Development of silicon neuronal network system of the insect brain

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K17849
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Nanami Takuya 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (90830787)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: シリコン神経ネットワーク / ショウジョウバエ / スパイキングニューロンモデル / 神経模倣システム / FPGA

Outline of Final Research Achievements

Towards developing a silicon neuronal network system that mimics insect brains, we first developed a silicon neuron model. Silicon neurons are the most crucial components in silicon neuronal network system, and we have developed the Piecewise Quadratic Neuron (PQN) model, which can faithfully reproduce a wide variety of neuronal activities while using limited circuit resources. Subsequently, we constructed a silicon neural network that replicates the olfactory nervous system of the fruit fly. By employing the PQN model, we built a network model that reproduces the functions and observed neural activities of the brain. The entire system was implemented on the field programmable gate array.

Free Research Field

シリコン神経ネットワーク

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳は高度で柔軟な知性を自律的に獲得し、非常に少ない消費エネルギーで動作する。シリコン神経ネットワーク分野では、脳構造を模倣することでこれらの優れた特性を持つ人工システムの実現が試みられているが、その手法はいまだ確立されていない。本研究では、構造と機能が比較的よく理解されているショウジョウバエの嗅覚神経系を対象に、独自開発したシリコンニューロン技術を用いて、神経系を忠実に再現するシリコン神経ネットワークを構築した。本アプローチを発展させることで将来的に、昆虫の全脳や、哺乳類の脳を再現する人工システムが構築できると期待できる。