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2014 年度 実績報告書

非同期セルオートマトン神経系モデルとその動的再構成回路実装による神経補綴の基礎

研究課題

研究課題/領域番号 13J01385
研究機関大阪大学

研究代表者

松原 崇  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)

キーワードニューラルネットワーク / スパイク発火列 / 時系列予測 / FPGA / fMRI / シナプス可塑性
研究実績の概要

昨年度に非同期セルオートマトンでモデル化した神経細胞によるネットワークを用い, 生体及び既存の精緻なモデルによる神経組織の活動を少ない計算量で電子回路上に実装することに成功した. 本年度はさらに既存モデルを様々な条件下で検討することで丁寧に比較し, 提案手法の優位性を確固たるものとした. 特にラットの生体神経の活動パターンについて, 既知のデータのみならず検証のための未知のデータについても良い再現性を示している. これは生体神経の活動を単に記録し再生するわけではなく, 内在的なダイナミクスまで再現出来ていることを示唆している. このような静的な神経系のダイナミクスの再現は, 研究目的である神経歩鉄機器の開発の基礎に最も重要な点の一つである.
また脳情報通信融合研究センターとの共同研究として行っていたfMRIを用いた大規模脳活動のモデル化においても, 昨年度提案した数理モデルを根本的に改良し, より高い再現精度及び予測精度を実現した.
またシナプス可塑性の実装にも取り組んだ. やはり効率的な実装が可能であると示唆された. 神経系は日々変化し新しい昨日を獲得しており, 生物の知能や記憶を司っていると考えられており, その変化を司るシナプス可塑性の再現及び実装は重要である. しかし, 昨年度の報告書でも述べた通り未だ数理モデル化されていない現象が多数存在する. そのためシナプス可塑性のモデル化にも取り組んだ. 特に神経回路の結合の強さが活動の強度に依存する点に着目しモデル化を行った. これにより様々な生体実験データを説明できるのみならず, シナプス可塑性が神経活動に対しある種の安定化や正則化を行っていることが示唆された.

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

当初の目的であった生体神経の活動及び可塑性の実装にみならず, 大規模神経系のダイナミクスのモデル化やシナプス可塑性のモデル化にまで踏み込んだ. このため当初の予定を上回る成果を得ている. なお申請者の就職に伴い本年度を持ってこの研究課題は完了となった.

今後の研究の推進方策

申請者の就職に伴い本年度を持ってこの研究課題は完了となったため記入しない.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] FMRIで計測されたBOLD信号の線形・非線形モデル2014

    • 著者名/発表者名
      松原崇
    • 雑誌名

      日本神経回路学会誌

      巻: 21 ページ: 87-92

    • DOI

      10.3902/jnns.21.87

  • [学会発表] STDPに摂動を加えるとシナプス荷重の分布を説明できる2015

    • 著者名/発表者名
      松原崇, 鳥飼弘幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 大会
    • 発表場所
      滋賀県草津市, 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      2015-03-13
  • [学会発表] 閾下変動のあるSTDPは生体神経系の様々な特徴を説明できる2014

    • 著者名/発表者名
      松原崇, 鳥飼弘幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 非線形問題研究会
    • 発表場所
      東京都品川区, 京都大学東京オフィス
    • 年月日
      2014-12-03
  • [学会発表] A Nonlinear Model of fMRI BOLD Signal Including the Trend Component2014

    • 著者名/発表者名
      松原崇, 鳥飼弘幸, 下川哲也, ライプニッツ賢治, ペパー フェルディ
    • 学会等名
      The 2014 International Joint Conference on Neural Networks
    • 発表場所
      中国, 北京, 北京国〓会〓中心
    • 年月日
      2014-07-10
  • [学会発表] Long-Term Spine Volume Dynamics Corresponds Partially With Multiplicative STDP2014

    • 著者名/発表者名
      松原崇, 鳥飼弘幸
    • 学会等名
      The 2014 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 発表場所
      スイス, ルツェルン, KKL Luzern.
    • 年月日
      2014-07-10
  • [学会発表] 非同期分岐プロセッサを用いたニューロハードウェアの設計2014

    • 著者名/発表者名
      鳥飼弘幸, 松原崇, 島田直李, 伊澤真人
    • 学会等名
      電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会
    • 発表場所
      大阪府吹田市, 大阪大学
    • 年月日
      2014-05-20
  • [学会発表] シナプスの新生と消失を考慮したスパイキングニューラルネットワーク2014

    • 著者名/発表者名
      松原崇, 鳥飼弘幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会
    • 発表場所
      大阪府吹田市, 大阪大学
    • 年月日
      2014-05-19
  • [備考] 大学の研究室による研究成果一覧 :

    • URL

      http://ushiolab.sys.es.osaka-u.ac.jp/publication/index.html

  • [備考] 研究代表者による研究成果一覧 :

    • URL

      http://sites.google.com/site/takashimatsubarasprofile/

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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