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脳神経ネットワークの機能分化に関する情報数理モデル

研究課題

研究課題/領域番号 26540123
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 ソフトコンピューティング
研究機関福岡工業大学 (2015)
北海道大学 (2014)

研究代表者

山口 裕  福岡工業大学, 情報工学部, 助教 (80507236)

研究分担者 津田 一郎  北海道大学, 大学院理学研究院, 教授 (10207384)
連携研究者 清水 正宏  大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (50447140)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード機能分化 / 伝送エントロピー / 数理モデル / 結合振動子 / 変分原理 / 自己組織化 / 複雑系 / 移送エントロピー / 相互情報量
研究成果の概要

脳において機能分化したヘテロな構造が発達する過程を計算論的な観点から再構成するため、双方向の情報量伝搬最大化原理に基づいて数理モデルを進化させる数値実験を行った。サブネットワーク間に相互に伝達される情報量を最大化するようにネットワークを発展させると、2つの異なったモジュール構造が出現し、それぞれが異なった構造に分化することが確認できた。これらの結果は、情報理論的な観点から導出される変分原理がネットワークにおけるヘテロ構造の形成原理として作用する可能性を示唆している。システム全体にかけられた拘束条件の下でその要素成分が生成される過程を新たな自己組織化原理と捉え、理論の構築を行った。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 9件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Self-Organization with Constraints―A Mathematical Model for Functional Differentiation2016

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda, Yutaka Yamaguti and Hiroshi Watanabe
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 18 号: 3 ページ: 74-74

    • DOI

      10.3390/e18030074

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Application of an Iterated Function System with Dynamic Selection Probability to Deliberative Decision-Making2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti, Ichiro Tsuda
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics(V): Proceedings of the 5th International Conference on Cognitive Neurodynamics 2015

      巻: 5 ページ: 735-740

    • DOI

      10.1007/978-981-10-0207-6_99

    • ISBN
      9789811002052, 9789811002076
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Chaotic itinerancy and its roles in cognitive neurodynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 雑誌名

      Current Opinion in Neurobiology

      巻: 31 ページ: 67-71

    • DOI

      10.1016/j.conb.2014.08.011

    • NAID

      120005732983

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-organization of a Second Kind: General Scope and a Cortical Case Study2015

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics

      巻: 1 ページ: 13-15

    • DOI

      10.1007/978-981-10-0207-6_3

    • ISBN
      9789811002052, 9789811002076
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mathematical Modeling for Evolution of Heterogeneous Modules in the Brain2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti, Ichiro Tsuda
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 62 ページ: 3-10

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2014.07.013

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolution of Heterogeneous Network Modules via Maximization of Bidirectional Information Transmission2014

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics (IV)

      巻: 4 ページ: 605-608

    • DOI

      10.1007/978-94-017-9548-7_87

    • ISBN
      9789401795470, 9789401795487
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modeling the Genesis of Components in the Networks of Interacting Units2014

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda, Yutaka Yamaguti, Hiroshi Watanabe
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics (IV)

      巻: 4 ページ: 583-587

    • DOI

      10.1007/978-94-017-9548-7_84

    • ISBN
      9789401795470, 9789401795487
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 情報伝達最大化原理に基づくネットワークの分化2016

    • 著者名/発表者名
      山口 裕
    • 学会等名
      「非線形・統計力学とその周辺」セミナー
    • 発表場所
      京都府京都市左京区京都大学工学部
    • 年月日
      2016-03-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自己組織化再考―第二種自己組織化の可能性2015

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      京都大学基礎物理学研究所研究会「複雑システムにおける創造的破壊現象の原理に迫る」
    • 発表場所
      京都府京都市中京区コープイン京都
    • 年月日
      2015-08-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自己組織化再考2015

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      第14回現象数理学コロキアム
    • 発表場所
      東京都中野区明治大学中野キャンパス高層棟
    • 年月日
      2015-07-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Application of an iterated function system with dynamic selection probability to deliberative decision making,2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti, Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Cognitive Neurodynamics
    • 発表場所
      The Palm Beach Resort and Spa, Sanya, China
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 第二種自己組織化:脳の機能分化とアプリオリな時間空間概念2015

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      2015年度人工知能学会全国大会
    • 発表場所
      北海道函館市公立はこだて未来大学
    • 年月日
      2015-05-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-organization of a second kind: a mathematical model for functional differentiation in the brain2015

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      Toward a New Paradim for Self-Organization
    • 発表場所
      京都府京都市左京区京都大学数理解析研究所
    • 年月日
      2015-05-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mathematical modeling of rat’s internal activity: iterated function system with dynamic selection probability2014

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti, Hiroshi Nishida, Muneyoshi Takahashi, Johan Lauwereyns, Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      The 15th RIES-Hokudai International Symposium [Hibiki]
    • 発表場所
      シャトレーゼガトーキングダムサッポロ(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-12-16 – 2014-12-17
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 動的な選択確率を持つIterated Function System による課題遂行中のラット海馬神経活動の数理モデル2014

    • 著者名/発表者名
      山口裕、西田洋司、高橋宗良、ローレンス・ヨハン、津田一郎
    • 学会等名
      2014年度包括脳ネットワーク冬のシンポジウム
    • 発表場所
      東京医科歯科大学湯島キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2014-12-11 – 2014-12-13
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Evolution of Heterogeneous Modules via Maximization of Bi-directional Information Transmission2014

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti and Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      4th Symposium on Artificial Life and Biomimetic Functional Materials
    • 発表場所
      東京大学アドバンスド・リサーチ・ラボラトリー(東京都目黒区)
    • 年月日
      2014-11-28
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 情報伝達最大化原理に基づくネットワークの分化2014

    • 著者名/発表者名
      山口裕 津田一郎
    • 学会等名
      第2回アライアンス若手研究交流会~モノを創る、観る、識る~
    • 発表場所
      大阪大学産業科学研究所(大阪府茨木市)
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-27
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] The Second Kind of Self-Organization2014

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      Waseda AICS Symposium and the 14th Slovenia-Japan Seminar “New Challenges in Complex Systems Science”
    • 発表場所
      早稲田大学西早稲田キャンパス(東京都新宿区)
    • 年月日
      2014-10-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳の数理モデルについて2014

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      物質・デバイス領域共同研究拠点事業『ABE2 空間における次世代デバイス・システムの展望 ~高効率太陽電池の展開、並びに清浄環境の未来』研究会
    • 発表場所
      北海道大学電子科学研究所(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 数理モデリングから見た神経振動現象の多様性と普遍性2014

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      神経オシレーションカンファレンス2014
    • 発表場所
      自然科学研究機構岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2014-07-17 – 2014-07-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 津田 一郎2015

    • 著者名/発表者名
      心はすべて数学である
    • 総ページ数
      218
    • 出版者
      文芸春秋
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2017-05-10  

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