2015 Fiscal Year Annual Research Report
生体神経回路網とファジィパターン識別法による学習システム
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24300091
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
工藤 卓 関西学院大学, 理工学部, 教授 (10344110)
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2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ファジィ推論 / 神経工学 / ニューロエンジニアリング / MEA / 分散培養 / 履歴効果 / パターンニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経回路網メモリ効果とシナプス可塑性をうまく組み合わせることにより，生体神経回路網におけるパターン連想現象の誘導を検討した．特に，２連続刺激の時間方向のパターンを繰り返し入力してコンディショニングした後，コンディショニング時に２発目の刺激による誘発応答が発現したタイミングで活動頻度が増大するタイミングメモリーは，時間的な連想記憶とみなしうる．そこで，２発刺激のタイミングを変えて，自発性のネットワークバーストの間隔の変化を解析した．その結果，コンディショニング時の２発刺激の刺激間隔と自発性のネットワークバーストの間隔に正の相関が観察され，本系で観察される時間方向の連想メモリ効果には背景的な自発性神経活動がその保持に重要な役割を果たしていることが示唆された．
また，異なる電極への電流刺激によって誘発される，異なる二つの神経活動の空間パターンの安定性を解析したところ，1 点刺激において刺激後おおよそ100 ms間隔で現れた特異的なパターンが2 点刺激による解析においても確認され，刺激入力による影響の持続性は，一つのネットワークにおいても刺激経路ごとにそれぞれ独立して拡散しているものと考えられた．しかしながら，試行ごとの活動パターンの再現性を解析したところ，ひとつのネットワークにおいて交互に他点を刺激した場合はそれぞれの刺激情報の再現性は相互に阻害されることが示唆された．従って，活動パターンの融合を解析する際には，コンディショニングによる可塑的変化を検討する前に，二点刺激そのものに対する応答変化をまず確認する必要があることが強く示唆された．
さらに簡略ファジィ推論と自己組織化マップを組み合わせたファジィSOMにより，自発神経活動パターンを解析し，パターンの分離に適当なパラメーターを見積もった．これらの結果について，論文誌と論文に準じるporceedings，国際会議等で多数発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画では、生体神経回路網におけるパターン連想現象の誘導を検討し，時間的な連想メモリ現象を誘導した．空間的な連想メモリに関しては，二点刺激による空間パターンの安定性を解析し，二点刺激そのものに対する応答変化をまず確認する必要があることを明らかにした．このため，空間パターンにおける連想メモリについては若干進捗が遅れている．簡略ファジィ推論と自己組織化マップを組み合わせたファジィSOMによる自発神経活動パターンの解析は順調に進んでおり，さらに神経活動パターンの活動依存的変動に関しては，入力に対する識別パターンの明確化という，当初予想された結果より興味深い結果も得られている．これらの成果に関しては論文3報，proceedings1報，国際会議発表６件等により報告しており，研究の進捗は概ね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，神経活動の空間パターンの連想メモリに関して解析を進め，適切な解析パラメーターを決定すると共に，昨年度までに開発したFuzzySOMによる解析を適用する．また，二点からの入力を繰り返し行うことによる，神経活動パターンの可塑的な変動についてその特性を明らかにすると共に，入力と応答パターンのルーズカップリングモデルについて検証を行う．
さらに，これまでの結果と併せて，ファジィ識別器と生体神経情報処理との協調による連想記憶現象の実現を目指す．
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| Causes of Carryover |
投稿中の論文について，その発表掲載費用と英語ネイティブ者による英語添削費用として使用予定であった予算について，査読のリターンが当初予定より遅くなり，本年度中に再査読，採録決定が間に合わない事態が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
継続中の投稿論文の処理について，今後査読結果により修正し，再度英語ネイティブ者による英語添削を受ける予定である．よって，当初目的通り，添削費用と掲載費用として使用する．
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