ハイブリッド脳の構成と脳型計算機能の検証

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。

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。