神経回路網のカオスを用いたヘテロ脳間及び脳内へテロコミュニケーションの原型モデル

• Project Area: The study on the neural dynamics for understanding communication in terms of complex hetero systems
• Project/Area Number: 24120707
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 奈良 重俊 岡山大学, 自然科学研究科, 名誉教授 (60231495)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2013: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2012: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: カオス的ダイナミックス / 神経回路網 / 脳内ヘテロ通信 / 非線形光電子能動素子 / 不良設定問題 / 同時多チャンネル通信 / ヘテロ二体間相互作用 / 脳内コミュニケーション

Research Abstract

（１） リカレント型神経回路網モデルによる通信機能に関する計算機実験として，400個の二値(±1)神経細胞から成る神経回路網モデルを作り，それを3層結合させて準階層リカレント型とする。適切な方法でシナプス結合行列を決め，少数結合を導入して状態更新を行いカオスを発生させた。送信神経細胞を設け，信号入力を行い，別途設けた受信細胞との相関関数を評価し，送信信号がいったんカオス中に散って消えた後，時空間的に離れた点において再び信号が発現していることを発見した。今年度はそうした通信チャンネルを三系統設け，カオスを媒体として3点間同時通信を試み，系の動的神経発火パターンを変化させるパラメータについて，最適化を試みた
（２） 非線形光電子デバイス結合系による通信機能に関する計算機実験として，動的自己電気光学効果素子(略称をDSEEDと称し申請者が考案したモデル)の示すパルス発振を擬似神経細胞モデルのハードウェア素子とみなし，二状態モデルと同様の計算機実験とその数値解析による研究を更に進め，生理学的モデルとして提案されているモデルと比較，検討を行った
（３） 擬似神経細胞素子のネットワークに関して計算機実験を行い，二値神経細胞ネットワークと同様な同時多チャンネル通信の計算機機能実験を継続して試みた
（４） 上記(1)で用いた単一神経回路網モデルを２システム準備し，それらを独立した巡回ロボットに搭載し，二者間の独立なカオスによる行動上の相互作用（追跡と逃走志向，相互邂逅志向）を行う計算機機能実験に関し，前年度からの発展として「学習」の導入による展開を図った
（５） 国際会議：International Conference on Cognitive Neurodynamicsにおいて上記成果を発表した, また国際会議Computability in Europe に出席して情報収集を行った

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Simultaneous Multichannel Communication Using Chaos in A Recurrent Neural Network (2014)
  • Author(s): Ken-ichiro Soma, Ryota Mori, Shigetoshi Nara
  • Journal Title: Proceedings of The 4th International Conference on Cognitive Neurodyanmics 2013 Volume: 1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Behavioral Interactions of Two Individual Arm Robots Using Independent Chaos in Recurrent Neural Networks (2014)
  • Author(s): S. Kuwada1, T. Aota1, K. Uehara, S. Hiraga, Y. Takamura, S. Nara
  • Journal Title: Proceedings of The 4th International Conference on Cognitive Neurodyanmics 2013 Volume: 1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adaptive Control of Robot Systems with Simple Rules Using Chaotic Dynamics in Quasi-layered Neural Networks (2012)
  • Author(s): Ryosuke Yoshinaka
  • Journal Title: Studies in Computational Intelligence Volume: 399
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Could DTI be useful to detect abnormality of brain showing RCVH in DLB ? - a physicist’s view (2014)
  • Author(s): Shigetoshi Nara
  • Organizer: Workshop for RCVH in DLB and Related Topics
  • Place of Presentation: 北海道大学・電子科学研究所
  • Invited
• [Presentation] リカレント型神経回路網モデルにおけるカオスを媒体とした同時多チャンネル信号伝達 (2014)
  • Author(s): 杣賢一郎，吉田暁輔，奈良重俊
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
• [Presentation] Simultaneous Multichannel Communication Using Chaos in A Recurrent Neural Network (2013)
  • Author(s): Ken-ichiro Soma, Ryota Mori, Shigetoshi Nara
  • Organizer: The 4th International Conference on Cognitive Neurodynamics
  • Place of Presentation: Sigtuna, Sweden
  • Invited
• [Presentation] Behavioral Interactions of Two Individual Arm Robots Using Independent Chaos in Recurrent Neural Networks (2013)
  • Author(s): S. Kuwada1, T. Aota1, K. Uehara, S. Hiraga, Y. Takamura, S. Nara
  • Organizer: The 4th International Conference on Cognitive Neurodynamics
  • Place of Presentation: Sigtuna, Sweden
• [Presentation] ATP・ADPの合成・分解酵素における分子過程に潜む不可思議さ (2013)
  • Author(s): 奈良重俊
  • Organizer: シンポジウム：生命科学に取り組む異分野の融合と交流の推進−スーパーコンピュータ「京」と生命科学－
  • Place of Presentation: 岡山大学創立５０周年記念館
  • Invited
• [Presentation] リカレント型神経回路網モデルにおけるカオスを媒体とした同時３チャンネル信号伝達 (2013)
  • Author(s): 杣賢一郎，吉田暁輔，奈良重俊
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
• [Presentation] 神経回路網のカオスを用いたヘテロ脳間及び脳内へテロコミュニケーションの原型モデル (2012)
  • Author(s): 杣 賢一郎
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金・新学術領域研究「ヘテロ複雑システムによるコミュニケーション理解のための神経機構の解明」平成２４年度・第２回全体会議・事前班会議
  • Place of Presentation: 京都大学東京オフィス
  • Year and Date: 2012-12-17
• [Presentation] リカレント型神経回路網モデルにおけるカオス的ダイナミクスを媒体とした信号伝達 (2012)
  • Author(s): 杣 賢一郎
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] 自己電気光学効果素子多重拡散結合系におけるカオスを用いたロボットの制御 (2012)
  • Author(s): 笠原 智晃
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] 自己電気光学効果素子における時間遅延効果導入モデルの解析 (2012)
  • Author(s): 多田 亮介
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] 非線形光電子能動素子拡散結合ネットワークにおけるカオスを媒体とした信号伝搬 (2012)
  • Author(s): 矢野 智之
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] リカレント型神経回路網モデルにおけるカオスを用いた制御応用―相互作用する移動体を (2012)
  • Author(s): 松本 翔
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] リカレント型神経回路網モデルにおけるカオスを用いたアーム制御 (2012)
  • Author(s): 桒田 誠治
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] リカレント型神経回路網モデルにおけるカオスを用いた生体制御 - アームロボットシステムへの応用 - (2012)
  • Author(s): 青田 朋也
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] 少数原子クラスターにおけるBIOSTATIONによる分子構造解析 (2012)
  • Author(s): 西恵美
  • Organizer: 平成24年度 電気・情報関連学会中国支部第63回連合大会
  • Place of Presentation: 島根大学
• [Presentation] 非線形光電子能動デバイスを用いた擬似神経細胞素子提案とそのネットワーク構築・動作解析 (2012)
  • Author(s): 矢野 智之
  • Organizer: 文部科学省「物質・デバイス領域共同研究拠点」第二回複雑系数理とその応用に関するシンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学・電子科学研究所
• [Presentation] 生体高分子における情報伝達・エネルギー輸送・変換の素過程に潜む不可思議さ (2012)
  • Author(s): 奈良重俊
  • Organizer: 岡山大学シンポジウム「生命科学に取り組む異分野の融合と交流の推進-スーパーコンピュータ「京」と生命科学-」
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] 神経回路網のカオスを用いたヘテロ脳間及び脳内へテロコミュニケーションの原型モデル (2012)
  • Author(s): 松本翔
  • Organizer: 新学術領域研究「ヘテロ複雑システムによるコミュニケーション理解のための神経機構の解明」平成24年度 第１回全体会議
  • Place of Presentation: 北海道大学 学術交流会館（札幌市）
• [Book] Solving Complex Control Tasks via Simple Rule(s): Using Chaotic Dynamics in a Recurrent Neural Network Model (2012)
  • Author(s): Yongtao Li
  • Publisher: Springer USA: The Relevance of the Time Domain to Neural Network Models