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背景脳活動が遍歴する下でも恒常的に感覚認識できる神経計算機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K11485
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
研究機関関西学院大学

研究代表者

三浦 佳二  関西学院大学, 生命環境学部, 教授 (60520096)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022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)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードtropical geometry / information geometry / deep learning / default mode networks / neural coding / Tropical geometry / topology / visual cortex / theoretical neuroscience / noise correlations / nonstationarity / dopaminergic neurons / striatum / substantia nigra / 計算論的神経科学 / 情報幾何学 / default mode network
研究成果の概要

脳の神経細胞による神経符号化が変動に対して恒常性を持つ仕組みを,情報幾何学やトロピカル幾何学を活用して明らかにすることを目的とした.特に,長期背景活動成分を分離除去した残さ活動が,神経細胞間でどの程度短期間に同期しているか,を情報幾何学の直行性に基づいて推定できる相関の指標を新規開発した.また,通常のユークリッド距離を用いる機械学習法を,トロピカル距離を用いる設定へと改良することで,時系列入力が持つトレンドに対し頑健な機械学習法を新規開発した.13報の論文出版を通して、成果発表を行った.

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳の研究においては,ある神経細胞がどんな感覚刺激に応答するのかを調べるのが慣例であるが,近年は何も刺激が無い時の活動も注目されつつある.そして意外なことに,この背景活動は大きく変動する一方,刺激に対する応答は実は相対的に小さい事が報告された.本課題では,はたして脳は,背景活動が大変動する中,どのようにして感覚刺激を認識できるのか,の解明を目指した.背景活動を考慮した新規脳情報処理モデルの導出は,より精度の高い脳信号解読を可能とし,深層学習の設計指針を与え,脳疾患の病因解明にも繋がりうると期待される.

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (49件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 6件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 23件、 招待講演 5件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Naval Postgraduate School(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Naval Postgraduate School(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Naval Postgraduate School(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Harvard University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Tropical support vector machines: Evaluations and extension to function spaces2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Ruriko、Takamori Misaki、Matsumoto Hideyuki、Miura Keiji
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 157 ページ: 77-89

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2022.10.002

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Plucker coordinates of the best-fit Stiefel tropical linear space to a mixture of Gaussian distributions2023

    • 著者名/発表者名
      Miura Keiji、Yoshida Ruriko
    • 雑誌名

      Information Geometry

      巻: - 号: 1 ページ: 171-201

    • DOI

      10.1007/s41884-023-00098-w

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Maximum Inscribed and Minimum Enclosing Tropical Balls of Tropical Polytopes and Applications to Volume Estimation and Uniform Sampling2023

    • 著者名/発表者名
      David Barnhill, Ruriko Yoshida, Keiji Miura
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Tropical Density Estimation of Phylogenetic Trees2022

    • 著者名/発表者名
      Ruriko Yoshida, David Barnhill, Keiji Miura, Daniel Howe
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hit and Run Sampling from Tropically Convex Sets2022

    • 著者名/発表者名
      Ruriko Yoshida, Keiji Miura, David Barnhill
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Computing Euler Characteristics as Topological Invariants of Binary Images Rapidly with Python and R2022

    • 著者名/発表者名
      Akiho Nakata, Keiji Miura
    • 雑誌名

      Proceedings of IW-FCV2022, The 28th International Workshop on Frontiers of Computer Vision

      巻: - ページ: 564-571

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plucker Coordinates of the best-fit Stiefel Tropical Linear Space to a Mixture of Gaussian Distributions2021

    • 著者名/発表者名
      Keiji Miura, Ruriko Yoshida
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2112.11893

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mathematical Analysis of Phase Resetting Control Mechanism during Rhythmic Movements2020

    • 著者名/発表者名
      NAKADA Kazuki、MIURA Keiji
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E103.A 号: 2 ページ: 398-406

    • DOI

      10.1587/transfun.2019MAI0002

    • NAID

      130007793357

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2020-02-01
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of midbrain dopamine neurons using features from spontaneous spike activity patterns*2019

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Tsuyoshi、Matsumoto Hideyuki、Miura Keiji
    • 雑誌名

      Proceedings of 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC)

      巻: - ページ: 2990-2993

    • DOI

      10.1109/embc.2019.8857574

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Assessing the impacts of correlated variability with dissociated timescales2019

    • 著者名/発表者名
      T.Takahashi, Y.Maruyama, H.Ito and K.Miura
    • 雑誌名

      eNeuro

      巻: 6, 0395-18 号: 1 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1523/eneuro.0395-18.2019

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Discriminating dopamine from non-dopamine neurons based on the spontaneous electrical activities2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Ishikawa, Hideyuki Matsumoto, Keiji Miura
    • 雑誌名

      Proc of IEEE Brain Initiative Workshop on Advanced NeuroTechnologies 2018

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 機械学習アルゴリズムのデータフロー表現とハードウェアアクセラレータの実装2018

    • 著者名/発表者名
      中田一紀, 三浦佳二
    • 雑誌名

      多値論理研究ノート

      巻: 41 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 位相幾何学的アプローチに基づく特徴抽出と音響ペンへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      中田一紀, 三浦佳二, 小林真, 村井保之, 関田巌, 巽久行
    • 雑誌名

      多値論理研究ノート

      巻: 41 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] データフロー表現と機械学習アクセラレータへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      中田一紀, 三浦佳二
    • 雑誌名

      信学技報 IEICE-RECONF

      巻: 118 ページ: 73-78

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Detection of ant positions with distinguished species for behavioral tracking by PyTorch SSD2022

    • 著者名/発表者名
      Saki Uchibori, Hiroyuki Shimoji, Keiji Miura
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation of CG images of insects by DCGAN2022

    • 著者名/発表者名
      Ambi Maeno, Keiji Miura
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploring deep network structures that maximize classification performance of CIFAR10 images2022

    • 著者名/発表者名
      Ayame Kabumoto, Miura Keiji
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 画像の連続変形に対して不変な特徴量を計算する神経回路モデルは、IT野の複雑な神経活動を説明しうる2021

    • 著者名/発表者名
      中田 あきほ, 三浦 佳二
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トロピカル幾何学を用いた神経活動解析2020

    • 著者名/発表者名
      三浦 佳二
    • 学会等名
      生理研研究会「力学系の視点からの脳・神経回路の理解」
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Classifying neural responses by tropical distances2020

    • 著者名/発表者名
      Misaki Takamori, Hideyuki Matsumoto, Ruriko Yoshida, Keiji Miura
    • 学会等名
      Fusion of Mathematics and Biology
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Classifying neural responses by tropical distances2020

    • 著者名/発表者名
      Misaki Takamori, Hideyuki Matsumoto, Ruriko Yoshida, Keiji Miura
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Elucidating neural codes by explaining behaviors with a minimum number of units2020

    • 著者名/発表者名
      Risako Morikawa, Hokto Kazama, Keiji Miura
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] How many layers are required in deep neural networks for discriminating a sawtooth boundary in two-dimensional input data?2020

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Sakane, Keiji Miura
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Association of Odor Signals with Subsequent Behavioral Scene Signals in Piriform Cortex2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tanisumi, Kazuki Shiotani, Keiji Miura, Junya Hirokawa, Yoshio Sakurai, Kensaku Mori, Hiroyuki Manabe
    • 学会等名
      第18回国際シンポジウム「味覚嗅覚の分子神経機構」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Distinguishing value-coding neurons from random walk neurons in block-structured experiments2019

    • 著者名/発表者名
      T. HIWATASHI, A. Y. WANG, N. UCHIDA, K. MIURA
    • 学会等名
      Neuroscience 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Association of cue odor signals with predicted behavioral scene signals in piriform cortex neurons2019

    • 著者名/発表者名
      Y. TANISUMI, K. SHIOTANI, K. MIURA, J. HIROKAWA, Y. SAKURAI, K. MORI, H. MANABE
    • 学会等名
      Neuroscience 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リズム運動における位相リセット制御の機能的役割とその工学的応用 ~ 歩行制御に最適な位相反応曲線の数理設計 ~2019

    • 著者名/発表者名
      中田一紀, 三浦佳二
    • 学会等名
      IEICE MSS 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Neural Networks for Computing Touch Topology2019

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二, 中田一紀
    • 学会等名
      APCV 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ラット梨状皮質ニューロンは匂いと「匂い経験」を紐づける: Go/No-Go学習および逆転学習における多彩な応答様式と、そのポピュレーションGo/No-Go相関表現2019

    • 著者名/発表者名
      谷隅勇太, 塩谷和基, 三浦佳二, 廣川純也, 櫻井芳雄, 眞部寛之
    • 学会等名
      NEURO 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ブロック毎に変動する価値を符号化した神経活動と酔歩を見分ける統計検定2019

    • 著者名/発表者名
      樋渡峰透, Wang Y Alice, 内田直滋, 三浦佳二
    • 学会等名
      NEURO 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自発電気活動に基づくドーパミンと非ドーパミンニューロンの判別2019

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二, 石川剛史, 松本英之
    • 学会等名
      NEURO 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一次視覚野の方位判別能はトレンド除去により恒常性を保つ2019

    • 著者名/発表者名
      京野秀, 圓山由子, 伊藤浩之, 三浦佳二
    • 学会等名
      NEURO 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimating Effective Dimensions of Experimentally Recorded Spike Trains by Neural Ring2019

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二
    • 学会等名
      ICIAM 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Selecting Minimum Explaining Variables by Pruned Primary Ideal Decomposition with Recursive Calls2019

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二
    • 学会等名
      SIAM AG 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of midbrain dopamine neurons using features from spontaneous spike activity patterns2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Ishikawa, Hideyuki Matsumoto and Keiji Miura
    • 学会等名
      IEEE EMBC 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] タッチスクリーン手入力のトポロジーの実時間並列計算2019

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二
    • 学会等名
      ものづくり技術 新技術説明会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Assessing the impacts of correlated V1 activities with dissociated timescales2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takahashi, Yoshiko Maruyama, Hiroyuki Ito, Keiji Miura
    • 学会等名
      Society for Neuroscience - Neuroscience 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テンソル分解を用いたデータのノイズ除去2018

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二
    • 学会等名
      軽井沢グラフと解析研究集会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 異なる時間スケールでの1次視覚野同期発火の視覚刺激判別への影響2018

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸, 圓山由子, 伊藤浩之, 三浦佳二
    • 学会等名
      ネットワーク科学セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 報酬系における非ドーパミンニューロンからドーパミンニューロンへのグレンジャー因果解析2018

    • 著者名/発表者名
      Mana Osaki, Ju Tian, Naoshige Uchida, Mitsuko Watabe-Uchida, Keiji Miura
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Binarization of Spontaneous Neural Activities for Neural Ring Analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Keiji Miura
    • 学会等名
      SIAM AN18
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topological data analysis of across-sniff habituation in olfactory cortex2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Usui, Ayaka Onishi, Keiji Miura
    • 学会等名
      EASIAM2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トポロジカル・データ・アナリシスの神経活動データへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      三浦佳二
    • 学会等名
      大阪市立大学 水関研セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 論文紹介:長期相関と短期相関を区別する

    • URL

      https://youtu.be/Ketc68vuFbQ

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] Supplementary R-code, Takahashi et al (2019)

    • URL

      https://github.com/toshi-0415/eNeuro

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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