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2009 年度 実績報告書

多時間スケールダイナミクスによるメタルール生成とそれに基づく学習、進化の理論

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 21120004
研究機関東京大学

研究代表者

金子 邦彦  東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (30177513)

キーワード力学系 / カオス的遍歴 / 可塑性 / 学習 / 進化
研究概要

時間スケールの異なる結合系の研究をすすめるとともに、それをふまえて、力学系のルールを変えるシステムとしての学習、記憶、適応、進化の研究をすすめた。
具体的な結果は以下のとおりである。
(1)入出力関係を適応度とした、結合力学系の進化過程:ルールによって系の時間発展(力学系)が与えられるとし、その発展結果の状態から機能が決まるとする。その機能に応じて適応度を定め高い機能をうむ力学系を遺伝アルゴリズムにより選択し、そのような力学系の特性を調べた。特に、各遺伝子の発現のゆらぎを、力学系でのノイズによるものVipと遺伝的変異によるものVgに分けて求めると、その両者が多くの遺伝子にわたって比例していることを見出した。速いスケールの揺らぎVipと遅いスケールでの揺らぎVgが結びつく結果であり、これはノイズに対して安定性を持つ力学系の特性であり、またその理由を説明した。さらに、環境が変動する際に、ノイズが適度な大きさを持つと、外界への適応性と進化的な安定性を両立させられることを示した。
(2)フロー構造としての記憶:異なる時間スケールを持つ素子が層状の神経力学系を考え、そのシナプスが、入出力関係を学習するようにHebbおよびanti-Hebb機構によって変化するとする。その結果、フィードフォワード及びフィードバックのシナプス変化の時間スケールが適切な関係をみたすと、神経数に比例した記憶容量を持ちうることを示した。このように入出力関係を学習した際に、神経系のダイナミクスがいかに入力に応じて分岐するかを解析した。特に、入力がない時に、記憶に対応した出力をめぐる自発的神経活動が生成されることを見出した。これは近年の実験とも対応する成果である。
(3)このほか、可塑性を持つような結合力学系のデザイン、異なる時間スケールを持つ大自由度力学系での適応過程の研究を進めた。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Dynamics.of Coupled Adatpive Elements : Bursting and Intermitteny Oscillations Generated by Frustration in the Network2010

    • 著者名/発表者名
      M.Inoue, K.Kaneko
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E

      巻: 81 ページ: 026203(1-14)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transient process of cortical activity during Necker cube perception : from local clusters to global synchrony2010

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Shimaoka, Keiichi Kitajo, Kunihiko Kaneko, Yoko Yamaguchi
    • 雑誌名

      Nonlinear Biomedical Physics

      巻: 4(Suppl 1) ページ: S7(1-10)

    • 査読あり
  • [学会発表] 学習による分岐構造の形成2010

    • 著者名/発表者名
      栗川知己、金子邦彦
    • 学会等名
      日本物理学会 平成22年度秋季大会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2010-09-25
  • [学会発表] Spontaneous dynamics shaped through learning process with multiple timescales2010

    • 著者名/発表者名
      栗川知己、金子邦彦
    • 学会等名
      脳と心のメカニズム第10回冬のワークショップ
    • 発表場所
      北海道・留寿都リゾート
    • 年月日
      2010-01-13
  • [学会発表] Macroscopic relationship among robustness, evolvablity, and phenotypic fluctuations2009

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      What is Evolution? Bicentennial of Charles Darwin's Birth
    • 発表場所
      Co-op Inn Kyoto Conference Hall
    • 年月日
      20091015-20091018
  • [学会発表] Change in structure of phase space through learning with multiple timescales.2009

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Kurikawa, Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      International Symposium on Complex Systems Biology
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20090929-20091001
  • [学会発表] Evolution of robustness to noise and mutation in gene expression dynamics2009

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Kaneko
    • 学会等名
      Summer School/Workshop on Steps in Evolution
    • 発表場所
      ブレーメン(ドイツ)
    • 年月日
      20090628-20090705
  • [学会発表] Tansient cortical activity during Necker cube perception from local clusters to global synchrony.2009

    • 著者名/発表者名
      Shimaoka, D., Kitajo, K., Kaneko, K., Yamaguchi, Y.
    • 学会等名
      Conference on Consciousness and its Measures
    • 発表場所
      リマソル(キプロス)
    • 年月日
      2009-11-30
  • [学会発表] 多時間スケールをもつ学習モデルとその相空間構造の変化(Learning Model with Multiple timescales and Change in a Structure of Phase Space)2009

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Kurikawa
    • 学会等名
      第47回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      アスティとくしま
    • 年月日
      2009-10-31

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公開日: 2012-07-19  

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