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2015 年度 実施状況報告書

小脳型スパイキングニューラルネットワークによる革新的機械学習機構の構築

研究課題

研究課題/領域番号 15K21471
研究機関福井工業大学

研究代表者

信川 創  福井工業大学, 環境情報学部, 講師 (70724558)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードカオス / 信号応答 / スパイキングニューロンモデル / 下オリーブ / ニューラルネットワーク
研究実績の概要

本申請課題の達成に向けて,次の項目1,2について研究を遂行した.
1.大規模ニューラルネットワークの構築に向けた計算機環境の整備とベンチマークテストの実施:マルチコアなワークステーションに対して並列計算ライブラリを装備し,最大で数万個の下オリーブ(IO)ニューロンで構成されるニューラルネットワークの発火活動がシミュレートできることを確認した.
2.少ない計算量で多様な発火パターンを再現できるLlinas ApproachニューロンモデルとIzhikevichニューロンモデルの特性評価:小脳運動学習機構は小脳皮質と小脳核,IO核から構成されている.この機構を実現するニューラルネットワークを構築するためには,Llinas ApproachニューロンモデルとIzhikevichニューロンモデルのような少ない計算量で多様な発火パターンを再現できるモデルが適している.そこで,本年度はこれらのモデルを用いて,ニューロンレベルでの発火活動やその信号応答性を評価した.具体的には,実際のIO核で存在が示唆されているカオス状態における発火活動の分析,数種類の特性の異なるシナプス結合を持ったニューロンに対する信号応答性の評価を実施した.これにより,これらのモデルのニューロンレベルでの基本特性を捉えることができた.
1,2の成果に基づき,次年度は小脳型スパイキングニューラルネットワークの構築を実施する予定である.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度に予定されていた計画内容であった大規模ニューラルネットワークを動作させる計算機環境が整備され,また本研究で用いるスパイキングニューロンモデルの基本特性が捉えられたことから,現在のところ順調に計画を遂行できている.

今後の研究の推進方策

本年度に構築した計算機環境とニューロンレベルでの解析を行ったスパイキングニューロンモデルを用いて,小脳型スパイキングニューラルネットワークの実装を行う.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Stochastic Resonance Effects in Izhikevich Neural System with Spike-timing Dependent Plasticity2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nobukawa, H. Nishimura
    • 雑誌名

      Proceedings of SICE Annual Conference (SICE2015)

      ページ: 359-364

    • DOI

      10.1109/SICE.2015.7285324

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of Chaotic Resonance in Izhikevich Neuron Model2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nobukawa, H. Nishimura, T. Yamanishi, J. -Q. Liu
    • 雑誌名

      PloS one

      巻: 10(9) e0138919 ページ: 1-22

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0138919

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] FitzHugh-Nagumo ニューロンモデルへの状態跳躍導入によるカオス誘起現象の解析2015

    • 著者名/発表者名
      信川創, 西村治彦, 山西輝也
    • 雑誌名

      公益社団法人計測自動制御学会システム 情報部門学術講演会2015 講演論文集

      ページ: 355-359

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Resonance Phenomena in Chaotic States through Typical Routes in Izhikevich Neuron Model2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nobukawa, H. Nishimura, T. Yamanishi, J. -Q. Liu
    • 雑誌名

      Proceedings of 2015 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2015)

      ページ: 435-438

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enhancement of Spike-timing Dependent Plasticity in Spiking Neural Systems with Noise2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nobukawa, H. Nishimura
    • 雑誌名

      International Journal of Neural Systems

      巻: 25(8) 1550040 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1142/S0129065715500409

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] カオス状態におけるスパイキングニューロン系の信号応答特性2015

    • 著者名/発表者名
      信川創, 西村治彦, 山西輝也, 劉健勤
    • 学会等名
      第59 回システム制御情報学会研究発表講演会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2015-05-20 – 2015-05-22
  • [図書] Emerging Trends in Applications and Infrastructures for Computational Biology, Bioinformatics, and Systems Biology (Edited by Q.N. Tran and H. R. Arabnia) (Chapter 4: Spontaneous Activity Characterization in Spiking Neural Systems with Log-normal Synaptic Weight Distribution)2016

    • 著者名/発表者名
      S.Nobukawa, H.Nishimura, T.Maruo
    • 総ページ数
      558 pages (Chapter4: 11pages)
    • 出版者
      Morgan Kaufmann, Elsevier

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公開日: 2017-01-06  

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