が表示する形態モデルにおいて所定のコンパートメントを指定すると、割付部５３０は、図７（Ａ）に示すように、指定されたコンパートメントの表示を変更して、割付メニュー７３９を表示する。割付メニュー７３９は、変化モデルの割り付け（Ｅｍｂｅｄ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ）、割り付けられた変化モデルを確認するための表示（Ｖｉｅｗ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ）、シンボルリスト（Ｓｙｍｂｏｌ　Ｌｉｓｔ）、シンボルステータス（Ｓｙｍｂｏｌ　Ｓｔａｔｕｓ）、コンパートメントの一時削除（Ｉｎｖｉｓｉｂｌｅ）、および、コンパートメント一時削除状態の解除（Ｖｉｓｉｂｌｅ）をメニューとして表示し、これらのいずれかを受け付ける。
また、図７（Ｂ）に示すように、操作者が、形態表示部５２０に形態モデルの断面を表示させ、表示された断面においてコンパートメントを指定した場合、割付部５３０は、断面のコンパートメントに対する割付操作を受け付ける。
【００４５】
図８は、変化モデル表示部５３２がモニタ２２上に表示させる変化モデル表示ウインドウ７４０を例示する図である。
図８に示すように、変化モデル表示ウインドウ７４０は、外部刺激モデルエリア７４２、生化学反応モデルエリア７４４および微分方程式エリア７４６を表示する。外部刺激モデルエリア７４２は、外部からの刺激のモデルを受け付ける。生化学反応モデルエリア７４４は、化学反応式の表示形式で生化学反応モデルを受け付ける。また、微分方程式エリア７４０は、微分方程式の表示形式で、化学反応や物理現象などのモデルを受け付ける。
【００４６】
図９は、変数入力部５４０がモニタ２２上に表示させるシンボルリスト表示ウインドウ７５０を例示する図である。
図９に示すように、シンボルリスト表示ウインドウ７５０は、コンパートメントに含まれる物質に関して設定された変数を表示する変数表示７５２、各変数に対する属性（膜属性または溶液属性）の入力を受け付ける属性入力エリア７５４、拡散定数の入力を受け付ける拡散定数入力エリア７５６、および、グローバルシンボルの設定を受け付けるグローバルシンボル設定エリア７５８を表示する。
変数入力部５４０は、入力された拡散定数に基づいて、コンパートメント間の物質の流れを計算する微分方程式を生成し、割付部５３０により生成される生化学反応の微分方程式と結合される。このように、反応モデル化プログラム５は、反応拡散方程式を自動生成する。
変数表示７５２は、設定された物質量などを属性に対応付けて表示する。本例において左端に示された「Ｍ」は、膜属性に設定されていることを示す。
属性入力エリア７５４は、膜属性または溶液属性に設定する操作を受け付ける。また、拡散定数入力エリア７５６は、各物質の拡散定数の入力を受け付ける。グローバルシンボル設定エリア７５８は、グローバルシンボルの設定を受け付ける。グローバルシンボルとは、形態モデル内で均一な挙動を示す変数に対して設定するフラグである。グローバルシンボルが設定された変数は、形態モデル内全体で均一な挙動を示すので、一箇所で計算された値をそのまま参照するように設定される。つまり、グローバルシンボルに設定することにより計算量を低減させることができる。
このように、変化モデルの物質が不溶性物質（すなわち膜属性）と可溶性物質（すなわち溶液属性）とに分類されると、変数入力部５４０は、膜属性物質と溶液属性物質との間の生化学反応における変換を行う。この変換は膜属性の物質と溶液属性の物質とでは濃度の表現方法が異なるために必要となる変換であり、膜属性の物質「Ｍ」から溶液属性の物質「Ｓ」に変換する場合には「Ｓ」＝Ａａ＊「Ｍ」で計算する。ここで、Ａａ＝１／（ＮＡ＊ｖ）、ＮＡはアボガドロ数であり、ｖはコンパートメント体積である。
このように変換することにより、膜属性物質・溶液性物質間の反応を統一的に扱うことができる。
【００４７】
図１０は、プログラム生成部５４２が生成したプログラムを表示するプログラムウインドウ７６０を例示する図である。
図１０に示すように、プログラムウインドウ７６０は、プログラム生成ボタン７６２、プログラム書き込みボタン７６４、および、プログラム表示エリア７６６を表示する。プログラム生成ボタン７６２がクリック等されると、プログラム生成部５４２は、形態モデルおよび変化モデルに基づいて、所定のプログラム言語（本例ではＣ言語）で数値シミュレーションを行うプログラムを生成する。プログラム書き込みボタン７６４がクリック等されると、モデル入出力部５５０は、生成されたプログラムをハードディスクに書き込む。プログラム表示エリア７６６は、生成されたプログラムを表示する。
【００４８】
図１１は、プログラム生成部５４２により生成されたプログラムの初期値を受け付ける初期値ウインドウ７７０を例示する図である。
図１１に示すように、初期値ウインドウ７７０は、計算パラメータエリア７７２、シンボルパラメータエリア７７６および物質量パラメータエリア７７８を表示する。計算パラメータエリア７７２は、初期値ファイル名、シミュレーション結果のファイル名、シミュレーションを行う全時間、数値シミュレーションにおける演算の単位時間、および、数値シミュレーションの結果を出力する時間間隔を表示し、これらの入力を受け付ける。シンボルパラメータエリア７７６は、シミュレーションで処理されるシンボルのリストと、出力されるシンボルのリストとを表示する。物質量パラメータエリア７７８は、各シンボルの初期値を表示し、これらの入力を受け付ける。
【００４９】
図１２は、結果表示部５４６がシミュレーション結果を時系列に配列して表示する結果表示ウインドウ７８０を例示する図である。
図１２に示すように、結果表示ウインドウ７８０は、パラメータ表示エリア７８２、表示制御エリア７８４、および、結果表示エリア７８６を表示する。パラメータ表示エリア７８２は、数値シミュレーションの計算時間パラメータを表示する。例えばパラメータ表示エリア７８２ａは、数値シミュレーションの全時間間隔を表示し、パラメータ表示エリア７８２ｂは、数値シミュレーションの結果を出力する時間間隔と、数値シミュレーションにおける演算時間間隔とを表示する。また、表示制御エリア７８４は、出力させる出力パラメータの種類、出力するページ、および、スライドショーの表示時間間隔などを表示し、それらの変更操作を受け付ける。結果表示エリア７８６は、各時点における形態モデルを３Ｄグラフィック表示し、その時点における出力パラメータ（物質量など）をグラフィック（数値に応じた色表示）で表示する。本例では、図中のａからｄは、順に物質濃度が大きいことを示す。ａからｄの各領域は、色または模様で区別できるように表示されている。なお、出力パラメータは、色および濃度の組合せにより、任意の階調数でグラフィック表示される。
【００５０】
図１３は、結果表示部５４６がシミュレーション結果を形態モデルの断面で表示する結果表示ウインドウ７８０を例示する図である。
図１３に示すように、本例の結果表示エリア７８６は、形態モデルの断面７８６ａを表示し、断面７８６ａに出力パラメータをグラフィック表示する。形態モデルにおける断面７８６ａの位置は、結果表示ウインドウ７８０の上部に設けられたツールバー（矢印が表示されたボタン）で移動させることができる。
【００５１】
図１４は、結果表示部５４６がシミュレーション結果をグラフ表示するグラフ表示ウインドウ７９０を例示する図である。
図１４に示すように、グラフ表示ウインドウ７９０は、出力パラメータ選択エリア７９２、グラフ表示エリア７９４、および、数値表示エリア７９６を表示する。出力パラメータ選択エリア７９２は、グラフ表示している出力パラメータの種類を表示し、出力パラメータの種類の選択を受け付ける。グラフ表示エリア７９４は、選択された出力パラメータを時間でプロットしたグラフを表示する。数値表示エリア７９６は、グラフ表示エリア７９４に表示されるグラフの縦軸のサイズを「ｍｉｎ」欄および「ｍａｘ」欄の数値で規定する。また、グラフ表示エリア７９４は、グラフ表示エリア７９４に表示されたカーソル７９４ａの位置に応じて、シミュレーション結果の数値（物質の濃度等）を「ｖａｌｕｅ」の欄に表示する。
【００５２】
［動作］
次に、生物細胞内反応モデル化装置２を用いて生物細胞内のモデルを構築し、時空間シミュレートする動作を説明する。
図１５は、生物細胞内反応モデル化装置２を用いた時空間シミュレーション処理（Ｓ１０）のフローチャートである。
図１５に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、操作者がメインウインドウ７００のツールバー７０２ａをクリックすると、テンプレート表示部５０２は、形態モデルのテンプレートをテンプレートウインドウ７１０に表示する。操作者は、表示されたテンプレートの中から生物細胞の形態に類似する形態モデルを選択し、必要に応じて変形させる。
【００５３】
ステップ１２０（Ｓ１２０）において、生物細胞は水溶性の物質で満たされている細胞質とそれを取り囲む細胞膜から成り、生化学反応および膜電位のシミュレーションのためには細胞質と細胞膜を区別しなければならない。そこで、操作者は、分割変数入力ウインドウ７２０の属性入力エリア７２８で、形態モデルの各コンパートメントに膜属性または溶液属性を設定する。属性設定部５２２は、属性入力エリア７２８における指示に応じて、形態モデルの各部分に膜属性または溶液属性を設定する。
【００５４】
ステップ１３０（Ｓ１３０）において、割付部５３０は、メインウインドウ７００の形態モデル表示エリア７３８でコンパートメントの指定を受けつけると、割付メニュー７３９を形態モデル表示エリア７３０に表示する。操作者が、割付メニュー７３９から「Ｅｍｂｅｄ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ」をクリックすると、割付部５３０は、変化モデル表示ウインドウ７４０を表示して、外部刺激モデル、生化学反応モデル、および、膜電位モデル（電気的等価回路）の入力を受け付ける。
【００５５】
ステップ１５０（Ｓ１５０）において、プログラム生成部５４２は、メインウインドウ７００のツールバー７０２ｄがクリックされると、プログラムウインドウ７６０を表示して、時空間シミュレーションプログラム生成の指示を受け付ける。プログラム生成部５４２は、プログラム生成ボタン７６２がクリックされると、時空間シミュレーションプログラムを生成し、プログラム表示エリア７６６に表示する。
【００５６】
ステップ１６０（Ｓ１６０）において、プログラム実行部５４４は、生成された時空間プログラムをコンパイルした後で、初期値ウインドウ７７０を表示して、シミュレーションを行う時間、数値演算の時間間隔、シミュレーション開始時の物質濃度などの初期パラメータの入力を受け付ける。
【００５７】
ステップ１７０（Ｓ１７０）において、プログラム実行部５４４は、シミュレーションの開始が指示されると、コンパイルした時空間プログラムを実行して、入力された初期パラメータに基づいて生物細胞内の変化を数値演算して、時空間シミュレーションを行う。
【００５８】
ステップ１８０（Ｓ１８０）において、結果表示部５４６は、時空間シミュレーションの結果を出力する。
【００５９】
図１６は、図１５に示した形態モデル設定処理（Ｓ１００）をより詳細に説明するフローチャートである。
図１６に示すように、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、操作者がメインウインドウ７００のツールバー７０２ａをクリックすると、テンプレート表示部５０２は、形態モデルのテンプレートをテンプレートウインドウ７１０に表示する。操作者は、表示されたテンプレートの中から生物細胞の形態に類似する形態モデルを選択する。
ステップ１０４（Ｓ１０４）において、操作者は、選択したテンプレートを変形させる場合には、形態パラメータを入力する。反応モデル化プログラム５は、形態パラメータが入力された場合にＳ１０６の処理に移り、これ以外の場合にＳ１１０の処理に移る。
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、形態エディタ５０４は、形態モデルの形状を変形させる形態パラメータを受け付け、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、受け付けた形態パラメータに応じて形態モデルの形状を変形させる。
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、分割部５１２は、分割変数入力ウインドウ７２０を表示して、形態モデルの各部分のサイズおよび分割数の入力を受け付ける。
ステップ１１２（Ｓ１１２）において、形態生成部５１０は、テンプレートを、分割変数入力ウインドウ７２０で入力されたサイズおよび分割数の形態モデルデータを生成する。ステップ１１４（Ｓ１１４）において、形態表示部５２０は、生成された形態モデルデータをメインウインドウ７１０に表示する。
【００６０】
図１７は、図１５に示した変化モデル設定処理（Ｓ１３０）をより詳細に説明するフローチャートである。
図１７に示すように、ステップ１３２（Ｓ１３２）において、形態表示部５２０は、メインウインドウ７００の形態モデル表示エリア７３８で形態モデルを表示する。
ステップ１３４（Ｓ１３４）において、変化モデル化プログラム５は、形態モデルを回転させる場合にＳ１３６の処理に移り、形態モデルの断面を表示させる場合にＳ１３８に移り、これ以外の場合にＳ１４０に移る。
ステップ１３６（Ｓ１３６）において、形態表示部５２０は、形態モデル表示エリア７３８に回転させた形態モデルを表示する。また、ステップ１３８（Ｓ１３８）において、形態表示部５２０は、形態モデル表示エリア７３８に形態モデルの断面を表示する。
ステップ１４０（Ｓ１４０）において、操作者が形態モデル表示エリア７３８においてコンパートメントをクリックすると、割付部５３０は、クリックされた位置に表示されたコンパートメントを特定し、形態表示部５２０は、特定されたコンパートメントの表示カラーを変更して、割付メニュー７３９を表示する。
ステップ１４１（Ｓ１４１）おいて、操作者は、表示された割付メニュー７３９のいずれかをクリックする。反応モデル化プログラム５は、「Ｅｍｂｅｄ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ」がクリックされた場合にＳ１４２の処理に移り、「Ｖｉｅｗ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ」がクリックされた場合にＳ１４４の処理に移り、「Ｓｙｍｂｏｌ　Ｌｉｓｔ」がクリックされた場合にＳ１４６の処理に移る。
ステップ１４２（Ｓ１４２）において、モデル表示部５３２は、変化モデル表示ウインドウ７４０を表示して、外部刺激モデル、生化学反応モデル、および、膜電位モデル（電気的等価回路）などの変化モデルの入力を受け付ける。割付部５３０は、入力された変化モデルを、指定されたコンパートメントに割り付ける。
ステップ１４４（Ｓ１４４）において、確認表示部５３２は、指定されたコンパートメントに対して割り付けられている変化モデルを表示する。操作者は、表示された変化モデルを確認し、必要に応じて変化モデルを取り消すことができる。
ステップ１４６（Ｓ１４６）において、変数入力部５４０は、シンボルリスト表示ウインドウ７５０を表示して、生物細胞内の物質の濃度、属性および拡散定数の入力、並びに、グローバルシンボルの指定を受け付ける。
ステップ１４８（Ｓ１４８）において、反応モデル化プログラム５は、操作者が変化モデル設定処理を終了する旨を入力すると、Ｓ１３０の処理を終了し、これ以外の場合にＳ１３４の処理に移る。
【００６１】
図１８は、図１５に示した結果表示処理（Ｓ１８０）をより詳細に説明するフローチャートである。
図１８に示すように、ステップ１８２（Ｓ１８２）において、操作者は、シミュレーション結果の表示方法を選択する。反応モデル化プログラム５は、３Ｄ表示が選択された場合にＳ１８４に移り、グラフ表示が選択された場合にＳ１８６に移り、断面表示が選択された場合にＳ１８８に移る。
ステップ１８４（Ｓ１８４）において、結果表示部５４６は、結果表示ウインドウ７８０の結果表示エリア７８６に、形態モデルと各時点の特定物質の濃度とを示す３Ｄ画像を表示する。操作者が、表示制御エリア７８４でスライドショーの表示時間間隔を入力してスライドショーを支持すると、結果表示部５４６は、入力された表示時間間隔で、時系列に各時点の３Ｄ画像を表示する。
ステップ１８６（Ｓ１８６）において、操作者が、結果表示ウインドウ７８０の結果表示エリアで、所望するコンパートメントをクリックすると、結果表示部５４６は、クリックされたコンパートメントのシミュレーション結果を、グラフ表示ウインドウ７９０に表示する。操作者が、カーソル７９４ａをドラッグして横軸（時間軸）における位置を変更すると、結果表示部５４６は、カーソル７９４ａの位置が対応する時点の物質濃度等を「ｖａｌｕｅ」欄に表示する。
ステップ１８８（Ｓ１８８）において、結果表示部５４６は、結果表示ウインドウ７８０の結果表示エリア７８６に、形態モデルの断面７８６ａを表示し、この断面７８６ａ上で各時点の物質濃度等をグラフィック表示する。
ステップ１９０（Ｓ１９０）において、反応モデル化プログラム５は、結果表示の終了が入力された場合にＳ１８０の処理を終了し、これ以外の場合にＳ１８２の処理に移る。
このように結果表示ウインドウ７８０は、全体像の把握は可能であるが、特定のコンパートメントの特定の時刻における物質の濃度を知ることはできない。そこで、グラフ表示ウインドウ７９０は、選択された特定のコンパートメントにおける物質の時間変化をグラフ表示し、かつ。カーソルの時刻における値を表示する。また、結果表示部５４６は、これらの表示方法に加え、任意断面で切断して内部を表示する。
【００６２】
以上説明したように、本発明の生物細胞内反応モデル化装置２では、生物細胞、特に神経細胞の複雑な形態を少ないパラメータの指定により簡単にモデル化でき、かつ、そこで進行する多種多様なタンパク質の生化学反応拡散や膜電位の発生・伝播のモデルの割り付けを、グラフィカルに構築することにより、文字べースによるスクリプト表現において問題であった、労力と誤りの多さを解決し、統合的環境の実現を可能にするものである。これまでのモデルのように、実際の生物細胞を極端に単純化して取り扱う場合には本発明は大きな効用を提供しなかった。しかし、今後の生命科学の大きな目標である、細胞内の全てのタンパクのモデルを細胞形態を考慮してコンピュータに構築するような場合では、本発明が可能にするグラフィカルな統合環境なしには複雑きわまりない生物細胞のモデル構築とバイオインフォマティクスの実現は困難である。
【００６３】
［変形例］
なお、生物細胞内の物質（特にタンパク）は種類が多く、全ての変化モデルが含まれたモデルを構築するのは困難である。そのため、複数の操作者が、それぞれモデルを構築し、構築されたモデルのファイルを統合して生物細胞内のモデルを構築することが現実的である。
そこで、生物細胞内反応モデル化装置２は、外部からモデルファイルを読み込んで利用することができる。
【００６４】
図１９は、生物細胞内反応モデル化装置２が外部からモデルファイルを読み込んでシミュレーションを行う場合のフローチャートである。なお、図１９における各処理のうち、図１５における処理と実質的に同一なものには、同一の符号が付してある。
図１９に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、モデル入出力部５５０は、記録装置２８または通信装置２９からモデルファイルを読み出す。
ステップ２０５（Ｓ２０５）において、復号化部５５４は、読み出されたモデルファイルを復号化してプログラム生成部５４２に対して出力する。
ステップ２１０（Ｓ２１０）において、プログラム生成部５４２は、操作者の入力に応じて、復号化部５５４から入力されたモデルファイルを変更する。
反応モデル化プログラム５は、モデルファイルが変更された場合にＳ２１５の処理に移り、これ以外の場合にＳ１５０の処理に移る。
ステップ２１５（Ｓ２１５）において、変更履歴管理部５５６は、モデルファイルの変更者名、所属、および、変更日時を編集履歴のリストに加える。
ステップ２２０（Ｓ２２０）において、操作者が、モデルファイルの出力を指示すると、暗号化部５５２は、モデルファイルを暗号化し、モデル入出力部５５０は、暗号化されたモデルファイルを、記録装置２８または通信装置２９を介して外部に出力する。
【００６５】
このように、モデルファイルを暗号化することにより、モデルの改竄を防止することができる。また、編集履歴を管理することにより、モデルの構築者の栄誉を確保すると共に、編集過程等を知らせることができる。
【００６６】
また、生物細胞内反応モデル化装置２をワークステーション（不図示）に接続し、プログラム実行部５４４で行われる処理をワークステーション上で実行してもよい。この場合、生物細胞内反応モデル化装置２は、通信装置２９を介して、プログラム生成部５４２で生成されたプログラムと、操作者が入力した初期値とをワークステーションに送信し、ワークステーションから時空間シミュレーションの結果を受信する。
また、そのときには、生物細胞内反応モデル化装置２は、ワークステーションで実行可能なプログラム言語（例えば、Ｃ言語、ビジュアルベイシック、フォートラン等のプログラム言語）に変換して送信することが望ましい。
【００６７】
【発明の効果】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明にかかる生物細胞内反応モデル化装置は、生物細胞内の変化の時空間シミュレーションを支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる生物細胞内反応モデル化装置２のハードウェア構成を例示する図である。
【図２】生物細胞内反応モデル化装置２に実行され、本発明にかかる生物細胞内反応モデル化方法を実現する反応モデル化プログラム５の構成を例示する図である。
【図３】テンプレート表示部５０２がモニタ２２上に表示させる形態モデルのテンプレートを例示する図である。
【図４】形態エディタ５０４が編集したテンプレートを例示する図である。
【図５】分割部５１２がモニタ２２上に表示させる分割変数入力ウインドウ７２０を例示する図である。
【図６】形態表示部５２０がモニタ２２上に表示させる形態モデルを例示する図である。
【図７】（Ａ）および（Ｂ）は、割付部５３０が変化モデルの割付操作を受け付ける画面を例示する図である。
【図８】変化モデル表示部５３２がモニタ２２上に表示させる変化モデル表示ウインドウ７４０を例示する図である。
【図９】変数入力部５４０がモニタ２２上に表示させるシンボルリスト表示ウインドウ７５０を例示する図である。
【図１０】プログラム生成部５４２が生成したプログラムを表示するプログラムウインドウ７６０を例示する図である。
【図１１】プログラム生成部５４２により生成されたプログラムの初期値を受け付ける初期値ウインドウ７７０を例示する図である。
【図１２】結果表示部５４６がシミュレーション結果を時系列に配列して表示する結果表示ウインドウ７８０を例示する図である。
【図１３】結果表示部５４６がシミュレーション結果を形態モデルの断面で表示する結果表示ウインドウ７８０を例示する図である。
【図１４】結果表示部５４６がシミュレーション結果をグラフ表示するグラフ表示ウインドウ７９０を例示する図である。
【図１５】生物細胞内反応モデル化装置２を用いた時空間シミュレーション処理（Ｓ１０）のフローチャートである。
【図１６】図１５に示した形態モデル設定処理（Ｓ１００）をより詳細に説明するフローチャートである。
【図１７】図１５に示した変化モデル設定処理（Ｓ１３０）をより詳細に説明するフローチャートである。
【図１８】図１５に示した結果表示処理（Ｓ１８０）をより詳細に説明するフローチャートである。
【図１９】生物細胞内反応モデル化装置２が外部からモデルファイルを読み込んでシミュレーションを行う場合のフローチャートである。
【図２０】細胞の形態をモデル化する形態記述のスクリプトを例示する図である。
【符号の説明】
２・・・データ構造化装置
２２・・・モニタ
２４・・・入力装置
２６・・・処理装置
２６２・・・ＣＰＵ
２６４・・・メモリ
２８・・・記録装置
２８０・・・記録媒体
２９・・・通信装置
５・・・反応モデル化プログラム
５０２・・・テンプレート表示部
５０４・・・形態エディタ部
５１０・・・形態生成部
５１２・・・分割部
５２０・・・形態表示部
５２２・・・属性設定部
５３０・・・割付部
５３２・・・変化モデル表示部
５３４・・・確認表示部
５３６・・・取消部
５４０・・・変数入力部
５４２・・・プログラム生成部
５４４・・・プログラム実行部
５４６・・・結果表示部
５５０・・・モデル入出力部
５５２・・・暗号化部
５５４・・・復号化部
５５６・・・変更履歴管理部
【図１】
2004129626.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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