確率的Slow Feature Analysisの構築と空間認識機能への応用（国際共同研究強化）

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15KK0010
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 大森 敏明 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10391898)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2019
• キーワード: 神経活動ダイナミクス / 計算科学 / データ科学 / データ駆動型アプローチ / モデル駆動型アプローチ / 統計的機械学習 / イメージングデータ / グリア細胞

研究実績の概要

本研究課題の３年度目に当たる平成３０年度は，国際共同研究者との間での機械学習技術の開発，計算論的神経科学，データ駆動型科学，確率的イメージング解析技術に関する研究を進めるとともに，今後の国際共同研究に必要な関連研究の研究推進を行った．

計測イメージングデータからの大規模神経ネットワークダイナミクス抽出の実現に向け，本年度は，計測イメージングデータから神経ネットワークダイナミクスの抽出を実現するアルゴリズムの開発を推進した．イメージングデータからの情報抽出を実現する上で，特に，個々の神経素子や，ネットワーク構造に関する生物学的知見を事前確率として導入することにより，推定精度向上のための提案アルゴリズムの更なる改良を推進した．さらに，神経細胞からなる大規模ネットワークのみならず，グリア細胞に関する数理データサイエンス解析や，低フレームレートの動画像から高フレームレートの動画像を推定するためのアルゴリズム開発を推進するなど，国際共同研究の推進を行うとともに，これらの研究を，国内学会や国際学会において広く公表し，国際共著論文を含む複数の査読付きの英文論文として公表した．これらの研究成果は関連研究者の注目を受け，依頼講演を行うとともに，国内外の学会より，優秀論文賞などを受賞した．

さらに，本研究課題における国際共同研究を推進するために，去年度に引き続き，神戸大学先端融合研究環・統合研究領域において，国際共同研究プロジェクト「神経回路網シミュレーションモデル研究」の研究プロジェクトリーダーとして，計算科学とデータ科学のアプローチを融合する学際研究を行った．

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

予定していた研究がおおむね進展しているため．

今後の研究の推進方策

国際共同研究者との連携を進め，研究を推進する．

研究成果

• [雑誌論文] Estimation of Neuronal Dynamics Based on Sparse Modeling (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinya Otsuka, Toshiaki Omori
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 109 ページ: 137-146
  • DOI: 10.1016/j.neunet.2018.10.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatio-Temporal Convolutional Neural Network for Frame Rate Up-Conversion (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tanaka, Toshiaki Omori
  • 雑誌名: accepted for publication in ACM International Conference Proceeding Series 巻: - ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gaussian Process Dynamical Autoencoder Model (2019)
  • 著者名/発表者名: Jo Takano, Toshiaki Omori
  • 雑誌名: accepted for publication in ACM International Conference Proceeding Series 巻: - ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Putative Neural Network Within an Olfactory Sensory Unit for Nestmate and Non-nestmate Discrimination in the Japanese Carpenter Ant: The Ultra-structures and Mathematical Simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Takeichi, Tatsuya Uebi, Naoyuki Miyazaki, Kazuyoshi Murata, Kouji Yasuyama, Kanako Inoue, Toshinobu Suzaki, Hideo Kubo, Naoko Kajimura, Jo Takano, Toshiaki Omori, Ryoichi Yoshimura, Yasuhisa Endo, Masaru K. Hojo, Eichi Takaya, Satoshi Kurihara, Kenta Tatsuta, Koichi Ozaki, Mamiko Ozaki
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 12 ページ: 310:1-15
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00310
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microglia Enhance Synapse Activity to Promote Local Network Synchronization (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Akiyoshi, Hiroaki Wake, Daisuke Kato, Hiroshi Horiuchi, Riho Ono, Ako Ikegami, Koichiro Haruwaka, Toshiaki Omori, Yoshihisa Tachibana, Andrew Moorhouse, Junichi Nabekura
  • 雑誌名: eNeuro 巻: 5 ページ: e0088-18:1-13
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0088-18.2018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multivariate Time Series Classification using DMD based Similarity Measure (2018)
  • 著者名/発表者名: Taiki Tanaka, Toshiaki Omori
  • 雑誌名: Proceedings of Joint 10th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 19th International Symposium on Advanced Intelligent Systems 巻: - ページ: 1225-1228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of Neural Network Dynamics Based on Sparse Modeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Ren Masahiro, Toshiaki Omori
  • 雑誌名: Proceedings of the SICE Annual Conference 2018 巻: - ページ: 1521-1524
  • 査読あり
• [雑誌論文] Harmonic Mean Similarity Based Quantum Annealing for k-means (2018)
  • 著者名/発表者名: Jo Takano, Toshiaki Omori
  • 雑誌名: Procedia Computer Science 巻: 144 ページ: 298-305
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 昆虫嗅覚感覚子内の受容突起ネットワークの数理モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 高野城，大森敏明，久保英夫，上尾達也，竹市裕介，宮崎直幸，村田和義，泰山浩司，井上加奈子，梶村直子，北條賢，髙屋英知，栗原聡，尾﨑まみこ
  • 学会等名: 定量生物学の会第9回年会
• [学会発表] Simulation based on Neuronal Cable Theory for Structures Within an Olfactory Sensory Unit for Nestmate and Non-nestmate Discrimination in the Japanese Carpenter Ant (2019)
  • 著者名/発表者名: Jo Takano, Toshiaki Omori, Hideo Kubo, Tatsuya Uebi, Yusuke Takeichi, Naoyuki Miyazaki, Kazuyoshi Murata, Kouji Yasuyama, Kanako Inoue, Naoko Kajimura, Masaru K Hojo, Eichi Takaya, Satoshi Kurihara, Mamiko Ozaki
  • 学会等名: The 7th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 国際学会
• [学会発表] Data-driven Approach for Extracting Neuronal Nonlinear Dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Junya Yamasaki, Shinya Otsuka, Toshiaki Omori
  • 学会等名: The 7th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 国際学会
• [学会発表] Spatio-Temporal Convolutional Neural Network for Frame Rate Up-Conversion (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tanaka, Toshiaki Omori
  • 学会等名: 3rd International Conference on Intelligent Systems, Metaheuristics & Swarm Intelligence
  • 国際学会
• [学会発表] Gaussian Process Dynamical Autoencoder Model (2019)
  • 著者名/発表者名: Jo Takano, Toshiaki Omori
  • 学会等名: 3rd International Conference on Intelligent Systems, Metaheuristics & Swarm Intelligence
  • 国際学会
• [学会発表] ケーブル理論に基づく時空間ダイナミクスの推定ー匂いセンサ情報ネットワークの数理モデリングー (2018)
  • 著者名/発表者名: 大森敏明
  • 学会等名: 京都大学数理解析研究所 RIMS共同研究 研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Estimation of Neural Network Dynamics Based on Data-driven Statistical Approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Omori
  • 学会等名: 2018 IEEE Brain Initiative Workshop on Advanced NeuroTechnologies
  • 国際学会
• [学会発表] スパースモデリングに基づく神経回路ダイナミクスの推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 政廣蓮，大森敏明
  • 学会等名: 第62回システム制御情報学会研究発表講演会
• [学会発表] データ駆動型アプローチによる地殻活動の理解と予測に向けて (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀高峰，桑谷立，大森敏明，岡田真人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] データ駆動型アプローチに基づく神経システムの数理モデル推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 政廣蓮，山崎潤也，大塚慎也，井上広明，大森敏明
  • 学会等名: 第5回イメージング数理研究会
• [学会発表] スパースモデリングに基づく神経ネットワークの構造推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 政廣蓮，大森敏明
  • 学会等名: 第17回情報科学技術フォーラム
• [学会発表] Estimation of Neural Network Dynamics Based on Sparse Modeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Ren Masahiro, Toshiaki Omori
  • 学会等名: The SICE Annual Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Multivariate Time Series Classification using DMD based Similarity Measure (2018)
  • 著者名/発表者名: Taiki Tanaka, Toshiaki Omori
  • 学会等名: Joint 10th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 19th International Symposium on Advanced Intelligent Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation for Simplified Neural Network Model of Structures Within an Olfactory Sensory Unit for Nestmate and Non-nestmate Discrimination in the Japanese Carpenter Ant (2018)
  • 著者名/発表者名: Jo Takano, Toshiaki Omori, Hideo Kubo, Tatsuya Uebi, Yusuke Takeichi, Naoyuki Miyazaki, Kazuyoshi Murata, Kouji Yasuyama, Kanako Inoue, Naoko Kajimura, Masaru K Hojo, Eichi Takaya, Satoshi Kurihara, Mamiko Ozaki
  • 学会等名: INCF Japan Node International Workshop on Advances in Neuroinformatics 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 昆虫嗅覚感覚子内の受容突起ネットワークの実態と作動性の数理シミュレーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 上尾達也，竹市裕介，宮崎直幸，村田和義，泰山浩司，井上加奈子，久保英夫，梶村直子，高野城，大森敏明，北條賢，高屋英知，栗原聡，尾崎まみこ
  • 学会等名: 日本味と匂学会第52回大会
• [学会発表] Putative Neural Network within an Olfactory Sensory Unit for Nestmate and Non-nestmate discrimination in the Japanese Carpeenter Ant: the Ultrastructures and Mathematical Simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Takeichi, Tatsuya Uebi, Naoyuki Miyazaki, Kazuyoshi Murata, Kouji Yasuyama, Kanako Inoue, Hideo Kubo, Naoko Kajiyama, Jo Takano, Toshiaki Omori, Mamiko Ozaki
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会第40回大会
• [学会発表] Harmonic Mean Similarity Based Quantum Annealing for k-means (2018)
  • 著者名/発表者名: Jo Takano, Toshiaki Omori
  • 学会等名: The 3rd INNS Conference on Big Data and Deep Learning
  • 国際学会
• [備考] 大森敏明（神戸大学ウェブページ）
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~omoritos/
• [備考] 大森敏明（researchmap）
  • URL: http://researchmap.jp/omori/
• [備考] 神経回路網シミュレーションモデル研究プロジェクト（神戸大学 先端融合研究環 統合研究領域）
  • URL: http://www.oair.kobe-u.ac.jp/ir/project/11.html