培養神経回路と人工神経回路の身体化によるホメオダイナミクスの研究

• 研究課題/領域番号: 24300080
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 知覚情報処理・知能ロボティクス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 池上 高志 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (10211715)
• 研究分担者: 高橋 宏和 (高橋 宏知) 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (90361518)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2014年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2012年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 自律ロボット / 培養神経回路 / 学習 / 可塑性 / スパイクニューロン / シミュレーション / 培養神経細胞 / 自律運動ロボット / ヘッブ学習 / ホメオスタシス / サイバネティクス / 同期 / 神経発火 / CMOS電極アレイ / 移送エントロピー / izhikevich神経細胞

研究成果の概要

ロボットと神経回路の間のフィードバックループ系を設計する。培養された神経回路、あるいは、人工神経回路を使ってロボットの運動行為を制御し、ロボットがセンサーを通じて得た環境からの情報を神経回路にフィードバックする。この刺激と行動のくりかえしの閉回路の動作を調べて、１）神経回路の成長を情報のネットワークの変遷で特徴つけ、２）閉鎖回路をつくることで、ネットワークはある構造をつくることと、３）そのパターンの成長は「神経回路は外から刺激されるのを避ける原理」が働いていること、を発見した。

研究成果

• [雑誌論文] Spike-Timing Dependent Plasticity Induces Learning by Stimulation Avoidance in Spiking Neural Networks (2015)
  • 著者名/発表者名: Lana Sinapayen, Atsushi Masumori, Nathaniel Virgo, and Takashi Ikegami
  • 雑誌名: the proceedings of ECAL2015 巻: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Learning by Stimulation-Avoidance Principle on Embodied Cultured Neuronal Cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Masumori, Norihiro Maruyama, Julien Hubert, Takeshi Mita, Douglas Bakkum, Hirokazu Takahashi and Takashi Ikegami
  • 雑誌名: the proceedings of ECAL2015 巻: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Robotic Approach to Understanding the Role and the Mechanism of Vicarious Trial-And-Error in a T-Maze Task (2014)
  • 著者名/発表者名: Eiko Matsuda, Julien Hubart and Takashi Ikegami
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 7 ページ: 0102708-0102708
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0102708
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigating Extended Embodiment Using a Computational Model and Human Experimentation (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Iizuka, H., Ikegami, T.
  • 雑誌名: Constructivist Foundations 巻: 9(1) ページ: 73-84
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Self-moving Oil Droplet as a Homeostat (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikegami, T.
  • 雑誌名: Constructivist Foundations 巻: 9(1) ページ: 114-114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of neuronal cells of dissociated primary culture on high-density CMOS electrode array (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, E., Mita, T., Hubert, J., Bakkum, Frey, D,U., Hierlemann, A., Takahashi, H., Ikegami, T.
  • 雑誌名: Proceedings of 35th International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 巻: - ページ: 1045-1048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hebbian Learning in a Multimodal Environment", In Liò, P. et a（l. eds.） (2013)
  • 著者名/発表者名: Hubert, J., Matsuda, E., Ikegami, T.
  • 雑誌名: Advances in Artificial Life, ECAL 2013: Proceedings of the Twelfth European Conference on the Synthesis and Simulation of Living Systems 巻: - ページ: 698-705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple time scales observed in spontaneously evolved neurons on high-density cmos electrode array (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, E., Mita, T., Hubert, J., Oka, M., Bakkum, D., Frey, D,U., Takahashi, H., Ikegami, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the Twelfth European Conference on the Synthesis and Simulation of Living Systems 巻: - ページ: 1075-1082
  • 査読あり
• [雑誌論文] 神経工学の潮流 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋宏知, 神保泰彦
  • 雑誌名: 電気学会論文誌C電子情報システム部門誌 巻: 133(3) ページ: 544-549
  • NAID: 10031155345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociated neuronal culture expressing ionotropic odorant receptors as a hybrid odorant biosensor -proof-of-concept study- (2012)
  • 著者名/発表者名: Norio Tanada, Takeshi Sakurai, Hidefumi Mitsuno, Douglas J. Bakkum, Ryohei Kanzaki, Hirokazu Takahashi
  • 雑誌名: Analyst 巻: 137(15) ページ: 3452-3458
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Capabilities of a High-Density CMOS Microelectrode Array to Identify, Record, and Stimulate Individual Neurons in Cultured Networks. (2012)
  • 著者名/発表者名: Douglas J Bakkum, Urs Frey, Jan Mueller, Michele Fiscella, Branka Roscic, Hirokazu Takahashi, Andreas Hierlemann
  • 雑誌名: Proceedings of the 8th International Meeting on Substrate-Integrated Micro Electrode Arrays ページ: 206-207
  • 査読あり
• [学会発表] Multiple Time Scales Observed in Spontaneously Evolved Neurons on High-density CMOS Electrode Array (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiko Matsuda
  • 学会等名: 2nd NeuroCMOS Workshop
  • 発表場所: 兵庫県神戸市、RIKEN Kobe Institute
  • 年月日: 2015-01-20
• [学会発表] Spatio-Temporal Analysis of Activity in an Embodied Cultured Neural Network (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Masumori
  • 学会等名: 2nd NeuroCMOS Workshop
  • 発表場所: 兵庫県神戸市、RIKEN Kobe Institute
  • 年月日: 2015-01-20
• [学会発表] IIT as a Measure for a Pseudo-Conscious State of a Cultured Neural Network (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ikegami
  • 学会等名: 2nd NeuroCMOS Workshop
  • 発表場所: 兵庫県神戸市、RIKEN Kobe Institute
  • 年月日: 2015-01-20
• [学会発表] Towards Computation with Neuronal Culture (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Takahashi
  • 学会等名: 2nd NeuroCMOS Workshop
  • 発表場所: 兵庫県神戸市、RIKEN Kobe Institute
  • 年月日: 2015-01-20
• [学会発表] Designing a Robotic Platform Controlled by Cultured Neural Cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Maruyama, N., Masumori, A., Hubert, J., Mita, T., Bakkum, D., Takahashi, H. and Ikegami, T
  • 学会等名: ALIFE14
  • 発表場所: NewYork, USA
  • 年月日: 2014-07-30 – 2014-08-02
• [学会発表] 身体化された培養神経回路網䛾活動䛾時空間解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 升森敦士 丸山典宏 三田毅 Urs Frey Douglas Bakkum 高橋宏知 池上高志
  • 学会等名: 日本人工知能学会
  • 発表場所: 愛媛県松山市、ひめぎんホール
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-15
• [学会発表] 高密度電極アレイを用いた培養神経細胞による実環境ロボットの 構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 丸山典宏 升森敦士 池上高志
  • 学会等名: 日本人工知能学会
  • 発表場所: 愛媛県松山市、ひめぎんホール
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-15
• [学会発表] VTE and consciousness (2013)
  • 著者名/発表者名: 池上高志
  • 学会等名: Workshop on Language and Cognition in Embodied Agents
  • 発表場所: Institute of Cognitive Sciences and Technologies, Roma, Italy
• [学会発表] homunculus (workshop title) (2013)
  • 著者名/発表者名: 池上高志
  • 学会等名: ICT&ART CONNECT 2013
  • 発表場所: Center for Digital Technology, Brussels, Belgium
  • 招待講演
• [学会発表] Massive Data Flows (2013)
  • 著者名/発表者名: 池上高志
  • 学会等名: MDFワークショップ
  • 発表場所: Institute of Complex Systems, Paris, France
• [学会発表] Analysis of Neuronal Cells by Dissociated Primary Culture on High-Density CMOS Electrode Array (2013)
  • 著者名/発表者名: 池上高志
  • 学会等名: 35th Annual International IEEE EMBS Conference
  • 発表場所: 大阪国際コンベンションセンター, 大阪市, 大阪府
• [学会発表] Frequency Conversion using Sub-Threshold Dynamics in Artificial Spiking Neurons (2013)
  • 著者名/発表者名: Julien Hubert and Takashi Ikegami
  • 学会等名: 7th International Workshop on Natural Computing, IWNC 20-22
  • 発表場所: 東京大学(東京)
• [学会発表] Capability of an 11,011-electrode CMOS array to study action potential propagation plasticity (2012)
  • 著者名/発表者名: Douglas J Bakkum, Urs Frey, Jan Mueller, Michele Fiscella, Branka Roscic, Hirokazu Takahashi, Andreas Hierlemann
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2012-10-13
• [学会発表] 高密度CMOSアレイ上培養神経細胞の細胞体位置の推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三田毅, 石原裕也, Douglas Bakkum, Urs Frey, Andreas Hierlemann, 神崎亮平, 高橋宏知
  • 学会等名: 第27回生体生理工学シンポジウム講演
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 高密度CMOSアレイの観測電位と神経細胞の生理学的特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三田毅, D. Bakkum, 棚田法男, U. Frey, A. Hierlemann, 神崎亮平, 高橋宏知
  • 学会等名: 平成24年電気学会電子・情報・システム部門人会
  • 発表場所: 弘前大学(弘前市)
  • 年月日: 2012-09-05
• [学会発表] ロボット実験による vicarious trial-and-error (VTE)の役割の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松田英子, Hubert, J., 池上高志
  • 学会等名: 2012年度人工知能学会全国大会(第26回)
  • 発表場所: 山口教育会館(山口市)
• [学会発表] A Robotic Approach to Understand the Mechanism and the Role of Vicarious Trial-and-Error in a T-Maze Task (2012)
  • 著者名/発表者名: Eiko Matsuda, Hubert Julien, Takashi Ikegami
  • 学会等名: Summer School in Cognitive Sciences 2012,
  • 発表場所: Montreal, Canada
• [学会発表] Information integration of multimodal systems (2012)
  • 著者名/発表者名: 松田英子
  • 学会等名: Ikegami Lab. Summer Workshop 2012 - Artificial Minds and Real Brains
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
• [学会発表] 理系の学生に見られる共感覚者の割合とその内容 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松田英子, Tom Froese, 北村英哉, 開一夫
  • 学会等名: 日本認知科学会第9回大会
  • 発表場所: 仙台国際センター(仙台市)