実際のニューロンの動的特性をモデル化した素子からなる神経回路網の解析と応用

由模拟实际神经元动态特性的元素组成的神经网络的分析和应用

• 批准号: 10780228
• 负责人: 青柳 富誌生
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10780228/
• 关键词: oscillator; neural network; associative memory; temporal coding; sparse coding; storage capacity; statistical mechanics; sparse codiog

本研究の目的は、従来のモデルに欠いていた観点で、生物学的に妥当な側面をモデル化し、その能力を評価することにある。特に、スパースコーディングの関連を考え、近年注目されているニューロン間のスパイクのタイミングに情報をコードすした場合、ネットワークの情報処理能力がどうであるか?理論的な評価を試みた。用いたモデルは、理論的に周期的な発火をしているニューロ郡が互いに相互作用している状況で導入される位相モデルを参考にし、非発火・発火の遷移を含めて表現できるように拡張したものである。理論的な解析により、発火のニューロンの割合が少なくなればなるほど、記憶容量α_cが増大することが示された。これはスパースコーディングの条件下でも、発火タイミングのコーディングが有効であることを意味する。また、従来モデルでは困難であった発火率の違うパターンを同時に記憶することも可能であることも示せた。結合を破壊(対称・非対称切断)していく際の性能が、スパースになればなるほど、従来のHopfield Modelと同様に線形に低下していく結果が得られた。いずれにせよ、タイミングという微妙な情報を埋めこんだにも関わらず、引き込み領域(パターンのエラー修正能力)が以前として高いことを意味しており興味深い。これらの結果はいずれも数値シュミレーションとよく一致し、理論の正当性を支持している。結論として、スパースコーディングは発火タイミングまで考慮した場合や、系列想起のような動的な連続記憶の場合でも従来モデルと同様の有効性を示すといえる。また、近年の生理学実験から視覚情報処理等において発火の同期を利用し、外界の情報の大局的な構造を統合している可能性が示唆され、その基本的なメカニズムに関心が高まっている。この際、特徴的な40Hz付近のニューロン活動が同期・非同期の基本的な周期となっていることが観測されている。近年、この周期の生成源としてパースト発火するchattering neuronが注目されている。しかし、このニューロンのパースト生成メカニズムは良くわかっていない。これに対して、新たなカルシウム依存性カチオン電流を仮定したHodgkin-Huxleyタイプのコンダクタンスモデルを構成し、実験と極めて良く合う振る舞いを再現することがわかった。これにより実験と比較しうるネットワークレベルのモデルが、今後研究可能になると考えられる。

Purpose の this study は, 従 の モ デ ル に owe い て い た 観 で, biology に appropriate な profile を モ デ ル し, そ の ability を review 価 す る こ と に あ る. に, ス パ ー ス コ ー デ ィ ン グ の masato え を test, recent attention さ れ て い る ニ ュ ー ロ ン between の ス パ イ ク の タ イ ミ ン グ に intelligence を コ ー ド す し た occasions, ネ ッ ト ワ ー ク の intelligence 処 mental abilities が ど う で あ る か? Theoretical な evaluation 価を test みた. Use い た モ デ ル は, theory に cycle な 発 fire を し て い る ニ ュ ー ロ county が mutual い に interaction し て い る condition で import さ れ る phase モ デ ル を reference に し migration of fire, the fire 発 発 の を containing め て performance で き る よ う に company, zhang し た も の で あ る. Theory of analytical に な よ り, 発 fire の ニ ュ ー ロ ン の cut us less が な く な れ ば な る ほ ど memory capacity, alpha _c が raised large す る こ と が shown さ れ た. こ れ は ス パ ー ス コ ー デ ィ ン グ の conditions で も, 発 fire タ イ ミ ン グ の コ ー デ ィ ン グ が have sharper で あ る こ と を mean す る. ま た, 従 モ デ ル で は difficult で あ っ た 発 fire rate の violations う パ タ ー ン を に memory at the same time す る こ と も may で あ る こ と も shown せ た. Combining を broken 壊 (say, not say cut seaborne seaborne) し て い く interstate の が performance, ス パ ー ス に な れ ば な る ほ ど, 従 の Hopfield Model と with others in low に linear に し て い く results ら が れ た. い ず れ に せ よ, タ イ ミ ン グ と い う subtle な intelligence を buried め こ ん だ に も masato わ ら ず and き 込 み areas (パ タ ー ン の エ ラ ー correction ability) before が と し て high い こ と を mean し て お り tumblers deep い. こ れ ら の results は い ず れ も the numerical シ ュ ミ レ ー シ ョ ン と よ く consistent し, theoretical justification の を support し て い る. Conclusion と し て, ス パ ー ス コ ー デ ィ ン グ は 発 fire タ イ ミ ン グ ま で consider し た や, series of の よ う な moving place の な even 続 memory で も 従 to モ デ ル と with others の have sharper sex を shown す と い え る. ま た, in recent years, の physiology be 験 か ら apparent 覚 intelligence 処 and に お い て を use し 発 の fire the same period, integration of external の intelligence の overall situation な tectonic を し て い が る possibility in stopping さ れ, そ の basic な メ カ ニ ズ ム に masato high heart が ま っ て い る. こ の interstate, 徴 pay nearly 40 hz な の ニ ュ ー ロ が ン activities during the same period, not in the same period の basic な cycle と な っ て い る こ と が 観 measuring さ れ て い る. In recent years, the sources of <s:1> <s:1> cycle <e:1> generation と, てパ, てパ, スト have gained popularity, するchattering, neuron, が have attracted attention, and されて る る. <s:1>, って ニュ, ロ, ロ, パ, スト, スト generate メカニズム, ロ, and good くわ, って, って, な. こ れ に し seaborne て, new た な カ ル シ ウ ム dependency カ チ オ ン current を 仮 set し た Hodgkin - Huxley タ イ プ の コ ン ダ ク タ ン ス モ デ ル を し, be 験 と め extremely good て く combined vibration う る dance い を reappearance す る こ と が わ か っ た. The practical experiments of <s:1> れによ and えられる are compared with those of <s:1> うるネットワ and レベ and レベ. Future research may also take になると into account えられる.

项目成果

K.Kitano and T.Aoyagi: "Retrieval dynamics of neural networks for sparsely coded sequential patterns" J.Phys.Math.Gen.31. L613-L620 (1998)

K.Kitano 和 T.Aoyagi：“稀疏编码序列模式的神经网络检索动力学”J.Phys.Math.Gen.31。

T.Aoyagi and K.Katsunori: "Retrieval dynamics in oscillator networks" Neural Computation. 10. 1527-1546 (1998)

T.Aoyagi 和 K.Katsunori：“振荡器网络中的检索动力学”神经计算。