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高次元非線形ダイナミクスを用いた新しい音声情報処理機構の構築

研究課題

研究課題/領域番号 16K00246
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 知覚情報処理
研究機関公立はこだて未来大学

研究代表者

香取 勇一  公立はこだて未来大学, システム情報科学部, 准教授 (20557607)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード非線形ダイナミクス / 脳型人工知能 / リザバー計算 / 時系列解析 / 聴覚情報処理 / ニューラルネットワーク / レザバー計算 / 多変量解析 / 脳波 / リザーバ計算 / スパース性 / 機械学習 / 音声等認識
研究成果の概要

多数の非線形素子の結合系で生じる複雑な運動を用いて様々な情報処理を行うレザバー計算の枠組みを基に,聴覚データを想定した多次元時系列データに適用可能なモデリング原理の確立に取り組んだ.レザバー計算と予測符号化を組み合わせた動的予測符号化のネットワークモデルについては階層的なネットワークに拡張した.音響データを用いて、その性能評価を行い,音響時系列データの階層的な構造を抽出することに成功した.研究の過程で,音声・音響だけではなく様々な対象に応用できることを見いだし,研究を多面的に発展させた.視覚系の情報処理モデル,多変量時系列データの解析,ロボット制御など様々な応用研究に発展させることができた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は高次元の非線形力学系で生じる複雑なダイナミクスを積極的に活用することで,新しい情報処理の仕組みを構築する試みである.本研究の成果は,音声・音響だけでなく視覚的な情報,各種センサー情報処理,ロボット制御などを含む,新しい脳型人工知能など工学的な応用に結びつくことが強く期待される.また非線形素子の結合系ともみなせる生体の脳・神経ネットワークの情報処理機構の理解を通して,生理学・医学の発展に結びつくことが期待できる.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Possible Mechanism of Internal Visual Perception: Context-dependent Processing by Predictive Coding and Reservoir Computing Network2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Tamura, Yuichi Katori, and Kazuyuki Aihara,
    • 雑誌名

      Journal of Robotics, Networking and Artificial Life

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reservoir Computing Based on Dynamics of Pseudo-Billiard System in Hypercube2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Katori, Hakaru Tamukoh and Takashi Morie
    • 雑誌名

      2019 International Joint Conference on Neural Network (IJCNN2019)

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Chaotic Boltzmann Machine Working as a Reservoir and Its Analog VLSI Implementation2019

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Yamaguchi, Yuichi Katori, Daichi Kamimura, Hakaru Tamukoh and Takashi Morie
    • 雑誌名

      2019 International Joint Conference on Neural Network (IJCNN2019)

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Network Model for Dynamics of Perception with Reservoir Computing and Predictive Coding2018

    • 著者名/発表者名
      Y.Katori,
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics (VI)

      巻: Chapter 11

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stability Analysis on Sparsely Encoded Associative Memory with Short-Term Synaptic Dynamics2017

    • 著者名/発表者名
      Muyuan Xu, Yuichi Katori, Kazuyuki Aihara,
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos

      巻: Vol. 27, No. 10 号: 10 ページ: 1730034-1730034

    • DOI

      10.1142/s0218127417300348

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bifurcation Analysis on Phase-Amplitude Cross Frequency Coupling in Neural Networks with Dynamic Synapses,2017

    • 著者名/発表者名
      Takumi Sase, Yuichi Katori, Motomasa Komuro, and Kazuyuki Aihara
    • 雑誌名

      Frontiers Computational Neuroscience,

      巻: Vol.11, Article#1830 ページ: 1-19

    • DOI

      10.3389/fncom.2017.00018

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Possible Mechanism of Internal Visual Perception Context- dependent Processing by Predictive Coding and Reservoir Computing Network2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Tamura, Yuichi Katori, and Kazuyuki Aihara
    • 学会等名
      The 2019 International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Hierarchical Network Model of Auditory Information Processing using Dynamical Predictive Coding and Non-negative Matrix Factorization2018

    • 著者名/発表者名
      Kanata Ara and Yuichi Katori
    • 学会等名
      日本神経回路学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Reservoir Computing with Coupled StuartLandau Oscillators2018

    • 著者名/発表者名
      Shoya Nakajima and Yuichi Katori
    • 学会等名
      日本神経回路学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Efficient Encoding of Multi-dimensional Time Series Data with Reservoir Computing2018

    • 著者名/発表者名
      Masumi Kaneko and Yuichi Katori
    • 学会等名
      日本神経回路学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Computational model of auditory mismatch negativity with echo state network: implication of network parameters2018

    • 著者名/発表者名
      M.Fukino, Y. Katori, and K. Aihara
    • 学会等名
      The 8th Mismatch Negativity conference(MMN2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Hierarchical network model of auditory information processing using dynamical predictive coding,2018

    • 著者名/発表者名
      Kanata Ara and Yuichi Katori
    • 学会等名
      The Twenty-Third International Symposium on Artificial Life and Robotics 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Network model for dynamics of perception and an interpretation of visual hallucination2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Katori
    • 学会等名
      Brain structure and dynamics in Lewy body disorders with reference to visual hallucinations
    • 発表場所
      Newcastle, UK
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Encoding Multi-Dimensional Time Series Data with Reservoir Computing2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Katori
    • 学会等名
      The 2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Application
    • 発表場所
      湯河原温泉ホテル(静岡県熱海市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Computational Model for Pitch Pattern Perception with the Echo State Network2016

    • 著者名/発表者名
      M. Fukino, Y. Katori, K. Aihara
    • 学会等名
      The 2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Application
    • 発表場所
      湯河原温泉ホテル(静岡県熱海市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] Advances in Cognitive Neurodynamics (VI)2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Katori (Eds.:J.M Delgado-Garcia, X. Pan, R. Sanchez-Campusano, and R. Wang)
    • 総ページ数
      407
    • 出版者
      Springer Nature Singapore Pte Ltd.
    • ISBN
      9789811088537
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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