人口ニューラルネットと脊椎動物網膜の同時研究による可塑性視覚神経機能の探求

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452404
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 安井 湘三 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (50132741)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古川 徹生 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (50219101) ; 八木 哲也 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (50183976) ; 新島 耕一 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (30047881)
• Keywords: 網膜 / 水平細胞 / シナプス / グルタミン酸 / ニューラルネットワーク / 可塑性 / 情報圧縮 / 情報復元

Research Abstract

本研究では、網膜の2次ニューロンが関与するシナプスを対象に、網膜に存在する神経順応すなわち広い意味での可塑性について、実験および計算論的な手法により、分子レベルから回路の機能的意味のレベルにいたる解明を目指している。本年度においては、まずパーソナルコンピュータによりコントロールされる網膜の光応答計測用システムを制作した。さらにこのシステムを用いた生理学的実験研究から、視細胞から2次ニューロンである水平細胞に短波長系統の情報を伝達する代謝型グルタミン酸シナプスが、網膜の色順応過程に重要な働きを持つことが強く示唆された。すなわちこの代謝型シナプスの情報伝達を薬理学的に阻害することにより水平細胞の、1)分光感度特性、2)各波長の光刺激に対する受容野の大きさの関係、3)各波長の光刺激に対する入力抵抗の変化、の3点が網膜を暗順応状態に維持した時の結果と一致した。これらから水平細胞が、外界の色情報に関する環境変化に対して受容野の構造を最適なものに変化させる機能を持つものであると推測される。この実験的研究と関連し、ワークステーション上で、人工ニューラルネットによる神経回路の構造学習に関する研究を行った。従来の3層ネットワークのバックプロパゲーションアルゴリズムに、異なるシナプス入力間の側抑制および増強項を付加することにより、X orとAndの問題では不用経路がうまく自然淘汰され、構造学習が効率よく行われることが分かった。このアルゴリズムを情報圧縮、復元についての簡単な問題に適応し、ネットワークの最適構造を求める問題として一般化する足がかりを掴んだ。この計算論的アプローチを応用し、上記の生理学実験により得られた網膜神経回路の色順応に伴う受容野の可塑的構造変化の意味を解明することが今後の課題である。

Research Products

• [Publications] Yasui,Shozo: "Wavelength-and adaptation-dependent control of receptive field by APB-sensitive,conductance-decreasing synapse in retinal horizontal cells" Proc.XXXII Int'1 Cong.of Physiol.Sci.,Glasgow,. 168- (1993)
• [Publications] Yasui,Syozo: "APB increases the input resistance of H1 horizontal cells by increasing the membrane resistance,not the gap-junctional resistance" Japanese J.Physiol.43. S201- (1993)
• [Publications] Yamada,Masahiro: "APB-sensitive synaptic receptor mechanism narrows receptive fields size to blue stimuli in Hl horizontal cells of carp retina" Japanese J.Physiol.43. S201- (1993)
• [Publications] Yamada,Masahiro: "Control of receptive field size by APB-sensitive synaptic receptor mechanism in H1 horizontal cells of carp retina" Japanese J.Physiol.43. S33- (1993)
• [Publications] 真下和久: "2出力ニューラルネットにおける冗長経路の自律削減と隠れ素子の共有化について" 電子情報通信学会技術研究報告. 92. 57-64 (1993)
• [Publications] 古田和義: "移動方向検出のBP学習と発現する内部構造解析" 神経回路学会第4回全国大会講演論文集. 158-159 (1993)
• [Publications] Djamgoz,M.B.A.: "Short-wavelength signal transmission to H1 horizontal cells in carp retina:involvement to APB receptor activated by light adaptation" Proc.of the Physiological Society,London. 126- (1993)
• [Publications] Yamada Masahiro: "Control of receptive field size in retinal horizontal cells by gap junctional modulation and synaptic plasticity" 1993 Int'I Meeting on Gap Junctions. 110- (1993)
• [Publications] Yamada Masahiro: "Plastic nature of APB-sensitive conductance-decreasing synaptic receptor in retinal horizontal cells" Neuroscience Research. suppl.18. S188- (1993)
• [Publications] Petruv.R.: "Sodium nitroprusside,a nitric oxide donor generates chromatic difference in the receptive field size of H1 horizontal cells in isolated retinae of carp" Journal of Physiology. 473. 163- (1993)
• [Publications] 樋口 聰: "鯉網膜水平細胞の色に依存した光応答増強メカニズム" 電子情報通信学会技術研究報告. 93. 85-91 (1994)
• [Publications] 新島耕一: "異種想起型ニューラルネットワークの引き込み領域と一学習アルゴリズム" 神経回路学会第4回全国大会講演論文集. 80-81 (1993)
• [Publications] Niijima,Koichi: "Learning algorithms of three layered neural networks for sequence classification" Proc.Genome Informatics Workshop IV. 219-223 (1993)
• [Publications] 新島耕一: "ウェーブレット変換による画像の圧縮と復元" 日本ME学会専門別研究会(複数の生体信号の長時間無拘束計測と解析研究会)研究報告集. 125-130 (1994)
• [Publications] 八木哲也: "サル網膜視細胞の非線形膜イオン電流:実験的および計算論的解析" 神経回路学会第4回全国大会講演論文集. 164-165 (1993)
• [Publications] Kobayashi,Haruo: "Image processing regularization filters on layered architecture" Neural Networks. 6. 327-350 (1993)
• [Publications] 松本 隆: "ビジョンチップ(I)-アナログ画像処理用ニューロチップ-" 電子情報通信学会誌. 76. 783-791 (1993)
• [Publications] 松本 隆: "ビジョンチップ(II,完)-アナログ画像処理用ニューロチップ-" 電子情報通信学会誌. 76. 851-853 (1993)
• [Publications] 岩橋茂雄: "パーフォレイテッドパッチ法による網膜神経細胞の膜特性の計測" 神経回路学会第4回全国大会講演論文集. 153-154 (1993)
• [Publications] 松本 隆: "視覚センサ" 第5回画像入力シンポジウム SAIT 93. (1993)
• [Publications] 松本 隆: "ビジョンチップ" 精密工学会 画像応用処理専門委員会第2回研究会. (1993)
• [Publications] 八木哲也: "順応機能をもつビジョンチップ" 第3回バイオエンジニアリングシンポジウム講演論文集. 78-79 (1994)
• [Publications] Yagi,Tetsuya: "Ionic conductance of monkey solitary cone inner segment" Journal of Neurophysiology. (in press).
• [Publications] Ohshima,S: "Computational studies on the interaction between red cone and H1 horizontal cell" Vision Research. (in press).
• [Publications] 古川徹生: "視覚二次ニューロンの受容野を調節する新しいシナプス機構" 電子情報通信学会技術研究報告. 92. 263-270 (1993)
• [Publications] 古川徹生: "網膜ニューロンの受容野を制御する新しいシナプス機構" 神経回路学会第4回全国大会講演論文集. 151-152 (1993)
• [Publications] Furukawa,Tetsuo: "A new synaptic mechanism which controls the receptive field size of visual second order neurons" Proc.Int'1 Joint Conf.on Neural Networks,IJCNN'93 Nagoya. 2. 1104-1107 (1993)
• [Publications] Furukawa,Tetsuo: "BP learning of visual motion detection,and analysis of the internal NN structure that emerges" Proc.Int'1 Joint Conf.on Neural Networks,IJCNN'93 Nagoya. 2. 1255-1258 (1993)
• [Publications] 古川徹生: "H1水平細胞における受容野の波長依存性とAPB感受性シナプス" 生理研視覚研究会予稿集. 20- (1993)