ダイナミカルなニューラルネットワークとそのハードウェア実装に関する研究

动态神经网络及其硬件实现研究

• 批准号: 14780260
• 负责人: 金丸 隆志
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780260/
• 关键词: パルスニューラルネットワーク; デジタル回路; FPGA; 動的なニューラルネットワーク; カオス; 振動; 同期

本研究は生体の脳内で実験的に観察されている振動・同期・カオス現象に着目し、それらを「ダイナミカルな振舞いを見せるニューラルネットワーク」というキーワードでモデル化し、理解することを目的にし、さらにそのデジタル・ハードウェア化を視野に入れた研究を行っている。「モデル化」に関してはパルスニューラルネット系の振動・同期現象に着目して理論モデルによって解析を行なった。これは、振動・同期現象が脳内の情報統合メカニズムに関わっているのではないかと考えられていることに基づいている。パルスニューラルネットの簡易モデルとしてはactive rotatorとclass 1 canonical modelの二つを用いた。どちらも一次元の位相モデルであり、ほぼ等しい振舞いをみせる。これらのモデルは、その確率的な振舞いを記述するFokker-Planck方程式が簡単に数値積分できるという長所があるため、ノイズ下の振舞いを分岐理論に基づいて詳細に解析することができる。これは従来のモデル(Leaky Integrate and Fireなど)では実現されなかったことである。その結果、class 1ニューロンの結合系において振動・同期が起こる条件が明らかになり、さらにカオス同期も観測することができた。特に、カオス同期が簡単に実現されるという事実は、現実の脳において動的なダイナミクスが広く見られるということを示唆しており、今後の生理実験研究の進展が期待される。一方、「デジタル・ハードウェア化」においては、FPGAを3つ搭載したPCIボードが完成し、そのボード上のFPGAに対し「連想記憶モデル」、「三層ニューラルネットワーク」などといった良く知られたニューラルネットモデルをパルスニューロンを用いて設計・実装した。三層ニューラルネットにおいては画像に対してパターン認識を行なうネットワークを実現し、その応用可能性を示した。

This study aims to investigate the vibration, synchronization and vibration phenomena in the interior of the organism, and to study the vibration, synchronization and vibration phenomena in the field of vision. The vibration and synchronization phenomena of the system are analyzed theoretically. The information integration in the phenomenon of vibration and synchronization is discussed in detail below. Simple and easy to use: active rotator and class 1 canonical modelどちらも一次元の位相モデルであり、ほぼ等しい振舞いをみせる。Fokker-Planck equation is described in detail in terms of numerical integration.これは従来のモデル(Leaky Integrate and Fireなど)では実现されなかったことである。As a result, the combination of class 1 vibration and synchronization conditions is clearly defined. In particular, we are looking forward to the future progress of physiological research. On the one hand, the FPGA is equipped with PCI display to complete, and on the other hand, the FPGA is equipped with "continuous memory display" and "three-layer memory display" to realize the design and implementation of FPGA. The three layers of information are displayed on the screen.

项目成果

An analysis of globally connected active rotators with excitatory and inhibitory connections having different time constants using the nonlinear Fokker-Planck equations

使用非线性 Fokker-Planck 方程对具有不同时间常数的兴奋性和抑制性连接的全局连接主动旋转体进行分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: IEEE Transactions on Neural Networks vol.15・issue 5
• 作者: Takashi Kanamaru;Masatoshi Sekine
• 通讯作者: Masatoshi Sekine

Analysis of globally connected active rotators with excitatory and inhibitory connections using the Fokker-Planck equation

使用 Fokker-Planck 方程分析具有兴奋性和抑制性连接的全局连接主动旋转体

• 发表时间: 2003
• 期刊: Physical Review E vol.67
• 作者: Takashi Kanamaru;Masatoshi Sekine
• 通讯作者: Masatoshi Sekine

金丸隆志, 関根優年: "異なる時定数を持つ興奮性/抑制性集団からなるactive rotator結合系における振動・同期・カオス"電子情報通信学会研究技術報告. Vol.102, No.729. 71-76 (2003)

Takashi Kanamaru、Yutoshi Sekine：“由不同时间常数的兴奋性/抑制性群体组成的主动旋转器耦合系统中的振荡、同步和混沌”IEICE 研究技术报告，第 102 卷，第 71-76 号（2003 年）。

Takashi Kanamaru, Masatoshi Sekine: "Analysis of globally connected active rotators with excitatory and inhibitory connections using the Fokker-Planck equation"Physical Review E. Vol.67, No.3(採択済み). (2003)

Takashi Kanamaru、Masatoshi Sekine：“使用 Fokker-Planck 方程分析具有兴奋性和抑制性连接的全局连接主动旋转体”Physical Review E. Vol.67，No.3（已接受）（2003 年）。

Hardware object model and its application to the image processing

硬件对象模型及其在图像处理中的应用

• 发表时间: 2004
• 期刊: IEICE Transactions on Fundamentals vol.E87-A・no.3
• 作者: Kenji Kudo;Yoshihiro Myokan;Winh Chan Than;Shinji Akimoto;Takashi Kanamaru;Masatoshi Sekine
• 通讯作者: Masatoshi Sekine