2020 Fiscal Year Research-status Report
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20K12004
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
篠崎 隆志 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報通信融合研究室, 研究員 (10442972)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 計算論的神経科学 / 神経回路 / 神経科学 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体の脳のような高いエネルギー効率をもつ情報処理システムの実現を目標に、脳の高効率性の要因の一つであると考えられる、情報のゲーティングを明らかにするために、神経集団における集団発火の伝播をシミュレートするための定式化、およびに数値解析プログラムの開発を行った。より具体的には、Synfire Chainと呼ばれる、神経細胞集団中での同期発火の伝播モデルにおいて、Fokker-Planck方程式による数値解析が可能となるようなシミュレーション環境の構築を行った。これによって、脳における注意のメカニズムで重要と考えられている、抑制性ニューロンの活動が、モデルにおける情報の流れに対応する、同期発火の伝播をどのように制御できるか明らかにするための、数値解析基盤を構築した。本解析基盤を用いることによって、環境ノイズをうまく利用した脳のような情報処理や、脳における注意のメカニズムなどの新しい知見が得られることが期待される。構築には、近年の人工知能研究で実質上の標準プログラミング言語とされているPythonを用い、General Purpose Graphics Processing Unit (GPGPU, 汎用GPU)等の数値演算加速器の利用に配慮することで、より大規模なシミュレーションにスケール可能なものを目指すとともに、最終的には深層学習等との相互処理が可能となるようなシステムを目指した。これによって本研究の主たる目的であるゲーティングの脳内メカニズムの解明のみに留まらず、計算論的神経科学の周辺領域全体の活性化も目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度はまず、Synfire Chainと呼ばれる同期発火の伝播モデルを、Izhikevichニューロンモデルによって構成される神経集団に、Fokker-Planck方程式を適用したモデルを構築し、この解析を実施するための数値解析プログラムの開発を行った。さらにFokker-Planck方程式による数値解析の妥当性を検証するために、通常のIzhikevichニューロンモデルの膜電位モデルを用いた神経集団の数値シミュレーションを行うためのプログラムの開発も並行して進めた。プログラムは、近年の深層学習で主に用いられているPythonによって作成され、GPUなどの最新の計算資源を有効に利用できるよう配慮したものとした。Fokker-Planck方程式による数値解析部分の実装がやや遅れているため、妥当性の検証については次年度以降に実施予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に構築したFokker-Planck方程式を用いた数値解析基盤について、並行して開発を行った通常の膜電位モデルを用いた結果との照合を行い、妥当性を確認するとともに、パラメータ等の調整をすすめる。検証によって解析基盤の妥当性が確立された後、当該モデルを用いて、興奮/抑制性ニューロンの様々なレベルの自発的活動や、環境ノイズなどの影響を、神経生理学的な妥当性を十分に踏まえた上で、ダイナミクスの視点から明らかにしてゆく。さらに、開発された数値解析基盤を構成するプログラムについては、準備ができ次第、git hubなどを通じて公開してゆくことで、関連領域の活性化を目指す。
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| Causes of Carryover |
折りからのコロナ禍の影響で、年度初期においては、非常事態宣言による保育所の閉鎖による家庭内保育の必要性のため、研究時間の確保が困難であったとともに、国内会議、国際会議についても開催中止、もしくは延期となり、さらに物品調達についても困難な状況であったため十分な執行を実施しえなかった。次年度については調達状況を見極めつつ、適切な物品調達を行い、さらにコロナ禍の影響を踏まえつつ各種会議への参加、予算の執行を行ってゆく予定である。
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