力学系における時空間パターンによるアトラクター間遷移とその機能

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18300079
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 感性情報学・ソフトコンピューティング
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 青柳 富誌生 京都大学, 情報学研究科, 講師 (90252486)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 脳 / ネットワーク / リズム / アトラクター / 力学系

研究概要

高度な機能や情報処理を行うシステム、例えば、生物の免疫ネットワーク・遺伝子や酵素反応ネットワーク・神経ネットワークなどは、複雑な相互作用をした結合非線形力学系である。本研究では周期発火状態にある動的素子のネットワークに関して、一般的性質を研究した.結合の変化のダイナミクスのタイプに応じて3つの典型的な状態が構造安定なものとして出現することがわかった.具体的な結果の一例として,Hebb的な学習ルールは2値記憶と同等の連想記憶能力があり,STDP的な学習ルールは色々なタイミングや時間的シーケンスが記憶可能であることが判明した.

研究成果

• [雑誌論文] Weighted spike-triggered average of a fluctuating stimulus yielding the phase response curve (2009)
  • 著者名/発表者名: Kaiichiro Ota, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Physical Review Letters vol.103,Issue 2 ページ: 024101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics in Co-evolving Networks of Active Elements (2009)
  • 著者名/発表者名: akuma Tanaka, Takaaki Aoki, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: FORMA Vol.24(No.1) ページ: 17-22
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of functional connectivity that causes burst-like population activities (2009)
  • 著者名/発表者名: Masaki Nomura, Daisuke Ito, Hiroki Tamate, Kazutoshi Gohara, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: FORMA Vol.24(No.1) ページ: 11-16
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recurrent infomax generates cell assemblies, neuronal avalanches, and simple cell-like selectivity (2009)
  • 著者名/発表者名: akuma Tanaka, Takeshi Kaneko, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neural Computation vol.21,no.4 ページ: 1038-1067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-evolution of phases and connection strengths in a network of phase oscillators (2009)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Physical Review Letters vol.102,Issue3 ページ: 034101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ordering Process of Self-Organizing Maps Improved by Asymmetric Neighborhood Function (2009)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki, Kaiichiro Ota, Koji Kurata, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Cognitive Neurodynamics Vol.3 ページ: 9-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Novel Method of estimating the phase response function-Weighted spike-triggered average of fluctuating stimulus- (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshio Aoyagi, Kaiichiro Ota
  • 雑誌名: Proceedings of 3nd International Symposium on Mobiligence in Awaji ページ: 379-382
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dendritic shape and EPSP conduction of cortical nonpyramidal cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Kubota, Fuyuki Karube, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi, Yasuo Kawaguchi
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume65,Supplement1 ページ: S84
• [雑誌論文] Estimated connections that capture population burst-like activities (2009)
  • 著者名/発表者名: Masaki Nomura, Daisuke Ito, Hiroki Tamate, Kazutoshi Gohara, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume65,Supplement1 ページ: S232
• [雑誌論文] Higher-order structures in natural scenes (2009)
  • 著者名/発表者名: Takuma Tanaka, Toshio Aoyagi, Takeshi Kaneko
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume65,Supplement1 ページ: S109
• [雑誌論文] Experimental measurement of phase response curve employing fluctuation in rhythmic system (2009)
  • 著者名/発表者名: Kaiichiro Ota, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume65,Supplement1 ページ: S232
• [雑誌論文] Typical behaviors in co-evolving recurrent network of oscillatory neurons (2009)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Frontiers in Systems Neuroscience. Conference Abstract: Computational and systems neuroscience
  • URL: doi:10.3389/conf.neuro.06.2009.03.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal weighted networks of phase oscillators for synchronization (2008)
  • 著者名/発表者名: Takuma Tanaka, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Physical Review E vol.78,Issue.4 ページ: 046210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weighted scale-free networks with variable power-law exponents (2008)
  • 著者名/発表者名: Takuma Tanaka, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Physica D vol.237,no.7 ページ: 898-907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immunocytochemistry in low-density culture of neurons on multielectrode arrays is effective for identification of action-potential pathway (2008)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Ito, Hiroki Tamate, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi, Kazutoshi Gohara
  • 雑誌名: Society for Neuroscience 38th annual meeting 797(CD-ROM) ページ: 16
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of neuronal functional connectivity of cultured neuronal networks (2008)
  • 著者名/発表者名: Masaki Nomura, Dausuke Ito, Hiroki Tamate, Kazutoshi Gohara, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 61S ページ: S236
• [雑誌論文] Estimation of neuronal functional connectivity of rats' hippocampus CA1 performing a conditional discrimination task (2008)
  • 著者名/発表者名: Masaki Nomura, Yoshio Sakura, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 61S ページ: S251
• [雑誌論文] A novel method of measurement for phase response curves under noisy current injection (2008)
  • 著者名/発表者名: Kaiichiro Ota, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 61S ページ: S73
• [雑誌論文] Recurrent Infomax generates cell assembly, firing sequence, neuronal avalanche, and simple cell-like selectivity (2008)
  • 著者名/発表者名: Takuma Tanaka, Takeshi Kaneko, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 61S ページ: S195
• [雑誌論文] Ordering Process of Self-Organizing Maps Improved by Asymmetric Neighborhood Function (2008)
  • 著者名/発表者名: akaaki Aoki, Kaiichiro Ota, Koji Kurata, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: LNCS vol.4984 ページ: 426-435
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrony-induced switching behavior of spike-pattern attractors created by spike-timing dependent plasticity (2007)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neural Computation Vol.19,No.10 ページ: 2720-2738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronous and asynchronous bursting states: role of intrinsic neural dynamics (2007)
  • 著者名/発表者名: Takashi Takekawa, Toshio Aoyagi, Tomoki Fukai
  • 雑誌名: Journal of Computational Neuroscience vol.23,no2 ページ: 189-200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Organizing maps with Asymmetric Neighborhood function (2007)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neural Computation vol.19,no.8 ページ: 2525-2535
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrony-Induced switching behavior of attractors in neural network organized by spike-timing dependent plasticity (2007)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Proceedings of 2nd International Symposium on Mobiligence in Awaji ページ: 283-286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dendritic dimensions of cortical nonpyramidal cells (2007)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Kubota, Fuyuki Karube, Akio Sekigawa, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi, Atsushi Mochizuki, Yasuo Kawaguchi
  • 雑誌名: Society for Neuroscience 37th annual meeting 470(CD-ROM) ページ: 20
• [雑誌論文] A cooperative dynamics of network of neural oscillators between the neuronal activity and the synatptic weight (2007)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume58,Supplement1 ページ: S112
• [雑誌論文] Presynaptic AMPA receptors on the corticostriatal terminals enhance the release probability of the synaptic vesicles (2007)
  • 著者名/発表者名: Takuma Tanaka, Fumino Fujiyama, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi, Takeshi Kaneko
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume58,Supplement1 ページ: S211
• [雑誌論文] Dendritic dimensions of cortical nonpyramidal cells (2007)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Kubota, Fuyuki Karube, Masaki Nomura, Toshio Aoyagi, Atsushi Mochizuki, Yasuo Kawaguchi
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume58,Supplement1 ページ: S73
• [雑誌論文] Behavioral inference based on hippocampal multi-neuronal activities of rats (2007)
  • 著者名/発表者名: Masaki Nomura, Yoshio Sakurai, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: Neuroscience Research Volume58,Supplement1 ページ: S160
• [雑誌論文] Optimal weighted networks of phase oscillators maximizing frequency and phase orders, STATPHYS 23 (2007)
  • 著者名/発表者名: Toshio Aoyagi, Yoshihiro Yoshii, Yukito Iba, Tsuyoshi Chawanya
  • 雑誌名: the 23rd International Conference on Statistical Physics of the International Union for Pure and Applied Physics (IUPAP) ページ: 225
• [雑誌論文] Kernel Analysis Of Multi-neuronal (2007)
  • 著者名/発表者名: Spike Trains, Masaki Nomura, Yoshio Sakurai, Toshio Aoyagi
  • 雑誌名: 2007 IEEE/ICME International Conference on Complex Medical Engineering-CME2007 (CD-ROM) ページ: 68-71
  • 査読あり
• [学会発表] A Novel Method of estimating the phase response function-Weighted spike-triggered average of fluctuating stimulus- (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshio Aoyagi
  • 学会等名: The 3nd International Symposium on Mobiligence in Awaji
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center
  • 年月日: 2009-11-21
• [学会発表] 位相応答と周期の揺らぎの理論的関係とカオス系への応用への試み (2009)
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 学会等名: 研究会『非線形の科学』第3回
  • 発表場所: 鹿児島大学理学部
  • 年月日: 2009-06-23
• [学会発表] 結合振動子ネットワークの最近の研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 青柳富志生
  • 学会等名: 京都算楽会第5回研究会
  • 発表場所: 京都会館
  • 年月日: 2009-06-13
• [学会発表] 周期的活動をしている素子のネットワークの数理モデル-神経系を中心として- (2009)
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 学会等名: 第48回日本生体医工学会大会オーガナイズドセッション「振動子集団のちから」
  • 発表場所: 東京都タワーホール船堀
  • 年月日: 2009-04-23
• [学会発表] 周期の揺らぎで重みを付けたスパイクトリガー平均からの位相応答関数の抽出 (2009)
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 学会等名: リズム現象の研究会IV
  • 発表場所: お茶の水大学
  • 年月日: 2009-01-26
• [学会発表] 動的素子のネットワークの数理 (2008)
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 学会等名: 第66回形の科学シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2008-10-31
• [学会発表] 情報量最大化から見た神経ネットワークの回路構造と発火パターン (2007)
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「理論と実験の融合による神経回路機能の統合的理解」
  • 発表場所: 自然科学研究機構岡崎カンファレンスセンター(口頭発表)
  • 年月日: 2007-11-29
• [学会発表] Optimal weighted networks of phase oscillators maximizing frequency and phase orders, STATPHYS 23 (2007)
  • 著者名/発表者名: Toshio Aoyagi, Yoshihiro Yoshii, Yukito Iba, Tsuyoshi Chawanya
  • 学会等名: the 23rd International Conference on Statistical Physics of the International Union for Pure and Applied Physics (IUPAP)
  • 発表場所: Genova, Italy
  • 年月日: 2007-07-10
• [学会発表] 神経ネットワーク情報表現解明の試み (2007)
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 学会等名: 研究会第2回「非線形の次代」
  • 発表場所: 福井、福井大学文教キャンパスアカデミーホール
  • 年月日: 2007-03-04
• [学会発表] 非線形科学と統計科学の可能性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 学会等名: 非線形科学と統計科学の周辺ミニワークショップ
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2007-02-20
• [図書] リズム活動と位相応答, 神経ダイナミクスと情報表現, 4章
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 出版者: 東大出版(出版予定)
• [図書] 神経細胞の数理モデル, 数理科学事典, 5章1節
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 出版者: 丸善(出版予定)
• [図書] 細胞集団の同期, 数理科学事典, 5章2節
  • 著者名/発表者名: 青柳富誌生
  • 出版者: 丸善(出版予定)