| １．研究機関名 | 玉川大学 | |
| ２．研究領域 | 複合 | |
| ３．研究分野 | 生命情報 | |
| ４．研究期間 | 平成8年度〜平成12年度 | |
| ５．研究プロジェクト番号 | 96I00104 | |
| ６．研究プロジェクト名 | 情報表現の自己組織と学習ニューロチップ |
| プロジェクト・リーダー名 | フリガナ | 所属部局名 | 職名 |
| 塚田 稔 | ツカダ ミノル | 工学部 | 教授 |
８．コア・メンバー
| コア・メンバー名 | フリガナ | 所属研究機関名・所属部局名 | 職名 |
| 斎藤 秀昭 | サイトウ ヒデアキ | 玉川大学・脳科学研究施設／工学部 | 教授 |
| 星宮 望 | ホシミヤ ノゾミ | 東北大学・大学院工学研究科 | 教授 |
| 合原 一幸 | アイハラ カズユキ | 東京大学・新領域創成科学研究科 | 教授 |
９．研究協力者
| 研究協力者名 | フリガナ | 所属研究機関名・所属部局名 | 職名 |
| 津田 一郎 | ツダ イチロウ | 北海道大学・大学院理学研究科 | 教授 |
| 二見 亮弘 | フタミ リョウコウ | 東北大学・大学院工学研究科 | 助教授 |
| 堀尾 喜彦 | ホリオ ヨシヒコ | 東京電機大学・工学部 | 助教授 |
１０．研究成果の概要
|
本研究は脳の学習・記憶のダイナミックな情報表現に注目し、質的に異なる情報を統合した複合システムがどのような情報表現を創出するかをモデルと実験によって明らかにした。具体的には海馬（短期記憶）と皮質（長期記憶）の複合システムに注目し、記憶の書き込みと読み出しのダイナミックな特徴を生理実験で明らかにするとともに、そのモデルのフィージビリティーを確認しハードウェアとしての学習ニューロチップの集積回路化に成功した。そのモデルの特徴は次の4つのアルゴリズムからなる。 記憶の書き込みモデルのアルゴリズム 1)時空間学習則（本研究成果）により時空間の事象の文脈を形成し、海馬ニューラルネットの荷重空間に一時的に記憶する（短期記憶）。 2) 1)の文脈情報と感覚入力をアドレス情報（グローバル情報とミクロ情報の統合）として連合野に安定なアトラクター構造を作り記憶する（長期記憶）。 記憶の読み出しモデルのアルゴリズム 3)海馬の文脈と感覚入力がアドレス情報となる。 4)アドレス情報に基づいて皮質上にダイナミックな細胞集合体を形成する。 このアルゴリズムに基づいてシミュレーションを実施した結果、学習の書き込みではヘブおよびヘブの拡張則に比較して時空間学習則が文脈の分離機能の向上に極めて有効であるばかりでなく、学習速度も速く“にせ”記憶の数も減少した。また、読み出し機能では従来の勾配降下法やランダム検索のメモリ想起方法に比較し、読み出し速度と誤り率で極めて優れていることが明らかとなった。 |
１１．キーワード
(1)記憶、(2)学習、(3)海馬―皮質記憶システム
(4)ダイナミック情報表現、(5)時空間学習則、(6)文脈アドレス
(7)動的細胞集団
１２．研究発表（印刷中も含む）
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Hironori Matsuda, Takeshi Aihara, Masami Tatsuno, Minoru Tsukada and Kazuyuki Aihara | Chaotic stimulus dependent long-term potentiation in the hippocampal CAI area | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Biosystems | 58 | 2000 | pp.273-279 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Takeshi Aihara, Minoru Tsukada and Hironori Matsuda | Two dynamic processes for the induction of long-term potentiation in hippocampal CAI area | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Biological Cybernetics | 82 | 2000 | pp.189-195 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 高橋晋、小林祐喜、相原威、塚田稔、安西祐一郎 | 独立成分分析によるOptical Imaging Dataからの神経活動分離 | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | 8 | 2000 | pp.3-12 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 小林祐喜、島崎秀昭、相原威、塚田稔 | 海馬CA1野の入力と出力逆伝搬の時間タイミング依存性LTP/LTD | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | In press | |||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 塚田稔 | 海馬神経回路の学収則とそのモデル | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 実験医学 | 18 | 2000 | pp.2673-2680 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 松田広則、相原 威、塚田 稔、龍野正実、合原一幸 | 海馬CA1野のカオス時系列刺激依存性長期増強(LTP) | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | 6 | 1999 | pp.117-127 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 山本 純、高橋宗良、塚田 稔、安西祐一郎 | Analog FPAAと組込用MCUを用いた完全無拘束動物実験のための多点ニューロン同時計測システムの開発 | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | 6 | 1999 | pp.3-10 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 山本 純、門司廣之、大神田瑞樹、塚田 稔、佐々木寛、福西宏有、安西祐一郎 | 音と海馬の複合刺激によってモルモット聴覚皮質に誘起されるダイナミックな相互作用 -オプティカルイメージ解析- | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | 6 | 1999 | pp.11-16 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 塚田稔 | 脳の記憶のメカニズム | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Computer Today | 84 | 1999 | pp.22-27 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Takeshi Aihara, Minoru . Tsukada Michael C. Crair, and Shigeru Sinomoto | Stimulus-Dependent Induction of Long-Term Potentiation in CAl Area of the Hippocampus ; Experiment and Model | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Hippocampus | 7 | 1997 | pp.416-426 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 塚田稔 | 記憶神経回路と学習則 | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 神経研究の進歩 | 41 | 1997 | pp.843-854 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Minoru Tsukada, Takeshi Aihara, Hideaki Saito and Hiroshi Kato | Hippocampal LTP depends on spatial and temporal correlation of inputs | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Neural Network | 9 | 1997 | pp.1357-1365 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Minoru Tsukada, Takeshi Aihara, Hideaki Saito, Hiroshi Kato, Michael C. Crair, and Shigeru Sinomoto | Spatio-temporal aspects of learning and memory in the hippocampal-cortical memory system | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Biological Cybernetics | 1 | 1996 | pp.113-136 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Okamoto H., Kawakami, S., Saito, H., Hida, E., Odajima, K., Tamanoi, D., Ohno, H. | MT neurons in the macaque exhibited two types of bimodal direction tuning as predicted by a model for visual motion detection | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Vision Research | 39 | 1999 | pp.3465-3479 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Adachi M. and Aihara K | Associative Dvnamics in a Chaotic Neural Network | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Neural Networks | 10 | 1997 | pp.83-98 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 市瀬夏洋、合原一幸、岡部洋一 | パルスニューラルネットワークにおける相関コーディングとディレイ適応 | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | 4 | 1997 | pp.10-17 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 堀尾喜彦 | カオスニューロコンピュータ | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Computer Today | 14 | 1997 | pp.14-21 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 平田祥人、下川英敏、合原一幸 | 1次元写像のエントロピー関数と情報源符号化 | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 電子情報通信学会論文誌 | 12 | 1999 | pp.1780-1792 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 加納 慎一郎, 伊藤 猛, 風見 邦夫, 二見 亮弘, 星宮 望 | 音長の違いに対するミスマッチ応答についての脳波・脳磁図による検討 | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 医用電子と生体工学 | 35 | 1997 | pp.460-465 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Erdi P. and Tsuda I. | Hermeneutic approach to the brain | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Theoria et historia scientiarum | In press | |||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Tsuda I. and Hatakeyama M. | Making sense of internal logic : Theory and case study | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Science of interfaces | In press | |||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Tsuda I. and Kuroda S. | Cantor coding in the hippocampus | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| J. J. appl. math. | In press | |||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Tsuda I. | Towards an interpretation of dynamic neural activity in terms of chaotic dynamical systems | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Behavioral and brain science | In press | |||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Matsuda H., Aihara T., Tatsuno M., Tsukada M. and Aihara k. | Chaotic stimulus dependent long-term potentiation in the hippocampal CA1 area | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Biosystems | Vol.58 | 2000 | pp.273-279 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Aihara T., Tsukada M. and Matsuda H. | Two dynamic processes for the induction of long-term potentiation in hippocampal | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Biological Cybernetics | Vol.82 | 2000 | pp.189-195 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 塚田稔 | 海馬神経回路の学習則とそのモデル | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 実験医学 | Vol.18 | 2000 | pp.2673-2680 | |
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 小林祐喜、島崎秀昭、相原威、塚田稔 | 入力と出力逆伝搬の時間タイミング依存性LTP/LTD | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | In press | 2001 | ||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| 高橋晋、小林祐喜、相原威、塚田稔、安西祐一郎 | 独立成分分析によるOptical Imaging Dataからの神経活動分離 | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| 日本神経回路学会誌 | In press | 2001 | ||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Erdi P. and Tsuda I. | Hermeneutic approach to the brain | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Theoria et historia scientiarum | In press | 2001 | ||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Tsuda I. and Hatakeyama M. | Making sense of internal logic : Theory and case study | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| Science of interfaces | In press | 2001 | ||
| 著者名 | 論文標題 | |||
| Tsuda I. and Kuroda S. | Cantor coding in the hippocampus | |||
| 雑誌名 | 巻 | 発行年 | ページ | |
| J. J. appl. math. | In press | 2001 | ||
| 著者名 | 出版者 | ||
| 斎藤 秀昭 | 脳・心・コンピュータ | ||
| 書名 | 発行年 | 総ページ数 | |
| 丸善 | 1996 | 261 | |
| 著者名 | 出版者 | ||
| 斎藤 秀昭 | 視覚認知と聴覚認知 | ||
| 書名 | 発行年 | 総ページ数 | |
| オーム社 | 1999 | 275 | |
| 著者名 | 出版者 | ||
| Aihara K | United Nations University Press | ||
| 書名 | 発行年 | 総ページ数 | |
| The Impact of chaos on science and society | 1997 | 401 | |
| 著者名 | 出版者 | ||
| Watanabe M, Aihara K and Kondo S | Birkhauser, Boston | ||
| 書名 | 発行年 | 総ページ数 | |
| Control and Chaos | 1997 | 333 | |