脳情報動態に学んだ非同期並列情報処理アーキテクチャの提案と実証

• 研究領域: 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
• 研究課題/領域番号: 17H06315
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 高橋 恒一 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (20514508)
• 研究分担者: 山川 宏 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 客員研究員 (00417495)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 110,110千円 (直接経費: 84,700千円、間接経費: 25,410千円); 2021年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2020年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2019年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2018年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2017年度: 41,470千円 (直接経費: 31,900千円、間接経費: 9,570千円)
• キーワード: 脳型人工知能 / 全脳アーキテクチャ / 並列計算 / 高性能計算 / 脳情報動態 / 脳参照アーキテクチャ / 脳情報フロー / 非同期並列計算 / 新皮質マスターアルゴリズム / 人工知能 / 神経科学 / アルゴリズム / 機械学習

研究成果の概要

脳の領野間結合様式に注目し、脳の時空間的に階層的な情報動態にヒントを得た非同期並列の情報処理アーキテクチャを提案、実装、実証することを目的に研究を行った。脳型の参照アーキテクチャに関しては、新皮質を対象とした(1) 新皮質マスターアルゴリズムフレームワーク（MAF）の定義を試みた。また、脳領野間の結合アーキテクチャを参照しながら脳型AIの開発を行うための（２）脳型AI開発方法論と脳型参照アーキテクチャの整備を行った。また、脳型非同期並列計算の実行基盤を整備するために、(3) 脳型計算基盤ソフトウエアBriCAの開発を行い、この実証に向けて（４）脳型非同期並列計算モデルの検討を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳情報動態の時空間的階層性は現代の計算アーキテクチャのプロセッサ、メモリ、ネットワーク階層における局所性との共通点も多く、分散並列アーキテクチャの観点から脳に学べる点は多い。本研究は将来的にはエネルギー効率が飛躍的に高い情報処理技術やIoTなどの情報通信ネットワークの効率化、高信頼性などに結びつく可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] The whole brain architecture approach: Accelerating the development of artificial general intelligence by referring to the brain (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamakawa Hiroshi
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 144 ページ: 478-495
  • DOI: 10.1016/j.neunet.2021.09.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Planning with Brain-Inspired AI (2020)
  • 著者名/発表者名: Arakawa, Naoya
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Attentional Reinforcement Learning in the Brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamakawa Hiroshi
  • 雑誌名: New Generation Computing 巻: 38 号: 1 ページ: 49-64
  • DOI: 10.1007/s00354-019-00081-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ESNによる階層的予測誤差モデルを用いた音声Local-Global課題の再現シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 三好康祐, 山川宏, 高橋恒一
  • 雑誌名: 信学技法 巻: 119 ページ: 61-65
• [雑誌論文] 脳における行動決定の機序のサーベイ (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒川直哉,
  • 雑誌名: こころの科学とエピステモロジー 巻: 1 ページ: 65-73
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Brain-inspired parallel cognitive computing architectures (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 恒一
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Imagination Architecture and Consciousness in the Brain (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: IJCAI-PRICAI 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 流動性知能実現の最初の里程標としての見本合わせ課題 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒川 直哉
  • 学会等名: 第16回汎用人工知能研究会
• [学会発表] Understanding the computational meaning of the neocortical interrarea signals (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: From Neuroscience to Artificially Intelligent Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Towards a qualitative evaluation of biological plausibility for brain-inspired software (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: 2020 AP-CCN
  • 国際学会
• [学会発表] The matrix/core path of the thalamocortical circuit viewing from the predicitve coding hypothesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: The Eighth International Neural Microcircuit Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Consciousness Boundary: Claustrum defines the imaginary area of the cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: The 20th Mechanism of Brain and Mind
  • 国際学会
• [学会発表] 脳型人工知能におけるプランニング (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒川直哉
  • 学会等名: SIG-AGI
• [学会発表] Consciousness for realize general intelligence in the brain - Modal information is needed for episode (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: FUTURAS IN RES Conference: What's the IQ of AI
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分散システムにおける疑似同時化の検討: 遅延があっても機械学習を使うために (2019)
  • 著者名/発表者名: 板谷 琴音、坂井 尚行、高橋 恒一、山川 宏
  • 学会等名: 2019年度 人工知能学会全国大会
• [学会発表] Hierarchical dendritic error model for the local-global oddball paradigm (2019)
  • 著者名/発表者名: 三好康祐, 荒川直哉, 山川宏, 高橋恒一
  • 学会等名: 第3回脳情報動態領域会議
• [学会発表] Do top-down predictions of time series lead to sparse disentanglement? (2018)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Miyoshi, Naoya Arakawa, Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: The 28th Annual Conference of the Japanese Neural Network Society
• [学会発表] Hierarchical Variational Recurrent Autoencoder with Top-Down prediction (2018)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Miyoshi, Naoya Arakawa, Hiroshi Yamakawa
  • 学会等名: 第10回光操作研究会・第2回脳情報動態合同国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] BriCA Kernel: Cognitive Computing Platform for Large-scale Distributed Memory Environments (2018)
  • 著者名/発表者名: Itaya H, Yamakawa H, Tomita M, Takahashi K
  • 学会等名: The 28th Annual Conference of the Japanese Neural Network Society
• [学会発表] 将来の機械知性に関するシナリオと分岐点 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋恒一
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会
• [学会発表] AGI開発をナビゲートするための能力マップ (2018)
  • 著者名/発表者名: 大澤正彦, 大森隆司, 髙橋恒一, 荒川直哉, 坂井尚行, 上野道彦, 今井倫太, 山川宏
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会
• [学会発表] Reinterpreting the cortical circuit (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamakawa H, Arakawa N, Takahashi K
  • 学会等名: IJCAI-17 Architectures for Generality & Autonomy Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 全脳アーキテクチャに必要な新皮質マスターアルゴリズムの検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山川宏, 荒川直哉, 高橋恒一
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会
• [図書] 人工知能美学芸術展 記録集 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋恒一
  • 総ページ数: 176
  • 出版者: 人工知能美学芸術研究会
  • ISBN: 9784990290375