Understanding of the information processing in the cerebellar-brainstem neural circuitry enabling predictive movement and constructing brain inspired predictive controller

了解小脑脑干神经回路中的信息处理，实现预测运动并构建受大脑启发的预测控制器

基本信息

批准号：
20H04286
负责人：
平田豊
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Chubu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04286/
关键词：
眼球運動人工小脳金魚運動制御運動学習

项目摘要

本研究では，動物に普遍的に見られる予測性適応運動制御の神経機構を明らかにし，それを脳型制御器として計算機上に実装して，実機の予測性制御を実現することを目的とする．ほぼ全ての脊椎動物で観測される視運動性眼球運動（OKR）と呼ばれる反射性の眼球運動を対象とし，ヒト，マウス，金魚における予測性OKR獲得の脳内機構を神経生理学的アプローチにより，神経ネットワークと神経細胞活動のレベルで理解する．これまでの我々の魚を対象とした研究から，予測性OKRには小脳と脳幹前庭神経核間を並列・再帰的に接続する神経ネットワークが深く関与することが示唆されており，ここでは，これらの知見と本研究で得られる動物種横断的な実験結果を忠実に反映させた小脳・脳幹数理モデル（脳型予測制御器）を構築する．さらに，この脳型予測制御器を実機制御に適用し，ロボット等の機械システムが予測制御機能を獲得可能なことを評価・実証する.本研究では，次の4つのレベルの研究を進め，上記目的の達成を目指している：1 行動，2 神経細胞活動，3 神経ネットワーク，4 工学応用．R3年度は，昨年度に引き続き，金魚とマウスの予測性OKR誘発・評価実験を実施し，種間の差異の起源を探るとともに，これと平行して，小脳・脳幹神経回路を陽に記述したOKRモデルの構築と，予測性OKR学習シミュレーション解析を行った．モデルシミュレーションを通し，行動実験と神経活動計測実験で示される動物種間の差異と類似性の再現，ならびにVSMの活動を模擬することにより，その起源を神経ネットワークの振舞いのレベルで明らかにすることを試みた.

这项研究旨在阐明在动物中普遍看到的预测自适应运动控制的神经机制，并将它们作为脑型控制器在计算机上实施，以实现对实际机器的预测控制。这项研究的目的是使用神经生理学方法来了解神经网络和神经元活动水平上人类，小鼠和金鱼的预测性OKR获取的大脑机制，该方法旨在针对神经网络和神经元活动水平。我们先前对鱼类的研究表明，预测性OKR涉及一个神经网络，该神经网络并行和递归地连接了前庭神经核，在这里，我们将构建一个小脑脑 - 脑系统数学模型（脑型预测控制器），忠实地反映了这些发现，并在此研究中获得了这些发现，并在此研究中获得了跨性别的结果。 Furthermore, this brain-type predictive controller is applied to actual machine control, and evaluation and demonstration that mechanical systems such as robots can acquire predictive control functions.In this study, we carry out the following four levels of research, aiming to achieve the above objectives: 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 4, 3, 4, 3, 4, 3, 3, 4, 4. In fiscal year R3, following last year, we我们对金鱼和小鼠进行了预测性OKR诱导和评估实验，探索了物种之间差异的起源，并同时构建了OKR模型，这些模型清楚地描述了小脑和脑干神经回路，并进行了预测性OKR学习模拟分析。通过模型模拟，我们试图通过再现行为和神经活动测量实验中所示的动物物种的差异和相似性，以及通过模拟VSM的活性来阐明神经网络行为水平的起源。