| Project/Area Number |
22K12202
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61040:Soft computing-related
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
保坂 亮介 芝浦工業大学, システム理工学部, 准教授 (80569210)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | Liquid state machine / リザバーコンピューティング / 興奮抑制バランス |
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| Outline of Research at the Start |
時系列データを高速に処理するリザバーコンピューティグが注目を集めている。リザバー層のネットワーク構造はカオス状態に調整される必要があるが、その調整は困難である。一方、脳の神経回路には、興奮性と抑制性のニューロンの数と強度が均衡し、カオス状態が自律的に組織される興奮抑制バランスがみられる。本研究課題では神経回路の興奮抑制バランスを用いてリザバー層のパラメータ調整を自律的に行うシステムを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
リッキドステートマシーンの実装を行なった。特に、（1）リザバー層の挙動から意図しない部分の修正、（2）readout 層を実装，統合、（3）LSM が学習を行えるかの確認、を行なった。しかし、完成には至っていない。
修正点は、動的シナプス、静的シナプス、LIF の微分方程式の部分で、刻み幅のパラメーターが与える影響を変更した。これによってより短期シナプス可塑性がリザバー層に与える影響を大きくした。liquid response が多少ランダムな値を取るようになったが、依然としてパターンだと思われるのが散見してしまっている。初期の入力からパターンが出てしまっているので、それが良いことなのか悪いことなのか判断が難しい。不応期、LIFの定常入力のパラメータが liquid response に大き な影響を与えるが、どれが高次元化に良いのか分からないため、それらも調べた。また、リードアウト層を実装した。リードアウト層は20 個の 並列パーセプトロンで 135 個のリザバー層に対しall-to- one、活性化関数は step関数とした。学習と予測どちらも 動くことの確認が取れたので分類用検証データを選定し、実際に分類問題にチャレンジする予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
リカレントニューラルネットワークがリザバー層として機能するにはネットワークの活動がカオス的である必要がある。また、時系列データの相関関係を適切に学習するには、さらにカオスの縁 (Edge of Chaos) 状態であることが望ましい。そこ昨年度に実装されたリザバー層を用いて STDP 学習を持つリザバー層がカオスの縁状態になりうるのかを調べ、その時の条件を検討した。また、抑制生シナプスにもSTDP学習を導入しつつある。しかし、まだ実装に至ってはいないため、進捗は完璧ではない。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に作成したリザバー層を入力層と出力層と結合し、リザバーコンピューティングとして機能するかを調べる。この際、入力時系列の選定が重要である。次の3つを試すつもりであり、（1）点過程で記述されるポアソン入力、（2）連続時系列、特に正弦波などの簡単なもの、（3）カオス時系列、カオス時系列は単規則は可能であるが、初期値鋭敏依存性のために長期予測が難しい。
これらを実行し、提案手法の有用性を検討する。
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