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脳の動的時空間計算モデルの構築とその実装

研究報告コード R000000288
掲載日 2002年9月30日
研究者
  • 合原 一幸
研究者所属機関
  • 東京大学大学院新領域創成科学研究科
研究機関
  • 東京大学大学院新領域創成科学研究科
報告名称 脳の動的時空間計算モデルの構築とその実装
報告概要 本研究は,ニューロンの興奮ダイナミクスのカオス性と非同期時空間活動電位パルスのコインシデンス性に着目して,脳における非線形時空間ダイナミカル情報処理機構に関する数理モデルを構築するとともに,そのモデルをアナログ電子回路技術や非同期電子回路技術を用いて実装することにより,新しい発想に基づく脳型情報処理システムの構成理論と基盤技術を確立することを目的とするものである。まずはじめに,同期型カオスニューラルネットワークモデルの時空間ダイナミクスと動的連想記憶,フラクタルコーディングや組み合わせ最適化などの情報処理能力との関係を理論的に明らかにするとともに,カオスニューロン集積回路及びシナプス集積回路を設計しプロトタイプチップを製造した。また,非同期型カオスニューラルネットワークモデルやパルスプロパゲーションネットワークモデルを用いて,ニューラルネットワークにおける機能的結合とダイナミカルセルアセンブリーの創発メカニズムを解析するとともに,そのハードウェア化を目指して,パルス列を連続時間で扱えるアナログニューロン集積回路や伝搬遅延時間が可変なシナプス集積回路などのパルス形ハードウェアニューロンモデルの研究を行なった。さらに,脳の動的時空間計算モデルから示唆される情報コーディングや情報処理メカニズムを実験的に検証するためのいくつかのデータ解析方法を提案するとともに,それらに基づく生理実験およびデータ解析を行なった。
研究分野
  • 生物学的機能
  • 中枢神経系
  • 脳・神経系モデル
  • ニューロコンピュータ
  • 人工知能
関連発表論文 (1) L. Chen and K. Aihara : "Globally Searching Ability of Chaotic Neural Networks",IEEE Trans. CAS, Part I, Vol.46, No.8, pp.974-993 (1999).
(2) R. Herrera, K. Suyama, Y. Horio and K. Aihara : "IC Implementation of a Switched-Current Chaotic Neuron", IEICE Trans. Fundamentals, Vol.E82-A, No.9, pp.1776-1782 (1999).
(3) Y. Horio, K. Watarai and K. Aihara : "Nonlinear Resistor Circuits Using Capacitively Coupled Multi-Input MOSFETs", IEICE Trans. Fundamentals, Vol.E82-A, No.9, pp.1926-1936 (1999).
(4) 増田直紀, 合原一幸 : 「ウェーブレット係数列を用いたカオス時系列の予測」,電子情報通信学会論文誌 A, Vol.J82-A, No.11, pp.1710-1718 (1999).
(5) 染谷和孝, 藤田篤史, 関根好文, 合原一幸 : 「軸索のハ-ドウェアモデル」, 電子情報通信学会論文誌 C-II,Vol.J82-C-II, No.12, pp.655-661 (1999).
(6) M. Adachi and K. Aihara: "An Analysis of Instantaneous Stability of an Associative Chaotic Neural Network", International Journal of Bifurcation and Chaos,Vol.9, No.11, pp.2157-2163 (1999).
(7) 染谷和孝, 藤田篤史, 関根好文, 合原一幸 : 「軸索のカオス伝達特性」電子情報通信学会和文論文誌分冊 D-IIVol. J83-D-II, No.3, pp.1015-1023 (2000).
(8) 佐伯勝敏, 関根好文, 合原一幸 : 「パルス型ハードウェアバ-ストニュ-ロンモデル」電子情報通信学会和文論文誌分冊 C-IIVol.J83-C, No.3, pp.213-219 (2000).
(9) H. Suzuki, K. Aihara, J. Murakami, and T. Shimozawa : "Analysis of Neural Spike Trains with Interspike Interval Reconstruction",Biol. Cybern., Vol.82, pp.305-311 (2000).
(10) K. Judd and K. Aihara : "Generation, Recognition and Leaning of Recurrent Signals by Pulse Propagation Networks", International Journal of Bifurcation and Chaos, Vol.10, No.10, pp.2415-2428 (2000).
(11) H. Nishimura, N. Katada, and Kazuyuki Aihara : "Coherent Response in a Chaotic Neural Network", Neural Processing Letters, Vol.12, No.1, pp.49-58 (2000).
(12) M. Hasegawa, T. Ikeguchi and K. Aihara :"Exponential and Chaotic Neurodynamical Tabu Searches for Quadratic Assignment Problems", Control and Cybernetics, Vol.29, No.3, pp.774-788 (2000).
(13) T. Miyano, A. Nagami, I. Tokuda and K. Aihara : "Detecting Nonlinear Determinism in Voiced Sounds of Japanese Vowel /a/", International Journal of Bifurcation and Chaos, Vol.10, No.8, pp.1973-1979 (2000).
(14) L. Chen and K. Aihara : "Strange Attractors in Chaotic Neural Networks",IEEE Transactions on Circuits and Systems - I:Fundamental Theory and Applications, Vol.47, No.10, pp.1455-1468 (2000).
(15) G. Froyland and K. Aihara :"Estimating Statistics of Neuronal Dynamics via Markov Chains",Biol. Cybern, Vol.84, pp.31-40 (2001).
(16) L. Chen and K. Aihara : "Stability and Bifurcation Analysis of Differential-Difference-Algebraic Equations", IEEE Trans. Circuits and Systems - I:Fundamental Theory and Applications, Vol.48, No.3, pp.308-326 (2001).
(17) M. Watanabe, K. Nakanishi and K. Aihara :"Solving the Binding Problem of the Brain with Bi-directional Functional Connectivity", Neural Networks, Vol.14, pp.395-406 (2001).
(18) M. Komuro and K. Aihara : "Hierarchical Structure among Invariant Subspaces of Chaotic Neural Networks", Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics, Vol.18, No.2, pp.335-357 (2001).
研究制度
  • 戦略的基礎研究推進事業、研究領域「脳を創る」研究代表者 合原 一幸(東京大学大学院新領域創成科学研究科)/科学技術振興事業団
研究報告資料
  • 合原 一幸. 脳を創る 脳の動的時空間計算モデルの構築とその実装. 戦略的基礎研究推進事業 平成11年度 研究年報.科学技術振興事業団, 2000. p.971 - 974.

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