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スパースモデリングによる確率的神経細胞モデルダイナミクスの縮約

Publicly Offered Research

Project AreaInitiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
Project/Area Number 16H01527
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

山野辺 貴信  北海道大学, 医学研究院, 助教 (00322800)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords縮約 / 線形作用素 / 確率的神経細胞モデル / スパースモデリング / 神経科学 / 計算論的神経科学
Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究で、我々は、確率微分方程式で表される神経細胞モデルに、時間変化するパルス列入力が入るときの統計的大域挙動を記述する線形作用素を構築した。この線形作用素は有限次元の行列で近似されることが理論的に示されるが、線形作用素の単なる離散近似では近似行列の要素数が多くなりすぎ、与えられたモデルの統計的大域挙動を解析するのが困難となる。本研究では、我々が提案した線形作用素の積分核が、良く用いられるパラメータの範囲でスパース性を持つことに着目し、線形作用素をある基底で展開し、この困難を緩和することにした。構築した線形作用素は確率的神経細胞モデルのパラメータや入力パラメータに依存し、そのスペクトル特性が変わる。入力は時間変化するため、線形作用素を縮約する問題は画像圧縮とほぼ同じ問題となる。したがって、パラメータごとに基底を用意するのではなく、同じ基底を用い変換した方が応用上適している。そこで離散コサイン変換(DCT-II)のFFT の部分にsparse FFT を用い、線形作用素を少ない要素数の行列で近似することを試みた。sparse FFT には大きく分けて確率的sparse FFT と決定論的sparse FFT の2つのアプローチがある。ここでは決定論的sparse FFT を用いた。これによりスパースなフーリエ係数を決定論的に計算可能となり、FFT を用いたDCT-II を用いるときより、sparse FFT を用いたDCT-IIの方が効率的に線形作用素を縮約できることを示した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] Reduction of the dynamics of stochastic neuronal models by sparse discrete cosine transform2018

    • Author(s)
      Takanobu Yamanobe
    • Organizer
      11th FENS Forum of Neuroscience
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 神経細胞ダイナミクスの非負値行列因子分解による縮約2017

    • Author(s)
      山野辺貴信
    • Organizer
      第4回 創発的行動の認知動力学 研究会
    • Place of Presentation
      霧島観光ホテル・鹿児島県・霧島市
    • Year and Date
      2017-02-22
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Reduction of the dynamics of a stochastic neuronal model by using non-negative matrix factorization2017

    • Author(s)
      Takanobu Yamanobe
    • Organizer
      Neuroscience 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Extraction of statistical dynamics of a stochastic neuronal model2017

    • Author(s)
      Takanobu Yamanobe
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 確率過程の漸近展開理論による振動子モデルの解析2017

    • Author(s)
      山野辺貴信
    • Organizer
      Perspectives of Nonlinear Phenomena in Random and Non-autonomous Dynamics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Input-output transformation of a neuronal oscillator2016

    • Author(s)
      T. Yamanobe
    • Organizer
      SCIS-ISIS 2016
    • Place of Presentation
      北海学園大学・北海道・札幌市
    • Year and Date
      2016-08-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Input-output transformation of a stochastic neuron model with synaptic and ion-channel noises2016

    • Author(s)
      T. Yamanobe, Y. Ishikawa
    • Organizer
      10th FENS Forum of Neuroscience
    • Place of Presentation
      Copenhagen, Denmark
    • Year and Date
      2016-07-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 研究代表者の研究紹介ホームページ

    • URL

      http://takayamanobe.sakura.ne.jp/index.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-26   Modified: 2018-12-17  

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