カオス発振回路のパルス結合ネットワーク:多彩な同期現象の解析と分類機能の考察

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650427
• 研究機関: 法政大学
• 研究代表者: 斎藤 利通 法政大学, 工学部, 教授 (30178496)
• 研究分担者: 鳥飼 弘幸 法政大学, 工学部, 助手 (20318603)
• キーワード: パルス結合ニューラルネット / 同期現象 / 分岐現象 / カオス / 発振器 / パルス系列

研究概要

多彩なパルス系列を発生するカオス発振回路(CSO)にパルス系列を入力した系を対象とし、同期現象と分岐現象に関する考察を行った。主要結果の概要は以下のようである。
1)CSOに周期的パルス系列を入力した場合の応答特性を調べるために、CSOの発火時刻に注目した写像を用いる解析法を構築した。同手法を用いて、CSOのパルス系列入力に対する応答特性を解析し、CSOが入力周波数の整数倍の周波数を中心に同期することを解明した。同期と非同期の境界では複雑な分岐現象が発生することをも解明した。また、パルス入力が無いと回路が発振しない受動的な場合についても、パルス入力に対する応答を考察し、パルス入力の無い場合の平衡点アトラクタが、パルス入力によってカオスアトラクタに変化する新しいパルス系列ダイナミクスを見出した。受動的な場合のパルス入力に対する様々な同期現象や分岐現象も解析した。
2)CSOに様々な種類のパルス系列を入力した系を解析し、CSOが複雑なパルス入力に対しても同期できることを見出した。その同期状態は複雑となるが、パルス入力の何らかの特徴の影響を受けていることを明らかにした。これは、CSOを基本した並列分散型の情報分類システムを構成するための基礎となると思われる。
3)2ポート電圧制御電流源(VCCS)、キャパシタ、非線形スイッチを用いた合成法を考察した。同手法では、KCLによる節点方程式がベースとなり、自由度の大きい2ポートを基本構成要素とできるので、系統的な回路合成法の構築のために好都合である。同手法によって回路を設計し、OTA、アナログスイッチなどを用いて回路を試作し、ハードウエア実験を行って典型的な同期現象や分岐現象を確認した。

研究成果

• [文献書誌] Hidehiro Nakano, Toshimichi Saito: "Basic dynamics from a pulse-coupled network of autonomous integrate-and-fire chaotic circuits"IEEE Transactions on Neural Networks. 13・1. 92-100 (2002)
• [文献書誌] Hiroyuki Torikai, Toshimichi Saito: "Resonance phenomena of interspike intervals from a spiking oscillator with two periodic inputs"IEEE Transactions on Circuits and Systems I. 48・10. 1198-1204 (2001)
• [文献書誌] Yoshinobu Kawasaki, Hiroyuki Torikai, Toshimichi Saito: "Quantized Dynamics from an Integrate-and-Fire Circuit with Pulse-Train Stimulation"IEICE Transactions on Fundamentals (電子情報通信学会英文論文誌). E84-A・10. 2547-2552 (2001)
• [文献書誌] Hidehiro Nakano, Toshimichi Saito: "Basic dynamics from pacemaker neuron type integrate-and-fire chaotic circuits"IEICE Transactions on Fundamentals (電子情報通信学会英文論文誌). E84-A・5. 1293-1300 (2001)
• [文献書誌] Hidehiro Nakano, Toshimichi Saito: "Analysis of synchronous phenomena in a chaotic spiking oscillator with periodic pulse-train input"Proceedings of IEEE/INNS International Joint Conference on Neural Networks. 623-628 (2001)
• [文献書誌] Yoshinobu Kawasaki, Hiroyuki Torikai, Toshimichi Saito: "Quantized chaotic dynamics and communications systems"Proceedings of IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 3. 133-136 (2001)