ロボットと培養神経回路網のカップリングにおけるホメオスタシスと自律的運動の生成

本研究プロジェクトでは、これまでの我々の研究によって示されている、身体化された神経回路が自律的に刺激を避ける行動を学習する原理(LSA)をベースとして、培養神経細胞、スパイキングニューラルネットワークを用いた実験と理論の二つのアプローチを通して自律的な適応行動の生成メカニズムを研究している。昨年度までの研究によって、身体化された神経回路には、刺激入力を避けるための行動を学習する、行動で避けられない刺激入力は入力ニューロンからの結合を弱めるといった少なくとも二つの方法で自律的に刺激入力を避ける学習がはたらくという性質があることが分かっている。その他の入力刺激を避ける方法として刺激パターンを予測して抑制するという方法が考えられる。本年度の研究では、実際にスパイキングニューラルネットワークを用いたシミュレーション実験において、特別な構造を持たない神経回路においても、入力刺激のパターンを予測して刺激を抑制するという学習が生じることを示した。これは、昨年度までの研究と同様に、外部から目的や評価指標を与えるのではなく、STDPといったローカルな学習規則によって自律的に学習されるといった点でも興味深い結果である。本研究プロジェクトでは身体化された神経回路は、制御可能な入力刺激は「行動」することでその刺激を避け、予測可能な入力刺激は「予測」し抑制することでその刺激を避け、行動、予測で回避できないような入力刺激に関しては、入力ニューロンの結合を弱めて「選択」することで刺激を避けるといったように、その環境に応じて様々なふるまいによってホメオスタシスを実現する性質がSTDPといったローカルな学習規則から創発するということを示した。本年度は、この研究結果をベースとして、自律エージェントの進化の過程に関して行動、予測、普遍化といった点に注目して議論を深めた。

本研究プロジェクトでは、これまでの我々の研究によって示されている、身体化された神経回路が自律的に刺激を避ける行動を学習する原理(LSA)をベースとして、培養神経細胞、スパイキングニューラルネットワークを用いた実験と理論の二つのアプローチを通して自律的な適応行動の生成メカニズムを研究している。昨年度までの研究によって、身体化された神経回路には、刺激入力を避けるための行動を学習する、行動で避けられない刺激入力は入力ニューロンからの結合を弱めるといった少なくとも二つの方法で自律的に刺激入力を避ける学習がはたらくという性質があることが分かっている。その他の入力刺激を避ける方法として刺激パターンを予測して抑制するという方法が考えられる。本年度の研究では、実際にスパイキングニューラルネットワークを用いたシミュレーション実験において、特別な構造を持たない神経回路においても、入力刺激のパターンを予測して刺激を抑制するという学習が生じることを示した。これは、昨年度までの研究と同様に、外部から目的や評価指標を与えるのではなく、STDPといったローカルな学習規則によって自律的に学習されるといった点でも興味深い結果である。本研究プロジェクトでは身体化された神経回路は、制御可能な入力刺激は「行動」することでその刺激を避け、予測可能な入力刺激は「予測」し抑制することでその刺激を避け、行動、予測で回避できないような入力刺激に関しては、入力ニューロンの結合を弱めて「選択」することで刺激を避けるといったように、その環境に応じて様々なふるまいによってホメオスタシスを実現する性質がSTDPといったローカルな学習規則から創発するということを示した。本年度は、この研究結果をベースとして、自律エージェントの進化の過程に関して行動、予測、普遍化といった点に注目して議論を深めた。