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2011 年度 実績報告書

動的脳の情報創成とカオス的遍歴の役割

計画研究

研究領域ヘテロ複雑システムによるコミュニケーション理解のための神経機構の解明
研究課題/領域番号 21120002
研究機関北海道大学

研究代表者

津田 一郎  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10207384)

研究分担者 藤井 宏  京都産業大学, コンピュータ理工学部, 教授 (90065839)
高橋 陽一郎  東京大学, 名誉教授 (20033889)
キーワード複雑系科学 / 数理物理 / カオス力学系 / 脳神経科学 / 情報工学
研究概要

研究代表者によって提案、その脳内活動における存在が予言された疑似アトラクター間の遷移ダイナミクスが、コミュニケーションと深く関係する大脳辺縁系、運動-視覚連合皮質などにおいて実証された。また、最近の実験はトップダウン情報のダイナミクスによって入力情報が選択されることを示し、研究代表者らが提唱してきたカオス的遍歴との関係が注目された。本計画研究では、このような背景のもとで、相互作用する脳の情報創成におけるカオス的遍歴の役割を明らかにすることでコミュニケーションにおける脳活動の動的状態を解明するための基盤を与えることを目的とする。本年度の研究成果は以下のとおりである。
[脳内ヘテロシステム間相互作用系]
・相互作用するヘテロな記憶を保持した二つのネットワークがそれぞれの記憶を保持しながら相手の記憶を学習するNovelty-induced learningを確立した。
・皮質広領域ネットワーク相互作用のコンパートメントモデルを構築し異なる周波数が運ぶ情報がいかに両立してコードされるかに関する研究を開始した。
・内側前頭皮質-マイネルト核-大脳新皮質注意回路系における幻覚-正覚転移の神経機序の数理モデルを構築するための準備としてレヴューを徹底的に行った。
[ヘテロ力学系ネットワーク系]
・ヘテロ相互作用における情報の制御則の生成を研究し、ノイズ付きのサイン写像を発見した。また、この現象とカオス的遍歴の関係の考察を始めた。
[ランダムな力学系(Noised Dynamical Systems)]
・ノイズ付きサイン写像のシミュレーションを行い、状態の確率的な切り替えが元の相互作用する力学系に現れるカオス的遍歴と類似していることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

力学系のヘテロ結合系は当初予想しなかった結果を得た。本質的な情報の流れと状態遷移に因果関係が得られたこと。さらに非常に複雑な系のダイナミクスをノイズ付き一次元写像に還元できたことは大きな成果である。また、異なる記憶を持つネットワークの相互作用系がそれぞれの記憶を保持したまま他の記憶を学習するメカニズムはコミュニケーションの時の短期記憶学習に適応可能であり、予想した以上の成果であった。

今後の研究の推進方策

研究計画全体の変更の必要はない。今後は、コミュニケーションのためのミラーニューロンモデルを数理的に確立すること。
脳内ヘテロネットワークの異なる周波数によって運ばれる情報の合理的なコード方式を見つけること。そのうえで、幻覚と正覚の機構を解明し、コミュニケーションにおける正しい理解と誤解の神経機構を解明する。さらには、上で得た大きな成果をコミュニケーション実験に応用することを考える。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (17件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Chaotic Dynamics, Episodic Memory, and Self-identity2011

    • 著者名/発表者名
      I.Tsuda
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics (II) : Proceedings of the Second International Conference on Cognitive Neurodynamics-2009

      ページ: 11-28

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Top-down Mechanism of Perception : A Scenario on the Role for Layer 1 and 2/3 Projections Viewed from Dynamical Systems Theory2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Fujii
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics (II) : Proceedings of the Second International Conference on Cognitive Neurodynamics-2009

      ページ: 79-84

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Representation of Time-series by a Self-similar Set in a Model of Hippocampal CA12011

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamaguti
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics (II) : Proceedings of the Second International Conference on Cognitive Neurodynamics-2009

      ページ: 97-101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Emergence of Iterated Function Systems in the Hippocampal CA12011

    • 著者名/発表者名
      S.Kuroda
    • 雑誌名

      Advances in Cognitive Neurodynamics (II) : Proceedings of the Second International Conference on Cognitive Neurodynamics-2009

      ページ: 103-106

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A New Role for Attentional Corticopetal Acetylcholine in Cortical Memory Dynamics2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Fujii
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings "International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics 2011"

      巻: 1389 ページ: 1340-1343

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Information Theoretic Approach to Dynamical Systems of Heterogeneously Interacting Chaotic Oscillators2011

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

      AIP Conference Proceedings "International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics 2011"

      巻: 1389 ページ: 1361-1364

    • 査読あり
  • [学会発表] Communicating brains : the origin of mind2012

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      Dynamics of Complex Systems 2012
    • 発表場所
      Faculty of Science, Hokkaido University(札幌市)(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-08
  • [学会発表] Cantor sets meet the brain2011

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      "Chaos in the brain", Laboratoire ETIS-Equipe NeuroCybernetique-UMR CNRS 8051
    • 発表場所
      Universite de Cergy-Pontoise, Cergy-Pontoise (France)(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-29
  • [学会発表] ヘテロ相互作用系における情報伝達構造2011

    • 著者名/発表者名
      山口裕
    • 学会等名
      国際高等研究所研究プロジェクト「諸科学の共通言語としての数学の発掘と数理科学への展開」2011年度第2回研究会
    • 発表場所
      国際高等研究所(京都府)
    • 年月日
      2011-10-14
  • [学会発表] Information Theoretic Approach to Dynamical Systems of Heterogeneously Interacting Chaotic Oscillators2011

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti
    • 学会等名
      9th International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics
    • 発表場所
      Halkidiki (Greece)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] A New Role Tor Attentional Corticopetal Acetylcholine in Cortical Memory Dynamics2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Fujii
    • 学会等名
      9th International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics
    • 発表場所
      Halkidiki (Greece)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] Switching of directions of information flows as a model of hetero-interactions in the neocortex2011

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti
    • 学会等名
      The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama(神奈川県)
    • 年月日
      2011-09-16
  • [学会発表] Dynamical analysis on copying-and-identifying process : toward the understanding of mirror-neuron systems2011

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama(神奈川県)
    • 年月日
      2011-09-16
  • [学会発表] Chaotic itinerancy-like memory retrieval in the neural networks of Pinsky-Rinzel type of neurons2011

    • 著者名/発表者名
      Hiromichi Tsukada
    • 学会等名
      The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama(神奈川県)
    • 年月日
      2011-09-15
  • [学会発表] コミュニケーションにおける意味創造:記憶、学習、ミラーシステム、判断の素過程2011

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      国際高等研究所研究プロジェクト「諸科学の共通言語としての数学の発掘と数理科学への展開」2011年度第1回研究会
    • 発表場所
      国際高等研究所(京都府)
    • 年月日
      2011-07-01
  • [学会発表] Towards understanding of neural dynamics in communicating brains2011

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Tsuda
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics (ICCN' 11)
    • 発表場所
      Hilton Niseko (Hokkaido)
    • 年月日
      2011-06-10
  • [学会発表] Attentional Cholinergic Projections May Induce Transitions of Attractor Landscape via Presynaptic Modulations of Connectivity2011

    • 著者名/発表者名
      Hlroshi Fujii
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics (ICCN' 11)
    • 発表場所
      Hilton Niseko (Hokkaido)
    • 年月日
      2011-06-10
  • [学会発表] A Communicative Model : Can We Interpret Neural Dynamics of Understanding?2011

    • 著者名/発表者名
      Yongtao Li
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics (ICCN' 11)
    • 発表場所
      Hilton Niseko (Hokkaido)
    • 年月日
      2011-06-10
  • [学会発表] Transitory memory retrieval in the neural networks composed of Pinsky-Rinzel model neurons2011

    • 著者名/発表者名
      Hiromichi Tsukada
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics (ICCN' 11)
    • 発表場所
      Hilton Niseko (Hokkaido)
    • 年月日
      2011-06-10
  • [学会発表] Inhibitory network dependency in Cantor coding2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Fukushima
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics (ICCN' 11)
    • 発表場所
      Hilton Niseko (Hokkaido)
    • 年月日
      2011-06-10
  • [学会発表] Spontaneous switching of the direction of information flow2011

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yamaguti
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Cognitive Neurodynamics (ICCN' 11)
    • 発表場所
      Hilton Niseko (Hokkaido)
    • 年月日
      2011-06-10
  • [学会発表] コミュニケーションする脳?-そのヘテロ複雑システム的理解-2011

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      非線形科学コロキウム
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-24
  • [学会発表] 脳における伝達創成機構解明のための数理的アプローチ2011

    • 著者名/発表者名
      津田一郎
    • 学会等名
      ダイナミック・ブレイン研究会-New Trends of Dynamic Brain Research-
    • 発表場所
      中伊豆ワイナリーヒルズ(静岡県)(招待講演)
    • 年月日
      2011-04-30
  • [図書] 脳はいかにして心を創るのか-神経回路網のカオスが生み出す志向性・意味・自由意志(ウォルター・J・フリーマン著)2011

    • 著者名/発表者名
      浅野孝雄訳、津田一郎校閲
    • 総ページ数
      294
    • 出版者
      産業図書
  • [備考]

    • URL

      http://cls.es.hokudai.ac.jp/~tsuda/index.html

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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