大規模カオスニューラルネットワークのダイナミクスの解析とその応用に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08044171
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 堀尾 喜彦 東京電機大学, 工学部, 助教授 (60199544)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KEN Suyama コロンビア大学, 電気工学科, 助教授 ; 合原 一幸 東京大学, 工学部, 助教授 (40167218)
• Keywords: カオス / ニューラルネットワーク / 複雑系 / アナログVLSI / 非線形システム / 力学系

Research Abstract

本研究では、生物のニューロンの重要な特性である相対不応性とアナログ性を考慮したカオスニューロンモデルをスイッチト・キャパシタ回路技術を用いて集積回路化した。このカオスニューロン回路は多数の入力の加算を容易に行うため電流入力とした。そのため、入力部に特別に設計した電流電圧変換回路を取り付けた。
さらに、多数のカオスニューロンを結合して大規模なカオスニューラルネットワークを構築するために、シナプス回路を集積回路化した。ここで、各シナプスでアナログ値の結合重みを記憶しておくため、カレントコピヤ-をサイクリックに使用して各重みを定期的にリフレッシュする電流モードシナプス回路を開発した。
上記のカオスニューロンチップとシナプスチップを組み合わせ、小規模ではあるが必要な機能を全て持ったカオスニューラルネットワークを構築し、このネットワークにより以下の3つの基本的な問題について実験を行った。
1)動的連想記憶:実験により、生物が行うようなダイナミックな記憶空間のカオス的検索が確認された。
2)最適化問題の解法:例として巡回セールスマン問題を解いた。結果として、従来の方法よりきわめて優れた解法能力を確認できた。
3)カオスの同期:ネットワーク中のカオスを協調させ同期的に動作させることができた。
このシステムの挙動は実時間で観測可能なので、これを更に大規模に拡張してその振る舞いを解析することにより、カオス結合系としてのネットワークが行う情報処理過程を力学的または情報科学的に解析することができる。このようなネットワークのさらなる大規模化と多次元同時並列観測システムの構築が今後の課題である。

Research Products

• [Publications] Yoshihiko Horio and Ken Suyama: "IC Implementation of Switched-Capacitor Chaotic Neuron for Chaotic Neural Networks" Annual Rsearch Report,Reserch Institute of Technology,Tokyo Denki University. 15. 161-166 (1996)
• [Publications] 堀尾 喜彦: "カオスを利用した情報処理装置デバイスの実現とその応用" 情報処理教育財団機関誌. 83. 5-10 (1996)
• [Publications] Mitsuru Hanagata,K.Neshiba and Yoshihiko Horio: "Asynchronous Chaotic Neuron Model with Finite Pulse Width" Porc.of International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 1. 265-268 (1996)
• [Publications] Yoshihiko Horio and Ken Suyama: "Analog Integrated Chaotic Neuron Circuit and Its Applications" Porc.of International Symposium on Artificial Life and Robotics. 1. 136-141 (1996)
• [Publications] 堀尾 喜彦: "カオスを利用した情報処理装置の開発" 電子情報通信学会技術報告. ED96. 25-32 (1997)
• [Publications] H.Fujii,H.Itoh,K.Aihara N.Ichinose and M.Tsukada: "Dynamical Cell Assembly Hypothesis" INNS Neural Networks. 9-8. 1303-1350 (1997)
• [Publications] Masaru Adachi,and Kazuyuki Aihara: "Associative Dynamics in a Chaotic Neural Network" INNS Neural Networks. 10-1. 83-98 (1997)
• [Publications] 堀尾喜彦,合原一幸: "カオスニューラルネットワーク集積回路" 生体の科学. 48. 67-71 (1997)
• [Publications] 市瀬夏洋,合原一幸,岡部洋一: "パルスニューラルネットワークにおける相関コーディングとディレイ適応" 日本神経回路学会誌. (印刷中). (1997)
• [Publications] 堀尾喜彦: "カオスと集積回路" 数理科学. (印刷中). (1997)