ファイル形式

bionetliteが生成するファイルの形式について説明します。

概要

bionetliteは、以下の2種類のファイルを生成します：

  1. SONATA 形式: BMTKと互換性のあるHDF5形式

  2. Neulite形式: Neuliteカーネルが読み込むCSV形式

SONATA形式ファイル

BMTKの他のツールとの互換性のため、SONATA形式のファイルも生成されます。

ノードファイル:

  • <network_name>_nodes.h5 - HDF5形式のノードデータ

  • <network_name>_node_types.csv - CSVノードタイプ定義

エッジファイル:

  • <src>_<trg>_edges.h5 - HDF5形式のエッジデータ

  • <src>_<trg>_edge_types.csv - CSVエッジタイプ定義

これらのファイルはBMTKの標準形式に従います。

Neulite形式ファイル

Neuliteカーネル用のファイルです。

<network_name>_population.csv

ニューロンポピュレーション情報を定義します。

ヘッダー

#n_cell,n_comp,name,swc_file,ion_file

カラム

Column Name

Type

Description

#n_cell

int

Number of neurons for this model type

n_comp

int

Number of compartments (number of rows in SWC file)

name

string

Model name (format: <pop_name>_<node_type_id>)

swc_file

string

Path to morphology file (e.g., data/Scnn1a.swc)

ion_file

string

Path to ion channel configuration file (e.g., data/472363762_fit.csv)

例

#n_cell,n_comp,name,swc_file,ion_file
80,195,Scnn1a_100,data/Scnn1a_473845048_m.swc,data/472363762_fit.csv
20,158,PV_101,data/Pvalb_473862421_m.swc,data/472912177_fit.csv

<src>_<trg>_connection.csv

シナプス接続情報を定義します。

ヘッダー

#pre nid,post nid,post cid,weight,tau_decay,tau_rise,erev,delay,e/i

カラム

Column Name

Type

Description

#pre nid

int

Presynaptic neuron ID (0-indexed)

post nid

int

Postsynaptic neuron ID (0-indexed)

post cid

int

Postsynaptic compartment ID (node number in SWC file)

weight

float

Synaptic weight

tau_decay

float

Decay time constant (ms), tau2 of exp2syn

tau_rise

float

Rise time constant (ms), tau1 of exp2syn

erev

float

Reversal potential (mV)

delay

int

Synaptic delay (ms, rounded to integer)

e/i

string

'e' (excitatory) or 'i' (inhibitory)

注釈

  • post cid は target_sections で指定されたセクションからランダムにサンプリングされます

  • delay は整数値にROUND_HALF_UPで丸められます（2.5は3になる）

例

#pre nid,post nid,post cid,weight,tau_decay,tau_rise,erev,delay,e/i
0,5,42,0.0005,1.7,0.1,0.0,2,e
0,8,15,0.0005,1.7,0.1,0.0,2,e
25,5,12,0.002,8.3,0.5,-70.0,1,i

swcファイル（処理済み）

Neulite用に前処理されたニューロン形態ファイルです。

処理内容

bionetliteは以下の処理を行います：

  1. ゼロベースインデックスへの変換 - 1ベースを0ベースに変換

  2. 軸索の修正 - Perisomatic model への変換（簡略化された人工軸索を追加）

  3. 深さ優先探索（DFS）ソート - Neuliteでの効率的な処理のため

形式

#id type x y z r parent
0 1 0.0 0.0 0.0 12.5 -1
1 1 0.0 0.0 5.0 12.5 0
2 2 0.0 0.0 35.0 0.5 1
3 2 0.0 0.0 65.0 0.5 2
4 3 -5.0 0.0 5.0 0.8 1

カラム:

  • #id - Compartment number (0-based)

  • type - 1=soma, 2=axon, 3=basal dendrite, 4=apical dendrite

  • x, y, z - 3D coordinates (μm)

  • r - Radius (μm)

  • parent - Parent compartment number (-1 for root)

出力先: <neulite_dir>/data/

イオンチャネル設定CSV

イオンチャネルパラメータファイル（JSON→CSV変換済み）です。

ヘッダー

Cm,Ra,leak,e_pas,gamma,decay,NaV,NaTs,NaTa,Nap,Kv2like,Kv3_1,K_P,K_T,Kd,Im,Im_v2,Ih,SK,Ca_HVA,Ca_LVA

行の意味

4行のCSVファイルで、各行はニューロンのセクションを表します：

1,<soma values>
2,<axon values>
3,<basal dendrite values>
4,<apical dendrite values>

主要パラメータ

  • Cm (μF/cm²) - 膜容量

  • Ra (Ω·cm) - 軸索抵抗

  • leak (S/cm²) - リークコンダクタンス（g_pas）

  • e_pas (mV) - リーク平衡電位

  • gamma, decay - カルシウムダイナミクス

  • イオンチャネル - NaV, NaTs, NaTa, Nap, Kv2like, Kv3_1, K_P, K_T, Kd, Im, Im_v2, Ih, SK, Ca_HVA, Ca_LVA

出力先: <neulite_dir>/data/

config.h

Neuliteカーネル用の設定ヘッダーファイルです。

生成されるマクロ

#pragma once

// Simulation parameters
#define TSTOP ( 3000.0 )
#define DT ( 0.1 )
#define INV_DT ( ( int ) ( 1.0 / ( DT ) ) )

// Neuron parameters
#define SPIKE_THRESHOLD ( -15.0 )
#define ALLACTIVE ( 0 )

// Current injection parameters
#define I_AMP ( 0.1 )
#define I_DELAY ( 500.0 )
#define I_DURATION ( 500.0 )

パラメータ

  • TSTOP (ms) - シミュレーション終了時間

  • DT (ms) - タイムステップ

  • INV_DT - タイムステップの逆数（整数）

  • SPIKE_THRESHOLD (mV) - スパイク検出閾値

  • ALLACTIVE - allactiveモデルフラグ（0 or 1）

  • I_AMP (nA) - 電流注入の振幅

  • I_DELAY (ms) - 電流注入の開始時刻

  • I_DURATION (ms) - 電流注入の持続時間

出力先: <neulite_dir>/kernel/config.h

ディレクトリ構造

bionetliteは以下のディレクトリ構造を生成します：

project/
├── network/                      # SONATA format (BMTK compatible)
│   ├── V1_nodes.h5
│   ├── V1_node_types.csv
│   ├── V1_V1_edges.h5
│   └── V1_V1_edge_types.csv
└── neulite/                      # Neulite format
    ├── V1_population.csv
    ├── V1_V1_connection.csv
    ├── kernel/
    │   └── config.h
    └── data/
        ├── *.swc                 # Converted SWC files
        └── *.csv                 # Ion channel CSV

次のステップ