人工ニュ-ラルネットと脊椎動物網膜神経回路システムの同時研究:基礎的接点を求めて

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02455017
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 安井 湘三 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (50132741)
• 研究分担者: 古川 徹生 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (50219101) ; 八木 哲也 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (50183976) ; 新島 耕一 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (30047881)
• キーワード: ニュ-ラルネット / 視覚 / 神経生理 / シナプス / 網膜 / 画像処理 / 連想記億 / 学習

研究概要

網膜様人工ニュ-ラルネット脊椎動物網膜視覚神経系
(1)Backprop3層人工ニュ-ラルネットに明暗の段差(エッジ)の検出を学習させると、中心一周辺拮抗型受容野が中間および出力層のユニットに発現した。さらに、ノイズパタ-ンを入力に、背景として加えると受容野は浅く広くなった。これは、微分(変化検出)と平滑(ノイズ除去)という相反する要求に対するtradeーoffの結果である。 本年度はさらに以下の進展を得た。 <a>SN比に応じて微分と平滑を配分する可塑制は[時間域の受容野]でも発現した。 <b>双極細胞の時空間受容野を実測して,同様な可塑性を見いだした。 <c>ハエ複眼の2次ニュ-ロンも類以の特性をもつことが文献調査から判明した。 以上から,起源や構造は全く違うが問題の計算論的原理は同じであることを示唆する。
(2)上の成果の工学的応用として、明暗条件で特性が自動的に変化する企像処理空間フィルタを考案し、そのハ-ドウェア実現を目指した集積回路設計を行なった。
(3)前年度に考案開発した縮小写像原理に基づいた連想記憶ニュ-ラルネットを改良発展させた。とくに、直交変換回路網を位置づれや回転に対する前処理として組み入れた。 濃淡画像や英数字文字の認識に応用して良好な結果を得た。
(4)金魚網膜水平細胞について、NaーCa交換,NaーK ATPase,および大容量の細胞内Ca storeの存在の立証などion chemostasisに関連する機構を究明した。
(5)金魚錐体視細胞からHI型水平細胞には「コンダクタンス減少型」の非通常シナプスが介在し、短波長の光信号を伝達するということを我々はは一連の実 験により示してきたが、本年度はこのシナプスがAPB(2ーaminoー4ーphosphonobutyrate)と暗順応により阻害されるという証拠を得た。
(6)サル錐体視細胞の内節部において5種類のイオン電流を培養系を用いて分離同定した。 なかでも、Ca依存性のアニオン電流の発現には、細胞内メッセ-ジャ-が関与しているという証拠を得た。
(7)網膜ニュ-ロンのスライス標本を使ってパッチクランプによる電気生理記録と,蛍光色素による細胞内Ca^<2+>動態の計測を同時に可能とするために,光電培増管を用いた光計測装置を製作し,また関連ソフトウェアを開発した。 この設備は当面は(1)あるいは(6)の発展的研究に向けて活用出来ると期待している。

研究成果

• [文献書誌] Yasui,Syozo: "S/NーDependent modulation of Centreーsurround opponent receptive fields:similarities in real and artificial neural networks" Proc.of Physiological Society Joint Meeting with Physiological Society of Japan and Physiological Society of Korea. Cambridge,UK. 443 (1991)
• [文献書誌] Yasui,Syozo: "On the square root intensity coding at the level of cone photoreceptors" Vision Research. 32. 199-202 (1991)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Dynamic characteristics of H1 horizontal cells in carp retina" Proc.of Physiological Society Joint Meeting with Physiological Society of Japan and Physiological Society of Korea. Cambridge,UK. 442 (1991)
• [文献書誌] 古川 徹生: "SN比による受容野の時空間特性の変化ー人工と生体ニュ-ラルネットにおける類似性ー" 電子情報通信学会技術報告. 90. 143-148 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "錐体視細胞における「平方根則」のメカニズムと機能的意味ー錐体間電気シナプス結合の役割ー" 電子情報通信学会技術報告. 90. 155-159 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "入力ノイズに対処するニュ-ラルネットの適応的内部変化:人工と生体に発現する類以性" 統計数理研究所共同研究レポ-ト. 32. 67-76 (1991)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Conductanceーdecreasing cone synaptic input to Lーtype horizontal cells in carp retina" Japanese Journal of Physiology. 41. 224 (1991)
• [文献書誌] Yasui,Syozo: "Coneーcone coupling and the square root law at the photoreceptor level" Japanese Journal of Physiology. 41. S208 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "網膜水平細胞のCaおよびNaホメオスタシスを光応答機能と関連づけて理解する研究" 岡崎国立共同研究機構生理学研究所年報. 121. 207 (1991)
• [文献書誌] Yamada,Masahiro: "Conductaneーdecreasing synapic mechanisms mediating cone input to H1 horizontal cells in carp retina" Neuroscience Research. 15. S51-S65 (1991)
• [文献書誌] 安井 湘三: "短波長錐体からH1水平細胞へのシナプス:APBと暗順応で阻害" 第69回日本生理学会大会予稿集. 174 (1992)
• [文献書誌] 新島 耕一: "濃淡画像を認識する3層連想記憶モデルについて" 電気学会システム・制御研究会.
• [文献書誌] 新島 耕一: "縮小写像原理にもとづいた非線形ニュ-ラルネットワ-クの解析" 電子情報通信学会非線形問題研究会.
• [文献書誌] 新島 耕一: "直交変換回路網を備えた連想記憶モデルによるパタ-ン認識" 神経回路学会第2回全国大会講演論文集.
• [文献書誌] Yagi,Tetsuya: "Membrane properties of primate cone innersegments" Japanese Journal of Physiology. 41. 208 (1991)
• [文献書誌] 大島 成道: "SN比による受容野の時空間特性の変化ー網膜神経回路の構造ー" 電子情報通信学会技術報告. 90. 149-153 (1991)
• [文献書誌] Matsumoto,T.: "Higher order regularization filters for image processing:a layered architecture" Report of Sci.and Eng.Res.Lab.Waseda Univ.91. 6-9 (1991)
• [文献書誌] Kobayashi,H.: "A layered architecture for regularization vision chips" IEEE and INNS Proc.of Int'1 Joint Conf.on Neural Networks. 2. 1007-1020 (1991)
• [文献書誌] 八木 哲也: "網膜神経回路の構造と初期視覚" 第69回日本生理学会大会予稿集. 310 (1992)
• [文献書誌] 八木 哲也: "網膜神経回路は標準正則化問題を解く" 電子情報通信学会技術報告. (1992)
• [文献書誌] 八木 哲也: "網膜情報生理のメカニズムとその工学的応用" 電気学会雑誌小特集. (1992)
• [文献書誌] 安井 湘三: "ニュ-ロコンピュ-ティングの基礎と応用 第4章:人工と生体のニュ-ラルネットワ-クに発現する類似性" 朝倉書店,
• [文献書誌] 八木 哲也: "ニュ-ロコンピュティングの基礎と応用:第11章" 朝倉書店,