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2023 年度 実績報告書

神経補綴のための機能創発するFPGA万能神経細胞ネットワーク

研究課題

研究課題/領域番号 21H03515
研究機関法政大学

研究代表者

鳥飼 弘幸  法政大学, 理工学部, 教授 (20318603)

研究分担者 松原 崇  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (70756197)
若宮 直紀  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (50283742)
関屋 大雄  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20334203)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード神経補綴
研究実績の概要

本研究では、脳の一部を置き換え可能なレベルの高度な性能を持つ神経補綴装置を実現するための基礎技術を確立することを目的としている。具体的には、あたかもiPS細胞のように初期万能状態から捕綴対象部位の細胞へと機能分化を果たす電子万能神経細胞モジュールを開発することを目的とする。そして、同細胞モジュールを用いた電子万能神経細胞ネットワークを構成し、捕綴対象部位に応じた適切な創発性を発現「させるための」設計論を構築し、非侵襲性を高めるために通信と給電が完全無線化された同ネットワークの実装法の提案も目的とする。それらの目的に対して、2023年度は以下などの研究成果を得た。(1)ヒトの脳の神経細胞が持つ非線形力学の模倣に特化した確率的離散状態モデルの設計方法を構築し、同モデルをハードウェアとして効率よく実装する方法論を構築した。そのようにして実装される小型かつ低消費電力な電子回路が、万能状態の細胞に対応する「電子万能神経細胞モジュール」である。それらに加えて、同モジュールを様々な神経細胞へと分化させるためのパラメータ最適化手法を開発した。(2)電子万能神経細胞ネットワークを構成し、同ネットワークに補綴対象部位と同様の機能を発現させて高性能な神経補綴装置として機能させるための設計論を構築した。(3)生体内のゆらぎやノイズ、インピーダンスの動的変化などの悪条件の下でも安定して神経補綴装置として機能する完全無線化電子万能神経細胞ネットワークを実装する方法論を構築した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] A Novel Ergodic Discrete Difference Equation Cochlear Model: Theoretical Analyses, Reproduction of Mammalian Nonlinear Sound Processing, and Comparison of Implementation2024

    • 著者名/発表者名
      Kubota Itsuki、Takeda Kentaro、Torikai Hiroyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs

      巻: 71 ページ: 877~881

    • DOI

      10.1109/TCSII.2023.3313491

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Novel Hardware-Efficient Ergodic Sequential Logic Neuron Model: Cellular Differentiation Method and Virtual Clinical Trial of Neural Prosthesis2024

    • 著者名/発表者名
      Shiomi Yuta、Suzuki Haruto、Torikai Hiroyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs

      巻: early access ページ: 1~1

    • DOI

      10.1109/TCSII.2024.3388549

    • 査読あり
  • [学会発表] A novel hardware-efficient ergodic sequential logic spiking neural network and reproductions of biologically plausible spatio-temporal phenomena towards development of neural prosthetic device2023

    • 著者名/発表者名
      Yuta Shiomi and Hiroyuki Torikai
    • 学会等名
      International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN)
    • 国際学会
  • [学会発表] A Novel Ergodic Sequential Logic CPG: Efficient FPGA Implementation and Realizations of Various Gaits and their Safe Transitions2023

    • 著者名/発表者名
      Kento Nakamura and Hiroyuki Torikai
    • 学会等名
      International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN)
    • 国際学会
  • [学会発表] Pavlovian Conditioning Modeling Using Wireless Spiking Neural Network2023

    • 著者名/発表者名
      Jiaying Lin; Ryuji Nagazawa; Kien Nguyen; Hiroo Sekiya; Hiroyuki Torikai; Mikio Hasegawa; Won-Joo Hwang
    • 学会等名
      International SoC Design Conference (ISOCC)
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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