計算素子としての神経の学習原理とその工学的実現

神经元作为计算元件的学习原理及其工程实现

• 批准号: 01550331
• 负责人: 榊原 学
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01550331/
• 关键词: 連想学習・記憶; 神経機構; イオン電流; ホジキン・ハクスレ-方程式; ウミウシ視細胞

本研究は生物の神経系における情報処理様式を工学的に実現し、ニュ-ロコンピュ-タの計算原理を確立することをめざしている。このためウミウシの連想学習・記憶に着目し、その情報処理過程を生物学的に忠実なモデルで数理記述することを目的とした。その第一段階として、学習情報が蓄積されるB型視細胞について電気生理実験より得られるデ-タを基礎としてホジキン・ハクスレ-型の連立微分方程式によりモデル化を進めた。B型視細胞にはこれまでの実験からカリウム,カルシウム,ナトリウム性の各電圧依存性イオン電流が定性的に確認されていたが、これら電流を膜電位固定法によって各成分を分離、抽出し、それぞれを並列要素とする等価回路で記述した。カリウム電流については活性化時定数、電圧依存性の違いからI_A,I_C,I^kの3種の電流が知られており、それら成分についても独立に記述した。また実験測定系をもモデル化することによりシミュレ-ション結果と実験結果の対応ずけが容易になった。連想学習を獲得した動物のB型視細胞では、3種のイオン電流中2種のカリウム電流 (I_A,I_C)だけが有意に減少するが、これをモデル中でそれぞれのカリウムコンダクタンスの減少として表わした。このようにして得られたB型視細胞のモデルは膜電位に依存するイオン電流を正確に表現するものであるが、この結果を基礎として光応答を再構成したところ、学習によるI_cの不活性化により光応答の第2成分が増大することが予測された。学習による光応答の変化はこれまで報告されていなかったが、今回のシミュレ-ション結果をうけて動物実験を行ない、これを確認した。本研究では学習、記憶に関わる素子としてB型視細胞の性質を解析的に明らかにしたが、今後B型視細胞と機能的に連絡している他の神経細胞との結合様式を明らかにし、神経回路網として学習・記憶がどのように表現されるか研究を進める予定である。

This study は biological の god 経 department に お け る intelligence 処 manage others type を engineering に be し, ニ ュ - ロ コ ン ピ ュ - タ の calculation principle を establish す る こ と を め ざ し て い る. こ の た め ウ ミ ウ シ の even want to learning, memory に し, そ の intelligence 処 を biology during processing に loyalty be な モ デ ル で mathematical account す る こ と を purpose と し た. そ の first Duan Jie と し て, study the accumulation of intelligence が さ れ る type B depending on the cell に つ い て electrical physiological be 気 験 よ り have ら れ る デ - タ を based と し て ホ ジ キ ン · ハ ク ス レ - type の particsun differential equations に よ り モ デ ル change を into め た. Type B depending on the cell に は こ れ ま で の be 験 か ら カ リ ウ ム, カ ル シ ウ ム, ナ ト リ ウ ム sex all the electric 圧 の dependency イ オ ン current が qualitative に confirm さ れ て い た が, こ れ ら current を membrane potential method of fixed に よ っ て component in を separation, drew し, そ れ ぞ れ を parallel elements と す る 価 circuits such as account で し た. カ リ ウ ム current に つ い て は activeness of destiny, the electricity 圧 dependency の violations い か ら I_A, I_C, I know ^ k の three の current が ら れ て お り, そ れ ら composition に つ い て も independent account に し た. ま た be 験 measurement system を も モ デ ル change す る こ と に よ り シ ミ ュ レ - シ ョ と ン results be 験 results の 応 seaborne ず け が easy に な っ た. Even want to learn を get し た animals の type B as cell で は, three の イ オ ン current in two の カ リ ウ ム current (I_A I_C) だ け が intentionally に reduce す る が, こ れ を モ デ ル in で そ れ ぞ れ の カ リ ウ ム コ ン ダ ク タ ン ス の reduce と し て table わ し た. こ の よ う に し て have ら れ た type B depending on the cell の モ デ ル は membrane potential に dependent す る イ オ ン current を に right performance す る も の で あ る が, こ results を の と し て light 応 answer を reconstitution し た と こ ろ, learning に よ る I_c の not activeness に よ り light 応 answer の 2 ingredients が raised large す る こ と が be さ れ た. Learning に よ る light 応 の answer - the は こ れ ま で report さ れ て い な か っ た が, today back to の シ ミ ュ レ - シ ョ ン results を う け て animals be 験 を line な い, こ れ を confirm し た. This study で は learning, memory に masato わ る element child と し て type B depending on the nature of cell の を parsing に Ming ら か に し た が, future type B cell function of と に contact し て い る の god 経 cells と の combined with others in type を Ming ら か に し, god 経 back road network と し て learning, memory が ど の よ う に performance さ れ る を か research into め る designated で あ る.

项目成果

M.Sakakibara: "VISION,MEMORY,AND TEMPORAL LOBE" Elsevier Publishing Co.,

M.Sakakibara：《视觉、记忆和颞叶》爱思唯尔出版有限公司

M.Sakakibara: "Reconstruction of Ionic Currents in a Molluscan Photoreceptor" Biophysical Journal.

M.Sakakibara：“软体动物光感受器中离子电流的重建”生物物理学杂志。

池野英利: "イオン電流に基づくウミウシ視細胞応答の再構成" 電子情報通信学会論文誌DーII. J72ーDーII. 2094-2102 (1989)

Hidetoshi Ikeno：“基于离子电流的海蛞蝓感光反应重建”电子、信息和通信工程师学会汇刊 D-II 2094-2102 (1989)。