脳の時系列学習における対称および非対称STDP学習ルールの役割

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19500126
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 知能情報学
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 林 初男 九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 教授 (00108664)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 嗅内皮質 / 神経回路網モデル / 時系列学習 / 海馬歯状回 / 顆粒細胞モデル / シナプス競合 / STDP学習ルール

研究概要

嗅内皮質と海馬における時系列学習機構とそれに対する対称と非対称STDP学習ルールの役割を明らかにすることを目的とした。研究の結果、背景雑音の悪影響を受けず、時系列を表す嗅内皮質-海馬ループ回路の連鎖を学習で獲得するには、対称STDP学習ルールが適していることを明らかにした。それに対し、海馬歯状回で匂いなどの付加価値を伴う空間情報を選択するためのシナプス競合や海馬CA3神経回路網に秩序あるニューロン活動の一方向伝搬を起こすには、非対称STDP学習ルールが適していることを明らかにした。これらの結果は、各部位の神経回路構造とそれに適切に対応したSTDP学習ルールを考えて、嗅内皮質と海馬全体の時系列学習機構を明らかにしていくことの重要性を示している。

研究成果

• [雑誌論文] Competition between synapses located in proximal and distal dendrites of the dentate granule cell through STDP. (2009)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Nonaka, Hatsuo Hayashi
  • 雑誌名: Lecture Notes in Computer Science Vol.5506 ページ: 161-168
  • 査読あり
• [雑誌論文] LTD windows of the STDP learning rule and synaptic connections having a large transmission delay enable robust sequence learning amid background noise. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hatsuo Hayashi, Jun Igarashi
  • 雑誌名: Cognitive Neurodynamics Vol.3 ページ: 119-130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of sequence sensitivity in a hippocampal CA3-CA1 model. (2007)
  • 著者名/発表者名: Motoharu Yoshida, Hatsuo Hayashi
  • 雑誌名: Neural Networks Vol.20 ページ: 653-667
  • 査読あり
• [学会発表] Directional spike propagation by anisotropic inhibitory connections modulated through STDP in a recurrent network (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshikazu Samura, Hatsuo Hayashi
  • 学会等名: International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
  • 発表場所: Krakow
  • 年月日: 20100900
• [学会発表] リカレントネットワークにおける抑制領域の違法性による興奮伝導の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐村俊和、林初男
  • 学会等名: システム制御情報学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2010-05-20
• [学会発表] その回路構造と機能 (2010)
  • 著者名/発表者名: 林初男、嗅内皮質と海馬
  • 学会等名: BrainISワークショップ
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 2010-02-04
• [学会発表] リカレントネットワークにおけるSTDPと抑制による興奮伝導路の形成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐村俊和、林初男
  • 学会等名: 電子情報通信学会非線形問題研究会
  • 発表場所: 屋久島
  • 年月日: 2009-11-13
• [学会発表] スパイクタイミングに依存した可塑性をもつ歯状回顆粒細胞の遠位シナプスと中位シナプスのゲート機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 林初男、野中廉裕
  • 学会等名: 電子情報通信学会非線形問題研究会
  • 発表場所: 屋久島
  • 年月日: 2009-11-13
• [学会発表] Competition between synapses located in proximal and distal dendrites of the dentate granule cell through STDP (2008)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Nonaka, Hatsuo Hayashi
  • 学会等名: International Conference on Neural Information Processing
  • 発表場所: Auckland
  • 年月日: 2008-11-25
• [学会発表] STDP学習ルールに従う近位樹状突起シナプスと遠位樹状突起シナプスの競合 (2008)
  • 著者名/発表者名: 野中廉裕、林初男
  • 学会等名: 日本神経回路学会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2008-09-25
• [学会発表] a network model of the entorhinal cortex layer II with hippocampal-entorhinal loop circuit. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hatsuo Hayashi, Sequence learning
  • 学会等名: Postech-Kyutech Joint Workshop on Neuroinformatics
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 2008-08-26
• [学会発表] 相関の無い2入力で生じるスパイクタイミングに依存したシナプスの可塑的変化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 野中廉裕、林初男
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 2008-03-20
• [学会発表] Theta phase coding and suppression of irregular plastic change through STDP in the entorhino-hippocampal system amid background noise (2007)
  • 著者名/発表者名: Jun Igarashi, Hatsuo Hayashi
  • 学会等名: International Conference on Cognitive Neurodynamics
  • 発表場所: Shanghai
  • 年月日: 2007-11-19
• [学会発表] Spike-timing-dependent LTP/LTD caused by uncorrelated signals through medial and lateral perforant pathways in the dentate granule cell (2007)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Nonaka, Hatsuo Hayashi
  • 学会等名: International Conference on Brain-Inspired Information Technology
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 2007-11-15
• [学会発表] Significance of LTD window in the range of positive spike-timing of STDP rule for theta phase coding in a network having background noise (2007)
  • 著者名/発表者名: Jun Igarashi, Hatsuo Hayashi
  • 学会等名: International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
  • 発表場所: Vancouver
  • 年月日: 2007-09-17
• [図書] Spike-timing-dependent LTP/LTD caused by uncorrelated signals through medial and lateral perforant pathways in the dentate granule cell. in“Brain-Inspired Information Technology (2010)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Nonaka, Hatsuo Hayashi
  • 総ページ数: 115-118
  • 出版者: Springer
• [図書] Theta phase coding and suppression of irregular plastic change through STDP in the entorhino-hippocampal system amid background noise. in“Advances in Cognitive Neurodynamics, " (2008)
  • 著者名/発表者名: Jun Igarashi, Hatsuo Hayashi
  • 総ページ数: 47-51
  • 出版者: Springer