トップダウン的アプローチによる時空間神経ダイナミクスの解明と脳型計算機への応用
| Project/Area Number |
18J12197
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Research Field |
Soft computing
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
守谷 哲 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2020-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2019)
|
| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
|
|---|
| Keywords | 神経回路モデル / ニューラルネットワーク / 脳型計算 / ネットワーク / シミュレーション / 脳型コンピュータ / 時系列情報処理 / リザバー計算 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
脳型情報処理の解明及び工学的応用に向け，構造を制御した培養神経回路と，そこで発現する時空間ダイナミクスを定量的に結び付けるためのシミューションモデルを構築し，神経ダイナミクスの時系列情報処理応用について検討した．また，神経ダイナミクスを再現する脳型ハードウェアの必須要素であるアナログニューロン回路LSIを製作した．
モジュール構造に代表されるような神経回路網の構造が神経時空間ダイナミクスに与える影響を数値シミュレーションから調べ，モジュラーネットワークにおいては神経ダイナミクスの複雑性がランダムネットワークに比べ高くなることを明らかにした．また，Reservoir Computingの枠組みから神経ダイナミクスを時系列情報処理に応用し，構造の異なるネットワークの音声認識性能を評価した．ランダムネットワークとモジュラーネットワーク共に90%以上の認識性能を達成し，神経ダイナミクスを活用した脳型計算の実応用に向けて有益な知見が得られた．特にモジュラーネットワークは一部のモジュールが損傷した場合でも全体のダイナミクスは維持される性質を有する為，環境ノイズや素子のばらつきが大きい環境においても脳型ハードウェアが正しく動作しうる可能性が示唆された．更に，低消費電力で神経ダイナミクスを再現する脳型ハードウェアの実現に向けて，65 nm CMOSプロセスで動作しうるアナログニューロン回路LSIを製作した．本LSIにおいて，神経細胞が示すスパイク状の電圧波形が数種類再現することを確認した．これらの結果は神経ダイナミクスの情報処理応用及び脳型ハードウェアの実現に向け重要な知見であり，神経科学および脳型計算機の発展に寄与するものである．
|
| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(2 results)
Research Products
(25 results)
-
-
-
-
[Journal Article] Impact of modular organization on dynamical richness in cortical networks2018
Author(s)
H. Yamamoto, S. Moriya, K. Ide, T. Hayakawa, H. Akima, S. Sato, S. Kubota, T. Tanii, M. Niwano, S. Teller, J. Soriano, A. Hirano-Iwata
-
Journal Title
Science Advances
Volume: 4
Issue: 11
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Analog neuron circuit for edge computing2020
Author(s)
Sato Shigeo, Yuki Tamura, Satoshi Moriya, Tatsuki Kato, Hideaki Yamamoto, Masao Sakuraba, Yoshihiko Horio, Jordi Madrenas
Organizer
8th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Microcontact printing of scaffold proteins for engineering neuronal network functions2019
Author(s)
Hideaki Yamamoto, Satoshi Moriya, Katsuya Ide, Takashi Hayakawa, Hisanao Akima, Shigeo Sato, Shigeru Kubota, Michio Niwano, Sara Teller, Jordi Soriano, Takashi Tanii, Ayumi Hirano-Iwata
Organizer
4th International Symposium on Creation of Life Innovation Materials for Interdisciplinary and International Researcher Development (iLIM-4)
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
