ハイブリッド脳の構成と脳型計算機能の検証

混合脑配置及脑型计算功能验证

• 批准号: 22K19821
• 负责人: 佐藤 茂雄
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19821/
• 关键词: ハイブリッド脳; 培養神経回路; 半導体神経回路; 脳型計算機能

本研究では、培養神経細胞を用いて再構成される人工神経回路すなわち培養神経回路と、集積回路上に実現される人工神経回路すなわち半導体神経回路を融合したハイブリッド脳を構成する。研究の目的は、構造可変かつ大規模な生体神経回路を模倣するハイブリッド脳を手段として、生体で実現されている脳型計算機能を検証する。人工的に実現された神経回路において、回路構造と計算機能の関係、学習機能の発現メカニズムなどを実験から明らかにし、半導体神経回路に取り込むべき計算機能の抽出を行う。研究のスケジュールは、最初の１年半でハイブリッド脳の構成を行い、残りの１年半で脳型計算機能の抽出を行う。本年度は、ハイブリッド脳の構成に向けて、半導体神経回路の実装と、培養神経回路の信号計測と刺激印可を同時に行うシステムの構築を行った。半導体神経回路の開発では、多様な神経パルスを出力するCMOSスパイキングニューロン回路を用いて48ニューロンから成る結合が可変なネットワークを構築した。また、本ネットワークにおいて、生体と同様に、入力信号に応じて多様な反応を示すことを確認した。さらに、培養神経回路の開発では、高密度多点電極アレイによる信号計測と電気刺激を同時に行うシステムを構築し、単発刺激に対する応答特性を調べ、刺激位置に依存した反応が得られることを確認した。これらにより、ハイブリッド脳を構成するために必要ないくつかの要素技術の開発に成功した。

In this study, artificial neural circuits were constructed by using cultured neurons and integrating them into semiconductor neural circuits. The purpose of this study is to construct a method for simulating large-scale biological circuits and to demonstrate the ability of biological computers to simulate them. Artificial realization of the neural loop, the relationship between loop structure and computer power, the development of learning functions, the development of computer power, the semiconductor of the neural loop, the extraction of computer power The first one and a half years of research and development, the first one and a half years of research and a year of research and a half of research and development. This year, the construction of semiconductor circuits, signal measurement and stimulation of semiconductor circuits, and the construction of semiconductor circuits were carried out. Semiconductor circuit development, multi-channel CMOS circuit development, multi-channel CMOS circuit development For example, if you want to use a computer, you can use a computer to connect to your computer. In addition, the development of the culture circuit is based on the construction of the system, the adjustment of the response characteristics of the system, the dependence of the stimulation position, and the confirmation of the signal measurement and electrical stimulation of the high-density multi-point electrode. The development of essential technology is successful.

项目成果

報酬変調型STDP学習則と荷重値分配を用いた時系列信号分類手法の提案

提出使用奖励调制STDP学习规则和权重分布的时间序列信号分类方法

• 发表时间: 2023
• 作者: 飯田陽介;守谷 哲;山本英明;佐藤茂雄
• 通讯作者: 佐藤茂雄

Interfacing considerations for digital neuromorphic spiking neural hardware

数字神经形态尖峰神经硬件的接口注意事项

• 发表时间: 2023
• 作者: 荒木健介;大関真之;田中和之;J. Madrenas; B. Vallejo-Mancero; M. Zapata; S. Moriya; S. Sato
• 通讯作者: J. Madrenas; B. Vallejo-Mancero; M. Zapata; S. Moriya; S. Sato

Stimulus responses of modular neuronal networks grown on engineered substrates

在工程基质上生长的模块化神经元网络的刺激反应

• 发表时间: 2023
• 作者: H. Yamamoto;T. Takemuro;T. Sumi;J. Soriano;S. Sato;A. Hirano-Iwata
• 通讯作者: A. Hirano-Iwata

Multi-model spiking neural network hardware execution

多模型尖峰神经网络硬件执行

• 发表时间: 2022
• 作者: 守谷 哲;山本英明;弓仲康史;佐藤茂雄;堀尾喜彦;S. Moriya; H. Yamamoto; S. Sato; Y. Yuminaka; Y. Horio; J. Madrenas;B. Vallejo; J. Madrenas; M. Zapata; S. Moriya; S. Sato
• 通讯作者: B. Vallejo; J. Madrenas; M. Zapata; S. Moriya; S. Sato

カタルーニャ工科大学(スペイン)

加泰罗尼亚理工大学（西班牙）