大規模広域情報システムの管理についての脳情報科学からの提案とシミュレーション

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10480080
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 山本 光璋 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (40004618)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 根本 義章 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60005527) ; 白鳥 則郎 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60111316) ; 伊藤 貴康 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (80124551) ; 中尾 光之 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (20172265) ; 井上 昌次郎 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (70013860)
• Keywords: 計算機ネットワーク / ニューラルネットワーク / 1 / fゆらぎ / 広域情報システム / 制御原理 / 脳 / 生体システム / 階層性

Research Abstract

本研究では、"生体"や"脳"における情報システムの実験・研究を行い、その結果に基づいて人間と情報システムの共生法を探ることを目的としている。
実際の計算機ネットワークと対応させるため、"脳"における情報坦体(ネットワーク的にはパケット)とみなすことができる神経インパルスを出力できるニューロンモデルを相互に結合したネットワークを用いてシミュレーションを行った。ニューロン同士の結合形態を対称型から非対称型に変えてダイナミクスを比較検討した。その結果、非対称型の場合に周期的な活動パターンがニューロン間である位相差をもって出現するモードが存在した。これは情報リンクの結合形態を変えることで大域的な活性度が転移するこを示しており、計算機ネットワークの制御を考えるうえで有用な知見である。また、精緻に制御された生体システムの一つである心臓血管系をとりあげ、心拍や血圧などの1/fゆらぎを担う制御原理についてモデル論的に考察した。それによれば、原理は、動作点からのずれを許容しないような厳格なものではなく、ある範囲内で変数の変動を自由にするような緩やかなものであることが明らかになった。同時に大域的な活性化レベルをスイッチングするような制御機構の存在が必須であることが示され、階層的な制御構造が本質的であることことが明らかになった。また、脳における局所/広域制御システムのメカニズムを明らかにするために、実際の脳の局所的な神経回路網に含まれる複数のニューロン活動を同時観測した。それによれば刺激に対して応答するニューロン群が適応的に編成され、情報処理を行っている様子が明らかになった。
これらの脳や生体システムにおける制御機構は、ネットワーク制御やインターネット上での情報アクセス制御などの基本概念としても有効であると考えられる。

Research Products

• [Publications] H.Sakai: "A circle map model of human circadian systems"Frontiers of Medical and Biologicul Eng.. 9. 75-92 (1999)
• [Publications] Y.Zhao: "Investigation of elre time clelay between variations in heart rate and blood pressure"Med. & Biol. Eng. & Comp.. 37. 344-347 (1999)
• [Publications] M.Nakao: "Model-based interpretation of biphasic daily pattern of sleepiness"Biol. Cybernetics. 81. 403-414 (1999)
• [Publications] M.Nakao: "Thermoregulatory model of sleep counrol: Losing heat memory"J. Biol. Rhythums. 14. 547-556 (1999)
• [Publications] 中尾 光之: "心臓血管系ダイナミクスの多疫量多状態解析"電子情報通信学会論文誌. J82-D-II. 2132-2142 (1999)
• [Publications] M.Nakao: "Modeling neuronal dlynamics-transition during sleep"IEEE Eng. Med. & Biol. Magazine. 17. 99-107 (1999)
• [Publications] M.Nakao: "An oprimal control model of 1/f fluctuations in heart rate variabilities"Proc. 15th Int'l Cont. Noise and 1/f Fluct.. 187-190 (1999)
• [Publications] M.Yamamoto: "1/f fluctuations of cat's inter-hearst beat intervals in extremely low frequency range"Proc. 15th Int'l conf. Noise and 1/f Fluct.. 191-194 (1999)
• [Publications] N.Katayama: "Dynamics of coupled systems of brain neural network and artificial Nonlinear oscillator"Proc. 3rd Int'l workshop on Neuronal Corling. 203-206 (1999)
• [Publications] 白鳥 則郎: "次世代ネットワークソフトウェアの構築にむけて"電子情報通信学会論文誌. J82-B. 694-701 (1999)
• [Publications] N.Shiratori: "Towards application-centric flexible network operation and arrangemeut"IEICE Trans. Commun.. E82-B. 800-805 (1999)
• [Publications] R.Okada: "User-adaptive learning agents for Personalized Web searching"Proc. 13th ICOIN. 6A-4. 1-6 (1999)
• [Publications] N.Kato: "A proposal of event correlation for destributed network fault managemant and its evaluation"IEICE Trans. Commun.. E82-B. 859-867 (1999)
• [Publications] N.Kato: "A real-time intrusion detection system (IDS) for large scale networks and its evaluations"IEICE Trans. Commun.. E82-B. 1817-1825 (1999)
• [Publications] 井上 昌次郎: "睡眠の生理学"精神治療学. 14. 247-252 (1999)
• [Publications] 井上 昌次郎: "睡眠の役割"ターミナルケア. 9. 337-340 (1999)
• [Publications] M.Yamamoto: "Novel polygraphic observations in high frequency range during rapid eye moovement sleep"Interdisciplinary Information Sciences. 5. 99-108 (1999)
• [Publications] S.Sugiura: "an evaluation and analysis anethod for effects of individual quantity of domain knowledge on an intuitive classification"Proc.13th ICOIN. 10A-3. 1-6 (1999)
• [Publications] M.Nakao: "Hypothesis on REM sleep from the viewpoint of neuronal dynamics""Rapid Eye Movement Sleep" B. Mallick and S. Inoue eds., Narosa Publishing House. 402-419 (1999)
• [Publications] T.Suganuma: "An agent architecture for strategy-centric adaptive Aos control in flexible video conference system""Approaches to Intelligent Agents", Nakashima and Ehang eds., Springes Verlag. 226-240 (1999)
• [Publications] S. Inoue: "Spatio-Temporal distribution of neuronal activities and REM sleep""Rapid eye movement Sleep"B. Mallik and S. Inoue eds, Noroda Publishing House. 214-220 (1999)