STDPが導くニューラルネットワークの治空間構造とダイナミクスの解析

STDP 引导下的神经网络空间结构和动力学分析

• 批准号: 10J08144
• 负责人: 加藤 秀行
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08144/
• 关键词: STDP; ニューラルネットワーク; リカレントネット; 学習; ネットワーク構造; 複雑ネットワーク; 結合パタン

本研究では、スパイクタイミングに依存したシナプス可塑性(STDP)により形成される神経回路網の機能的構造,及びそれによりもたらされる局所回路内の細胞の応答反応を体系的かつ理論的に解析を行い,脳の情報処理原理の理解を深め,記憶や学習といった脳の高次機能の解明に貢献することを目的とし,本年度は「研究実施計画」の基づき,複雑ネットワーク理論におけるネットワークモチーフと呼ばれる局所結合パタンを解析することにより,STDPがリカレントネットワーク内にもたらす機能的結合構造の解析を行った.具体的には,まず,STDPにより導かれた神経回路網において,どのような結合パタンがランダムネットワークと比較して,有意に多く,又は少なく存在するのかを統計的手法を用い,解析を行い,STDPを有する神経回路網が学習後に呈するネットワーク構造を明らかにした.次にこのような機能的結合構造の生成メカニズムを明らかにするために,神経細胞集団の振舞いをスパイク統計量及び同期の観点から解析を行った.その結果,神経細胞集団が律動的活動を示した場合のみ,回路網内に特殊な構造が誘起されることが明らかとなった.さらに,本研究では,このような特殊構造生成において,軸索遅延が重要な役割を担っており,律動活動と軸索遅延との協調が特殊構造生成に強く関与していることが明らかとなった.従来,律動活動は,脳の情報処理に有効であることが数多くの研究により示されてきたが,本研究により,情報処理のみならず,回路形成の側面においても重要な働きをしていることが示唆される.

This study で は, ス パ イ ク タ イ ミ ン グ に dependent し た シ ナ プ ス plasticity (STDP) に よ り form さ れ る 経 god back to the structure of the network の function, and び そ れ に よ り も た ら さ れ る bureau の cells within the loop の 応 answer against 応 を system か つ theory analytical line を い に, 脳 の intelligence 処 principle の understand を deep め, memory や learning と い っ た 脳 の high order function の interpret に contribution す る こ と を purpose と し, this year's は be "research project" の base づ き, complex 雑 ネ ッ ト ワ ー ク theory に お け る ネ ッ ト ワ ー ク モ チ ー フ と shout ば れ る bureau combining パ タ ン を parsing す る こ と に よ り, STDP が リ カ レ ン ト ネ ッ ト ワ ー ク within に も た ら す function combination of tectonic analytical line を っ の Youdaoplaceholder0. Specific に は, ま ず, STDP に よ り guide か れ た 経 god back to the road network に お い て, ど の よ う な combining パ タ ン が ラ ン ダ ム ネ ッ ト ワ ー ク と compare し て, intentionally に く more, and less は な く exist す る の か を statistical methods を い, parsing を い, STDP を have す る 経 god back to the road network が に shown after learning す る ネ ッ ト ワ ー ク を construction Ming ら に に た. Time に こ の よ う な function combination of tectonic の generated メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に す る た め に, god 経 cells sets 団 の vibration dance い を ス パ イ ク statistics and the same period び の 観 point か ら parsing line を っ た. そ の result, god 経 cells sets 団 が rhythm activity を shown し た occasions の み, back to the road network within に な special tectonic が induced さ れ る こ と が Ming ら か と な っ た. さ ら に, this study で は, こ の よ う な special structure generated に お い て, axon 遅 delay が cut を bear important な service っ て お り, rhythm activity と axon 遅 delay と の coordination が special structure to generate strong に く masato and し て い る こ と が Ming ら か と な っ た. 従, rhythm activity は, 脳 の intelligence 処 Richard に have sharper で あ る こ と が more く の research に よ り shown さ れ て き た が, this study に よ り, intelligence 処 Richard の み な ら ず, loop forming の side に お い て も important な 働 き を し て い る こ と が in stopping さ れ る.

项目成果

STDP学習則により導かれる神経雪崩

STDP 学习规则引导的神经雪崩

• 发表时间: 2010
• 期刊: 電子情報通信学会誌A
• 作者: 大野修平;加藤秀行;池口徹
• 通讯作者: 池口徹

Local cortical design of voltage-based STDP

基于电压的 STDP 的局部皮质设计

• 发表时间: 2011
• 作者: Hideyuki Kato;Tohru Ikeguchi
• 通讯作者: Tohru Ikeguchi

Consistency in neuronal avalanche induced by spike-timing-dependent plasticity

尖峰时间依赖性可塑性引起的神经元雪崩的一致性

• 发表时间: 2011
• 作者: Shuhei Oono;Hideyuki Kato;Tohru Ikeguchi
• 通讯作者: Tohru Ikeguchi

Emergence of Highly Nonrandom Functional Synaptic Connectivity through STDP

通过 STDP 出现高度非随机的功能性突触连接

• 发表时间: 2010
• 期刊: Lecture Notes in Computer Science
• 作者: Hideyuki Kato;Tohru Ikeguchi
• 通讯作者: Tohru Ikeguchi

Pattern Analysis on Neuronal Avalanche induced by Spike-Timing-Dependent Plasticity

尖峰时序依赖性可塑性引起的神经元雪崩的模式分析

• 发表时间: 2011
• 作者: 大野修平;加藤秀行;池口徹
• 通讯作者: 池口徹