非同期離散状態システムの理論体系の整備と小型・低消費電力神経補綴装置設計への応用

• 研究課題/領域番号: 18K11482
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
• 研究機関: 法政大学
• 研究代表者: 鳥飼 弘幸 法政大学, 理工学部, 教授 (20318603)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 神経補綴 / 非同期離散状態システム

研究成果の概要

本研究では，非同期離散状態システムを用いた生物模倣ハードウェアの設計とその神経補綴装置への応用のための基礎固めに取り組んだ．具体的には，以下の２つのテーマに取り組んだ．（１）非同期離散状態神経細胞モデルを題材にして，非同期離散状態システムの新しい理論解析手法を整備した．（２）非同期離散状態神経振動子ネットワークを題材にして，非同期離散状態システムを用いた生物システムモデルの系統的な設計手法を整備した．（３）非同期離散状態神経細胞モデルを題材にして，小型で低消費電力な非同期離散状態生物模倣ハードウェアの系統的設計手法を整備した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果は，小型で低消費電力な神経補綴装置を開発するための基本技術となる．神経補綴装置の具体例としては，人工内耳や人工海馬などが挙げられる．

研究成果

• [雑誌論文] A Novel Hardware-Efficient Central Pattern Generator Model based on Asynchronous Cellular Automaton Dynamics for Controlling Hexapod Robot (2020)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Takeda and Hiroyuki Torikai
  • 雑誌名: IEEE Access 巻: 8 ページ: 139609-139624
  • DOI: 10.1109/access.2020.3012706
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Novel Asynchronous CA Neuron Model: Design of Neuron-like Nonlinear Responses based on Novel Bifurcation Theory of Asynchronous Sequential Logic Circuit (2020)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Takeda, Hiroyuki Torikai
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers 巻: Volume 67, Issue 6 号: 6 ページ: 1989-2001
  • DOI: 10.1109/tcsi.2020.2971786
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Novel Generalized Hardware-Efficient Neuron Model Based on Asynchronous CA Dynamics and Its Biologically Plausible On-FPGA Learnings (2019)
  • 著者名/発表者名: Naka Taiki、Torikai Hiroyuki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 巻: 66 号: 7 ページ: 1247-1251
  • DOI: 10.1109/tcsii.2018.2876974
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A novel spike-train generator suitable for QCA implementation towards UWB-IR applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeda Kentaro、Torikai Hiroyuki
  • 雑誌名: Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE 巻: 9 号: 4 ページ: 436-452
  • DOI: 10.1587/nolta.9.436
  • NAID: 130007492869
  • ISSN: 2185-4106
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel hardware-efficient CPG model based on asynchronous cellular automaton (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeda Kentaro、Torikai Hiroyuki
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 15 号: 11 ページ: 20180387-20180387
  • DOI: 10.1587/elex.15.20180387
  • NAID: 130007395628
  • ISSN: 1349-2543
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Novel Generalized PWC Neuron Model: Theoretical Analyses and Efficient Design of Bifurcation Mechanisms of Bursting (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiaki Matsuda and Hiroyuki Torikai
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Circuits and Systems Part II 巻: 印刷中 号: 11 ページ: 1738-1742
  • DOI: 10.1109/tcsii.2017.2760509
  • 査読あり
• [学会発表] A novel hardware-efficient CPG model based on asynchronous coupling of cellular automaton phase oscillators for a hexapod robot (2020)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Takeda and Hiroyuki Torikai
  • 学会等名: IEEE-INNS International Joint Conference on Neural Networks
  • 国際学会
• [学会発表] A Novel Design Method of Multi-Compartment Soma-Dendrite-Spine Model having Nonlinear Asynchronous CA Dynamics and its Applications to STDP-based Learning and FPGA Implementation (2020)
  • 著者名/発表者名: Masato Ishikawa and Hiroyuki Torikai
  • 学会等名: IEEE-INNS International Joint Conference on Neural Networks
  • 国際学会
• [学会発表] A novel hardware-efficient CPG model for a hexapod robot based on nonlinear dynamics of coupled asynchronous cellular automaton oscillators (2019)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Takeda and Hiroyuki Torikai
  • 学会等名: IEEE-INNS International Joint Conference on Neural Networks
  • 国際学会