2018 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration of mathematical Basis of Self-reorganization of Neural Networks
| Project Area | Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature |
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| Project/Area Number |
15H05878
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
津田 一郎 中部大学, 創発学術院, 教授 (10207384)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 浩之 京都産業大学, 情報理工学部, 教授 (80201929)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 自己再組織化 / ニューロフィードバック / カオス力学系 / 複雑系解析 / てんかん脳波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・拘束条件付き自己組織化理論の展開として、バコノミック力学の数学的な定式化を進めた。拘束条件に関する整合性の条件を追加することで余分な変数を消去できるが、これがディラック条件と整合することを確認した。この応用として、幻覚に関する数理モデルに適用し、学習によって構築されたネットワークに欠損が起こった時の再組織化の数理モデルを構築した。このモデルに対して、様々な入出力関係において再組織化のための条件を検討した。
・前年度までに得られていた結合力学系の進化ダイナミクスを拡張し、ランダムネットワーク、スモールワールドネットワーク、完全グラフネットワークに対して同様の進化ダイナミクスを外部入力と要素力学系のダイナミクスの間の相互情報量最大化という拘束条件の下で実行し、要素力学系がニューロン様ダイナミクスを示すことを発見した。
・ミニチュアマニピュレータを内蔵したtetrode電極配列をラット視覚皮質に埋め込み、皮質活動に含まれるガンマ波成分のパワーに応じて報酬を与えるクローズド・ループ・フィードバックシステムを完成し、ニューロン・オペラント条件付実験を開始した。また、ネコ視覚皮質の細胞活動を用いたニューロン・オペラント条件付実験の実施に向けて、頭部固定下覚醒ネコの注視課題訓練を完了した。
・てんかん脳波データの複雑系解析を行った。大発作は高周波数振動として特徴づけられるが、それに対して発作間欠期のパワースペクトルはべきになる。べきを同定し、べき乗則からの残差を計算し、これが予兆の候補になりうるという結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
・拘束条件つき自己組織化理論という新しい理論的枠組みが進展した。
・てんかん発作の予兆の候補の一つが同定できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
拘束条件付き自己組織化理論を完成させ、その応用可能な具体例をネットワークの自己再組織化の問題としてあてはめ、ネットワーク病に関する数理基盤を構築する。また、てんかん脳波データ解析をさらに進め、てんかん発作の予兆候補をさらに２個程度同定したい。それらに対して予兆の質を決める量を提案したい。ラットからネコへとニューロンオペランドコンディションイングを拡張し、動物におけるニューロフィードバックを確立したい。
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