大規模広域情報システムの管理についての脳情報科学からの提案とシミュレーション

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480080
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山本 光璋 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (40004618)
• 研究分担者: 井上 昌次郎 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 教授 (70013860) ; 根本 義章 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60005527) ; 白鳥 則郎 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60111316) ; 前田 敏博 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (50028388) ; 伊藤 貴康 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (80124551)
• キーワード: 計算機ネットワーク / ニューラルネットワーク / 1 / fゆらぎ / 広域情報システム / 多自由度系 / 制御原理 / 脳 / 生体システム

研究概要

本研究では、"生体"や"脳"における情報システムの実験・研究を行い、その結果に基づいて人間と情報システムの共生法を探ることを目的としている。
実際の計算機ネットワークと対応させるため、"脳"における情報坦体(ネットワーク的にはパケット)とみなすことができる神経インパルスを出力できるニューロンモデルを相互に結合したネットワークを用いてシミュレーションを行った。そのダイナミクスが、ニューロン数や外部制御入力などのモデルパラメータに依存してどのように変容するかを明らかにした。また、精緻に制御された生体システムの一つである心臓血管系について、心拍や血圧などの信号ダイナミクスが1/fゆらぎを呈するメカニズムをモデル論的に研究した。その制御原理は、ある範囲内で変数の動作点からの変動を自由にするような緩やかなものであることが明らかになった。
脳における局所/広域制御システムのメカニズムを明らかにするために、実際の脳の局所的な神経回路網と人工的なシステムと結合させ、結合モードを変えて現れるダイナミクスを解析した。その結果、相互引き込みなどの非線形振動子の結合系としての振舞いが現れた。加えて、それを基幹としながらも、振動周期や位相反応性がゆらぐような多自由度系のダイナミクスが現れる場合があった。これは本来的に多自由度である系が、制御の仕方によっては、低自由度の振舞いを呈したり、多自由度性が顕現したりすることを示唆している。脳は、神経回路網が有するこのような多様なダイナミクスを制御によって引き出しながら情報処理を行っているものと考えられる。
これらの脳や生体システムにおける制御機構は、ネットワーク制御やインターネット上での情報アクセス制御などの基本概念としても有効であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] N.Katayama: "A formal neuron model with active dendrites." Proc.Method.Concept.Design and Application of Soft Comput.105-108 (1998)
• [文献書誌] N.Katayama: "Dynamics of active neuronal dendrites and their functional significance." Proc.Intl.Conf.Knowledge-based Intell.Electron.Syst.240-245 (1998)
• [文献書誌] 斉藤 洋明: "海馬スライス標本におけるニューロン回路網の非線形振動と相互引き込み" 信学技報. NC98-59 (1998)
• [文献書誌] 嶋方 克好: "海馬ニューロンにおけるシナプス入力の非線形統合特性" 信学技報. NC98-60 (1998)
• [文献書誌] 中村 和浩: "睡眠時脳単-ニューロン活動の低周波ダイナミクス" 信学技報. NC98-68 (1998)
• [文献書誌] M.Nakao: "A cardiovascular control model of 1/f fluctuations in heart rate variability" Proc.20th Ann.Conf.IEEE EMBS. 279-282 (1998)
• [文献書誌] T.Takahashi: "Higher-order spectra of cluster point processes generating 1/f fluctuations." Interdisciplinary Information Sciences. 4. 51-64 (1998)
• [文献書誌] M.Nakao: "Bifurcation properties of the two process model." Psychiatry and Clinical Neuroscience. 52. 131-133 (1998)
• [文献書誌] 中尾光之: "スペクトログラムによる心拍1/fゆらぎの構造解析" 医用電子と生体工学. 36. 370-381 (1998)
• [文献書誌] 中尾光之: "循環系信号のゆらぎとその解析" 人工臓器. 27. 620-629 (1998)
• [文献書誌] T.Mori: "The dynamic symptom isolation algorithm for network fault qnanagement and its evaluation." IEICE Trans.Commun.E81-B. 2471-2480 (1998)
• [文献書誌] H.Kamiya: "Improving efficiency of network services." Technical Proc.of APNOM'98. 532 (1998)
• [文献書誌] H.Lee: "Cell-access Control for multiple cell-loss classes in shared ATM output buffer." IEE Proc.Commun.145. 8-14 (1998)
• [文献書誌] S.Fujita: "Agent-based design model of adaptive distributed systems." J.Applied Intelligence. 9. 57-70 (1998)
• [文献書誌] T.Suganuma: "Cooperation protocols for multimedia Communication network based on ADIPS framework." Proc.ICPP Workshops on Flexible Commun.Systems. 76-85 (1998)
• [文献書誌] J.Sekiba: "FAMES:Design and implementation of flexible asynchronous messaging networks." Proc.SoftCOM'98. 125-134 (1998)
• [文献書誌] M.Kimura: "An animal model for pregnancy-associated sleep disorder." Psychiatr.Clin.Neurosci. 52. 209-211 (1998)
• [文献書誌] M.Ikeda: "Simultaneous recording of circadian rhythms of brain and intraperitoneal temperature and locomotor and drinking activities in the rat" Biol.Rhythm Res. 29. 142-150 (1998)
• [文献書誌] M.Ikeda: "Methylcobalamin amplifies melatonin-incluced circadian phase shifts by facilitation of melatonin・synthesis in the rat pineal gland." Brain Res.795. 98-104 (1998)
• [文献書誌] 徳永義光: "睡眠・覚醒調節因子としての一酸化窒素" 日本臨床. 56. 38-41 (1998)
• [文献書誌] J.Nakajima: "Monaamine oxidase-A-positive retinal ganglion cells projecting to the superior colliculus and dLGN of the rat brain." Exp.Eye Res.66. 591-598 (1998)
• [文献書誌] M.Fujimiya: "Effect of VIP and PACAP on basal release of serotonin from isolated vascularly and luminally perfused rat duodenum." Am.J.Physiol.275. G731-739 (1998)