2026/01/16 更新

写真a

アオニシ　トオル
青西　亨
AONISHI TORU
所属
情報理工学院 特定教授
職名
特定教授
外部リンク

学位

  • Ph.D (Engineering) （ Osaka University ）

研究キーワード

  • 計算論的神経科学

  • 情報統計力学

  • データ駆動科学

  • Neuro Science in General

  • Statistical physics and thermodynamics

研究分野

  • 情報通信 / 生命、健康、医療情報学

  • ライフサイエンス / 神経科学一般

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎

学歴

  • 大阪大学

    - 1998年

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  • 大阪大学   基礎工学研究科   生物工学分野

    - 1998年

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    国名： 日本国

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  • 九州工業大学   情報工学部   制御システム工学科

    - 1993年

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    国名： 日本国

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経歴

  • -:Tokyo Institute of Technology Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering Lecturer

    2004年

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  • -:東京工業大学 大学院総合理工学研究科 講師

    2004年

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  • :RIKEN Brain Science Institute Researcher

    1998年 - 2004年

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  • :理化学研究所 脳科学総合研究センター 研究員

    1998年 - 2004年

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  • :Postdoctoral Fellows

    1998年

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  • :日本学術振興会 特別研究員(PD)

    1998年

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  • :Japan Society for Promotion of Science Research Fellows

    1995年 - 1998年

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  • :日本学術振興会 特別研究員(DC1)

    1995年 - 1998年

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所属学協会

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委員歴

  • IEICE   Steward  

    2005年   

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    団体区分：学協会

    IEICE

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  • Japan neural network society   Action Editor for memoir  

    2005年   

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    団体区分：学協会

    Japan neural network society

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  • 電子情報通信学会   NC研究会幹事補佐  

    2005年   

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    団体区分：学協会

    電子情報通信学会

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  • 日本神経回路学会   学会誌編集担当  

    2005年   

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    団体区分：学協会

    日本神経回路学会

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論文

  • Highly Versatile FPGA-Implemented Cyber Coherent Ising Machine

    Toru Aonishi, Tatsuya Nagasawa, Toshiyuki Koizumi, Mastiyage Don Sudeera Hasaranga Gunathilaka, Kazushi Mimura, Masato Okada, Satoshi Kako, Yoshihisa Yamamoto

    IEEE Access   12   175843 - 175865   2024年11月

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    担当区分：筆頭著者   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)  

    DOI： 10.1109/access.2024.3504008

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    その他リンク： http://xplorestaging.ieee.org/ielx8/6287639/10380310/10759637.pdf?arnumber=10759637

  • Detection of Nonuniformity in Parameters for Magnetic Domain Pattern Generation by Machine Learning 査読

    Naoya Mamada, Masaichiro Mizumaki, Ichiro Akai, Toru Aonishi

    Journal of the Physical Society of Japan   93 ( 5 )   2024年5月

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    担当区分：最終著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Physical Society of Japan  

    DOI： 10.7566/jpsj.93.054706

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  • Mean-field coherent Ising machines with artificial Zeeman terms 査読

    Sudeera Hasaranga Gunathilaka Mastiyage Don, Yoshitaka Inui, Satoshi Kako, Yoshihisa Yamamoto, Toru Aonishi

    Journal of Applied Physics   134 ( 23 )   2023年12月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：AIP Publishing  

    Coherent Ising Machine (CIM) is a network of optical parametric oscillators that solve combinatorial optimization problems by finding the ground state of an Ising Hamiltonian. In CIMs, a problem arises when attempting to realize the Zeeman term because of the mismatch in size between interaction and Zeeman terms due to the variable amplitude of the optical parametric oscillator pulses corresponding to spins. There have been three approaches proposed so far to address this problem for CIM, including the absolute mean amplitude method, the auxiliary spin method, and the chaotic amplitude control (CAC) method. This paper focuses on the efficient implementation of Zeeman terms within the mean-field CIM model, which is a physics-inspired heuristic solver without quantum noise. With the mean-field model, computation is easier than with more physically accurate models, which makes it suitable for implementation in field programmable gate arrays and large-scale simulations. First, we examined the performance of the mean-field CIM model for realizing the Zeeman term with the CAC method, as well as their performance when compared to a more physically accurate model. Next, we compared the CAC method to other Zeeman term realization techniques on the mean-field model and a more physically accurate model. In both models, the CAC method outperformed the other methods while retaining similar performance.

    DOI： 10.1063/5.0176248

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  • Effective implementation of L0-regularised compressed sensing with chaotic-amplitude-controlled coherent Ising machines 査読

    Mastiyage Don Sudeera Hasaranga Gunathilaka, Satoshi Kako, Yoshitaka Inui, Kazushi Mimura, Masato Okada, Yoshihisa Yamamoto, Toru Aonishi

    Scientific Reports   13 ( 1 )   2023年9月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Coherent Ising machine (CIM) is a network of optical parametric oscillators that can solve large-scale combinatorial optimisation problems by finding the ground state of an Ising Hamiltonian. As a practical application of CIM, Aonishi et al., proposed a quantum-classical hybrid system to solve optimisation problems of$$l_0$$-regularisation-based compressed sensing. In the hybrid system, the CIM was an open-loop system without an amplitude control feedback loop. In this case, the hybrid system is enhanced by using a closed-loop CIM to achieve chaotic behaviour around the target amplitude, which would enable escaping from local minima in the energy landscape. Both artificial and magnetic resonance image data were used for the testing of our proposed closed-loop system. Compared with the open-loop system, the results of this study demonstrate an improved degree of accuracy and a wider range of effectiveness.

    DOI： 10.1038/s41598-023-43364-8

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    その他リンク： https://www.nature.com/articles/s41598-023-43364-8

  • Effect of Coupling Discretization on Coherent-Ising-Machine-Implemented Hopfield Model 査読

    Ryuta Sasaki, Shunki Nakagawa, Kazushi Mimura, Masato Okada, Toru Aonishi, Yoshihisa Yamamoto

    Journal of the Physical Society of Japan   2023年4月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.7566/JPSJ.92.044002

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  • Computational model predicts the neural mechanisms of prepulse inhibition in Drosophila larvae. 査読 国際誌

    Kotaro Furuya, Yuki Katsumata, Masayuki Ishibashi, Yutaro Matsumoto, Takako Morimoto, Toru Aonishi

    Scientific reports   12 ( 1 )   15211 - 15211   2022年9月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    Prepulse inhibition (PPI) is a behavioural phenomenon in which a preceding weaker stimulus suppresses the startle response to a subsequent stimulus. The effect of PPI has been found to be reduced in psychiatric patients and is a promising neurophysiological indicator of psychiatric disorders. Because the neural circuit of the startle response has been identified at the cellular level, investigating the mechanism underlying PPI in Drosophila melanogaster larvae through experiment-based mathematical modelling can provide valuable insights. We recently identified PPI in Drosophila larvae and found that PPI was reduced in larvae mutated with the Centaurin gamma 1A (CenG1A) gene, which may be associated with autism. In this study, we used numerical simulations to investigate the neural mechanisms underlying PPI in Drosophila larvae. We adjusted the parameters of a previously developed Drosophila larvae computational model and demonstrated that the model could reproduce several behaviours, including PPI. An analysis of the temporal changes in neuronal activity when PPI occurs using our neural circuit model suggested that the activity of specific neurons triggered by prepulses has a considerable effect on PPI. Furthermore, we validated our speculations on PPI reduction in CenG1A mutants with simulations.

    DOI： 10.1038/s41598-022-19210-8

    PubMed

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  • Dopamine Negatively Regulates Insulin Secretion Through Activation of D1-D2 Receptor Heteromer 査読

    Fumiya Uefune, Toru Aonishi, Tetsuya Kitaguchi, Harumi Takahashi, Susumu Seino, Daisuke Sakano, Shoen Kume

    DIABETES   71 ( 9 )   1946 - 1961   2022年9月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.2337/db21-0644

    Web of Science

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  • L0 regularization-based compressed sensing with quantum–classical hybrid approach 査読

    Toru Aonishi, Kazushi Mimura, Masato Okada, Yoshihisa Yamamoto

    Quantum Science and Technology   7 ( 3 )   035013 - 035013   2022年7月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：{IOP} Publishing  

    Abstract

    L0-regularization-based compressed sensing (L0-RBCS) has the potential to outperform L1-regularization-based compressed sensing (L1-RBCS), but the optimization in L0-RBCS is difficult because it is a combinatorial optimization problem. To perform optimization in L0-RBCS, we propose a quantum–classical hybrid system consisting of a quantum machine and a classical digital processor. The coherent Ising machine (CIM) is a suitable quantum machine for this system because this optimization problem can only be solved with a densely connected network. To evaluate the performance of the CIM-classical hybrid system theoretically, a truncated Wigner stochastic differential equation (W-SDE) is introduced as a model for the network of degenerate optical parametric oscillators, and macroscopic equations are derived by applying statistical mechanics to the W-SDE. We show that the system performance in principle approaches the theoretical limit of compressed sensing and this hybrid system may exceed the estimation accuracy of L1-RBCS in actual situations, such as in magnetic resonance imaging data analysis.

    DOI： 10.1088/2058-9565/ac6f19

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    その他リンク： https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-9565/ac6f19/pdf

  • Control of amplitude homogeneity in coherent Ising machines with artificial Zeeman terms

    Yoshitaka Inui, Mastiyage Don Sudeera Hasaranga Gunathilaka, Satoshi Kako, Toru Aonishi, Yoshihisa Yamamoto

    Communications Physics   5 ( 1 )   2022年6月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    A coherent Ising machine (CIM) is an open-dissipative Ising solver using optical pulses generated from a degenerate optical parametric oscillator as analog magnetizations. When solving real-world optimization problems with CIM, this solver has two difficulties: mutual coupling induced amplitude inhomogeneity and absence of natural way to implement Zeeman terms. For the approximate Gaussian formulation of CIMs with amplitude control feedback, we add artificial Zeemam terms using the target amplitude information. Here we show, for 16-spin CIM with Zeeman terms, the amplitude control increases the performance, particularly when Zeeman terms are competing against mutual coupling coefficients.

    DOI： 10.1038/s42005-022-00927-x

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    その他リンク： https://www.nature.com/articles/s42005-022-00927-x

  • Low computational-cost cell detection method for calcium imaging data 査読

    Tsubasa Ito, Keisuke Ota, Kanako Ueno, Yasuhiro Oisi, Chie Matsubara, Kenta Kobayashi, Masamichi Ohkura, Junichi Nakai, Masanori Murayama, Toru Aonishi

    Neuroscience Research   2022年4月

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    担当区分：最終著者   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Elsevier BV  

    DOI： 10.1016/j.neures.2022.02.008

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  • 非負値行列因子分解による2次元X線吸収スペクトルデータの解析

    青西 亨, 谷本 寛樹, 徐 宏坤, 水牧 仁一朗, 妹尾 与志木, 内和田 純平, 山上 遼, 熊添 博之, 岩満 一功, 木村 勇太, 雨澤 浩史, 赤井 一郎

    日本神経回路学会誌   29 ( 1 )   3 - 14   2022年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：日本神経回路学会  

    電気自動車などの性能向上のため，リチウムイオン電池の急速充電・高出力といった高レート特性の向上が強く求められている．高レートでの使用条件下で十分なパフォーマンスが達成できない原因一つとして，充放電中に化学反応が不均一に進むことが挙げられる．このような充放電時の不均一な化学反応を，2次元X線吸収スペクトル法により視覚化する試がある．この解説では，近年我々が取り組んでいる非負値行列因子分解（Non-negative Matrix Factorization（NMF））による2次元X線吸収スペクトルデータ解析を紹介する．本手法により，従来手法とは異なる吸収スペクトルの差異に基づく化学反応の不均一性の検出ができる．しかしながら，NMFで抽出したスペクトルの特徴が，我々に解釈可能な物理的特徴量と一致しているかどうかという問題に直面する．これは，データ駆動科学の多くの事例で直面している共通の問題である．我々は，NMFにより分解したスペクトルベイズ分光を適用することにより，我々が解釈可能な物理的特徴量に変換することで，この問題の解決を試みる．

    DOI： 10.3902/jnns.29.3

    CiNii Research

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  • Imaging data analysis using non-negative matrix factorization 招待 査読 国際誌

    Toru Aonishi, Ryoichi Maruyama, Tsubasa Ito, Hiroyoshi Miyakawa, Masanori Murayama, Keisuke Ota

    Neuroscience Research   179   51 - 56   2021年12月

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    担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Elsevier BV  

    The rapid progress of imaging devices such as two-photon microscopes has made it possible to measure the activity of thousands to tens of thousands of cells at single-cell resolution in a wide field of view (FOV) data. However, it is not possible to manually identify thousands of cells in such wide FOV data. Several research groups have developed machine learning methods for automatically detecting cells from wide FOV data. Many of the recently proposed methods using dynamic activity information rather than static morphological information are based on non-negative matrix factorization (NMF). In this review, we outline cell-detection methods related to NMF. For the purpose of raising issues on NMF cell detection, we introduce our current development of a non-NMF method that is capable of detecting about 17,000 cells in ultra-wide FOV data.

    DOI： 10.1016/j.neures.2021.12.001

    PubMed

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  • Non-negative matrix factorization for 2D-XAS images of lithium ion batteries 査読

    Hiroki Tanimoto, Xu Hongkun, Masaishiro Mizumaki, Yoshiki Seno, Jumpei Uchiwada, Ryo Yamagami, Hiroyuki Kumazoe, Kazunori Iwamitsu, Yuta Kimura, Koji Amezawa, Ichiro Akai, Toru Aonishi

    Journal of Physics Communications   5 ( 11 )   115005 - 115005   2021年11月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：IOP Publishing  

    Abstract

    Lithium-ion secondary batteries have been used in a wide variety of purposes, such as for powering mobile devices and electric vehicles, but their performance should be improved. One of the factors that limits their performance is the non-uniformity of the chemical reaction in the process of charging and discharging. Many attempts have been made to elucidate the mechanism behind this reaction non-uniformity. In this paper, to detect non-uniformity in various physical properties from Co K-edge two-dimensional x-ray absorption spectroscopy (2D-XAS) images of lithium ion batteries, we propose a method that consists of one-sided orthogonal non-negative matrix factorization in combination with removal of the reference signal. The difference between x-ray absorption spectra acquired at different positions in the battery is very small. However, even in such a situation, our method can decompose the 2D-XAS data into different spatial domains and their corresponding absorption spectra. From the spectral decomposition of the obtained absorption spectra, we confirmed a transition-energy shift of the main peak as evidence for a change in the state of charge and also found spectral changes due to orbital hybridization in the decomposed spectral components.

    DOI： 10.1088/2399-6528/ac3268

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    その他リンク： https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2399-6528/ac3268/pdf

  • Analysis of the Hopfield Model with Discrete Coupling 査読

    Ryuta Sasaki, Toru Aonishi

    Journal of the Physical Society of Japan   90 ( 9 )   094602 - 094602   2021年9月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Physical Society of Japan  

    DOI： 10.7566/JPSJ.90.094602

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  • Fast, cell-resolution, contiguous-wide two-photon imaging to reveal functional network architectures across multi-modal cortical areas 査読 国際誌

    Keisuke Ota, Yasuhiro Oisi, Takayuki Suzuki, Muneki Ikeda, Yoshiki Ito, Tsubasa Ito, Hiroyuki Uwamori, Kenta Kobayashi, Midori Kobayashi, Maya Odagawa, Chie Matsubara, Yoshinori Kuroiwa, Masaru Horikoshi, Junya Matsushita, Hiroyuki Hioki, Masamichi Ohkura, Junichi Nakai, Masafumi Oizumi, Atsushi Miyawaki, Toru Aonishi, Takahiro Ode, Masanori Murayama

    Neuron   109 ( 11 )   1810 - 1824.e9   2021年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Elsevier BV  

    Fast and wide field-of-view imaging with single-cell resolution, high signal-to-noise ratio, and no optical aberrations have the potential to inspire new avenues of investigations in biology. However, such imaging is challenging because of the inevitable tradeoffs among these parameters. Here, we overcome these tradeoffs by combining a resonant scanning system, a large objective with low magnification and high numerical aperture, and highly sensitive large-aperture photodetectors. The result is a practically aberration-free, fast-scanning high optical invariant two-photon microscopy (FASHIO-2PM) that enables calcium imaging from a large network composed of ∼16,000 neurons at 7.5 Hz from a 9 mm2 contiguous image plane, including more than 10 sensory-motor and higher-order areas of the cerebral cortex in awake mice. Network analysis based on single-cell activities revealed that the brain exhibits small-world rather than scale-free behavior. The FASHIO-2PM is expected to enable studies on biological dynamics by simultaneously monitoring macroscopic activities and their compositional elements.

    DOI： 10.1016/j.neuron.2021.03.032

    PubMed

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  • Performance of Region-Based Markov Random Field with XY Spins

    Naoki Wada, Masaichiro Mizumaki, Yoshiki Seno, Yuta Kimura, Koji Amezawa, Masato Okada, Ichiro Akai, Toru Aonishi

    Journal of the Physical Society of Japan   90 ( 4 )   044003 - 044003   2021年4月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Physical Society of Japan  

    DOI： 10.7566/jpsj.90.044003

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  • Obtaining Underlying Parameters from Magnetic Domain Patterns with Machine Learning 査読

    Naoya Mamada, Masaichiro Mizumaki, Ichiro Akai, Toru Aonishi

    Journal of the Physical Society of Japan   90 ( 1 )   014705 - 014705   2021年1月

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    担当区分：最終著者   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Japan Society of Applied Physics  

    DOI： 10.7566/jpsj.90.014705

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  • Frequency-dependent entrainment of spontaneous Ca transients in the dendritic tufts of CA1 pyramidal cells in rat hippocampal slice preparations by weak AC electric field 査読

    Ichiro Kato, Kenya Innami, Koki Sakuma, Hiroyoshi Miyakawa, Masashi Inoue, Toru Aonishi

    Brain Research Bulletin   153   202 - 213   2019年11月

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    担当区分：最終著者   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Elsevier BV  

    DOI： 10.1016/j.brainresbull.2019.08.009

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  • Statistical mechanics of CDMA multiuser detector implemented in coherent Ising machine 査読

    Toru Aonishi, Kazushi Mimura, Masato Okada, Yoshihisa Yamamoto

    Journal of Applied Physics   124 ( 23 )   233102 - 233102   2018年12月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1063/1.5041998

    Web of Science

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  • A numerical inversion method for improving the spatial resolution of elemental imaging by laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry 査読

    Toru Aonishi, Takafumi Hirata, Tatsu Kuwatani, Masuto Fujimoto, Qing Chang, Jun-Ichi Kimura

    Journal of Analytical Atomic Spectrometry   33 ( 12 )   2210 - 2218   2018年12月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1039/C7JA00334J

    Web of Science

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  • Critical memory capacity of Hopfield model implemented in coherent Ising machine 査読

    Toru Aonishi, Masato Okada, Kazushi Mimura, Yoshihisa Yamamoto

    Journal of Applied Physics   124 ( 15 )   152129 - 152129   2018年10月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1063/1.5041997

    Web of Science

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  • White noise analysis for the correlation-type elementary motion detectors with half-wave rectifiers 査読

    Hideaki Ikeda, Toru Aonishi

    Neural Networks   102   96 - 106   2018年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.neunet.2018.02.014

    Web of Science

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  • Statistical Mechanics of Coherent Ising Machine - The Case of Ferromagnetic and Finite-Loading Hopfield Models- 査読

    Toru Aonishi, Kazushi Mimura, Shoko Utsunomiya, Masato Okada, Yoshihisa Yamamoto

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   86 ( 10 )   2017年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.7566/JPSJ.86.104002

    Web of Science

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  • Performance Comparison of Motion Encoders: Hassenstein–Reichardt and Two-Detector Models 査読

    Hideaki Ikeda, Toru Aonishi

    Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics)   10636   885 - 893   2017年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：Springer Verlag  

    DOI： 10.1007/978-3-319-70090-8_90

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  • Model Selection of Early Vision System of Drosophila melanogaster 査読

    Hideaki Ikeda, Yoshinori Suzuki, Takako Morimoto, Toru Aonishi

    情報処理学会論文誌数理モデル化と応用（TOM）   9 ( 3 )   24 - 31   2016年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    Several quantitative models of motion-sensitive neurons called lobula plate tangential cells (LPTCs) in the fly visual system have been proposed: The four-detector (4D), six-detector (6D) models and the two-detector (2D) model. Here, we select the most suitable model from the above three ones by fitting electrophysiological data of LPTCs in responses to motion stimuli. We calculated generalization errors (GEs) of the models by cross-validation method. Due to the result of cross-validation and non-reasonability of the 4D and 6D models fitted to the electrophysiological data, we can select the 2D model.Several quantitative models of motion-sensitive neurons called lobula plate tangential cells (LPTCs) in the fly visual system have been proposed: The four-detector (4D), six-detector (6D) models and the two-detector (2D) model. Here, we select the most suitable model from the above three ones by fitting electrophysiological data of LPTCs in responses to motion stimuli. We calculated generalization errors (GEs) of the models by cross-validation method. Due to the result of cross-validation and non-reasonability of the 4D and 6D models fitted to the electrophysiological data, we can select the 2D model.

    CiNii Books

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  • Optimal Colored Noise for Estimating Phase Response Curves 査読

    Kazuhiko Morinaga, Ryota Miyata, Toru Aonishi

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   84 ( 9 )   2015年9月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.7566/JPSJ.84.094801

    Web of Science

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  • Noise-robust recognition of wide-field motion direction and the underlying neural mechanisms in Drosophila melanogaster 査読

    Yoshinori Suzuki, Hideaki Ikeda, Takuya Miyamoto, Hiroyoshi Miyakawa, Yoichi Seki, Toru Aonishi, Takako Morimoto

    SCIENTIFIC REPORTS   5   2015年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1038/srep10253

    Web of Science

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  • Weak Sinusoidal Electric Fields Entrain Spontaneous Ca Transients in the Dendritic Tufts of CA1 Pyramidal Cells in Rat Hippocampal Slice Preparations 査読

    Kazuma Maeda, Ryuichi Maruyama, Toru Nagae, Masashi Inoue, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa

    PLOS ONE   10 ( 3 )   2015年3月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1371/journal.pone.0122263

    Web of Science

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  • Detecting cells using non-negative matrix factorization on calcium imaging data 査読

    Ryuichi Maruyama, Kazuma Maeda, Hajime Moroda, Ichiro Kato, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    NEURAL NETWORKS   55   11 - 19   2014年7月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.neunet.2014.03.007

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  • A novel behavioral strategy, continuous biased running, during chemotaxis in Drosophila larvae 査読

    Shumpei Ohashi, Takako Morimoto, Yoshinori Suzuki, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE LETTERS   570   10 - 15   2014年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.neulet.2014.04.011

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  • Cooperative Integration and Representation Underlying Bilateral Network of Fly Motion-Sensitive Neurons 査読

    Yoshinori Suzuki, Takako Morimoto, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    PLOS ONE   9 ( 1 )   2014年1月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1371/journal.pone.0085790

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  • Properties of associative memory model with the β-th-order synaptic decay 査読

    Ryota Miyata, Toru Aonishi, Jun Tsuzurugi, Koji Kurata

    IPSJ Online Transactions   7 ( 1 )   27 - 32   2014年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.2197/ipsjtrans.7.27

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  • Properties of Associative Memory Model with the β-th-order Synaptic Decay

    Miyata Ryota, Aonishi Toru, Tsuzurugi Jun, Kurata Koji

    Information and Media Technologies   9 ( 1 )   67 - 72   2014年

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    記述言語：英語   出版者・発行元：Information and Media Technologies 編集運営会議  

    Many associative memory models with synaptic decay such as the forgetting model and the zero-order decay model have been proposed and studied so far. The previous studies showed the relation between the storage capacity C and the synaptic decay coefficient α in each synaptic decay model. However, with the exceptions of a few studies, they did not compare the network retrieval performance between different synaptic decay models. We formulate the associative memory model with the β-th-order synaptic decay as an extension of the zero-order decay model. The parameter β denotes the synaptic decay order or the degree of the synaptic decay term, which enables us to compare the retrieval performance between different synaptic decay models. Using numerical simulations, we investigate the relation between the synaptic decay coefficient α and the storage capacity C of the network by varying the synaptic decay order β. The results show that the properties of the synaptic decay model are constant for a large decay order β. Moreover, we search the minimum β to avoid overloading and the optimal β to maximize the network retrieval performance. The minimum integer value of β to avoid overloading is -1. The optimal integer value of β to maximize the network retrieval performance is 1, i.e., the degree of the forgetting model, and the suboptimal integer β is 0, i.e., that of the zero-order synaptic decay model.

    DOI： 10.11185/imt.9.67

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  • Optimal Design for Hetero-Associative Memory: Hippocampal CA1 Phase Response Curve and Spike-Timing-Dependent Plasticity 査読

    Ryota Miyata, Keisuke Ota, Toru Aonishi

    PLoS ONE   8 ( 10 )   2013年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1371/journal.pone.0077395

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  • Optimal pair of coupling function and STDP window function for auto-associative memory 査読

    Ryota Miyata, Keita Sato, Toru Aonishi

    Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics)   8227 ( 2 )   265 - 272   2013年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1007/978-3-642-42042-9_34

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  • Low-frequency dielectric dispersion of brain tissue due to electrically long neurites 査読

    Hiromu Monai, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics   86 ( 6 )   061911   2012年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.86.061911

    Web of Science

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  • Low-frequency dielectric dispersion of brain tissue due to electrically long neurites 査読

    Hiromu Monai, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    PHYSICAL REVIEW E   86 ( 6 )   2012年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.86.061911

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  • Possible contribution of passive cable property on dielectric properties of neural tissues.-An analytic solution of the extended cable equation, including the extracellular media-. 査読

    Monai H, Miyakawa H, Aonishi T

    Proceedings of Asian Science and Technology Pioneering Institutes of Research and Education (ASPIRE LEAGUE)   - monai   2012年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

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  • Higher-Order Spike Triggered Analysis of Neural Oscillators 査読

    Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    PLOS ONE   7 ( 11 )   2012年11月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1371/journal.pone.0050232

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  • Properties of Hopfield model with the zero-order synaptic decay

    Ryota Miyata, Toru Aonishi, Jun Tsuzurugi, Koji Kurata

    ARTIFICIAL LIFE AND ROBOTICS   17 ( 1 )   163 - 167   2012年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1007/s10015-012-0033-5

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  • Sparsely Encoded Hopfield Model with Unit Replacement 査読

    Ryota Miyata, Koji Kurata, Toru Aonishi

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS   E95D ( 8 )   2124 - 2132   2012年8月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1587/transinf.E95.D.2124

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  • Bayesian approach to estimating phase response curves 査読

    Keisuke Ota, Toru Aonishi

    Phase Response Curves in Neuroscience: Theory, Experiment, and Analysis   179 - 203   2012年1月

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    記述言語：英語   掲載種別：論文集(書籍)内論文   出版者・発行元：Springer New York  

    DOI： 10.1007/978-1-4614-0739-3_8

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  • Estimating membrane resistance over dendrite using Markov random field 査読

    Jun Kitazono, Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    IPSJ Online Transactions   5 ( 2012 )   186 - 191   2012年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Information Processing Society of Japan  

    DOI： 10.2197/ipsjtrans.5.186

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  • Properties of Hopfield model with the zero-order synaptic decay 査読

    Ryota Miyata, Jun Tsuzurugi, Toru Aonishi, Koji Kurata

    PROCEEDINGS OF THE SEVENTEENTH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ARTIFICIAL LIFE AND ROBOTICS (AROB 17TH '12)   622 - 625   2012年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

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  • Experience-dependent Plasticity of the Optomotor Response in Drosophila melanogaster 査読

    Akiko Kikuchi, Shumpei Ohashi, Naoyuki Fuse, Toshiaki Ohta, Marina Suzuki, Yoshinori Suzuki, Tomoyo Fujita, Takuya Miyamoto, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Takako Morimoto

    DEVELOPMENTAL NEUROSCIENCE   34 ( 6 )   533 - 542   2012年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1159/000346266

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  • Measurement of infinitesimal phase response curves from noisy real neurons 査読

    Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Shigeo Watanabe, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics   84 ( 4 )   2011年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.84.041902

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  • Measurement of infinitesimal phase response curves from noisy real neurons 査読

    Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Shigeo Watanabe, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    PHYSICAL REVIEW E   84 ( 4 )   2011年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.84.041902

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  • P2-u16 Multi-cell recording of dendritic activities from population of CA1 pyramidal cells in acute hippocampal slices by use of Ca2+ imaging techniques 査読

    Kazuma Maeda, Ryuichi Maruyama, Masashi Inoue, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa

    NEUROSCIENCE RESEARCH   71   E206 - E206   2011年

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  • The effects of noise in visual stimulus on motion detection in Drosophila melanogaster 査読

    Yoshinori Suzuki, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Takako Morimoto

    NEUROSCIENCE RESEARCH   71   E92 - E92   2011年

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  • Nonlinear Effect on Phase Response Curve of Neuron Model 査読

    Munenori Iida, Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    NEURAL INFORMATION PROCESSING, PT III   7064   240 - +   2011年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

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  • Effects of passive membrane properties of dendrite on dielectric dispersion of neural tissues-Numerical experiment solving the extended cable equation including the effect of extracellular media 査読

    Hiromu Monai, Takafumi Ueta, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   71   E316 - E316   2011年

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  • Self-consistent signal-to-noise analysis of Hopfield model with unit replacement 査読

    Toru Aonishi, Yasunao Komatsu, Koji Kurata

    NEURAL NETWORKS   23 ( 10 )   1180 - 1186   2010年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.neunet.2010.06.006

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  • Estimation of Intracellular Calcium Ion Concentration by Nonlinear State Space Modeling and Expectation-Maximization Algorithm for Parameter Estimation 査読

    Takamasa Tsunoda, Toshiaki Omori, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   79 ( 12 )   2010年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1143/JPSJ.79.124801

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  • Switch of encoding characteristics in single neurons by subthreshold and suprathreshold stimuli 査読

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics   81 ( 2 )   2010年2月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.81.021901

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  • Switch of encoding characteristics in single neurons by subthreshold and suprathreshold stimuli 査読

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    PHYSICAL REVIEW E   81 ( 2 )   2010年2月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.81.021901

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  • An Analytic Solution of the Cable Equation Predicts Frequency Preference of a Passive Shunt-End Cylindrical Cable in Response to Extracellular Oscillating Electric Fields 査読

    Hiromu Monai, Toshiaki Omori, Masato Okada, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    BIOPHYSICAL JOURNAL   98 ( 4 )   524 - 533   2010年2月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.bpj.2009.10.041

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  • Derivation of the neural feature space for oscillating neurons from spike triggered covariance 査読

    Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Shigeo Watanabe, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   68   E435 - E435   2010年

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  • Analysis of the impact of extracellular electric fields on hippocampal CA1 pyramidal neurons 査読

    Hiroyoshi Miyakawa, Masashi Inoue, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   68   E12 - E12   2010年

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  • Statistical calibration method for physiological Ca2+ fluorescence signals 査読

    Takamasa Tsunoda, Yoshiaki Oda, Toshiaki Omori, Masato Okada, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    Australian Journal of Intelligent Information Processing Systems   11 ( 1 )   29 - 34   2010年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

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  • An analytic solution of a passive shunt-end cable model reproduces large somatic volatge-clamp errors in central neurons 査読

    Hiromu Monai, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   68   E228 - E228   2010年

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  • Estimation of non-uniform membrane properties over the dendrite: A statistical approach using data assimilation method 査読

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   68   E111 - E111   2010年

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  • Quantitative estimation of Ca2+ concentrations with simple state space model of calcium imaging signals 査読

    Takamasa Tsunoda, Toshiaki Omori, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   68   E107 - E107   2010年

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  • Bayesian method and dynamic clamp technique to measure neural phase-response curves 査読

    Toru Aonishi, Takamasa Tsunoda, Toshiaki Omori, Masato Okada, Hiroyoshi Miyakawa, Keisuke Ota

    NEUROSCIENCE RESEARCH   68   E46 - E46   2010年

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  • Steep decrease in the specific membrane resistance in the apical dendrites of hippocampal CA1 pyramidal neurons 査読

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Masashi Inoue, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   64 ( 1 )   83 - 95   2009年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.neures.2009.01.012

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  • MAP estimation algorithm for phase response curves based on analysis of the observation process 査読

    Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Toru Aonishi

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE   26 ( 2 )   185 - 202   2009年4月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1007/s10827-008-0104-8

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  • Estimation of Non-Uniform Membrane Property over the Dendrite: Data Assimilation Approach using Bioimaging Data and Multi-Compartment Model 査読

    T. Omori, T. Aonishi, H. Miyakawa, M. Inoue, M. Okada

    Proc. Asia. Sim. Conf. 2009   90   2009年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

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  • Estimation of intracellular calcium ion concentration and Ca influx by nonlinear state space modeling 査読

    Takamasa Tsunoda, Toshiaki Omori, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   65   S84 - S84   2009年

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  • Morphology dependence of the membrane potential response of a branched neuron for extracellular electric field: a modeling study 査読

    Satoru Aoyama, Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa

    NEUROSCIENCE RESEARCH   65   S74 - S74   2009年

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  • Fusion of Real Neuron and Mathematical Model by using Dynamic Clamp Technique 査読

    Toru Aonishi, Takamasa Tsunoda, Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Masato Okada, Hiroyoshi Miyakawa

    Proceedings of Asia Simulation Conference 2009   28-1 - 28-8   2009年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（研究会，シンポジウム資料等）  

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  • Is the Langevin phase equation an efficient model for oscillating neurons? 査読

    Keisuke Ota, Takamasa Tsunoda, Toshiaki Omori, Shigeo Watanabe, Hiroyoshi Miyakawa, Masato Okada, Toru Aonishi

    INTERNATIONAL WORKSHOP ON STATISTICAL-MECHANICAL INFORMATICS 2009 (IW-SMI 2009)   197   2009年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1088/1742-6596/197/1/012016

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  • An analytical solution of the cable equation predicts frequency preference of a cylindrical cable in response to extracellular electrical fields 査読

    Hiromu Monai, Toshiaki Omori, Masato Okada, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   65   S136 - S136   2009年

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  • Statistical estimation of spatiotemporal distribution of membrane potential over the dendrite using partially observable voltage imaging data 査読

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   61   S72 - S72   2008年

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    記述言語：英語  

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  • Bayesian restoration of phase response curves and prediction of stochastic behavior of hippocampal CA1 pyramidal neurons 査読

    Keisuke Ota, Toru Aonishi, Shigeo Watanabe, Yoshihiro Miyakawa, Toshiaki Omori, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   61   S140 - S140   2008年

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    記述言語：英語  

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  • Is electric field a way for neuronal communication? Steer decrease of dendritc membrane resistivity controls neurona responses to extracellular electric fields - Theoretical aspect 査読

    Tohru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   58   S28 - S28   2007年

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  • Perturbation response measurements in hippocampal CA1 pyramidal neuron based on Bayesian statistics 査読

    Keisuke Ota, Toru Aonishi, Shigeo Watanabe, Hirayoshi Miyakawa, Toshiaki Omori, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   58   S185 - S185   2007年

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  • Non-uniformity of membrane property improves dendritic signal transfer in hippocampal CA1 pyramidal neuron 査読

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   58   S40 - S40   2007年

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  • Is electric field a way for neuronal communication? Steep decrease of dendritc membrane resistivity controls neuronal responses to extracellular electric fields 査読

    Masashi Inoue, Tohru Aonishi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   58   S28 - S28   2007年

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  • MAP estimation algorithm for phase response curves based on analysis of observation process 査読

    Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Toru Aonishi

    Journal of Computational Neuroscience   26 ( 2 )   185 - 202   2006年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1007/s10827-008-0104-8

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  • Steep decrease of specific membrane resistance in distal dendrite 査読

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Masashi Inoue, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   55   S140 - S140   2006年

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    記述言語：英語  

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  • Balancing Na and A currents controls dendritic integration 査読

    Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Masashi Inoue, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   55   S139 - S139   2006年

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    記述言語：英語  

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  • Dynamically coupled oscillators: Cooperative behavior via dynamical interaction 査読

    T Aonishi, M Okada

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   72 ( 6 )   1334 - 1337   2003年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1143/JPSJ.72.1334

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  • Acceleration effect of coupled oscillator systems 査読

    T Aonishi, K Kurata, M Okada

    PHYSICAL REVIEW E   65 ( 4 )   2002年4月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.65.046223

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  • Multibranch entrainment and slow evolution among branches in coupled oscillators 査読

    T Aonishi, M Okada

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   88 ( 2 )   2002年1月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.88.024102

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  • Acceleration effect of coupled oscillator systems 査読

    Toru Aonishi, Koji Kurata, Masato Okada

    Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics   65 ( 4 )   18   2002年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.65.046223

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  • Extension of dynamic link matching by introducing local linear maps 査読

    T Aonishi, K Kurata

    IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS   11 ( 3 )   817 - 822   2000年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1109/72.846754

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  • Statistical Mechanics of an Oscillator Associative Memory with Scattered Natural Frequencies 査読

    Toru Aonishi, Koji Kurata, Masato Okada

    Physical Review Letters   82 ( 13 )   2800 - 2803   1999年3月

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    担当区分：筆頭著者   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：American Physical Society (APS)  

    DOI： 10.1103/physrevlett.82.2800

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    その他リンク： http://harvest.aps.org/v2/journals/articles/10.1103/PhysRevLett.82.2800/fulltext

  • Phase transitions of an oscillator neural network with a standard Hebb learning rule 査読

    T Aonishi

    PHYSICAL REVIEW E   58 ( 4 )   4865 - 4871   1998年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1103/PhysRevE.58.4865

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  • Deformation theory of dynamic link matching 査読

    T Aonishi, K Kurata

    NEURAL COMPUTATION   10 ( 3 )   651 - 669   1998年4月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1162/089976698300017692

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  • A phase-locking theory of matching between rotated images by dynamic link matching 査読

    T Aonishi, K Kurata, T Mito

    BIOLOGICAL CYBERNETICS   78 ( 4 )   253 - 264   1998年4月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1007/s004220050431

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  • Phase transitions of an-oscillator neural network with a standard Hebb learning rule 査読

    T Aonishi

    PROGRESS IN CONNECTIONIST-BASED INFORMATION SYSTEMS, VOLS 1 AND 2   367 - 370   1998年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

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MISC

  • 階層ベイズ型非負値行列因子分解による化合物分布推定

    林 怜央, 岡島 敏浩, 赤井 一郎, 岡田 真人, 青西 亨

    第38回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム・抄録   2025年1月

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    担当区分：責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）  

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  • リチウムイオン電池モデル電極デバイスの2DX線吸収スペクトルから抽出された電子状態のメゾ構造

    岩満一功, 谷本寛樹, HONGKUN X., 青西亨, 水牧仁一朗, 岡島敏浩, 木村勇太, 雨澤浩史, 赤井一郎

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   78 ( 2 )   2023年

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  • データ駆動科学による高次元X線吸収計測の革新

    赤井一郎, 岡島敏浩, 水牧仁一朗, 青西亨, 山崎裕一

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   78 ( 1 )   2023年

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  • 高次元XAFSデータのデータ駆動型解析

    赤井一郎, 岡島敏浩, 水牧仁一朗, 青西亨, 山崎裕一

    日本分析化学会年会講演要旨集(Web)   72nd   2023年

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  • 片側直交性非負値行列因子分解を用いて2次元XASデータから因子分解したスペクトル構造のベイズ分光

    岩本和磨, 岩満一功, 熊添博之, 谷本寛樹, XU Hongkun, 青西亨, 水牧仁一朗, 岡島敏浩, 木村勇太, 雨澤浩史, 赤井一郎

    光物性研究会論文集(CD-ROM)   33rd   2022年

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  • 片側直行性非負値行列因子分解をした高次元顕微X線吸収スペクトルのベイズ分光

    岩本和磨, 岩満一功, 熊添博之, 谷本寛樹, HONGKUN X., 青西亨, 水牧仁一朗, 岡島敏浩, 木村勇太, 雨澤浩史, 赤井一郎

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)   77 ( 2 )   2022年

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  • 2次元スペクトルデータから片側直交非負値行列因子分解で抽出したX線吸収スペクトルのベイズ分光解析

    内和田純平, 山上遼, 岩満一功, 熊添博之, 谷本寛樹, XU Hongkun, 青西亨, 水牧仁一朗, 妹尾与志木, 木村勇太, 雨澤浩史, 赤井一郎

    光物性研究会論文集(CD-ROM)   32nd   2021年

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  • ショウジョウバエ幼虫におけるプレパルス抑制の神経回路機序に関する研究

    古谷幸太郎, 勝又雄基, 石橋正幸, 森本高子, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   31st (CD-ROM)   2021年

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  • ショウジョウバエ幼虫におけるプレパルス抑制の神経回路機序に関する研究

    古谷幸太郎, 勝又雄基, 石橋正幸, 森本高子, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告(Web)   121 ( 223(NC2021 18-27) )   2021年

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  • ハエ動き検知神経回路モデルによるWaterfall illusionの機序理解

    杉本 健太郎, 小池 千尋, 森本 高子, 青西 亨

    情報処理学会論文誌数理モデル化と応用（TOM）   13 ( 2 )   10 - 21   2020年8月

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    記述言語：日本語  

    Waterfall illusionとは，一定方向に回転する刺激をしばらく見続けた後に刺激が停止すると，刺激が動いていたときとは逆方向に動いてみえるという錯視である．SrinivasanとDvorakは，実験によりハエがWaterfall illusionを知覚する可能性を示し，さらに，視葉内の動き検知細胞においてその知覚と相関したリバウンド応答および抑制性応答を報告している．これを受け，本研究ではハエのWaterfall illusionの知覚が，視葉内の動き検知細胞の一種であるLobula plate tangential cells（LPTCs）が構成するネットワークに起因すると仮説を立てた．そして，T型カルシウムチャネルを導入したLPTCsの回路モデルを構築し，この特徴的な膜電位応答の再現を試みた．その結果，刺激停止後での特徴的な膜電位応答であるリバウンド応答および抑制性応答を再現できた．本モデルから，T型カルシウムチャネルはリバウンド応答のトリガーの役割を果たし，LPTCs回路が反響回路として動作してリバウンド応答を促進することが示された．また，抑制性応答はリバウンド応答した細胞からの抑制により生じうることが示された．これらの結果は，ハエのWaterfall illusionの知覚の背後にある神経基盤の可能性の1つを示すものである．

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  • 高次元X線吸収スペクトルから非負値行列因子分解されたスペクトル成分のベイズ分光法

    内和田純平, 岩満一功, 熊添博之, 水牧仁一朗, 谷本寛樹, 青西亨, 赤井一郎

    光物性研究会論文集(CD-ROM)   31st   2020年

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  • XYスピンを隠れ変数とする領域ベース結合MRFによるメゾ構造検出

    和田直樹, 水牧仁一朗, 妹尾与志木, 岡田真人, 赤井一郎, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   29th   2019年

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  • コヒーレントイジングマシンの統計力学 : 離散シナプスを持つHopfieldモデルの解析 (ニューロコンピューティング)

    中川 瞬希, 青西 亨, 三村 和史, 岡田 真人, 山本 喜久

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   117 ( 508 )   15 - 20   2018年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • コヒーレント・イジングマシーンの統計力学 : 無限ローディングHopfieldモデルの場合 (ニューロコンピューティング)

    青西 亨, 三村 和史, 岡田 真人, 山本 喜久

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   117 ( 508 )   9 - 14   2018年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 制限ボルツマンマシンによる多細胞信号の検出 (ニューロコンピューティング)

    斎藤 佑馬, 伊東 翼, 太田 桂輔, 村山 正宜, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   117 ( 508 )   3 - 8   2018年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • コヒーレント・イジングマシーンの統計力学 : CDMAマルチユーザー復号器の場合 (ニューロコンピューティング)

    青西 亨, 三村 和史, 岡田 真人, 山本 喜久

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   117 ( 508 )   21 - 26   2018年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 制限ボルツマンマシンによる多細胞信号の検出

    斎藤佑馬, 伊東翼, 太田桂輔, 村山正宜, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   117 ( 508(NC2017 67-98) )   3‐8   2018年3月

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    記述言語：日本語  

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  • コヒーレントイジングマシンの統計力学 離散シナプスを持つHopfieldモデルの解析

    中川瞬希, 青西亨, 三村和史, 岡田真人, 山本喜久, 山本喜久, 山本喜久

    電子情報通信学会技術研究報告   117 ( 508(NC2017 67-98) )   15‐20   2018年3月

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    記述言語：日本語  

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  • コヒーレント・イジングマシーンの統計力学―CDMAマルチユーザー復号器の場合―

    青西亨, 三村和史, 岡田真人, 山本喜久, 山本喜久, 山本喜久

    電子情報通信学会技術研究報告   117 ( 508(NC2017 67-98) )   21‐26   2018年3月

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  • コヒーレント・イジングマシーンの統計力学―無限ローディングHopfieldモデルの場合―

    青西亨, 三村和史, 岡田真人, 山本喜久, 山本喜久, 山本喜久

    電子情報通信学会技術研究報告   117 ( 508(NC2017 67-98) )   9‐14   2018年3月

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  • 効用の予測誤差を考慮した合理的な意思決定 : 判別閾値の最適化モデル (ニューロコンピューティング)

    勝又 雄基, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   117 ( 231 )   37 - 42   2017年10月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 効用の予測誤差を考慮した合理的な意思決定―判別閾値の最適化モデル―

    勝又雄基, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   117 ( 231(NC2017 20-26) )   37‐42   2017年9月

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    記述言語：日本語  

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  • ハエ動き検知細胞が構成する両側ネットワークの安定性解析 (ニューロコンピューティング)

    森田 大樹, 中本 竣, 森本 高子, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   117 ( 109 )   109 - 114   2017年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • ハエ動き検知細胞が構成する両側ネットワークの安定性解析

    森田大樹, 中本竣, 森本高子, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   117 ( 109(NC2017 5-19) )   109‐114 - 114   2017年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • ラット海馬CA1錐体細胞は低周波(1-4Hz)交流電場に膜電位応答の選好性を示す (ニューロコンピューティング)

    印南 賢弥, 井上 雅司, 宮川 博義, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   116 ( 521 )   137 - 142   2017年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • ラット海馬CA1錐体細胞は低周波(1‐4Hz)交流電場に膜電位応答の選好性を示す

    印南賢弥, 井上雅司, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   116 ( 521(NC2016 64-94) )   137‐142 - 142   2017年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • コヒーレント・イジングマシーンの統計力学 : 強磁性モデルと有限ローディングHopfieldモデルの場合 (ニューロコンピューティング)

    青西 亨, 三村 和史, 宇都宮 聖子, 岡田 真人, 山本 喜久

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   116 ( 424 )   13 - 18   2017年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 半波整流器を持つEMDモデルの白色ノイズ解析 (ニューロコンピューティング)

    池田 英彬, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   116 ( 424 )   19 - 24   2017年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 半波整流器を持つEMDモデルの白色ノイズ解析

    池田英彬, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   116 ( 424(NC2016 48-63) )   19‐24   2017年1月

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    記述言語：日本語  

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  • コヒーレント・イジングマシーンの統計力学 強磁性モデルと有限ローディングHopfieldモデルの場合

    青西亨, 三村和史, 宇都宮聖子, 岡田真人, 山本喜久, 山本喜久

    電子情報通信学会技術研究報告   116 ( 424(NC2016 48-63) )   13‐18 - 18   2017年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 非負値行列因子分解を用いてカルシウムイメージデータから細胞を自動検出する

    青西亨, 丸山隆一, 宮川博義

    生物物理(Web)   57 ( 1 )   036‐039(J‐STAGE) - 39   2017年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI： 10.2142/biophys.57.036

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  • レーザーアブレーションICP‐MSでナノ粒子を捉える―データ駆動科学による計測限界の突破―

    青西亨, 平田岳史, 桑谷立, 藤本万寿人, CHANG Q, 木村純一

    日本地球化学会年会要旨集(Web)   64th ( 0 )   ROMBUNNO.3B13(J‐STAGE) - 214   2017年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本地球化学会  

    <p>レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析(LA-ICP-MS)は、数ミリスケールの広領域から、高感度かつ高速に元素の空間分布を測定することができる。しかしながら、その空間分解能は１μmが限界であり、ナノスケール解像度に至っていない。我々はデータ駆動科学の手法をLA-ICP-MSに適用することにより、１μmの測定限界の壁を越え、ナノ粒子の検出に成功した。</p>

    DOI： 10.14862/geochemproc.64.0_214

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究 (ニューロコンピューティング)

    池田 英彬, 鈴木 力憲, 森本 高子, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   116 ( 120 )   85 - 90   2016年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究 (情報論的学習理論と機械学習)

    池田 英彬, 鈴木 力憲, 森本 高子, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   116 ( 121 )   85 - 90   2016年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究

    池田英彬, 鈴木力憲, 森本高子, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   116 ( 120(NC2016 6-15) )   85‐90   2016年6月

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    記述言語：日本語  

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  • 脳組織の誘電率はなぜ大きいか

    宮川博義, 青西亨

    日本物理学会誌   71 ( 6 )   352‐361 - 361   2016年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

    <p>脳機能を探る目的で神経組織から磁気共鳴機能画像法（fMRI: functional magnetic resonance imaging），陽電子放射断層撮影（PET: positron emission tomography），脳波（EEG: electro-encephalogram），脳磁図（MEG: magneto-encephalogram）など様々な巨視的信号が記録されている．これらを用いた脳科学の研究成果が日常的にメディアに登場し，一見脳機能の理解が進んでいるようであるが，現実には脳科学はまだまだ未熟な段階にある．窮屈になってきた社会状況のためか，精神疾患の患者が増えているが，疾患の原因の解明あるいは治療法の開発に脳科学はまだしっかりとした貢献ができていない．</p><p>問題の一端は，細胞・分子レベルの微視的な知見と，脳・個体レベルの巨視的な知見との乖離にあるように思われる．知覚・認知・意図・意識等の高次脳機能を支えているのは，脳を構成するニューロンのミリ秒レベルの速い電気的活動であろう．ところがf MRI，PET等はニューロンの速い活動を捕らえているわけではなく，脳活動にともなうエネルギー代謝に関わる信号を検出しているに過ぎず，充分な時間的精度を持たない．それに対し，EEGおよびMEGはニューロンの速い電気的活動に由来する信号を検出・記録することができる．しかし，得られる信号はやはり巨視的であり，微視的なニューロン活動との関係は不明である．例えば総合失調症の原因解明や診断のために，発症にともなう脳波の異常を見つけようとする試みがなされていて，P300やミスマッチ陰性電位（mismatch negativity）といった脳電位が検討されている．残念ながらこれらの電位が，脳のどの部位の活動に起因するものであるかは明瞭でなく，ニューロンレベルのどのような異常と関連しているかもはっきりしない．脳波あるいは細胞外電位から電流源を求め，その部位のニューロン活動との関係が明確になれば研究が大きく進むのだが，それができないでいる現状にある．</p><p>通常，神経組織の電流と電位との関係にはオームの法則が成り立ち，誘電率を考慮する必要はないと仮定して脳波の逆問題を解いている．ところが，生体組織が数Hz程度の低周波領域において極めて大きな誘電率（比誘電率10<sup>6</sup>以上）を示すことが古くから知られている．巨視的な脳波信号と微視的なニューロン活動との関係が不明確なのは脳組織の誘電率を考慮していないことに一因があるのかもしれない．</p><p>我々は，ある程度の長さの突起を持った細胞が生体組織中に存在すると，細胞膜の特性とケーブル特性により低周波において大きな誘電率を示しうることを理論的研究により見出した．さらに，その研究過程において，電気的な意味での「細胞外スペース」の描像を明確にし，脳波の解析の際に誘電率をあらわに考慮して細胞外電位と電流源との関係を示す一般的記述を得た．</p>

    DOI： 10.11316/butsuri.71.6_352

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  • ICAを用いた哺乳類と昆虫の色受容野の検証 (ニューロコンピューティング)

    山田 陵平, 関 洋一, 宮川 博義, 森本 高子, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   115 ( 514 )   95 - 100   2016年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 多重解像度非負値行列因子分解によるカルシウムイメージングデータ解析 (ニューロコンピューティング)

    伊東 翼, 太田 圭輔, 村山 正宣, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   115 ( 514 )   131 - 136   2016年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • 多重解像度非負値行列因子分解によるカルシウムイメージングデータ解析

    伊東翼, 太田圭輔, 村山正宣, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   115 ( 514(NC2015 69-108) )   131‐136 - 136   2016年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：電子情報通信学会  

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  • ICAを用いた哺乳類と昆虫の色受容野の検証

    山田陵平, 関洋一, 宮川博義, 森本高子, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   115 ( 514(NC2015 69-108) )   95‐100   2016年3月

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    記述言語：日本語  

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  • モノアミンによるインスリン分泌制御機構の解明

    上船史弥, 園田雄輝, 坂野大介, 青西亨, 粂昭苑

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   39th   ROMBUNNO.3P‐0774 (WEB ONLY)   2016年

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    記述言語：日本語  

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  • ショウジョウバエにおける視野闘争の理論研究―視覚系の安定構造解析―

    中本竣, 鈴木力憲, 森本高子, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   115 ( 111(NC2015 1-11) )   41 - 46   2015年6月

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    記述言語：日本語  

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究(2) (ニューロコンピューティング)

    池田 英彬, 鈴木 力憲, 森本 高子, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   114 ( 437 )   53 - 58   2015年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ハエの初期視覚系を数理モデル化した動き検知細胞モデルが複数提案されている。視覚神経節のL1経路、L2経路の機能を考慮したモデルとして半波整流器と4個のcorrelation型モデルとを組み合わせた4Dモデル、2個と組み合わせた2Dモデル、6個と組み合わせた6Dモデルが提案されている。本研究では明瞭さを変化させた複数の視覚刺激を用いた実験により取得した電気生理データを用いて、交差検証により上述の3種類のモデルの汎化誤差を求めた。その結果、2Dモデルの汎化誤差が最も小さかった。

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究 II

    池田英彬, 鈴木力憲, 森本高子, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   114 ( 437(NC2014 57-66) )   53 - 58   2015年1月

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    記述言語：日本語  

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究

    池田英彬, 鈴木力憲, 森本高子, 青西亨

    人工知能学会全国大会論文集(CD-ROM)   29th ( 0 )   ROMBUNNO.3F3-OS-19A-7 - 3F3OS19a7   2015年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 人工知能学会  

    <p>ハエの初期視覚系をモデル化した動き検知細胞モデルがある。視覚神経節のL1、L2経路を考慮して半波整流器と4個の相関型モデルとを組み合わせた4Dモデル、2個と組み合わせた2Dモデル、6個と組み合わせた6Dモデルがある。本研究は明瞭さを変化させた複数の視覚刺激を用いた実験により取得した電気生理データを用いて、交差検証により上述の3種類のモデルの汎化誤差を求めた。2Dモデルの汎化誤差が最も小さかった。</p>

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究 (情報論的学習理論と機械学習)

    池田 英彬, 鈴木 力憲, 森本 高子, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   114 ( 105 )   201 - 206   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ハエの初期視覚系における動き検知細胞モデルにおいてcorrelation型モデルが一定の評価を得ている。これにはReichardt型モデルやその発展型であるEichner型モデルなどがある。本研究はこの2つのモデルを比較した。既存研究ではパラメータ決定に使用されたデータは視覚刺激として光のフラッシュ刺激だけであった。本研究では連続的に変化する視覚刺激に雑音を付加して不明瞭さを制御した視覚刺激を用いた実験により取得した電気生理データを用いて2つのモデルの汎化誤差を比較した。結果として、Reichardt型モデルよりもEichner型モデルの方がハエの個体に依存せず汎化能力に優れていた。また、この時のパラメータについて詳述する。

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  • ショウジョウバエにおけるノイズ頑強なオプティックフローの検知 (ニューロコンピューティング)

    鈴木 力憲, 青西 亨, 関 洋一, 宮川 博義, 森本 高子

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   114 ( 104 )   207 - 212   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    動物は外界の情報を感覚刺激として受け取り行動しているが,自然の条件で受け取る感覚刺激は不明瞭なものである.脳がどのようにして不明瞭な情報を処理し,環境に応じた適切な行動を保証するのかという問題は,神経科学上非常に興味深い問題である.本研究の目的は,ノイズを含んだ不明瞭なオプティックフローに対するショウジョウバエの視運動反応を詳細に解析しその応答特性を明らかにすること,また,視運動反応と関係する神経活動と行動の応答特性を比較することである.視運動反応を調べた結果,オプティックフローに対する反射性は刺激に含まれるノイズの強度に比例して減弱した.しかし一方で,オプティックフローの方向分離能力は,ノイズ強度がかなり強くなっても減弱せず頑強性を示した.また我々は,オプティックフローに反応する神経細胞の応答性が視運動反応の特性と強く相関していることを発見した.本研究で我々は,不明瞭なオプティックフローに対する視運動反応には2つの異なる特性を持った要素が存在し,その応答特性は特定の神経細胞の応答で説明できることを明らかにした.

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究 (ニューロコンピューティング)

    池田 英彬, 鈴木 力憲, 森本 高子, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   114 ( 104 )   201 - 206   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ハエの初期視覚系における動き検知細胞モデルにおいてcorrelation型モデルが一定の評価を得ている。これにはReichardt型モデルやその発展型であるEichner型モデルなどがある。本研究はこの2つのモデルを比較した。既存研究ではパラメータ決定に使用されたデータは視覚刺激として光のフラッシュ刺激だけであった。本研究では連続的に変化する視覚刺激に雑音を付加して不明瞭さを制御した視覚刺激を用いた実験により取得した電気生理データを用いて2つのモデルの汎化誤差を比較した。結果として、Reichardt型モデルよりもEichner型モデルの方がハエの個体に依存せず汎化能力に優れていた。また、この時のパラメータについて詳述する。

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  • ショウジョウバエにおけるノイズ頑強なオプティックフローの検知 (情報論的学習理論と機械学習)

    鈴木 力憲, 青西 亨, 関 洋一, 宮川 博義, 森本 高子

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   114 ( 105 )   207 - 212   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    動物は外界の情報を感覚刺激として受け取り行動しているが,自然の条件で受け取る感覚刺激は不明瞭なものである.脳がどのようにして不明瞭な情報を処理し,環境に応じた適切な行動を保証するのかという問題は,神経科学上非常に興味深い問題である.本研究の目的は,ノイズを含んだ不明瞭なオプティックフローに対するショウジョウバエの視運動反応を詳細に解析しその応答特性を明らかにすること,また,視運動反応と関係する神経活動と行動の応答特性を比較することである.視運動反応を調べた結果,オプティックフローに対する反射性は刺激に含まれるノイズの強度に比例して減弱した.しかし一方で,オプティックフローの方向分離能力は,ノイズ強度がかなり強くなっても減弱せず頑強性を示した.また我々は,オプティックフローに反応する神経細胞の応答性が視運動反応の特性と強く相関していることを発見した.本研究で我々は,不明瞭なオプティックフローに対する視運動反応には2つの異なる特性を持った要素が存在し,その応答特性は特定の神経細胞の応答で説明できることを明らかにした.

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究

    池田英彬, 鈴木力憲, 森本高子, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   114 ( 104(NC2014 1-16) )   201 - 206   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    ハエの初期視覚系における動き検知細胞モデルにおいて correlation 型モデルが一定の評価を得ている。これには Reichardt 型モデルやその発展型である Eichner 型モデルなどがある。本研究はこの 2 つのモデルを比較した。既存研究ではパラメータ決定に使用されたデータは視覚刺激として光のフラッシュ刺激だけであった。本研究では連続的に変化する視覚刺激に雑音を付加して不明瞭さを制御した視覚刺激を用いた実験により取得した電気生理データを用いて 2 つのモデルの汎化誤差を比較した。結果として、Reichardt 型モデルよりも Eichner 型モデルの方がハエの個体に依存せず汎化能力に優れていた。また、この時のパラメータについて詳述する。

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  • ショウジョウバエにおけるノイズ頑強なオプテイックフローの検知

    鈴木 力憲, 青西 亨, 関 洋一, 宮川 博義, 森本 高子

    研究報告数理モデル化と問題解決（MPS）   2014 ( 37 )   1 - 6   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    動物は外界の情報を感覚刺激として受け取り行動しているが，自然の条件で受け取る感覚刺激は不明瞭なものである．脳がどのようにして不明瞭な情報を処理し，環境に応じた適切な行動を保証するのかという問題は，神経科学上非常に興味深い問題である．本研究の目的は，ノイズを含んだ不明瞭なオプテイックフローに対するショウジョウバエの視運動反応を詳細に解析しその応答特性を明らかにすること，また，視運動反応と関係する神経活動と行動の応答特性を比較することである．視運動反応を調べた結果，オプティックフローに対する反射性は刺激に含まれるノイズの強度に比例して減弱したしかし一方で，オプテイックフローの方向分離能力は，ノイズ強度がかなり強くなっても減弱せず頑強性を示した．また我々は，オプティックフローに反応する神経細胞の応答性が視運動反応の特性と強く相関していることを発見した．本研究で我々は，不明瞭なオプテイックフローに対する視運動反応には 2 つの異なる特性を持った要素が存在し，その応答特性は特定の神経細胞の応答で説明できることを明らかにした．Animals respond to various kinds of sensory stimuli presented in outside world. In nature, the sensory stimuli are often unapparent and noisy. It has been one of most important issues in neuroscience how the brain process unapparent stimuli and guarantee the robust behavioral reaction. Here, we investigate the precise properties of response to an unapparent wide-field motion stimulus with respect to behavior and neuronal activity in Drosophila melanogaster. The reactivity of behavioral response reduced proportionally to the increase of noise, on the other hand, however, the discriminative performance of motion direction showed robustness. Moreover, we found that an activity of motion-sensitive neurons is strongly correlated with these two distinct features of the behavioral response by in vivo whol cell patch-clamp recordings. Our results demonstrate that fly's discriminative capacity of motion direction has robusntess but the reactivity doesn't, and these two distinct features originate from motion-sensitive neuron's activity.

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  • ショウジョウバエにおけるノイズ頑強なオプテイックフローの検知

    鈴木 力憲, 青西 亨, 関 洋一, 宮川 博義, 森本 高子

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2014 ( 37 )   1 - 6   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    動物は外界の情報を感覚刺激として受け取り行動しているが，自然の条件で受け取る感覚刺激は不明瞭なものである．脳がどのようにして不明瞭な情報を処理し，環境に応じた適切な行動を保証するのかという問題は，神経科学上非常に興味深い問題である．本研究の目的は，ノイズを含んだ不明瞭なオプテイックフローに対するショウジョウバエの視運動反応を詳細に解析しその応答特性を明らかにすること，また，視運動反応と関係する神経活動と行動の応答特性を比較することである．視運動反応を調べた結果，オプティックフローに対する反射性は刺激に含まれるノイズの強度に比例して減弱したしかし一方で，オプテイックフローの方向分離能力は，ノイズ強度がかなり強くなっても減弱せず頑強性を示した．また我々は，オプティックフローに反応する神経細胞の応答性が視運動反応の特性と強く相関していることを発見した．本研究で我々は，不明瞭なオプテイックフローに対する視運動反応には 2 つの異なる特性を持った要素が存在し，その応答特性は特定の神経細胞の応答で説明できることを明らかにした．Animals respond to various kinds of sensory stimuli presented in outside world. In nature, the sensory stimuli are often unapparent and noisy. It has been one of most important issues in neuroscience how the brain process unapparent stimuli and guarantee the robust behavioral reaction. Here, we investigate the precise properties of response to an unapparent wide-field motion stimulus with respect to behavior and neuronal activity in Drosophila melanogaster. The reactivity of behavioral response reduced proportionally to the increase of noise, on the other hand, however, the discriminative performance of motion direction showed robustness. Moreover, we found that an activity of motion-sensitive neurons is strongly correlated with these two distinct features of the behavioral response by in vivo whol cell patch-clamp recordings. Our results demonstrate that fly's discriminative capacity of motion direction has robusntess but the reactivity doesn't, and these two distinct features originate from motion-sensitive neuron's activity.

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  • ショウジョウバエの初期視覚系モデルの比較研究

    池田 英彬, 鈴木 力憲, 森本 高子, 青西 亨

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2014 ( 36 )   1 - 6   2014年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    ハエの初期視覚系における動き検知細胞モデルにおいて correlation 型モデルが一定の評価を得ている。これには Reichardt 型モデルやその発展型である Eichner 型モデルなどがある。本研究はこの ２ つのモデルを比較した。既存研究ではパラメータ決定に使用されたデータは視覚刺激として光のフラッシュ刺激だけであった。本研究では連続的に変化する視覚刺激に雑音を付加して不明瞭さを制御した視覚刺激を用いた実験により取得した電気生理データを用いて ２ つのモデルの汎化誤差を比較した。結果として、Reichardt 型モデルよりも Eichner 型モデルの方がハエの個体に依存せず汎化能力に優れていた。また、この時のパラメータについて詳述する。It is well known that a correlation-type motion detection model can sub-quantitatively reproduce the response of the fly early visual system. A correlation-type motion detection model is classified as Reichardt and Eichner types. In this study, we compared the two models to determine which best describes electrophysiological data. In a previous work, the two models were compared by using data of motion-detection cells in response to flash visual stimuli. Here, we used data of cell responses to noisy motion stimuli in control of aperture. We compared the explanation capability of the two models by using leave-one-out cross-validation method. As a consequence, we found that Eichner-type model has higher generalization than that of Reichardttype model independent of the individual difference of the flies.

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  • 細胞外電場がニューロンの電位応答に与える影響のシミュレーション

    島本貴文, 大森敏明, 青西亨, 小澤誠一

    システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集(CD-ROM)   58th   ROMBUNNO.336-1   2014年5月

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    記述言語：日本語  

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  • 神経細胞における非線形ダイナミクスの統計的推定

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集(CD-ROM)   58th   ROMBUNNO.336-2   2014年5月

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    記述言語：日本語  

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  • 多細胞イメージングデータにおける位相と結合係数の推定 (ニューロコンピューティング)

    諸田 元, 前田 佳主馬, 丸山 隆一, 加藤 一郎, 井上 雅司, 宮川 博義, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   113 ( 500 )   11 - 16   2014年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    周期的な細胞外電場を負荷したラット海馬CA1領域に対する多細胞カルシウムイメージングにおいて,周期細胞外電場に対するカルシウムトランジエントの位相引き込みが観測されている.本研究では,イメージングデータに対して位相統計解析手法を適用し,カルシウムトランジエントの細胞外電場に対する位相引き込み現象の解析を行う.我々はイメージングデータから各細胞の蛍光強度変化を自動検出し,その蛍光強度変化から位相を推定し,更にそこから位相方程式の固有振動数と結合係数を推定する手法を開発した.人工データを用いた数値実験から,我々の予法により結合が弱い領域においてはおおよそ正しく固有振動数と結合係数を推定できることを示す.次に,ラット海馬スライス標本からのイメージングデータに対して本手法を適用し,固有振動数と細胞の電場に対する結合係数を推定できることを示す.

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  • 反転想起と引き延し想起を実現するための神経実装の探索 (ニューロコンピューティング)

    佐藤 圭太, 宮田 龍太, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   113 ( 500 )   91 - 96   2014年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ラットの海馬において,覚醒行動または睡眠期間中に直前の行動経験に関連したスパイク時系列パターンの反転想起や引き延し想起が報告されている.Miyataら(2013)は,海馬CA1領域の神経回路が相互連想記憶回路として機能するという仮定の下,反転想起と引き延し想起を実現するのに最適なSTDP窓関数(spike-timing-dependent-Dlasticity,STDP)と位相応答曲線の組み合わせを理論的に導出した.本研究では,海馬CA3領域の神経回路において,反転想起及び引き延し想起を実現するためのSTDP窓関数とPRCの組み合わせを求めた.我々は,自己連想記憶回路においても反転想起及び引き延し想起が可能であることを示し,さらに,これらのためにSTDP窓関数とPRCの組み合わせの満たすべき条件を特定した.

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  • 反転想起と引き延し想起を実現するための神経実装の探索

    佐藤圭太, 宮田龍太, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   113 ( 500(NC2013 87-146) )   91 - 96   2014年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 多細胞イメージングデータにおける位相と結合係数の推定

    諸田元, 前田佳主馬, 丸山隆一, 加藤一郎, 井上雅司, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   113 ( 500(NC2013 87-146) )   11 - 16   2014年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 有色スパイクトリガー平均による効率的な位相応答曲線の推定 (ニューロコンピューティング)

    守永 一彦, 宮田 龍太, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   113 ( 382 )   1 - 6   2014年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    神経細胞の同期特性を理解するうえで,位相応答曲線(Phase Response Curve: PRC)は非常に重要な指標である.近年,このPRCを推定する研究が行われている.Ermentroutらは先行研究においてPRCとホワイトノイズを用いたスパイクトリガー平均(Spike Triggered Average: STA)の関係を明らかにした.本研究では,有色ノイズを用いた場合のcolored STA(cSTA)とPRCの関係式を導出し,cSTAからPRCを推定することが出来ることを示した.また,有色ノイズを用いることで,ホワイトノイズの場合よりも少ないスパイク数でゆらぎの小さいSTAが求まり,精度の良いPRCを得られることを示した.

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  • 有色スパイクトリガー平均による効率的な位相応答曲線の推定

    守永一彦, 宮田龍太, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   113 ( 382(NC2013 67-86) )   1 - 6   2014年1月

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    記述言語：日本語  

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  • Properties of Associative Memory Model with the β-th-order Synaptic Decay

    Ryota Miyata, Toru Aonishi, Jun Tsuzurugi, Koji Kurata

    情報処理学会論文誌数理モデル化と応用（TOM）   6 ( 3 )   134 - 139   2013年12月

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    記述言語：英語  

    Many associative memory models with synaptic decay such as the forgetting model and the zero-order decay model have been proposed and studied so far. The previous studies showed the relation between the storage capacity C and the synaptic decay coefficient α in each synaptic decay model. However, with the exceptions of a few studies, they did not compare the network retrieval performance between different synaptic decay models. We formulate the associative memory model with the β-th-order synaptic decay as an extension of the zero-order decay model. The parameter β denotes the synaptic decay order or the degree of the synaptic decay term, which enables us to compare the retrieval performance between different synaptic decay models. Using numerical simulations, we investigate the relation between the synaptic decay coefficient α and the storage capacity C of the network by varying the synaptic decay order β. The results show that the properties of the synaptic decay model are constant for a large decay order β. Moreover, we search the minimum β to avoid overloading and the optimal β to maximize the network retrieval performance. The minimum integer value of β to avoid overloading is -1. The optimal integer value of β to maximize the network retrieval performance is 1, i.e., the degree of the forgetting model, and the suboptimal integer β is 0, i.e., that of the zero-order synaptic decay model.Many associative memory models with synaptic decay such as the forgetting model and the zero-order decay model have been proposed and studied so far. The previous studies showed the relation between the storage capacity C and the synaptic decay coefficient α in each synaptic decay model. However, with the exceptions of a few studies, they did not compare the network retrieval performance between different synaptic decay models. We formulate the associative memory model with the β-th-order synaptic decay as an extension of the zero-order decay model. The parameter β denotes the synaptic decay order or the degree of the synaptic decay term, which enables us to compare the retrieval performance between different synaptic decay models. Using numerical simulations, we investigate the relation between the synaptic decay coefficient α and the storage capacity C of the network by varying the synaptic decay order β. The results show that the properties of the synaptic decay model are constant for a large decay order β. Moreover, we search the minimum β to avoid overloading and the optimal β to maximize the network retrieval performance. The minimum integer value of β to avoid overloading is -1. The optimal integer value of β to maximize the network retrieval performance is 1, i.e., the degree of the forgetting model, and the suboptimal integer β is 0, i.e., that of the zero-order synaptic decay model.

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  • 自己想起型連想記憶に最適な結合関数とSTDP窓関数の組合せ探索 (ニューロコンピューティング)

    宮田 龍太, 佐藤 圭太, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報   113 ( 111 )   101 - 106   2013年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    Lengyelら(2005)は計算理論の観点から,スパイク位相パターンの記銘・想起を行う自己想起型連想記憶アルゴリズムを導出し,アルゴリズムを実現する最適なspike-timing-dependent plasticity (STDP)窓関数と結合関数(coupling function)との関係を理論的に求めた.本研究では,ハードウェアの観点から自己想起型連想記憶アルゴリズムを導出し,その動作最適性から求められたSTDP窓関数と結合関数の組合せが,先行研究で得られた結果と一致するか検証する.まず,自己想起型連想記憶アルゴリズムをSTDP窓関数と位相応答曲線(phase response curve, PRC)で記述された結合関数からなる位相縮約モデルで構成する.そして,STDPで記銘した位相パターンと回路の想起定常パターンの間の相互情報量を解析的に導出し,これを想起性能指標として用いる.この相互情報量を最大化することにより,自己想起型連想記憶アルゴリズムを実現する最適なSTDPと結合関数の組合せを探索する.先行研究と同様に,海馬の典型的なSTDP窓関数と対をなす結合関数を探索した.ノイズがゼロの極限では,相互情報量最大化に最適な結合関数とSTDP窓関数の組合せは,先行研究と同じ関係を満たすことがわかった.

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  • 自己想起型連想記憶に最適な結合関数とSTDP窓関数の組合せ探索

    宮田龍太, 佐藤圭太, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   113 ( 111(NC2013 1-14) )   101 - 106   2013年6月

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    記述言語：日本語  

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  • 自己想起型連想記億に最適な結合関数とSTDＰ窓関数の組合せ探索

    宮田 龍太, 佐藤 圭太, 青西 亨

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2013 ( 18 )   1 - 6   2013年6月

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    記述言語：日本語  

    Lengyel ら (2005) は計算理論の観点から，スパイク位相パターンの記銘・想起を行う自己想起型連想記憶アルゴリズムを導出し，アルゴリズムを実現する最適な spike-timing-dependent plasticity (STDP) 窓関数と結合関数 （coupling function） との関係を理論的に求めた．本研究では，ハードウェアの観点から自己想起型連想記憶アルゴリズムを導出し，その動作最適性から求められた STDＰ 窓関数と結合関数の組合せが，先行研究で得られた結果と一致するか検証する．まず，自己想起型連想記憶アルゴリズムを STDＰ 窓関数と位相応答曲線 （phase response curve，PRC） で記述された結合関数からなる位相縮約モデルで構成する．そして，STDＰで記銘した位相パターンと回路の想起定常パターンの間の相互情報量を解析的に導出し，これを想起性能指標として用いる．この相互情報量を最大化することにより，自己想起型連想記憶アルゴリズムを実現する最適な STDＰ と結合関数の組合せを探索する．先行研究と同様に，海馬の典型的な STDＰ 窓関数と対をなす結合関数を探索した．ノイズがゼロの極限では，相互情報量最大化に最適な結合関数と STDＰ 窓関数の組合せは，先行研究と同じ関係を満たすことがわかった．From the computational viewpoint, Lengyel et al. (2005) derived an optimal auto-associative memory algorithm to store and retrieve memory spike phase patterns. Moreover, they derived optimal relation between the coupling function and the spike-timing-dependent plasticity (STDP) window function for executing the algorithm.From the hardware viewpoint, we here derive an auto-associative memory algorithm, and compare optimal pairs of coupling function and STDP window function which are derived from our study with those from the previous study. First, we formulate an auto-associative memory algorithm as a phase reduction model consisting of a spike-timing-dependent plasticity (STDP) window function and a coupling function which is formalized in terms of a phase response curve (PRC). Next, we analytically derive the mutual information a stored phase pattern and the network retrieval pattern, and use it to evaluate memory retrieval performance. By maximizing the mutual information, we derive optimal pairs of STDP window functions and coupling functions. In line with the previous study, we search for a set of optimal coupling functions that are matched to the typical STDP window function. In the zero noise limit, we obtained the same relation between the coupling function and the STDP window function that Lengyel et al. derived.

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  • 樹状突起膜電位の時空間ダイナミクスの統計的推定

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集(CD-ROM)   57th   ROMBUNNO.345-4   2013年5月

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    記述言語：日本語  

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  • 樹状突起における電気特性の不均一性による情報伝播の向上

    島本貴文, 大森敏明, 青西亨, 小澤誠一

    システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集(CD-ROM)   57th   ROMBUNNO.345-6   2013年5月

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    記述言語：日本語  

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  • ベータ次減衰するシナプスをもつ連想記憶モデルの記憶特性

    宮田龍太, 青西亨, 綴木馴, 倉田耕治

    情報処理学会研究報告(CD-ROM)   2012 ( 6 )   ROMBUNNO.MPS-92,NO.14   2013年4月

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    記述言語：日本語  

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  • ショウジョウバエ幼虫の走化性行動における連続的な偏向性前進運動 (ニューロコンピューティング)

    大橋 春平, 森本 高子, 宮川 博義, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報   112 ( 480 )   119 - 124   2013年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    生物は外部環境から情報を知覚し,その情報に基づいて自らにとって最良の行動を取る.特に,生物が化学物質の濃度勾配を嗅覚器官などで検知し,その情報源に対して誘引もしくは忌避する行動を走化性行動と呼ぶ.本研究では,ショウジョウバエ幼虫のにおい物質に対する走化性行動においてこれまでに報告されていない,ぜん動運動中の連続的な方向転回行動である偏向性ぜん動運動が存在することを明らかにする.まず,Canton S(野生型)の行動実験より,偏向性ぜん動運動の存在を調べた.次に,遺伝子工学的に片方の嗅覚器官を潰した個体と,両側の嗅覚器官が潰されていない個体の行動を比較し,偏向性ぜん動運動が両側嗅覚器官から得られるステレオ情報に基づいて行われているのかを調べた.Canton Sを含む両側の嗅覚器官が働いている個体はこの連続的な偏向性ぜん動運動が見られたものの,片方の嗅覚器官では見られなかった.また,両側の嗅覚器の情報より計算できる濃度勾配と偏向性ぜん動運動中の方向転回速度の相関は,同様に両側の嗅覚器官が働いている個体でのみで確認できた.この結果から.この偏向性ぜん動運動は両側嗅覚器官のステレオ情報にもとづいて行われている事が示唆される.

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  • ショウジョウバエ幼虫の走化性行動における連続的な偏向性前進運動

    大橋春平, 森本高子, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   112 ( 480(NC2012 134-182) )   119 - 124   2013年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 共通雑音に駆動された結合振動子系の巨視的ダイナミクス―間欠的な同期の崩壊―

    青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   68 ( 1 )   343   2013年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 相互情報量最大化による海馬CA1ネットワークのシナプス可塑性様式の予測―逆再生と変速再生の場合―

    宮田龍太, 太田桂輔, 青西亨

    日本物理学会講演概要集   68 ( 1 )   401   2013年3月

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    記述言語：日本語  

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  • ベータ次減衰するシナプスをもつ連想記憶モデルの記憶特性

    宮田龍太, 青西亨, 綴木馴, 倉田耕治

    研究報告数理モデル化と問題解決（MPS）   2013 ( 14 )   1 - 6   2013年2月

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    記述言語：日本語  

    既存の連想記憶モデルでは，記憶容量を超過してパターンを学習させると，ネットワークはオーバーロードを引き起こし，それまで学習したどのパターンも想起できなくなる．これまでオーバーロードを回避するモデルとして，指数的忘却モデルや 0 次減衰モデルといったシナプス減衰モデルが提案されてきた．本研究ではより一般的なシナプスの減衰を取り扱うため，0 次減衰モデルを β 次減衰するシナプスをもつ連想記憶モデルへと拡張した．減衰次数が 1 のときは指数的忘却モデルに相当する．シミュレーションにより，ネットワークの記憶想起性能を最大化する最適な減衰次数をもつシナプス減衰モデルを探索した．その結果，次数が整数値の場合，ネットワークの記憶容量を最大化する最適な減衰次数をもつモデルは指数的忘却モデルで，0 次減衰モデルは準最適であることがわかった．また，シナプス減衰次数が大きくなるにつれて，モデルの記憶特性がほぼ一定になることがわかった．

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  • ハエ視覚系に存在する再帰的な神経回路の理論解析(3)リアリスティックモデルの場合 (非線形問題)

    鈴木 力憲, 森本 高子, 宮川 博義, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報   112 ( 389 )   211 - 216   2013年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ハエ視覚系の両側にはそれぞれ動き検知細胞があり,これらは両側の視野を繋ぐよう相互結合しており,神経回路を形成しているが報告されている.この神経回路によりどのような情報処理が実現できるかは明らかになっていない.そこで我々は,動き検知細胞を形式神経細胞モデルで記述した神経回路モデルを構築し,理論的にこの神経回路の役割を明らかにする.前報まででは,回転・並進視覚刺激に対する応答性を調べた.そして,神経回路によって回転刺激に対する個々の動き検知細胞のノイズ耐性が上昇していることがわかった.本報では,より詳細なモデルを構築し前報までの結論と比較する.また, LPTCsによる動き刺激の集団符号化に,この神経回路がどのような役割をになっているか明らかにする.その結果,リアリスティックモデルにおいてもこれまで簡単化したモデルで得られたものと同様の結果を得たこれは前報までの簡略化モデルが,対象の特徴を保持していることを示唆する.また,神経回路によって両眼視することで回転刺激に対する集団符号化能力が増大していることがわかった.

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  • ハエ視覚系に存在する再帰的な神経回路の理論解析(3)リアリスティックモデルの場合 (ニューロコンピューティング)

    鈴木 力憲, 森本 高子, 宮川 博義, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報   112 ( 390 )   211 - 216   2013年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ハエ視覚系の両側にはそれぞれ動き検知細胞があり,これらは両側の視野を繋ぐよう相互結合しており,神経回路を形成しているが報告されている.この神経回路によりどのような情報処理が実現できるかは明らかになっていない.そこで我々は,動き検知細胞を形式神経細胞モデルで記述した神経回路モデルを構築し,理論的にこの神経回路の役割を明らかにする.前報まででは,回転・並進視覚刺激に対する応答性を調べた.そして,神経回路によって回転刺激に対する個々の動き検知細胞のノイズ耐性が上昇していることがわかった.本報では,より詳細なモデルを構築し前報までの結論と比較する.また, LPTCsによる動き刺激の集団符号化に,この神経回路がどのような役割をになっているか明らかにする.その結果,リアリスティックモデルにおいてもこれまで簡単化したモデルで得られたものと同様の結果を得たこれは前報までの簡略化モデルが,対象の特徴を保持していることを示唆する.また,神経回路によって両眼視することで回転刺激に対する集団符号化能力が増大していることがわかった.

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  • ハエ視覚系に存在する再帰的な神経回路の理論解析 III リアリスティックモデルの場合

    鈴木力憲, 森本高子, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   112 ( 389(NLP2012 104-143) )   211 - 216   2013年1月

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    記述言語：日本語  

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  • 29aXR-3 相互情報量最大化による海馬CA1ネットワークのシナプス可塑性様式の予測 : 逆再生と変速再生の場合(29aXR ニューラルネットワーク1,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    宮田 龍太, 太田 桂輔, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   68 ( 0 )   401 - 401   2013年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 27aXM-3 共通雑音に駆動された結合振動子系の巨視的ダイナミクス : 間欠的な同期の崩壊(27aXM 反応拡散系・振動子系,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   68 ( 0 )   343 - 343   2013年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • Estimating Membrane Resistance over Dendrite Using Markov Random Field (数理モデル化と応用 Vol.5 No.3)

    Jun Kitazono, Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    情報処理学会論文誌数理モデル化と応用（TOM）]   5 ( 3 )   89 - 94   2012年9月

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    記述言語：英語   出版者・発行元：情報処理学会  

    With developments in optical imaging over the past decade, statistical methods for estimating dendritic membrane resistance from observed noisy signals have been proposed. In most of previous studies, membrane resistance over a dendritic tree was assumed to be constant, or membrane resistance at a point rather than that over a dendrite was investigated. Membrane resistance, however, is actually not constant over a dendrite. In a previous study, a method was proposed in which membrane resistance value is expressed as a non-constant function of position on dendrite, and parameters of the function are estimated. Although this method is effective, it is applicable only when the appropriate function is known. We propose a statistical method, which does not express membrane resistance as a function of position on dendrite, for estimating membrane resistance over a dendrite from observed membrane potentials. We use the Markov random field (MRF) as a prior distribution of the membrane resistance. In the MRF, membrane resistance is not expressed as a function of position on dendrite, but is assumed to be smoothly varying along a dendrite. We apply our method to synthetic data to evaluate its efficacy, and show that even when we do not know the appropriate function, our method can accurately estimate the membrane resistance.With developments in optical imaging over the past decade, statistical methods for estimating dendritic membrane resistance from observed noisy signals have been proposed. In most of previous studies, membrane resistance over a dendritic tree was assumed to be constant, or membrane resistance at a point rather than that over a dendrite was investigated. Membrane resistance, however, is actually not constant over a dendrite. In a previous study, a method was proposed in which membrane resistance value is expressed as a non-constant function of position on dendrite, and parameters of the function are estimated. Although this method is effective, it is applicable only when the appropriate function is known. We propose a statistical method, which does not express membrane resistance as a function of position on dendrite, for estimating membrane resistance over a dendrite from observed membrane potentials. We use the Markov random field (MRF) as a prior distribution of the membrane resistance. In the MRF, membrane resistance is not expressed as a function of position on dendrite, but is assumed to be smoothly varying along a dendrite. We apply our method to synthetic data to evaluate its efficacy, and show that even when we do not know the appropriate function, our method can accurately estimate the membrane resistance.

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    その他リンク： http://id.nii.ac.jp/1001/00085820/

  • 相互情報量最大化による海馬CA1ネットワークのシナプス可塑性様式の予測

    宮田龍太, 太田桂輔, 青西亨

    日本物理学会講演概要集   67 ( 2 )   230 - 230   2012年8月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 相互情報量最大化による海馬CA1ネットワークのシナプス可塑性様式の予測―逆再生と変速再生の場合―

    宮田龍太, 太田桂輔, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   112 ( 168(NC2012 13-35) )   89 - 94   2012年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ラット海馬CA1領域では,覚醒・睡眠期間中に直前の行動経験に関連したスパイク時空間パターンの逆再生や変速再生が報告されている.本報告では,これらの記憶再生を最適に実現する神経実装を探索し,海馬CA1錐体細胞に存在するシナプス可塑性様式spike-timing-dependent plasticity (STDP)の計算論的役割の可能性を示す.まず,記憶の順再生や逆再生,変速再生を実現する相互相関型連想記憶モデルを,STDP窓関数と位相応答曲線(phase response curve, PRC)からなる位相縮約モデルで構成する.そして,記銘位相パターンの順再生や逆再生,変速再生における回路の動作を解析的に評価し,想起性能の指標となる相互情報量を解析的に導出する.電気生理実験で測定した海馬CA1錐体細胞のPRCを用いて,この制約下でこの相互情報量を最大化することにより,最適なSTDP窓関数を探索する.我々が求めたSTDP窓関数の集合は,先行研究で報告されている多様な窓関数と定性的に一致するものである

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  • ハエ視覚系に存在する再帰的な神経回路の理論解析Ⅱ 並進刺激に対する応答特性

    鈴木 力憲, 森本 高子, 宮川 博義, 青西 亨

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2012 ( 6 )   1 - 6   2012年6月

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    記述言語：日本語  

    ハエ視覚系の両側にはそれぞれ動き検知細胞があり，これらは両側の視野を繋ぐよう相互結合しており特徴的な神経回路を形成しているが報告されている．この神経回路は比較的少数の神経細胞で構成されているため，両眼視野統合のモデルとして有用であると考えられている．本研究では，動き検知細胞を形式ニューロンを用いてモデル化し数値的に解析することで，両眼視野統合とこの神経回路構造との関係を明らかにする．そのために，回転刺激と並進刺激にノイズを付加し，それぞれの刺激に対する LPTCs の応答性を相互情報量を用いて定量的に評価することで神経回路の符号器としての性能を調べた．シミュレーションの結果，神経回路を構成することで回転刺激に対する動き検知細胞の相互情報量が高くなり，反応性が向上することがわかった．一方で並進刺激に対しては逆に反応性が減少してしまうことがわかった．これらの結果から，動き検知細胞による神経回路は刺激依存的に情報処理特性が変化していることが示唆された．つまりこの神経回路は，並進刺激よりも回転刺激に対して反応性を上昇させ，回転刺激に対する応答性の確度を上昇させるような符号器として働くことがわかった．In the fly visual system, mutual recurrent connections among motion-sensitive neurons (Lobula Plate Tangential Cells (LPTCs)) on both hemispheres have been identified. The fly is an ideal model system to analyze the integration of visual information from both visual hemispheres. Here, to uncover a role for the mutual recurrent connection in the binocular integration, we construct a mathematical model of the LTPCs circuit consisting of for mal neurons. Using the mutual information measure, we numerically quantify the encoding capacity of the LTPCs circuit model in response to the following two kinds of motion stimuli. One is the rotation stimulus in which each eye receives an equal motion input. The other is the translation stimulus in which each eye receives an opposite motion input. We compare sensitivities of the LTPCs circuit model to these two stimuli with or without the mutual connection. We show that the mutual connection enhances the sensitivity of the neurons to the rotation stimulus whereas the mutual connection suppresses that to the translation stimulus. These results suggest that the LTCPs circuit is sensitive to congruent binocular stimuli and filters out conflicting stimuli due to the mutual recurrent connection between both hemispheres.

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  • 相互情報量最大化による海馬CA1ネットワークのシナプス可塑性様式の予測

    宮田龍太, 太田桂輔, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   112 ( 108(NC2012 1-12) )   53 - 58   2012年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    海馬CA1ネットワークで行われていると考えられている計算を最適に実現する神経実装をトップダウン的に求め,海馬CA1錐体細胞に存在するシナプス可塑性様式であるspike-timing-dependent plasticity (STDP)の計算論的役割の可能性を示す.まず,海馬CA1での計算は相互想起型連想記憶であると仮定し,この計算を実現する最小記述モデルを,STDP窓関数と位相応答曲線(phase response curve, PRC)からなる位相縮約モデルで構成する.そして,STDPで記銘した位相パターンと回路の出力パターンの間の相互情報量を解析的に導出する.この相互情報量を最大化することにより,相互想起型連想記憶を実現する最適なSTDPとPRCの組み合わせを探索する.我々は,電気生理実験で測定した海馬CA1錐体細胞のPRCを与え,この制約下で記憶想起に最適なSTDP窓関数を探索する.我々が求めたSTDP窓関数の集合は,先行研究で報告されている多様な窓関数と定性的に一致するものである.

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  • ハエ視覚系に存在する再帰的な神経回路の理論解析 II 並進刺激に対する応答特性

    鈴木力憲, 森本高子, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   112 ( 108(NC2012 1-12) )   31 - 36   2012年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ハエ視覚系の両側にはそれぞれ動き検知細胞があり,これらは両側の視野を繋ぐよう相互結合しており特徴的な神経回路を形成しているが報告されている.この神経回路は比較的少数の神経細胞で構成されているため,両眼視野統合のモデルとして有用であると考えられている.本研究では,動き検知細胞を形式ニューロンを用いてモデル化し数値的に解析することで,両眼視野統合とこの神経回路構造との関係を明らかにする.そのために,回転刺激と並進刺激にノイズを付加し,それぞれの刺激に対するLPTCsの応答性を相互情報量を用いて定量的に評価することで神経回路の符号器としての性能を調べた.シミュレーションの結果,神経回路を構成することで回転刺激に対する動き検知細胞の相互情報量が高くなり,反応性が向上することがわかった.一方で並進刺激に対しては逆に反応性が減少してしまうことがわかった.これらの結果から,動き検知細胞による神経回路は刺激依存的に情報処理特性が変化していることが示唆された.つまりこの神経回路は,並進刺激よりも回転刺激に対して反応性を上昇させ,回転刺激に対する応答性の確度を上昇させるような符号器として働くことがわかった.

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  • 相互情報量最大化による海馬ＣＡ１ネットワークのシナプス可塑性様式の予測

    宮田 龍太, 太田 桂輔, 青西 亨

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2012 ( 10 )   1 - 6   2012年6月

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    記述言語：日本語  

    海馬 CA1 ネットワークで行われていると考えられている計算を最適に実現する神経実装をトップダウン的に求め，海馬 CA1 錐体細胞に存在するシナプス可塑性様式である spike-timing-dependent plasticity (STDP) の計算論的役割の可能性を示す．まず，海馬 CA1 での計算は相互想起型連想記憶であると仮定し，この計算を実現する最小記述モデルを，STDP 窓関数と位相応答曲線 (phase response curve，PRC) からなる位相縮約モデルで構成する．そして，STDP で記銘した位相パターンと回路の出力パターンの間の相互情報量を解析的に導出する．この相互情報量を最大化することにより，相互想起型連想記憶を実現する最適な STDＰ と PRC の組み合わせを探索する．我々は，電気生理実験で測定した海馬 CA1 錐体細胞の PRC を与え，この制約下で記憶想起に最適な STDP 窓関数を探索する．我々が求めた STDＰ 窓関数の集合は，先行研究で報告されている多様な窓関数と定性的に一致するものである．We employ a top-down approach to finding optimal neural implementations for executing a computation of the hippocampal CA1 network considered to function as a hetero-associative memory, and giving an implementa tion of computational roles of spike-timing-dependent plasticity (STDP). First, hypothesizing that the hippocampal CA1 network computationally works as the hetero-associative memory, we formulate a minimum model of memory functions as a phase reduction model consisting of a STDP window function and a phase response curve (PRC).Next, we analytically derive the mutual information between a stored phase memory pattern and a network output.By maximizing the mutual information, we search pairs of STDP window functions and PRCs optimally functioning as the hetero-associative memory. Here, we use PRCs of the hippocampal CA1 pyramidal neurons recorded in vitro,and under the constraint of measured PRCs, we search a set of optimal STDP window functions. A set of window functions we obtained qualitatively conform with various types of STDP reported previously.

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  • Estimating Distribution of Dendritic Membrane Resistance Using Markov Random Field

    Jun Kitazono, Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    研究報告数理モデル化と問題解決（MPS）   2012 ( 10 )   1 - 6   2012年5月

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    記述言語：英語  

    With developments in optical imaging over the past decade, statistical methods for estimating dendritic membrane resistance from observed noisy signals have been proposed. In most of previous studies, membrane resistance over a dendritic tree was assumed to be constant, or membrane resistance at a point rather than that distributed over a dendrite was investigated. Membrane resistance, however, is actually non-uniformly distributed. Although in a previous study a method was proposed in which a specific non-homogeneous distribution form was assumed, it is applicable only when the appropriate distribution form is known. We propose a statistical method, that does not assume a particular distribution form of membrane resistance, for estimating membrane resistance distribution from observed membrane potentials. We use the Markov random field (MRF) as a prior of the membrane-resistance distribution. In the MRF, any specific distribution form of membrane resistance is not assumed, but only spatial smoothness of membrane resistance is assumed. We apply our method to synthetic data to evaluate its efficacy, and show that even when we do not know the appropriate distribution form, our method can accurately estimate the membrane-resistance distribution.With developments in optical imaging over the past decade, statistical methods for estimating dendritic membrane resistance from observed noisy signals have been proposed. In most of previous studies, membrane resistance over a dendritic tree was assumed to be constant, or membrane resistance at a point rather than that distributed over a dendrite was investigated. Membrane resistance, however, is actually non-uniformly distributed. Although in a previous study a method was proposed in which a specific non-homogeneous distribution form was assumed, it is applicable only when the appropriate distribution form is known. We propose a statistical method, that does not assume a particular distribution form of membrane resistance, for estimating membrane resistance distribution from observed membrane potentials. We use the Markov random field (MRF) as a prior of the membrane-resistance distribution. In the MRF, any specific distribution form of membrane resistance is not assumed, but only spatial smoothness of membrane resistance is assumed. We apply our method to synthetic data to evaluate its efficacy, and show that even when we do not know the appropriate distribution form, our method can accurately estimate the membrane-resistance distribution.

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  • ハエ視覚系に存在する再帰的な神経回路の理論解析 回転刺激に対する応答特性

    鈴木力憲, 森本高子, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 483(NC2011 121-190) )   11 - 16   2012年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ハエ視覚系の両側にはそれぞれ動き検知細胞があり,これらの間には特異な相互結合が存在することが報告されている.この相互結合によりどのような情報処理が実現できるかは明らかになっていない.そこで我々は,動き検知細胞を形式神経細胞モデルで記述した神経回路モデルを構築し,理論的にこの相互結合の役割を明らかにする.この回路モデルに対して安定性解析を行ったところ,パラメータ値によって双安定と多安定の2つの競合系を形成できることがわかった.また数値実験により,高雑音条件下での動き刺激と細胞応答との間の相互情報量を計算した結果,単一の細胞応答に比べて相互結合をすることで細胞は頑強な動き検出が実現できることが分かった.

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  • ベイズ推定法による定量的カルシウム動態推定

    角田敬正, 織田善晃, 大森敏明, 井上雅司, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 483(NC2011 121-190) )   317 - 322   2012年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    細胞内のカルシウムイオンをカルシウム指示色素によって測定するカルシウムイメージング法の蛍光時系列から,潜在変数である細胞内カルシウムイオン濃度を推定する較正の問題に対し,状態空間法を用いた解決を試みる.不連続な挙動を示すカルシウムダイナミクスを,ラインプロセスを組み込んだ2次のトレンド成分モデルでモデル化し,パラメータの周辺化事後確率を粒子フィルタで計算する.カルシウム濃度に対し,その周辺化事後確率を用いた状態推定,すなわちベイズ推定を行う.数値実験と生理実験データへの適用を行い,提案手法の有効性を検証する.

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  • 神経細胞の位相応答曲線における摂動強度の影響

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 483(NC2011 121-190) )   177 - 182   2012年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    位相応答曲線(Phase Response Curve(PRC))は神経回路などの相互作用する系を理解するために有効な手段の1つである.近年の生理学実験において神経細胞の位相応答曲線が測定されており,神経細胞の位相応答曲線は,有限の大きさの摂動刺激により位相応答曲線の形状が変化することが報告されている.生理学実験では,有限の強度を持つ摂動刺激を用いているため,測定される位相応答曲線には線形応答成分と高次非線形応答成分とが混在していると考えられる.我々は,摂動刺激が位相応答曲線に与える影響を議論するため,スパイクレスポンスモデルを用いて位相応答曲線を解析的に導出する.解析的に求めたスパイクレスポンスモデルの位相応答曲線と数値実験によって得られる位相応答曲線を比較することにより,位相応答曲線の線形応答成分及び高次非線形成分と,摂動強度の影響との関係を議論する.

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  • ベータ次減衰する連想記憶モデルの記憶特性

    宮田龍太, 綴木馴, 青西亨, 倉田耕治

    日本物理学会講演概要集   67 ( 1 )   312   2012年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 膜電位イメージングに基づく樹状突起の膜抵抗の不均一分布の推定

    北園淳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   67 ( 1 )   294 - 294   2012年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 樹状突起膜電位の時空間ダイナミクスを統計的に推定する

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   67 ( 1 )   293 - 293   2012年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 神経細胞の位相応答曲線に対する摂動強度の影響

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   67 ( 1 )   293 - 293   2012年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 0次減衰する連想記憶モデルの記憶容量に関する研究

    宮田龍太, 綴木馴, 青西亨, 倉田耕治

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 419(NC2011 97-120) )   1 - 6   2012年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    短期記憶の場として目される海馬とその周辺では,シナプスの死滅・新生が観測されている.生理学的実験により,強度の小さいシナプスほど死滅されやすいことがわかった.本研究では計算論的観点から,ネットワーク内のシナプス新生が及ぼす記憶への影響を調べるため,0次減衰するHopfieldモデルを用いて数値実験を行った.実験結果より,シナプス新生はネットワークのオーバーロードを回避し,最近の記憶を安定して保持する役割を担う可能性があることがわかった.また,0次減衰モデルの記憶容量はシナプス新生数に相当する減衰率αに依存することを示す.さらに,β次減衰モデルへと拡張し,シナプス減衰項の次元が及ぼすモデルの記憶特性への影響について調べた.その結果,次元が充分大きいところではモデルの記憶特性が一定になることがわかった.

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  • 25aAG-7 ベータ次減衰する連想記憶モデルの記憶特性(25aAG ニューラルネットワーク2,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    宮田 龍太, 綴木 馴, 青西 享, 倉田 耕治

    日本物理学会講演概要集   67 ( 0 )   312 - 312   2012年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

    DOI： 10.11316/jpsgaiyo.67.1.2.0_312_1

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  • 24aAG-13 膜電位イメージングに基づく樹状突起の膜抵抗の不均一分布の推定(24aAG ニューラルネットワーク1,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    北園 淳, 大森 敏明, 青西 享, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   67 ( 0 )   294 - 294   2012年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 24aAG-12 樹状突起膜電位の時空間ダイナミクスを統計的に推定する(24aAG ニューラルネットワーク1,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 享, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   67 ( 0 )   293 - 293   2012年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 24aAG-10 神経細胞の位相応答曲線に対する摂動強度の影響(24aAG ニューラルネットワーク1,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 享, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   67 ( 0 )   293 - 293   2012年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 18pAA-9 相互情報量最大化による海馬CA1ネットワークのシナプス可塑性様式の予測(18pAA 情報統計力学2,ニューラルネットワーク,数値計算アルゴリズム,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    宮田 龍太, 太田 桂輔, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   67 ( 0 )   230 - 230   2012年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 受動的なケーブルによる低周波誘電分散特性

    毛内拡, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 315(NC2011 71-83) )   5 - 10   2011年11月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    EGGやLFPの発生機序や経頭蓋電気刺激の作用機序を理解するためには,脳組織の誘電率や導電率を知る必要がある.生体組織の誘電率が周波数に依存して変化すること,すなわち誘電分散は古くから知られているが,低周波領域での大きな誘電率の原因は未だによくわかっていない.我々は,脳組織における低周波誘電分散特性の原因として,電気的に長い細胞膜の存在が重要であると考える.本研究では,このアイディアを検証するために単なる抵抗体の細胞外媒質と受動的シリンダーケーブルからなる回路を構成し,膜電位と細胞外電位を記述する連立ケーブル方程式で記述し,解析を行った。その結果,細胞外には抵抗体しか存在しないにもかかわらず,低周波領域で10^8オーダーの大きな実効的な比誘電率を取ることを見出した.また,低周波領域でも容量性電流が無視できない寄与をしている可能性がある.本研究の結果から,受動的シリンダーケーブルの存在が,低周波領域での極めて大きな実効的な誘電率をもたらすことが明らかとなった.

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  • 細胞新生するスパースなHopfieldモデルの統計力学的解析

    宮田龍太, 前川治郎, 倉田耕治, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 241(NC2011 45-70) )   113 - 118   2011年10月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    本研究ではスパースコーディングされた細胞新生するHopfieldモデルについて,SCSNAによる統計力学的解析を行う.各スパースネスにおける臨界記憶率と細胞新生数の関係を,統計力学的解析および数値実験により示す.また,指数的忘却をもつHopfieldモデルにスパースコーディングを導入した場合の忘却係数に対する臨界記憶率との比較を行う.その結果,細胞新生の場合,新生数が大きいところでは,臨界記憶率を極大化する最適なスパースネスが有限の値で存在することがわかった.

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  • 細胞新生するスパースな連想記憶モデルの統計力学的解析

    宮田龍太, 前川治郎, 倉田耕治, 青西亨

    日本物理学会講演概要集   66 ( 2 )   268 - 268   2011年8月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 樹状突起上に不均一に分布する膜応答特性を統計的に推定する

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 157(NC2011 20-44) )   65 - 70   2011年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    本研究で,我々は,樹状突起に不均一に分布することが知られる膜特性の空間分布の推定するための統計的アルゴリズムを提案する.膜特性の空間分布は,樹状突起の膜電位ダイナミクスを定める電気的特性であり,局所神経回路における情報統合に重要な役割を果たすことが強く示唆されている.しかしながら,実験技術の限界により,膜特性が樹状突起全体にわたってどのように分布しているかは明らかにされていない.本論文で,我々は,樹状突起の数理モデルに基づいて状態空間モデルを構成し,部分的に観測されるデータからの膜電位の時空間分布推定を実現する分布定数型カルマンフィルタを導出する.さらに,EMアルゴリズムを用いることにより,樹状突起における膜特性の空間分布を推定する.提案アルゴリズムに数値実験から得られるデータを適用し,我々の提案アルゴリズムが雑音が重畳された低空間分解能の観測データからの膜特性の空間分布の抽出に有効であることを示す.

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  • 2010年度論文賞の受賞論文紹介 : 脳情報処理の理解に向けて：神経細胞モデルによる数理的アプローチ

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西亨, 岡田 真人

    情報処理   52 ( 8 )   1004 - 1004   2011年7月

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    記述言語：日本語  

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  • 非負値行列因子分解を用いたカルシウムイメージングデータからの細胞検出法

    丸山隆一, 前田佳主馬, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   111 ( 96(NC2011 1-19) )   3 - 8   2011年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    カルシウムイメージング法は広範囲の神経活動の記録を可能にする.多細胞からのカルシウムイメージングの普及に伴い,画像データの解析手法が求められており,その第一段階として細胞位置検出の問題がある.細胞検出のための有力な手法として,先行研究では独立成分分析(ICA)を用いたアルゴリズムが提案されている.本報告では別のアプローチをとり,非負行列因子分解法(NMF)を用いた,モデルとデータの適合による手法を提案する.このような手法が用いられて来なかった理由にベースラインの扱いに困難があることを指摘し,NMFアルゴリズムに変更を加えることでそれを解決する.カルシウムイメージング画像を模擬した人工データを用いて提案手法を評価する.最後にラット海馬スライスからのカルシウムイメージング画像に対して提案手法を適用し,実データにおいて実際に細胞検出が可能であることを示す.

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  • 非負値行列因子分解を用いたカルシウムイメージングデータからの細胞検出法

    丸山 隆一, 前田 佳主馬, 宮川 博義, 青西 亨

    研究報告 バイオ情報学（BIO）   2011 ( 2 )   1 - 6   2011年6月

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    記述言語：日本語  

    カルシウムイメージング法は広範囲の神経活動の記録を可能にする．多細胞からのカルシウムイメージングの普及に伴い，画像データの解析手法が求められており，その第一段階として細胞位置検出の問題がある細胞検出のための有力な手法として，先行研究では独立成分分析 (ICA) を用いたアルゴリズムが提案されている．本報告では別のアプローチをとり，非負行列因子分解法 (NMF) を用いた，モデルとデータの適合による手法を提案するこのような手法が用いられて来なかった理由にベースラインの扱いに困難があることを指摘し，ＮＭＦ アルゴリズムに変更を加えることでそれを解決する．カルシウムイメージング画像を模擬した人工データを用いて提案手法を評価する．最後にラット海馬スライスからのカルシウムイメージング画像に対して提案手法を適用し，実データにおいて実際に細胞検出が可能であることを示す．Calcium imaging enables simultaneous recording from multiple neurons and glial cells. As the amount of data obtained by calcium imaging increases, efficient methods for data analysis is required. Finding cells from the movie data (cell sorting) is the first step in analyzing the calcium imaging data from multiple cells. In a recent study, a robust method for cell sorting using independent component analysis (ICA) was developed. Here, we take a different approach and propose a simple cell detection method by fitting data to generative model, making use of non-negative matrix factorization (NMF). Our understanding is that such simple model-based approaches have not been applied to calcium imaging data due to the difficulty in handling baseline intensity caused by background signals and artifacts. Thus we modify the NMF algorithm to handle baseline intensity explicitly. We tested our algorithm on artificial movie data and evaluated its performance. We then applied the algorithm to the imaging data of CA1 region of rat hippocampal slices obtained by confocal microscopy system to show that our method can indeed detect cells.

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  • 神経細胞の位相応答曲線における非線形効果

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   66 ( 1 )   290 - 290   2011年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 樹状突起上に不均一に分布する膜応答特性の統計的推定

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   66 ( 1 )   291 - 291   2011年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • ラインプロセスを用いた樹状突起の膜抵抗分布の統計的推定

    北園淳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   66 ( 1 )   291 - 291   2011年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 位相的記述によるタイムオフセットカーブの表現

    鳥海遼, 太田桂輔, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   110 ( 461(NC2010 127-201) )   313 - 318   2011年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ラットの自身の現在位置に関する情報は,場所細胞(place cell)において,その場所細胞の発火タイミングと脳波thetaリズムとの位相差で表現されると考えられている.ラットが場所細胞の周期的発火領域であるplace field内を移動すると,thetaリズムに比べ場所細胞の発火の位相し,その位相差でplace field内の位置を表現していることが知られている.しかし近年,位相差と表現されている場所に対応する時刻の関係は線形ではなく歪みを生じたものになることがわかった.この時間の歪みとthetaリズムの位相との対応関係を表すものがタイムオフセットカーブ(time-offset curve; TOC)であり,先行研究で定量的に求められた.今回の我々の目的は,振動現象の最小記述モデルである位相振動子モデルを用いて,簡単な条件の下このタイムオフセットカーブを再現することである.

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  • ラインプロセスを用いた樹状突起の膜抵抗分布の統計的推定

    北園 淳, 大森 敏明, 清西 亨, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   110 ( 461 )   343 - 348   2011年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    近年,膜電位の観測値を元に,樹状突起上の膜抵抗の空間分布を推定する手法が提案されている.従来の多くの手法では,膜抵抗値が樹状突起上で一定であると仮定して推定している.しかしながら,実際の膜抵抗は,樹状突起上で不均一に分布しており,また,膜抵抗値が樹状突起に沿って急峻に変化する例も報告されている.そこで本研究では,任意の形の膜抵抗分布に適応可能な推定手法を提案する.提案手法では,膜電位のダイナミクスをケーブル方程式で表し,また,膜抵抗分布をラインプロセスを用いて表現する.ラインプロセスによって,膜抵抗分布が区分的に滑らかであるという制約が課される.これにより,膜抵抗分布がなだらかな変化を持つ場合や急峻な変化を持つ場合など,様々な場合において,真の膜抵抗分布を推定することが可能になる.

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  • ラインプロセスを用いた樹状突起の膜抵抗分布の統計的推定

    北園淳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   110 ( 461(NC2010 127-201) )   343 - 348   2011年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    近年,膜電位の観測値を元に,樹状突起上の膜抵抗の空間分布を推定する手法が提案されている.従来の多くの手法では,膜抵抗値が樹状突起上で一定であると仮定して推定している.しかしながら,実際の膜抵抗は,樹状突起上で不均一に分布しており,また,膜抵抗値が樹状突起に沿って急峻に変化する例も報告されている.そこで本研究では,任意の形の膜抵抗分布に適応可能な推定手法を提案する.提案手法では,膜電位のダイナミクスをケーブル方程式で表し,また,膜抵抗分布をラインプロセスを用いて表現する.ラインプロセスによって,膜抵抗分布が区分的に滑らかであるという制約が課される.これにより,膜抵抗分布がなだらかな変化を持つ場合や急峻な変化を持つ場合など,様々な場合において,真の膜抵抗分布を推定することが可能になる.

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  • ショウジョウバエ視運動反応の実験的解析 II 短期記憶ミュータントにおけるノイズに対する頑強性の低下

    鈴木力憲, 青西亨, 宮川博義, 森本高子

    電子情報通信学会技術研究報告   110 ( 461(NC2010 127-201) )   331 - 336   2011年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    生物は外界の情報を基に様々な行動を行っている.しかし外界の情報にはノイズが含まれている場合が多く,脳はそのような不完全な情報を適切に処理しなくてはならない.ノイズロバストな情報処理がどのようにして行われているのかという問題は神経科学の重要なテーマの1つである.我々はノイズロバストな情報処理原理を解明するために,ショウジョウバエの視覚系を用いて研究を行っている.我々はこれまでの研究で,脳の高次領野からのフィードバックによって初期視覚系の応答が調節されている可能性を示した.本報では,短期記憶ミュータント(rutabaga)を用いてこの仮説を検証した.実験の結果,短期記憶ミュータントでは野生型に比べてノイズに対する頑強性が低下していることがわかった.また野生型でみられたノイズ付加による反応の上昇が,短期記憶ミュータントではみられなかった.これらの結果より,ハエの初期視覚系には脳の高次領野からのフィードバックが関与していると考えられる.さらに短期記憶ミュータントの視運動反応は,非常に安定していることがわかった.このような安定な反応は,様々な感覚系の感度を調節し知覚の競合を司る脳の高次領野の機能が欠損していることを反映しているのかもしれない.これはノイズに対する頑強な応答特性が感覚系の感度調節と密接に関係している可能性を示している.

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  • 23aGE-8 細胞新生するスパースな連想記憶モデルの統計力学的解析(23aGE ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    宮田 龍太, 前川 治郎, 倉田 耕治, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   66 ( 0 )   268 - 268   2011年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 25pTD-13 ラインプロセスを用いた樹状突起の膜抵抗分布の統計的推定(25pTD ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    北園 淳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   66 ( 0 )   291 - 291   2011年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 25pTD-12 樹状突起上に不均一に分布する膜応答特性の統計的推定(25pTD ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   66 ( 0 )   291 - 291   2011年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 25pTD-5 神経細胞の位相応答曲線における非線形効果(25pTD ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   66 ( 0 )   290 - 290   2011年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • ショウジョウバエ幼虫の走化性行動の統計的解析

    高品栄光, 森本高子, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   110 ( 354(MBE2010 55-77) )   127 - 132   2010年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    生物は光,熱や化学物質濃度などの環境から得られる情報を処理し,自らの生存にとって最も適切な行動をとる.特に,化学物質の濃度勾配を検知して進行方向を変化させる行動は走化性行動と呼ばれている.本研究では,モデル動物ショウジョウバエ幼虫を用いて,走化性行動機構の数理的解析を行った.走化性運動における前進と回転の2状態の離散的な遷移に着目し,この状態遷移を隠れマルコフモデルで記述した.提案モデルでは,前進から回転への状態遷移確率を,匂い物質濃度を入力とする移動平均フィルタをもつ形式神経細胞モデルで表現した.CantonS(野生型)とOr83b(嗅覚変異体)の走化性行動の計測データに対して,Baum-Welchアルゴリズムによるモデルパラメータ推定,赤池情報量基準により移動平均フィルタの長さを決定した.野生型の場合,1次と2次のフィルターが最適となり,2次では時間微分フィルタが抽出された.これに対して,嗅覚変異体の場合,全個体で0次が最適となり,匂い情報に基づかず方向転換を行っていることを示唆する結果が得られた.

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  • ショウジョウバエ幼虫の走化性行動の統計的解析

    高品 栄光, 森本 高子, 宮川 博義, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   110 ( 354 )   127 - 132   2010年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    生物は光,熱や化学物質濃度などの環境から得られる情報を処理し,自らの生存にとって最も適切な行動をとる.特に,化学物質の濃度勾配を検知して進行方向を変化させる行動は走化性行動と呼ばれている.本研究では,モデル動物ショウジョウバエ幼虫を用いて,走化性行動機構の数理的解析を行った.走化性運動における前進と回転の2状態の離散的な遷移に着目し,この状態遷移を隠れマルコフモデルで記述した.提案モデルでは,前進から回転への状態遷移確率を,匂い物質濃度を入力とする移動平均フィルタをもつ形式神経細胞モデルで表現した.CantonS(野生型)とOr83b(嗅覚変異体)の走化性行動の計測データに対して,Baum-Welchアルゴリズムによるモデルパラメータ推定,赤池情報量基準により移動平均フィルタの長さを決定した.野生型の場合,1次と2次のフィルターが最適となり,2次では時間微分フィルタが抽出された.これに対して,嗅覚変異体の場合,全個体で0次が最適となり,匂い情報に基づかず方向転換を行っていることを示唆する結果が得られた.

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  • ショウジョウバエ視運動反応の実験的解析 : 動き検知能に対するノイズの影響

    鈴木 力憲, 青西 亨, 宮川 博義, 森本 高子

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   110 ( 354 )   121 - 126   2010年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    生物は外界の情報を基に様々な行動を行っている.しかし外界の情報にはノイズが含まれている場合が多く,脳はそのような不完全な情報を適切に処理しなくてはならない.ノイズロバストな情報処理がどのようにして行われているのかという問題は神経科学の重要なテーマの1つである.我々はノイズロバストな情報処理原理を解明するために,ショウジョウバエの視覚系を用いて研究を行っている.本研究ではまず,ハエの動き検知能に対するノイズの影響を調べた.次に,ハエ視覚系研究でよく用いられる動き検知のモデル(EMDモデル)のノイズ視覚刺激に対する応答特性を評価し,実験結果と比較した.EMDモデルは低次視覚神経細胞であるLPTCSの反応をよく再現できることが知られている.実験の結果,ハエの動き検知能はノイズに対してある闘値を超えると急速に減少することがわかった.一方EMDモデルの応答は,ノイズに対して緩やかで連続的な減少を示し,実験結果と一致しないことがわかった.また個々のハエでノイズの影響を調べると,ノイズ視覚刺激提示時に反応が安定化する個体がいることがわかった.これらの結果より,ハエ視覚系には脳の高次領野からのフィードバックが存在していることが示唆された.

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  • ショウジョウバエ視運動反応の実験的解析 動き検知能に対するノイズの影響

    鈴木力憲, 青西亨, 宮川博義, 森本高子

    電子情報通信学会技術研究報告   110 ( 354(MBE2010 55-77) )   121 - 126   2010年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    生物は外界の情報を基に様々な行動を行っている.しかし外界の情報にはノイズが含まれている場合が多く,脳はそのような不完全な情報を適切に処理しなくてはならない.ノイズロバストな情報処理がどのようにして行われているのかという問題は神経科学の重要なテーマの1つである.我々はノイズロバストな情報処理原理を解明するために,ショウジョウバエの視覚系を用いて研究を行っている.本研究ではまず,ハエの動き検知能に対するノイズの影響を調べた.次に,ハエ視覚系研究でよく用いられる動き検知のモデル(EMDモデル)のノイズ視覚刺激に対する応答特性を評価し,実験結果と比較した.EMDモデルは低次視覚神経細胞であるLPTCSの反応をよく再現できることが知られている.実験の結果,ハエの動き検知能はノイズに対してある闘値を超えると急速に減少することがわかった.一方EMDモデルの応答は,ノイズに対して緩やかで連続的な減少を示し,実験結果と一致しないことがわかった.また個々のハエでノイズの影響を調べると,ノイズ視覚刺激提示時に反応が安定化する個体がいることがわかった.これらの結果より,ハエ視覚系には脳の高次領野からのフィードバックが存在していることが示唆された.

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  • 樹状突起上に不均一に分布する膜応答特性の統計的推定~イメージングデータからの情報抽出~

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    生体・生理工学シンポジウム論文集   25th   205 - 208   2010年9月

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    記述言語：日本語  

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  • シャント端を持つ受動的ケーブルモデルの解析解は中枢神経における大きな細胞体-電位固定誤差を再現する(An analytic solution of a passive shunt-end cable model reproduces large somatic volatge-clamp errors in central neurons)

    毛内 拡, 青西 亨

    神経化学   49 ( 2-3 )   608 - 608   2010年8月

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    記述言語：英語   出版者・発行元：日本神経化学会  

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  • 粒子フィルタによる細胞内カルシウム動態の推定

    角田敬正, 大森敏明, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨

    情報処理学会論文誌トランザクション(CD-ROM)   2009 ( 2 )   SURIMODERU.VOL.3,NO.2,74-82   2010年4月

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    記述言語：日本語  

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  • 樹状突起における電気的応答特性の推定

    清水裕一郎, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    情報処理学会論文誌トランザクション(CD-ROM)   2009 ( 2 )   SURIMODERU.VOL.3,NO.2,92-98   2010年4月

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    記述言語：日本語  

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  • スパイクレスポンスモデルの位相応答曲線

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    情報処理学会論文誌トランザクション(CD-ROM)   2009 ( 2 )   SURIMODERU.VOL.3,NO.2,44-50   2010年4月

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    記述言語：日本語  

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  • スパイクレスポンスモデルの位相応答曲線

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    情報処理学会論文誌数理モデル化と応用（TOM）   3 ( 2 )   44 - 50   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    位相応答曲線は素子の集団的挙動を理解するために有効な手段の 1 つであり，神経細胞の位相応答曲線が，近年，生理学実験において測定されている．しかし，神経細胞の位相応答曲線と神経細胞の膜特性との関係は明らかになっていない．本論文において我々は，スパイクレスポンスモデルを用いて神経細胞の位相応答曲線を解析的に導出し，位相応答曲線と膜特性の関係を解析的に明らかにする．我々は位相応答曲線がスパイクレスポンスモデルの膜特性を表す関数で記述できることを示し，数値実験により検証する．Phase response curve (PRC) is one of useful tools to understand of population dynamics and has been measured in recent physiological experiments. However, the relation between subthreshold membrane property of a single neuron and its PRC is unclear. In this paper, we derive the PRCs of single neurons by using spike response model and analytically clarify the relation between the subthreshold membrane property and the PRC. We analytically show that the PRC is described by the kernels of the spike response model and verify our theory by numerical simulations.

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  • 樹状突起における電気的応答特性の推定

    清水 裕一郎, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    情報処理学会論文誌. 数理モデル化と応用   3 ( 2 )   92 - 98   2010年3月

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    出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    樹状突起における電気的な応答特性は,神経細胞が受け取る多種多様な情報の統合様式を決定づける重要な因子である.しかしながら,樹状突起の計測には,空間分解能の限界やノイズ重畳の問題が存在しており,樹状突起上の電気的応答特性や膜電位の時空間分布を直接的に測定するのは困難である.本研究では,樹状突起の数理モデルに基づいて分布定数型カルマンフィルタを構成することにより,樹状突起上の一部の観測データのみから樹状突起全体の膜電位の時空間分布を推定するアルゴリズムを提案する.さらに,膜電位の推定と並行して EM アルゴリズムを用いて,直接測定が困難な樹状突起の電気的応答特性を推定する.提案アルゴリズムの有効性を検証するために,提案アルゴリズムを数値実験データに適用し,観測データ数と推定精度の関係を検討する.

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  • 粒子フィルタによる細胞内カルシウム動態の推定

    角田 敬正, 大森 敏明, 宮川 博義, 岡田 真人, 青西 亨

    情報処理学会論文誌. 数理モデル化と応用   3 ( 2 )   74 - 82   2010年3月

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    出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    カルシウムイメージングには原理的に2つの問題がある.1 つは,観測値は蛍光強度であるため Ca2+ 濃度を定量化する場合,較正の手続きが必要となる.もう 1 つは,カルシウムイメージングは微弱な蛍光信号を扱う光学計測であるため,ノイズの影響を強く受ける.我々は,これらの問題を解決する統計的な枠組みを提案する.カルシウムイメージングにより得られる蛍光信号を状態空間モデルで記述し,粒子フィルタの数値計算手法を用いて蛍光信号から Ca2+ 濃度と流量を推定するものである.数値実験によって提案手法の有効性を示し,従来の較正手法との比較を行う.

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  • スパイクレスポンスモデルの位相応答曲線

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    情報処理学会論文誌. 数理モデル化と応用   3 ( 2 )   44 - 50   2010年3月

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    出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    位相応答曲線は素子の集団的挙動を理解するために有効な手段の 1 つであり,神経細胞の位相応答曲線が,近年,生理学実験において測定されている.しかし,神経細胞の位相応答曲線と神経細胞の膜特性との関係は明らかになっていない.本論文において我々は,スパイクレスポンスモデルを用いて神経細胞の位相応答曲線を解析的に導出し,位相応答曲線と膜特性の関係を解析的に明らかにする.我々は位相応答曲線がスパイクレスポンスモデルの膜特性を表す関数で記述できることを示し,数値実験により検証する.

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  • 樹状突起における電気的応答特性の推定

    清水 裕一郎, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    情報処理学会論文誌数理モデル化と応用（TOM）   3 ( 2 )   92 - 98   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    樹状突起における電気的な応答特性は，神経細胞が受け取る多種多様な情報の統合様式を決定づける重要な因子である．しかしながら，樹状突起の計測には，空間分解能の限界やノイズ重畳の問題が存在しており，樹状突起上の電気的応答特性や膜電位の時空間分布を直接的に測定するのは困難である．本研究では，樹状突起の数理モデルに基づいて分布定数型カルマンフィルタを構成することにより，樹状突起上の一部の観測データのみから樹状突起全体の膜電位の時空間分布を推定するアルゴリズムを提案する．さらに，膜電位の推定と並行して EM アルゴリズムを用いて，直接測定が困難な樹状突起の電気的応答特性を推定する．提案アルゴリズムの有効性を検証するために，提案アルゴリズムを数値実験データに適用し，観測データ数と推定精度の関係を検討する．The membrane electric property of dendrites are important determinants for the integration of information received by neurons. However, the spatial resolution in experimental measurements of dendrites is limited, and data obtained for dendrites by means of voltage imaging are noisy. It is thus difficult to directly measure the membrane properties and the spatiotemporal distribution of membrane potentials. In the present study, we have developed a statistical algorithm with a distributed constant type Kalman filter for estimating the spatiotemporal distribution of membrane potentials from noisy data observed at limited locations. In conjunction with estimating the membrane potentials, we estimate the membrane electric properties of dendrites by using the expectation maximization algorithm. To evaluate this method we apply it to the simulation data and examine the relation between the number of observable points and the estimated accuracy.

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  • 粒子フィルタによる細胞内カルシウム動態の推定

    角田 敬正, 大森 敏明, 宮川 博義, 岡田 真人, 青西 亨

    情報処理学会論文誌数理モデル化と応用（TOM）   3 ( 2 )   74 - 82   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    カルシウムイメージングには原理的に2つの問題がある．1 つは，観測値は蛍光強度であるため Ca2+ 濃度を定量化する場合，較正の手続きが必要となる．もう 1 つは，カルシウムイメージングは微弱な蛍光信号を扱う光学計測であるため，ノイズの影響を強く受ける．我々は，これらの問題を解決する統計的な枠組みを提案する．カルシウムイメージングにより得られる蛍光信号を状態空間モデルで記述し，粒子フィルタの数値計算手法を用いて蛍光信号から Ca2+ 濃度と流量を推定するものである．数値実験によって提案手法の有効性を示し，従来の較正手法との比較を行う．Calcium imaging method has two major problems. First, we need to calibrate the observation data to quantify the Ca2+ concentration, because the observation data are the fluorescent signals of Ca2+ indicator dyes that are only indirect information about the Ca2+ concentration. Second, the fluorescent signals are too noisy. To address these problems, we propose a statistical method for the calcium imaging. We make a nonlinear state-space model describing the fluorescent signals obtained by the calcium imaging method, and estimate its state vector consisting of the Ca2+ concentration and Ca2+ flux by a particle filter based on the state-space model we make. By numerical experiments, we verify the effectiveness of the proposed method, and compare our method with the conventional calibration method.

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  • 膜電位固定法における空間固定問題の数理解析

    毛内拡, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   109 ( 461(NC2009 87-175) )   45 - 50   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    細胞体における膜電位固定法によって樹状突起のシナプス電流を測定する際に誤差が生じる問題は空間固定問題として知られている.Wilhams & Mitchellは皮質V層の錐体細胞に対してホールセル記録法を用いて空間固定の誤差を定量的に測定した.皮質V層の錐体細胞の電気緊張的長さは1程度という報告があるが,Williams & Mitchellの実験結果はこの知見から予測される空間固定誤差より大きい.近年,海馬や皮質V層などの錐体細胞の尖端樹状突起遠位部の膜抵抗は,細胞体や樹状突起近位部に比ペて優位に低くなっているという報告がある.よって,彼らが報告した空間固定誤差には尖端樹状突起遠位部の膜抵抗の低くさが影響している可能性がある.本研究は,細胞体を膜電位固定した際の尖端樹状突起の電位応答を受動的な有限長ケーブルでモデル化し,グリーン関数法による解析を行い,樹状突起遠位部の膜抵抗の低さが空間固定誤差に与える影響を示す.遠位部の膜抵抗の低くさは,ケーブルの一端にリークコンダクタンスを接続することで表現する,解析の結果,リークコンダクタンスを接続していない場合,膜の時定数を様々に変化させ電気緊張的長さを変化させてもWiliiams & Mitchellの結果を再現できなかった.これに対して,一端にリークコンダクタンスを接続した場合,接続したコンダクタンスと膜の時定数を調節すると実験結果を再現することができた.

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  • 粒子フィルタによる細胞内Ca^<2+>動態の推定 : 実データへの応用

    角田 敬正, 大森 敏明, 宮川 博義, 岡田 真人, 青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   109 ( 461 )   51 - 56   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    近年,Ca^&lt;2+&gt;濃度の時間変化を蛍光強度データより推定するための統計的手法が提案されている.これらのモデルに共通した問題として,パラメータの不定性がある.そこで我々は,パラメータの生成過程を記述する事前分布の導入により階層べイズ的に拡張した状態空間モデルを構成する.これにより,パラメータの不定性が解消される.このモデルを粒子フィルタで実装し,数値計算で人工的に生成したデータと実データを用いて,その有効性を検証する.

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  • 交流細胞外電場に対するニューロンの受動的膜電位応答の形態依存性

    青山悟, 大森敏明, 青西亨, 井上雅司, 宮川博義

    電子情報通信学会技術研究報告   109 ( 461(NC2009 87-175) )   89 - 94   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ラット海馬CAI錐体細胞において、直流細胞外電場に対する膜電位応答を実験的に観察したところ、基底樹状突起-細胞体部位では遅い時間経過をもつ単相性の応答が、尖端樹状突起部位においては速い成分と遅い成分をもつ二相性の応答が生じる。また同様に、交流細胞外電場に対する膜電位応答では尖端樹状突起部位において周波数依存的な応答を呈する事が膜電位イメージング法によって観察されている。これまで、これらの特徴は一端の膜抵抗値が低いリーキー単一ケーブルモデルによって再現可能である事が分かっている。また、曲がりや分枝といった神経細胞の形態的特徴によっても実験的特徴が再現可能であるという仮説の下、形態的特徴をもったケーブルモデルを用いて、直流細胞外電場に対する膜電位応答を数値的にシミュレートし、適切な形態によっては部分的に実験的特徴を再現可能である事が分かっている。そこで次に、形態的特徴をもったケーブルモデルを用いて、交流細胞外電場に対する膜電位応答を検証したところ、周波数依存的な特性を呈する事が分かった。

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  • 位相ランジュバン方程式の神経細胞モデルとしての有効性の検証

    太田桂輔, 大森敏明, 渡部重夫, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨

    日本物理学会講演概要集   65 ( 1 )   291 - 291   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 入力刺激が閾値上か閾値下かに依存する神経細胞の符号化特性の変化

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   65 ( 1 )   275 - 275   2010年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • スパイクレスポンスモデルの位相応答曲線

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    情報処理学会研究報告(CD-ROM)   2009 ( 5 )   ROMBUNNO.MPS-76,NO.39   2010年2月

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    記述言語：日本語  

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  • 樹状突起における電気的応答特性の推定 (数理モデル化と問題解決(MPS) Vol.2009-MPS-76)

    清水 裕一郎, 大森 敏明, 青西 亨

    情報処理学会研究報告   2009 ( 5 )   1 - 6   2010年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

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  • 粒子フィルタによる細胞内カルシウム動態の推定

    角田敬正, 大森敏明, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨

    情報処理学会研究報告(CD-ROM)   2009 ( 5 )   ROMBUNNO.MPS-76,NO.45   2010年2月

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    記述言語：日本語  

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  • 21aEA-3 位相ランジュバン方程式の神経細胞モデルとしての有効性の検証(21aEA ニューラルネットワーク2,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    太田 桂輔, 大森 敏明, 渡部 重夫, 宮川 博義, 岡田 真人, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   65 ( 0 )   291 - 291   2010年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 20pEA-9 入力刺激が閾値上か閾値下かに依存する神経細胞の符号化特性の変化(20pEA ニューラルネットワーク1(情報統計力学を含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   65 ( 0 )   275 - 275   2010年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 樹状突起における電気的応答特性の推定

    清水 裕一郎, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    研究報告数理モデル化と問題解決（MPS）   2009 ( 40 )   1 - 6   2009年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    樹状突起における電気的な応答特性は，神経細胞が受け取る多種多様な情報の統合様式を決定づける重要な因子である．しかしながら，樹状突起の計測には，空間分解能の限界やノイズ重畳の問題が存在しており，樹状突起上の電気的応答特性や膜電位の時空間分布を直接的に測定するのは困難である．本研究では，樹状突起の数理モデルに基づいて分布定数型カルマンフィルタを構成することにより，樹状突起上の一部の観測データのみから樹状突起全体の膜電位の時空間分布を推定するアルゴリズムを提案する．さらに，EM アルゴリズムを用いて直接測定が困難な樹状突起の電気的応答特性を推定する．提案アルゴリズムの有効性を検証するために，数値実験データを提案アルゴリズムに適用し，観測データ数と推定精度の関係を検討する．Membrane property in dendrite is one of important determinants for integration of information received by neurons. However, it is difficult to directly measure the membrane property as well as spatiotemporal distribution of membrane potential, since there exists limitation of spatial resolution in experimental measurements of dendrites and the observed data from the dendrites by means of voltage imaging are noisy. In this study, we propose a statistical estimation algorithm using distributed constant type Kalman filter which estimates spatiotemporal distribution from noisy data observed at limited locations. Membrane properties of dendrites are estimated by using the EM algorithm. We verify the effectiveness of the proposed method by applying simulation data to the proposed method and evaluate the relation between the spatial resolution of observation and estimate error.

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  • スパイクレスポンスモデルの位相応答曲線

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    研究報告数理モデル化と問題解決（MPS）   2009 ( 39 )   1 - 6   2009年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    位相応答曲線は素子の集団的挙動を理解するために有効な手段の 1 つであり，神経細胞の位相応答曲線が，近年，生理学実験において測定されている．しかし，神経細胞の位相応答曲線と神経細胞の膜特性との関係は明らかになっていない．本論文において我々は，スパイクレスポンスモデルを用いて神経細胞の位相応答曲線を解析的に導出し，位相応答曲線と膜特性の関係を解析的に明らかにする．我々は位相応答曲線がスパイクレスポンスモデルの膜特性をあらわす関数で記述できることを示し，数値実験により検証する．Phase response curve (PRC) is one of useful tools to understand of population dynamics and has been measured in recent physiological experiments. However, the relation between subthreshold membrane property of a single neuron and its PRC is unclear. In this paper, we derive the PRCs of single neurons by using spike response model and analytically clarify the relation between the subthreshold membrane property and the PRC. We analytically show that the PRC is described by the kernels of the spike response model and verify our theory by numerical simulations.

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  • 粒子フィルタによる細胞内カルシウム動態の推定

    角田 敬正, 大森 敏明, 宮川 博義, 岡田 真人, 青西 亨

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2009 ( 45 )   1 - 6   2009年12月

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    記述言語：日本語  

    カルシウムイメージングには原理的に 2 つの問題がある．1 つは，観測値は蛍光強度であるため Ca2+ 濃度を定量化する場合，較正の手続きが必要となる．もう一つは，カルシウムイメージングは微弱な蛍光信号を扱う光学計測であるため，ノイズの影響を強く受ける．我々は，これらの問題を解決する統計的な枠組みを提案する．カルシウムイメージングにより得られる蛍光信号を状態空間モデルで記述し，粒子フィルタの数値計算手法を用いて蛍光信号から Ca2+ 濃度と流量を推定するものである．数値実験によって提案手法の有効性を示し，従来の較正手法との比較を行う．Calcium imaging method has two major problems. First, we need to calibrate the observation data to quantify the Ca2+ concentration, because the observation data are the fluorescent signals of Ca2+ indicator dyes that are only indirect information about the Ca2+ concentration. Second, the fluorescent signals are too noisy. To address these problems, we propose a statistical method for the calcium imaging. We make a nonlinear state-space model describing the fluorescent signals obtained by the calcium imaging method, and estimate its state vector consisting of the Ca2+ concentration and Ca2+ flux by a particle filter based on the state-space model we make. By numerical experiments, we verify the effectiveness of the proposed method, and compare our method with the conventional calibration method.

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  • 樹状突起における電気的応答特性の推定

    清水 裕一郎, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2009 ( 40 )   1 - 6   2009年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    樹状突起における電気的な応答特性は，神経細胞が受け取る多種多様な情報の統合様式を決定づける重要な因子である．しかしながら，樹状突起の計測には，空間分解能の限界やノイズ重畳の問題が存在しており，樹状突起上の電気的応答特性や膜電位の時空間分布を直接的に測定するのは困難である．本研究では，樹状突起の数理モデルに基づいて分布定数型カルマンフィルタを構成することにより，樹状突起上の一部の観測データのみから樹状突起全体の膜電位の時空間分布を推定するアルゴリズムを提案する．さらに，EM アルゴリズムを用いて直接測定が困難な樹状突起の電気的応答特性を推定する．提案アルゴリズムの有効性を検証するために，数値実験データを提案アルゴリズムに適用し，観測データ数と推定精度の関係を検討する．Membrane property in dendrite is one of important determinants for integration of information received by neurons. However, it is difficult to directly measure the membrane property as well as spatiotemporal distribution of membrane potential, since there exists limitation of spatial resolution in experimental measurements of dendrites and the observed data from the dendrites by means of voltage imaging are noisy. In this study, we propose a statistical estimation algorithm using distributed constant type Kalman filter which estimates spatiotemporal distribution from noisy data observed at limited locations. Membrane properties of dendrites are estimated by using the EM algorithm. We verify the effectiveness of the proposed method by applying simulation data to the proposed method and evaluate the relation between the spatial resolution of observation and estimate error.

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  • スパイクレスポンスモデルの位相応答曲線

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    研究報告バイオ情報学（BIO）   2009 ( 39 )   1 - 6   2009年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    位相応答曲線は素子の集団的挙動を理解するために有効な手段の 1 つであり，神経細胞の位相応答曲線が，近年，生理学実験において測定されている．しかし，神経細胞の位相応答曲線と神経細胞の膜特性との関係は明らかになっていない．本論文において我々は，スパイクレスポンスモデルを用いて神経細胞の位相応答曲線を解析的に導出し，位相応答曲線と膜特性の関係を解析的に明らかにする．我々は位相応答曲線がスパイクレスポンスモデルの膜特性をあらわす関数で記述できることを示し，数値実験により検証する．Phase response curve (PRC) is one of useful tools to understand of population dynamics and has been measured in recent physiological experiments. However, the relation between subthreshold membrane property of a single neuron and its PRC is unclear. In this paper, we derive the PRCs of single neurons by using spike response model and analytically clarify the relation between the subthreshold membrane property and the PRC. We analytically show that the PRC is described by the kernels of the spike response model and verify our theory by numerical simulations.

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  • 粒子フィルタによる細胞内カルシウム動態の推定

    角田 敬正, 大森 敏明, 宮川 博義, 岡田 真人, 青西 亨

    研究報告数理モデル化と問題解決（MPS）   2009 ( 45 )   1 - 6   2009年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：情報処理学会  

    カルシウムイメージングには原理的に 2 つの問題がある．1 つは，観測値は蛍光強度であるため Ca2+ 濃度を定量化する場合，較正の手続きが必要となる．もう一つは，カルシウムイメージングは微弱な蛍光信号を扱う光学計測であるため，ノイズの影響を強く受ける．我々は，これらの問題を解決する統計的な枠組みを提案する．カルシウムイメージングにより得られる蛍光信号を状態空間モデルで記述し，粒子フィルタの数値計算手法を用いて蛍光信号から Ca2+ 濃度と流量を推定するものである．数値実験によって提案手法の有効性を示し，従来の較正手法との比較を行う．Calcium imaging method has two major problems. First, we need to calibrate the observation data to quantify the Ca2+ concentration, because the observation data are the fluorescent signals of Ca2+ indicator dyes that are only indirect information about the Ca2+ concentration. Second, the fluorescent signals are too noisy. To address these problems, we propose a statistical method for the calcium imaging. We make a nonlinear state-space model describing the fluorescent signals obtained by the calcium imaging method, and estimate its state vector consisting of the Ca2+ concentration and Ca2+ flux by a particle filter based on the state-space model we make. By numerical experiments, we verify the effectiveness of the proposed method, and compare our method with the conventional calibration method.

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  • 高次摂動展開による神経振動子のSpike Triggered解析

    太田桂輔, 大森敏明, 岡田真人, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   19th   22 - 23   2009年9月

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    記述言語：日本語  

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  • 膜電位固定法における空間固定問題の数理解析

    毛内拡, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   19th   6 - 7   2009年9月

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    記述言語：日本語  

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  • 位相応答曲線における非線形効果

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   19th   74 - 75   2009年9月

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  • 位相的記述によるタイムオフセットカーブの表現

    鳥海遼, 太田圭輔, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   19th   80 - 81   2009年9月

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  • 入力刺激が閾値上か閾値下かに依存する単一神経細胞の符号化特性の変化

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   19th   20 - 21   2009年9月

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  • 膜抵抗の不均一性を考慮した樹状突起膜電位の時空間分布推定

    清水裕一郎, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   19th   26 - 27   2009年9月

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  • 粒子フィルタによる細胞内Ca2+濃度およびCa2+流入の推定

    角田敬正, 大森敏明, 宮川義博, 岡田真人, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   19th   4 - 5   2009年9月

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  • 位相応答曲線における神経細胞の不応期の影響

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   109 ( 125(NC2009 7-36) )   139 - 144   2009年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    神経細胞が示すダイナミクスと神経細胞が持つ膜特性の関係を明らかにすることは,神経細胞の本質を理解するために重要である.近年,膜特性をカーネルにより直接的に記述したSpike Response Model(SRM)が,解析計算可能な神経細胞モデルとして,提案されている.一方,神経細胞のダイナミクスを理解する手段として,非線形動力学の位相応答曲線(Phase Response Curve(PRC))が有効である.これまでの研究により,我々はSRMを用いることで,個々の神経細胞における閾値以下の膜特性と,その神経細胞が示す位相応答曲線との関係を解析的に明らかにした.近年,生理学実験により測定された神経細胞の位相応答曲線には,発火周波数の違いによりその形状が変化することが報告されている.実際の神経細胞には閾値以下の膜特性に不応期が存在するため,不応期が位相応答曲線の形状に影響を与えると考えられる.本研究ではSRMを用いて不応期の効果と位相応答曲線との関係を解析的に導出し,位相応答曲線に不応期の影響が現れることを示す.さらに,コンダクタンスベースモデルからSRMのカーネルを推定し位相応答曲線を導出する.導出した位相応答曲線をコンダクタンスベースモデルから数値実験により求めた位相応答曲線と比較することで,理論の妥当性を検証する.

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  • 位相応答曲線における神経細胞の不応期の影響

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NLP, 非線形問題   109 ( 124 )   139 - 144   2009年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    神経細胞が示すダイナミクスと神経細胞が持つ膜特性の関係を明らかにすることは,神経細胞の本質を理解するために重要である.近年,膜特性をカーネルにより直接的に記述したSpike Response Model(SRM)が,解析計算可能な神経細胞モデルとして,提案されている.一方,神経細胞のダイナミクスを理解する手段として,非線形動力学の位相応答曲線(Phase Response Curve(PRC))が有効である.これまでの研究により,我々はSRMを用いることで,個々の神経細胞における閾値以下の膜特性と,その神経細胞が示す位相応答曲線との関係を解析的に明らかにした.近年,生理学実験により測定された神経細胞の位相応答曲線には,発火周波数の違いによりその形状が変化することが報告されている.実際の神経細胞には閾値以下の膜特性に不応期が存在するため,不応期が位相応答曲線の形状に影響を与えると考えられる.本研究ではSRMを用いて不応期の効果と位相応答曲線との関係を解析的に導出し,位相応答曲線に不応期の影響が現れることを示す.さらに,コンダクタンスベースモデルからSRMのカーネルを推定し位相応答曲線を導出する.導出した位相応答曲線をコンダクタンスベースモデルから数値実験により求めた位相応答曲線と比較することで,理論の妥当性を検証する.

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  • 高次摂動展開による神経振動子のSpike Triggered解析

    太田桂輔, 大森敏明, 岡田真人, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   108 ( 480(NC2008 103-175) )   63 - 68   2009年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    神経細胞は特定の外部刺激をスパイクに変換する符号器であり,これは神経細胞のダイナミクスによって定められる.この符号化の構造をイオンチャネルの特性と結びつけるために,神経細胞の発火を誘発させた入力構造(STE:Spike Triggered stimulus Ensemble)と神経細胞のダイナミクスとの関係を明らかにする研究が行われている.本研究では,周期発火状態にある神経細胞のSTEのn次モーメント(the nth Moment of STE:MSTE_n)を位相応答曲線により定式化し,高次摂動展開によりMSTE_nを導出する新たな計算手法を提案する.これにより,振動状態の神経細胞に対して以下の3つの結果を得た.1.Spike Triggered Covariance(STC)と位相応答曲線の間に成り立つ近似式を導くことができた.2.Spike Triggered Average(STA)とSTCの関係を解析的に明らかにすることができた.そして3.先行研究で導出された位相応答曲線とSTAの間に成り立つ近似式が破れる要因が明らかになった.

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  • 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析 II

    毛内拡, 大森敏明, 岡田真人, 井上雅司, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   108 ( 480(NC2008 103-175) )   81 - 86   2009年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    樹状突起は電場に晒されている可能性が報告されている.また近年の研究により,皮質または海馬の錐体細胞の尖端樹状突起遠位部の膜抵抗は近位部や細胞体に比べて,有意に低くなっている可能性が示唆されている.細胞外電場負荷に対する膜電位応答の理解のために,低膜抵抗端のケーブル方程式の解をグリーン関数法によって得た.細胞外直流電場を負荷すると,低膜抵抗端において二相性の応答が観察され,このことは過去に変数分離法やフーリエ変換を用いて得られた結果と矛盾しない.一方,細胞外交流電場を負荷すると,低膜抵抗端では振幅に関して周波数選好性の応答が観察される.遠位部の膜抵抗が低い,受動的な樹状突起は正弦波状の細胞外電場に対して周波数選好性の応答を示すということを示唆している.本研究で得られたグリーン関数は任意の入力に対して適用可能である.

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  • 非線型状態空間モデルを用いた細胞内カルシウムイオン濃度の推定

    角田敬正, 大森敏明, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   108 ( 480(NC2008 103-175) )   25 - 30   2009年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    近年のバイオイメージング技術の発展により,神経細胞内におけるカルシウムイオンが蛍光色素を媒介に計測可能となった.しかしその際に撮像される蛍光イメージは,計測されるまでに幾つかの過程を要し,カルシウムイオン濃度そのものとは異なるものである.そこで本研究では,神経細胞内のカルシウムイオンが蛍光イメージとして撮像されるまでの過程を状態空間モデルで記述し,真のカルシウムイオン動態の推定を行った.また構築したモデルにおける未知パラメータはEMアルゴリズムによって推定した.数値実験では,以上の枠組みで十分な精度の推定が行えることを示せた.

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  • 高次摂動展開による神経振動子のSpike Triggered Averageの導出

    太田桂輔, 大森敏明, 岡田真人, 青西亨

    日本物理学会講演概要集   64 ( 1 )   284 - 284   2009年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析 II

    毛内拡, 大森敏明, 岡田真人, 井上雅司, 宮川博義, 青西亨

    日本物理学会講演概要集   64 ( 1 )   298   2009年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 非ガウス型状態空間モデルによる細胞内カルシウム濃度推定

    角田敬正, 大森敏明, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨

    日本物理学会講演概要集   64 ( 1 )   298 - 298   2009年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 細胞新生する連想記憶モデルの統計力学的解析

    小松靖直, 青西亨, 倉田耕治

    日本物理学会講演概要集   64 ( 1 )   299 - 299   2009年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • Spike Response Modelの位相応答曲線 III

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   64 ( 1 )   298   2009年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 細胞新生する連想記憶モデルの統計力学的解析

    小松靖直, 青西亨, 倉田耕治

    電子情報通信学会技術研究報告   108 ( 383(NC2008 82-102) )   49 - 54   2009年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    Hopfieldモデルには臨界記憶容量が存在し,この数を超えるパターンを埋め込むとオーバーロードになり,それまでに学習した全記憶パターンを想起できなくなる.一方,ある数の素子を新しい素子と入れ換える,すなわち新生させることで,オーバーロードを防ぎ最近学習した記憶パターンを安定して保持することが可能となる.本研究では統計力学による解析により,素子数とは無関係に各学習ステップごと3.2個の素子を新生させると,記憶パターンが安定して保持されることを示す.また,最適新生数が存在し,記憶容量を最大化することを示す.最後に類似の構造を持つ指数忘却モデルと細胞新生モデルの関係について議論する.

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  • 28pTJ-10 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析II(28pTJ ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    毛内 拡, 大森 敏明, 岡田 真人, 井上 雅司, 宮川 博義, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   64 ( 0 )   298 - 298   2009年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 28pTJ-9 非ガウス型状態空間モデルによる細胞内カルシウム濃度推定(28pTJ ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    角田 敬正, 大森 敏明, 宮川 博義, 岡田 真人, 青西 亨, Ota Keisuke

    日本物理学会講演概要集   64 ( 0 )   298 - 298   2009年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 28aTJ-2 高次摂動展開による神経振動子のSpike Triggered Averageの導出(28aTJ 反応拡散系・振幅方程式,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    太田 桂輔, 大森 敏明, 岡田 真人, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   64 ( 0 )   284 - 284   2009年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 28pTJ-14 細胞新生する連想記憶モデルの統計力学的解析(28pTJ ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    小松 靖直, 青西 亨, 倉田 耕治

    日本物理学会講演概要集   64 ( 0 )   299 - 299   2009年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 28pTJ-11 Spike Response Modelの位相応答曲線III(28pTJ ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   64 ( 0 )   298 - 298   2009年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 非ガウス型カルマンフィルタを用いた細胞内Ca2+濃度の統計的推定

    角田敬正, 大森敏明, 宮川義博, 岡田真人, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   18th   210 - 211   2008年9月

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    記述言語：日本語  

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  • 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析

    毛内拡, 青西亨, 大森敏明, 岡田真人, 井上雅司, 宮川博義

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   18th   194 - 195   2008年9月

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    記述言語：日本語  

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  • 神経細胞の閾値下の膜特性とSpike‐Triggered Averageの関係

    大森敏明, 青西亨, 飯田宗徳, 岡田真人

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   18th   192 - 193   2008年9月

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  • 位相ランジュバン方程式は神経細胞の記述として有効か?

    太田桂輔, 大森敏明, 渡部重夫, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   18th   184 - 185   2008年9月

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  • 細胞新生する連想記憶モデルの統計力学的解析

    小松靖直, 青西亨, 倉田耕治

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   18th   96 - 97   2008年9月

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  • Spike Response Modelの位相応答曲線 II

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 2 )   218   2008年8月

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  • Spike‐Triggered Averageとスパイク応答モデルの関係

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 2 )   219 - 219   2008年8月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析

    毛内拡, 青西亨, 大森敏明, 岡田真人, 井上雅司, 宮川博義

    日本物理学会講演概要集   63 ( 2 )   221   2008年8月

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    記述言語：日本語  

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  • トップダウンアプローチによる海馬CA3錐体細胞の位相応答曲線の予測

    青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   107 ( 542(NC2007 112-199) )   261 - 266   2008年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    トップダウンに海馬CA3錐体細胞の位相応答曲線を予測する統計力学的枠組みを提案する.まず,海馬CA3の計算は連想記憶であると仮定し,この計算を実現する物理的制約を満たしたハードウエアとして,Spike timing-dependent synaptic plasticity(STDP)窓関数と位相応答曲線で構成された最小記述モデルを導入する.統計力学を用いた解析によりこの系の自由エネルギーを導出する.そして,観測データとしてSTDP窓関数を与え,この制約下で自由エネルギーを最小化することにより,計算を最適に実行する位相応答曲線を導出する.もし,トップダウンに予測した位相応答曲線が現実の錐体細胞の位相応答曲線と一致すれば,海馬CA3は連想記憶回路として最適なハードウエアを有していることになる.

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  • Spike Response Modelの位相応答曲線

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   107 ( 542(NC2007 112-199) )   267 - 272   2008年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    位相応答曲線(Phase Response Curve(PRC))は海馬CA3錐体細胞など周期発火を示す細胞間の相互作用を理解するのに重要である.近年盛んに行われているPRCの生理学実験では, 有限の摂動刺激を用いているため,観測されるPRCに線形成分と高次非線形成分とが混在してしまう.強い神経間相互作用を持つ回路のダイナミクスを理解するためには,PRCの線形成分と高次非線形成分とを明確に分ける必要がある.今回,我定は,PRCと神経細胞の電気生理学的応答特性との関係を議論するために,Spike Response Model(SRM)のPRCを解析的に求める.また,解析的に求めたSRMのPRCと数値実験によって求めたSRMのPRCとを比較することによって,PRCの線形成分及び高次非線形成分と細胞の閾値下での電気生理学的応答特性との関係を議論する.

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  • 分布定数型カルマンフィルタを用いた樹状突起膜電位の時空間分布の推定

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   107 ( 542(NC2007 112-199) )   169 - 174   2008年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    近年,樹状突起を逆伝播する信号や樹状突起上でのスパイクが観測され,樹状突起において多彩な膜応答が実現されていることを示唆する結果が得られている.樹状突起における情報処理を理解する上で,樹状突起全体に渡る膜電位の時空間分布を明らかにする必要があるが,生理実験における空間分解能には限界が存在している.本報告で,我々は,樹状突起上の限られた場所だけで観測される膜電位のデータから樹状突起全体の膜電位の時空間分布を推定するために,分布定数型カルマンフィルタを用いた推定アルゴリズムを提案する.数値実験から得られた膜電位データを提案アルゴリズムに適用し,提案手法の有効性を検証する.

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  • ダイナミック・クランプを実現するリアルタイム計測・制御システムの構築

    角田敬正, 太田桂輔, 渡部重夫, 宮川博義, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   107 ( 542(NC2007 112-199) )   163 - 168   2008年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ニューロサイエンスにおける実験的研究と理論的研究の媒介になると期待されているダイナミック・クランプを実現するシステムを開発した.ダイナミック・クランプとは,生体細胞の膜電位をリアルタイムに計測・制御することで,生体細胞と数理モデルのインタラクションが実現でき,例えば生体細胞を用いた仮想局所回路の構築を可能にするシステムである.本研究では,LinuxをリアルタイムOS化するRT-Linuxを用いた構成を試み,これを実現した.また実現したシステムを用いて2つの生理実験を有った.1つはHodgkin-Huxley型モデルをリアルタイムシミュレーションし生体細胞とのインタラクションを検証した実験である.Hodgkin-Huxley型モデルの数値解析法にはオイラー法を修正した指数オイラー法を用いることでリアルタイムシミュレーションが可能になった.次に位相応答曲線の測定を行った.その際必要な発火周波数を一定に制御することに成功した.実現したシステムは電気生理実験の際のデータ収集や実験精度,効率等の面で大きな進歩をもたらすものである.

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  • 細胞外電場負荷時のシリンダーケーブルの振る舞いの数理解析

    毛内拡, 青西亨, 井上雅司, 宮川博義

    電子情報通信学会技術研究報告   107 ( 542(NC2007 112-199) )   157 - 162   2008年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    海馬CA1錐体細胞の樹状突起に平行に細胞外電場を負荷すると、特異な膜電位応答が観察されることが実験的に示されている。例えば細胞外直流電場を負荷すると細胞体付近では時定数の長い膜電位変化が、樹状突起尖端部では二相性の応答が観察される。この実験結果の解釈のためにシリンダーケーブルを用いて数値計算を行ったところ、ケーブルの先端の膜抵抗値を他よりも小さくすると実験結果が再現されることが判明した。このことは実際の樹状突起の先端の膜抵抗値が低くなっている可能性を示唆している。このモデルの特性を定性的に理解するために、先端の膜抵抗値が低いケーブルの細胞外電場負荷に対する振る舞いを記述するケーブル方程式を立てた。一端の抵抗値の低さを表現した境界条件のもとで、グリーン関数法を用いて得られた解は、細胞外直流電場負荷に対する数値計算の結果を再現する。

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  • 位相応答曲線の測定と周期外力下でのスパイク間隔分布の予測

    太田桂輔, 青西亨, 渡部重夫, 宮川博義, 大森敏明, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   107 ( 542(NC2007 112-199) )   181 - 186   2008年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    近年,摂動応答実験により様々な神経細胞の位相応答曲線が測定されている.われわれはベイズ統計の枠組みで,ノイズで揺らいだ摂動応答データから神経細胞の位相応答曲線を推定する手法を提案してきた.本手法の確率モデルはLangevin方程式に基づいており,神経細胞を位相表現のLangevin方程式で同定することになる.したがって,任意外力による神経細胞の確率的挙動を位相応答曲線に基づいたFokker-Planck方程式で予測することが可能である.本研究では,ダイナミッククランプを用いて以下の実験を行った.まず,われわれは海馬CA1錐体細胞に対する摂動応答実験により位相応答曲線とノイズの大きさの推定を行い,位相表現のFokker-Planck方程式を求めた.そして,同一細胞に周期外力を負荷し,外力とスパイク間の位相差に関する頻度分布を求めた.この頻度分布はFokker-Planck方程式の平衡分布と一致した.

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  • Spike Response Modelの位相応答曲線

    飯田宗徳, 大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 1 )   342   2008年2月

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    記述言語：日本語  

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  • 分布定数型カルマンフィルタによる樹状突起膜電位の時空間分布推定

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 1 )   342 - 342   2008年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • ベイズ統計に基づいた海馬CA1錐体細胞の摂動応答計測

    太田桂輔, 青西亨, 渡部重夫, 宮川義博, 大森敏明, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 1 )   341 - 341   2008年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • トップダウン的アプローチによる海馬CA3錐体細胞の位相応答曲線の予測

    青西亨

    日本物理学会講演概要集   63 ( 1 )   341 - 341   2008年2月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • 21pVB-6 Spike Response Modelの位相応答曲線II(21pVB ニューラルネット,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 0 )   218 - 218   2008年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 21pVB-16 細胞外電場負荷に対するシリンダーケーブルの膜電位変化の数理解析(21pVB ニューラルネット,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    毛内 拡, 青西 亨, 大森 敏明, 岡田 真人, 井上 雅司, 宮川 博義

    日本物理学会講演概要集   63 ( 0 )   221 - 221   2008年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • Phase response curve of spike response model

    Munenori Iida, Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Masato Okada

    NEUROSCIENCE RESEARCH   61   S280 - S280   2008年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）  

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  • 26pTE-5 分布定数型カルマンフィルタによる樹状突起膜電位の時空間分布推定(ニューラルネットワーク,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 0 )   342 - 342   2008年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 26pTE-4 Spike Response Modelの位相応答曲線(ニューラルネットワーク,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

    飯田 宗徳, 大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 0 )   342 - 342   2008年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 26pTE-2 ベイズ統計に基づいた海馬CA1錐体細胞の摂動応答計測(ニューラルネットワーク,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

    太田 桂輔, 青西 亨, 渡部 重夫, 宮川 義博, 大森 敏明, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 0 )   341 - 341   2008年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • Mathematical analysis on dynamical behavior of a cylindrical cable induced by extracellular electrical field

    Hiromu Monai, Toru Aonishi, Toshiaki Omori, Masato Okada, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa

    NEUROSCIENCE RESEARCH   61   S71 - S71   2008年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）  

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  • 26pTE-1 トップダウン的アプローチによる海馬CA3錐体細胞の位相応答曲線の予測(ニューラルネットワーク,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

    青西 亨

    日本物理学会講演概要集   63 ( 0 )   341 - 341   2008年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 21pVB-8 Spike-Triggered Averageとスパイク応答モデルの関係(21pVB ニューラルネット,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 0 )   219 - 219   2008年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 細胞の摂動応答を用いた樹状突起先端部における膜比抵抗の推定

    大森敏明, 青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   106 ( 588(NC2006 116-152) )   25 - 30   2007年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    樹状突起上で不均一に分布する膜特性は,単一ニューロンが受け取るシナプス入力の統合様式を定める因子であり,その空間分布は脳の情報処理に重要である.特に樹状突起遠位部では,多数のシナプス入力が受け取られるとともに,シナプス可塑性に関連する重要な情報処理がなされているが,樹状突起遠位部では膜特性の直接的な測定が困難であるため遠位部での膜特性は明らかではない.我々は,樹状突起遠位部における膜比抵抗の推定を行うために,膜特性の不均一性を考慮したコンパートメントモデルを用いて細胞の摂動応答の数値計算を行い,海馬スライスに対する光計測で観測された細胞の摂動応答と比較した.数値実験の結果より,樹状突起遠位部における膜比抵抗は,樹状突起近位部より低い値をもち,遠位部と近位部の境界付近で膜比抵抗が急峻な変化を示すことが示唆された.

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  • パワー拘束条件下での位相応答曲線の推定

    太田桂輔, 青西亨, 大森敏明, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   106 ( 588(NC2006 116-152) )   37 - 42   2007年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    我々はベイズ統計の枠組みで位相応答曲線を推定するアルゴリズムを提案する。本手法ではまず観測データの劣化過程をFokker-Planck方程式を用いて解析的に記述した。この解析的に求めた劣化過程を用いて、線形応答特性を保つ優位な摂動について議論した。続いて、ベイズの定理より劣化過程の逆過程を導き、事後確率最大化(MAP)により純粋な位相応答曲線を推定した。更にパワー拘束条件を付加させることによって、システムに対するノイズを乗法性ノイズとして扱うことを可能としている。Morris-Lecarニューロンモデルを用いた数値実験により、背後のノイズが未知であるIn-Vitro神経細胞において最適な位相応答曲線を推定できることが示された。

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  • 膜比抵抗の急峻な変化による樹状突起上の信号伝播の向上

    大森敏明, 青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   106 ( 500(NC2006 88-99) )   43 - 48   2007年1月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    海馬CA1錐体細胞の樹状突起は,嗅内野と海馬CA3からシナプス入力を受け取るが,これらの入力は樹状突起上で分離して受け取られることが知られている.嗅内野からの入力は樹状突起遠位部で受け取られ,海馬CA3からの入力は樹状突起近位部で受け取られる.樹状突起遠位部のみにシナプス入力が与えられた場合には,樹状突起上の信号伝播における減衰によって,細胞体での発火が困難であると考えられており,嗅内野から海馬CA1への直接入力がCA1の出力に対して殆ど反映されないことが導かれる可能性がある.ところで,海馬CA1錐体細胞の樹状突起では,膜特性の一種である膜比抵抗が階段関数に従って不均一に分布しており,膜比抵抗は樹状突起遠位部において低い値をもち,樹状突起近位部では高い値をもつことがOmoriらによって示されている.本報告で,我々は,ケーブル方程式の解析とコンパートメントモデルに対する数値実験により,樹状突起上の信号伝播に対する膜比抵抗の不均一性効果を明らかにし,膜比抵抗が階段関数に従って樹状突起遠位部で低い値をもつ場合には,樹状突起遠位部から細胞体への信号伝播が向上し,樹状突起遠位部のみへのシナプス入力によって細胞体での発火が得られることを示す.

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  • 21pWB-5 パワー拘束条件下での位相応答曲線の推定(ニューラルネットワーク,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

    太田 桂輔, 青西 亨, 大森 敏明, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   62 ( 0 )   320 - 320   2007年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 21aWB-11 樹状突起における膜特性分布の推定(ニューラルネットワーク,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   62 ( 0 )   300 - 300   2007年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • Estimated distribution of specific membrane resistance in hippocampal CA1 pyramidal neuron

    Toshiaki Omori, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Masashi Inoue, Masato Okada

    BRAIN RESEARCH   1125   199 - 208   2006年12月

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  • Statistical estimation algorithm for phase response curves

    Toru Aonishi, Keisuke Ota

    Journal of the Physical Society of Japan   75 ( 11 )   114802   2006年11月

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    記述言語：英語  

    DOI： 10.1143/JPSJ.75.114802

    Scopus

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  • Statistical estimation algorithm for phase response curves

    Toru Aonishi, Keisuke Ota

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   75 ( 11 )   114802   2006年11月

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  • 位相応答曲線の統計的推定

    太田桂輔, 青西亨

    情報処理学会研究報告   2006 ( 64(BIO-5) )   29 - 33   2006年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人情報処理学会  

    位相応答曲線(PRC)は振動系のインパルス応答を表し,小さい外乱によって生じる非平衡ダイナミクスの本質を捕らえている。単一神経細胞のダイナミクスとそれらから構成されるネットワークダイナミクスとの隔たりを埋めるためには、位相応答曲線の測定が重要であるが、位相応答曲線の推定方法は未だ確立されていない。本稿では、摂動応答実験によって測定されたノイズを帯びたデータから位相応答曲線をベイズ統計の枠組みで推定する手法を提案する。まず摂動応答実験における観測過程を記述する確率過程を解析した。その結果、位相応答曲線の劣化過程の確率分布を導くことができた。続いて、位相応答曲線の事前分布を導入することによって事前確率最大化(MAP)推定アルゴリズムを用いて位相応答曲線を推定した。

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  • 位相応答曲線の統計的推定

    太田桂輔, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   106 ( 101(NC2006 9-21) )   25 - 29   2006年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    位相応答曲線(PRC)は振動系のインパルス応答を表し,小さい外乱によって生じる非平衡ダイナミクスの本質を捕らえている。単一神経細胞のダイナミタスとそれらから構成されるネットワークダイナミクスとの隔たりを埋めるためには、位相応答曲線の測定が重要であるが、位相応答曲線の推定方法は未だ確立されていない。本稿では、摂動応答実験によって測定されたノイズを帯びたデータから位相応答曲線をペイズ統計の枠組みで推定する手法を提案する。まず摂動応答実験における観測過程を記述する確率過程を解析した。その結果、位相応答曲線の劣化過程の確率分布を導くことができた。続いて、位相応答曲線の事前分布を導入することによって事前確率最大化(MAP)推定アルゴリズムを用いて位相応答曲線を推定した。

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  • 海馬CA1錐体細胞の樹状突起遠位部における膜比抵抗の急峻な低下

    大森 敏明, 青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   105 ( 658 )   19 - 24   2006年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    神経細胞の形態や膜特性は,樹状突起における情報統合に重要な役割を担っていると考えられている.膜特性は単一の神経細胞内で不均一に分布することが知られているが,その空間分布は明らかにされていない.我々は,海馬CA1スライスにおいて観測された2種類の摂動応答の生理実験の結果を用いて,詳細な単一神経細胞モデルを用いた数値実験により,膜比抵抗の空間分布の推定を行った.数値実験により,シナプス刺激への応答として生理実験で観測されるEPSP伝播が,膜比抵抗分布としてシグモイド関数を仮定した場合に再現される結果が得られた.さらに,EPSP伝播に基づいて推定された膜比抵抗分布は,細胞外電場に対する膜応答も再現する汎化性を有することが示された.この結果は,海馬CA1錐体細胞の樹状突起遠位部において膜比抵抗が急峻に低下していることを示唆する.

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  • 神経細胞樹状突起の電気的興奮性、シナプス可塑性、局所回路の動態－AタイプK+チャネルの機能的役割－

    渡辺重夫, 青西

    日本シミュレーション学会誌   25 ( 1 )   . - 28   2006年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：日鉄技術情報センタ-  

    We investigated the role of A-type K channels in the neuronal dendritic function. In the first half, the contribution of these channels to the induction of long-term potentiation (LTP) in hippocampal CA1 pyramidal neurons was examined experimentally. The results supported the hypothesis that A-type K channels contribute to the induction of LTP through controlling the dendritic intergration properties. In the second half, by using the NEURON simulator, we tried to elucidate mechanisms of boosting for EPSP amplitudes and inhibiting for ones. Here, it was theoretically demonstrated that the super-sensitivity, which can be controlled by the down-regulation of the A-type K channel, is the fundamental mechanism for regulation of such membrane responses.

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  • 海馬CA1錐体細胞の樹状突起遠位部における膜比抵抗の急峻な低下

    大森敏明, 青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   105 ( 658(NC2005 125-150) )   19 - 24   2006年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    神経細胞の形態や膜特性は,樹状突起における情報統合に重要な役割を担っていると考えられている.膜特性は単一の神経細胞内で不均一に分布することが知られているが,その空間分布は明らかにされていない.我々は,海馬CA1スライスにおいて観測された2種類の摂動応答の生理実験の結果を用いて,詳細な単一神経細胞モデルを用いた数値実験により,膜比抵抗の空間分布の推定を行った.数値実験により,シナプス刺激への応答として生理実験で観測されるEPSP伝播が,膜比抵抗分布としてシグモイド関数を仮定した場合に再現される結果が得られた.さらに,EPSP伝播に基づいて推定された膜比抵抗分布は,細胞外電場に対する膜応答も再現する汎化性を有することが示された.この結果は,海馬CA1錐体細胞の樹状突起遠位部において膜比抵抗が急峻に低下していることを示唆する.

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  • 26pXD-10 不均一な膜特性をもつ樹状突起における信号伝播(26pXD ニューラルネットワーク(神経系のモデルを含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   61 ( 0 )   246 - 246   2006年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 29pXH-8 樹状突起膜の電場応答に対する形態と膜特性分布の効果(29pXH ニューラルネットワーク(神経系のモデルを含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   61 ( 0 )   308 - 308   2006年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 29pXH-13 位相応答曲線の統計的推定(29pXH ニューラルネットワーク(神経系のモデルを含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    太田 桂輔, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   61 ( 0 )   309 - 309   2006年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

    DOI： 10.1143/jpsj.75.114802

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  • 26pXD-11 位相応答曲線の統計的推定2(26pXD ニューラルネットワーク(神経系のモデルを含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    太田 桂輔, 青西 亨

    日本物理学会講演概要集   61 ( 0 )   247 - 247   2006年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

    DOI： 10.1143/jpsj.75.114802

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  • NEURONシミュレータによるモデルと理論の共有―樹状突起の理解へ向けて－

    青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    日本神経回路学会会誌   12 ( 2 )   100 - 106   2005年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：日本神経回路学会  

    脳研究においては，実験家と理論家の間でモデルや理論の共有が出来ていない．脳はあまりにも複雑すぎて，研究者間で統一した記述のモデルが存在しない．また，脳を解析するために利用できる理論が存在する．しかし，モデルが共有できていない状況において，モデルに強く異存した理論を共有するのは難しい．この状況を打破してくれるのが，NEURONシミュレータをはじめとするプラットフォームシミュレータである．本稿では，NUERONシミュレータを介してモデルと理論的な自由度低減法である摂動法を共有して，理論家と実験家の協力で行っている研究を詳解する．今まで知られていない活動電位発生メカニズムや樹状突起の逆伝搬活動電位のシナプス情報統合における役割を述べる．

    DOI： 10.3902/jnns.12.100

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  • Effect of dendritic backpropagating action potential on neural interaction

    T Aonishi, H Miyakawa, M Inoue, M Okada

    NEUROCOMPUTING   65   343 - 348   2005年6月

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  • 神経細胞のカノニカル記述の同定と統計力学－脳をミクロからマクロへ理解する－

    青西亨

    「計測と制御」ミニ特集号, 計測自動制御学会   44 ( 5 )   326 - 332   2005年5月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：計測自動制御学会  

    DOI： 10.11499/sicejl1962.44.326

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  • 細胞の動態から回路網の動態へ―NEURONシミュレータによる仮想生理実験―

    青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   104 ( 759(NC2004 169-192) )   49 - 54   2005年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    我々は, NEURONシミュレータが介在した理論家と実験家の協力により, 逆伝播活動電位に注目して, 神経修飾-細胞の動態-回路の動態と分子から回路まで統合的理解を目指すものである.逆伝搬活動電位の情報統合における役割, そして情報統合における樹状突起上の様々なイオン電流の役割は, いまだ明らかになっていない.細胞膜は非線形な電位依存性内向き電流と外向き電流からなる並列回路である.これらの電流が釣合う点ではインピーダンスが正と負に発散する特異点が普遍的に存在する.我々は数値仮想生理実験により, 逆行性伝搬が起こる動作モードにおいて, この特異点構造を反映して, 外向き電流に対する神経経飾により, EPSPが劇的に変化することを示した.この特異点が誘発する不連続な神経活動の変化より, 逆行性伝搬と各イオン電流のシナプス情報統合における役割を示す.次に, 単一細胞の摂動応答の計測により位相応答曲線を計測して, マクロな神経回路網の動態の推定を行う.これにより, 逆行性伝搬が起こる動作モードにおいて, 神経修飾により回路網の動態がどう変化するか明らかにする.

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  • 19aYO-2 3次元形態を考慮した海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定(ニューラルネットワーク(神経系モデルを含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   60 ( 0 )   138 - 138   2005年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 24pYB-2 Accumulatorモデルの統計力学(ニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   60 ( 0 )   271 - 271   2005年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 学習理論って何？神経細胞のカノニカル記述の同定と統計力学―脳をミクロからマクロへ理解する―:脳をミクロからマクロへ理解する

    青西 亨

    計測と制御   44 ( 5 )   326 - 332   2005年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：公益社団法人 計測自動制御学会  

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  • 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定

    大森 敏明, 青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NLP, 非線形問題   104 ( 471 )   7 - 12   2004年11月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    単一の神経細胞におけるエネルギー消費量とシナプス入力に対する時間分解能は,膜抵抗値に関してトレードオフの関係にあると考えられる.膜抵抗値が低い場合には時間分解能が高められるが,一方で,膜抵抗値が高い場合にはエネルギー消費量が小さくなるため,細胞全体として高い時間分解能と低いエネルギー消費量を保つためには一様ではない膜抵抗分布を持つ必要があると考えられる.本報告では,閾値下の海馬CA1錐体細胞に対する光計測実験の結果に基づいて単一の神経細胞における膜抵抗分布の推定を行い,膜抵抗値の不均一性の機能的な意義を議論する.数値実験により,樹状突起先端部において膜抵抗値が急激に低下を示す膜抵抗分布が推定された.この結果は,神経細胞が全体としてシナプス入力に対する時間分解能を保ちながら省エネルギーを実現していることを示唆する.

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  • 海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定

    大森敏明, 青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   104 ( 473(NC2004 83-91) )   7 - 12   2004年11月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    単一の神経細胞におけるエネルギー消費量とシナプス入力に対する時間分解能は,膜抵抗値に関してトレードオフの関係にあると考えられる.膜抵抗値が低い場合には時間分解能が高められるが,一方で,膜抵抗値が高い場合にはエネルギー消費量が小さくなるため,細胞全体として高い時間分解能と低いエネルギー消費量を保つためには一様ではない膜抵抗分布を持つ必要があると考えられる.本報告では,閾値下の海馬CA1錐体細胞に対する光計測実験の結果に基づいて単一の神経細胞における膜抵抗分布の推定を行い,膜抵抗値の不均一性の機能的な意義を議論する.数値実験により,樹状突起先端部において膜抵抗値が急激に低下を示す膜抵抗分布が推定された.この結果は,神経細胞が全体としてシナプス入力に対する時間分解能を保ちながら省エネルギーを実現していることを示唆する.

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  • AチャネルによるEPSPの分流抑制の緩和と神経間相互作用への影響

    青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   104 ( 140(NC2004 28-42) )   13 - 18   2004年6月

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    記述言語：日本語  

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  • AチャネルによるEPSPの分流抑制の緩和と神経間相互作用への影響

    青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   104 ( 140 )   13 - 18   2004年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    我々は,樹状突起における逆行性伝搬が神経間相互作用にいかに寄与するかをNEURONシミュレータを用いて明らかにする.外向き電流であるAチャネルと内向き電流のNaチャネルが組合わさると,これらの電位感度特性が釣り合う場合,膜の入力インピーダンスが正と負に発散する特異点ができる.これにより,Aチャネルのコンダクタンスに依存して,次の2つの離散的な状態が実現できる.Aチャネルのコンダクタンスがある臨界値より低い場合,逆行性伝搬はEPSPを分流抑制する.臨界値付近では,EPSPの極性が反転する.また,Aチャネルのコンダクタンスがある臨界値より高い場合,EPSPの分流抑制が少ない状態が実現できる.臨界値付近では,EPSPの増幅が起きる.神経修飾物質により,Aチャネルの特性は大きく変化する.よって,神経修飾物質により,これらの2つの状態への切替えができる可能性がある.最後に,周期発火状態の摂動応答である位相応答曲線を求める.この実験はEPSPの分流抑制の実験を内包している.この位相応答曲線の導出により,神経間相互作用への分流抑制の寄与を示す.

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  • 13aTC-8 持続発火特性をもつ単一ニューロンの統計力学(ニューラルネットワーク : 神経系のモデルを含む, 領域 11)

    大森 敏明, 青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   59 ( 0 )   211 - 211   2004年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 13pTC-4 細胞膜のインピーダンス発散と分流抑制(ニューラルネットワーク : 神経系のモデルを含む, 領域 11)

    青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   59 ( 0 )   220 - 220   2004年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 13aTC-9 海馬 CA1 錐体細胞の膜抵抗分布の推定(ニューラルネットワーク : 神経系のモデルを含む, 領域 11)

    大森 敏明, 青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   59 ( 0 )   211 - 211   2004年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 樹状突起を逆伝搬する活動電位の神経間相互作用への影響

    青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   103 ( 490(NC2003 93-107) )   37 - 42   2003年12月

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  • 樹状突起を逆伝搬する活動電位の神経間相互作用への影響

    青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   103 ( 490 )   37 - 42   2003年12月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    我々は,樹状突起上の逆行性伝搬とシナプス情報伝達におけるAチャネルとNaチャネルの役割を明らかにする.神経間相互作用には主にAチャネルが関与して,Naチャネルの関与が少ないことを示す.コントロールの場合と比較して,Aチャネルを阻害すると逆行性伝搬によるEPSPの抑制や有効的な神経間相互作用である位相応答曲線が大きく変化する.Aチャネルを阻害せずNaチャネルだけを阻害すると,逆行性伝搬によるEPSPの抑制や位相応答曲線に変化がない.逆行性伝搬が減少するだけである.先行知見により,逆行性伝搬発生直後,NaチャネルによりEPSPが強く抑制されることが知られている.これらの結果は,Aチャネルが高密度に存在すると能動的な逆行性伝搬が神経間相互作用には影響しないことを意味する.

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  • 樹状突起を逆伝搬する活動電位の神経間相互作用への影響

    青西亨, 宮川博義, 井上雅司, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   103 ( 228(NC2003 34-45) )   43 - 48   2003年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    我々は樹状突起を逆伝搬する活動電位の細胞間相互作用への影響を明らかにする.まず,樹状突起の受動特性だけに注目した可解振動子モデルに対して位相縮約を行う.そして,逆伝搬活動電位により単安定から双安定になるシステムの安定性の構造変化を示す.次に,樹状突起の能動特性を考慮したマルチコンパートメントモデルに対して,仮想生理実験により位相応答曲線を求める.可解モデルと同様にリアルなモデルも双安定である.また,樹状突起が能動的な場合,シナプス入力と逆伝搬活動電位の干渉が強い相互作用を生み出すことを示す.この能動的樹状突起モデルにおいて,AタイプKチャネルは神経間相互作用を弱めるが,双安定性を促進する事を示す.

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  • 21aTQ-9 A チャネルによる信号伝達速度の向上と双安定構造の促進

    青西 亨, 宮川 博義, 井上 雅司, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   58 ( 0 )   218 - 218   2003年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • デンドライトを逆伝搬する活動電位による双安定状態

    青西亨, 岡田真人

    日本神経科学大会プログラム・抄録集   25th   230   2002年7月

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    記述言語：日本語  

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  • デンドライトを逆伝搬する活動電位による双安定状態

    青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   102 ( 157(NC2002 10-18) )   49 - 54   2002年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    アクソンで発生した活動電位は,デンドライトを逆伝搬することが知られている.我々はこの逆伝搬する活動電位の役割を明らかにするため,以下の2種類の振動子モデルを解析する.一つは可解モデルであり,逆伝搬する活動電位の影響だけを抽出することができるモデルである.もう一つのモデルは,1型細胞膜振動子で構成した生理学的知見に即したモデルである.両モデルで活動電位の逆伝搬がある場合と無い場合を比較する.そして,シナプス前細胞からの活動電位の波とシナプス後細胞のデンドライトを逆伝搬してきた活動電位の波がシナプスで衝突して,同位相引込みと反位相引込みが共存する双安定状態をもたらすことを示す.このような双安定状態は,振動的な神経集団において位相クラスタ化をもたらす.位相クラスタ化は結び付け問題における脳の情報表現の有力な候補である.

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  • デンドライトを逆伝搬する活動電位による双安定状態

    青西 亨, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   102 ( 157 )   49 - 54   2002年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    アクソンで発生した活動電位は,デンドライトを逆伝搬することが知られている.我々はこの逆伝搬する活動電位の役割を明らかにするため,以下の2種類の振動子モデルを解析する.一つは可解モデルであり,逆伝搬する活動電位の影響だけを抽出することができるモデルである.もう一つのモデルは,1型細胞膜振動子で構成した生理学的知見に即したモデルである.両モデルで活動電位の逆伝搬がある場合と無い場合を比較する.そして,シナプス前細胞からの活動電位の波とシナプス後細胞のデンドライトを逆伝搬してきた活動電位の波がシナプスで衝突して,同位相引込みと反位相引込みが共存する双安定状態をもたらすことを示す.このような双安定状態は,振動的な神経集団において位相クラスタ化をもたらす.位相クラスタ化は結び付け問題における脳の情報表現の有力な候補である.

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  • 動的結合振動子 動的相互作用による協力現象

    青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   101 ( 736(NC2001 168-194) )   119 - 126   2002年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 動的結合振動子 : 動的相互作用による協力現象

    青西 亨, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   101 ( 736 )   119 - 126   2002年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    動的相互作用もつ結合振動子系(Dynamically-Coupled Oscillators(DCO))において,相互作用のダイナミクスが系の同期現象にいかに寄与するかを明らかにする.マルチスケール摂動法を適応して位相方程式に縮約すると,相互作用はその記述関数のみで記述されることが分かる.記述関数とは,線形システムで定義されている伝達関数を非線型システムへ拡張したものである.次にDCOの典型例として,抑制性結合による神経集団の同期現象に着目する.生理実験により,海馬CAlの抑制性細胞のネットワークでは,振動数が20Hz以下になると,巨視的同期が無くなることが示されている.しかし,この現象がなぜ起るのか,そのメカニズムは分かっていない.我々はこの現象を説明するモデルを提案する.180度の位相遅れを起こす最小記述モデルの信号伝達経路をもつ結合振動子系を提案し,マルチスケール摂動法と統計力学的手法を用いて解析を行う.そして,抑制性結合と位相遅れを伴う動的信号伝達経路の組合わせにより,高周波領域においては安定した位相同期が得られることを示す.しかしながら,低周波領域においては,抑制性結合の影響を打ち消すのに十分な位相遅れが得られず,巨視的同期が崩れることを示す.

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  • Multibranch entrainment and slow evolution among branches in coupled oscillators

    Toru Aonishi, Masato Okada

    Physical Review Letters   88 ( 2 )   241021 - 241024   2002年1月

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  • 24aXY-5 動的結合振動子 : 動的相互作用による協力現象(24aXY 古典フラストレート系,及びニューラルネットワーク,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理分野))

    青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   57 ( 0 )   231 - 231   2002年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • Multibranch entrainment and slow evolution among branches in coupled oscillators

    Aonishi T, Okada M

    Physical review letters   88 ( 2 )   024102   2002年

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  • Stuart‐Landau振動子系から位相振動子系への巨視的漸近特性 3次のStuart‐Landau振動子の場合

    青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   101 ( 238(NC2001 37-48) )   17 - 24   2001年7月

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    記述言語：日本語  

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  • Stuart-Landau 振動子系から位相振動子系への巨視的漸近特性 : 3次の Stuart-Landau 振動子の場合

    青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   101 ( 238 )   17 - 24   2001年7月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    振動子で構成された連想記憶モデルの可解モデルの代表的なものは, 位相振動子で構成された系とStuart-Landau(SL)振動子で構成された系が存在する.結合SL振動子系の場合, 相互作用が弱い極限の系は摂動展開により位相振動子系で記述できることが, 微視的レベルで知られている.私は, レプリカ法を用いた解析を行って, SL振動子系と位相振動子系を統一的に記述する巨視方程式を導出しする.そして, 温度0の場合と有限温度の場合で, SL振動子系から位相振動子系への巨視的な漸近特性を調べる.

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  • 18aRD-1 Stuart-Landau振動子系から位相振動子系への巨視的漸近特性

    青西 亨

    日本物理学会講演概要集   56 ( 0 )   188 - 188   2001年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 結合振動子系におけるマクスウェル則の破れ

    青西亨, 岡田真人

    日本神経科学大会プログラム・抄録集   23rd   257   2000年9月

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    記述言語：日本語  

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  • 結合関数に高調波成分をもつ結合振動子系の統計力学

    青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   100 ( 124(NLP2000 15-29) )   49 - 54   2000年6月

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    記述言語：日本語  

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  • 結合関数に高調波成分をもつ結合振動子系の統計力学

    青西 亨, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   100 ( 126 )   49 - 54   2000年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    結合関数に高調波成分をもつ結合振動子系から構成される連想記憶モデルの統計力学を議論する.これまで, 時間連続ダイナミクスに従う結合振動子系と非同期ダイナミクスに従うXYスピン系では, 定義できる自由エネルギが同じであるため, 巨視的な平衡状態の性質が全く同じであると信じられていた.よって, XYスピン系の解析手法が, そのまま結合振動子系にも適応できるものと思われていた.今回我々はこの高調波成分を含む振動子連想記憶モデルの巨視的ダイナミクスの理論を構築する.そして, 結合振動子系ではミクロな履歴効果を無視することができないため, XYスピン系では成り立つマクスウェル則が成り立たないことを理論的に示す.この知見は, マクスウェル則にもとづいて導出された振動子連想記憶モデルの理論的な解析が厳密には誤りであることを意味する.

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  • 結合関数に高調波成分をもつ結合振動子系の統計力学

    青西 亨, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NLP, 非線形問題   100 ( 124 )   49 - 54   2000年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    結合関数に高調波成分をもつ結合振動子系から構成される連想記憶モデルの統計力学を議論する.これまで, 時間連続ダイナミクスに従う結合振動子系と非同期ダイナミクスに従うXYスピン系では, 定義できる自由エネルギが同じであるため, 巨視的な平衡状態の性質が全く同じであると信じられていた.よって, XYスピン系の解析手法が, そのまま結合振動子系にも適応できるものと思われていた.今回我々はこの高調波成分を含む振動子連想記憶モデルの巨視的ダイナミクスの理論を構築する.そして, 結合振動子系ではミクロな履歴効果を無視することができないため, XYスピン系では成り立つマクスウェル則が成り立たないことを理論的に示す.この知見は, マクスウェル則にもとづいて導出された振動子連想記憶モデルの理論的な解析が厳密には誤りであることを意味する.

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  • 23aWD-4 結合振動子系におけるマクスウェル則の破れ

    青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   55 ( 0 )   220 - 220   2000年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • フラストレーションがある結合振動子系のオンサーガ反作用場による加速効果

    青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   54 ( 2 )   264 - 264   1999年9月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • フラストレーションがある結合振動子系のオンサーガ反作用場による加速効果

    青西亨, 岡田真人

    電子情報通信学会技術研究報告   99 ( 131(NC99 11-28) )   85 - 90   1999年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    オンサーガ反作用場はフラストレーションがあるランダム系の平衡統計力学の重要な概念の一つである.大自由度ランダム非平衡系の統計力学はいまだ発展途上にあり,この系におけるオンサーガ反作用場の役割は不明であった.我々は,オンサーガ反作用場により系全体が加速(減速)することを,シナプスを切断した振動子連想記憶モデルを統計力学的に解析することにより明らかにする.対称切断と非対称切断の系では,巨視的状態は同じであるが,オンサーガ反作用場の違いにより,回転速度だけが異なるというノントリビアルな現象が起こる.よって,この系の解析により,オンサーガ反作用場の加速効果へ寄与を明確に示すことが出来る.

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  • ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶の統計力学 : シナプス切断と均一な delay

    青西 亨, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   98 ( 674 )   201 - 208   1999年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶のメモリー想起状態をSCSNAとSakaguchi-Kuramoto理論に基づく統計力学的手法を用いて解析する. 今回は, シナプスをランダムに切断した場合と各振動子の位相に均一なバイアスを加えた場合を考える. 熱力学的極限においては, シナプスのランダム切断はシナプスにランダムなノイズを加えるのと等価であり, シナプスの切断率が大きい極限において, この系はグラス振動子と等価になる. よって, この系を議論することは, 大自由度非平衡系の連想記憶モデルとスピングラスモデルの両方を連続的に議論することになる. また, この系の各振動子の位相に均一なバイアスを加えた場合, 各振動子が本来持っている回転速度(固有振動数)の平均値より, 系全体が加速(減速)する現象がおこる. この加速(減速)現象に対するOnsagerの反作用場の役割を理論的に明らかにする.

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  • ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶の統計力学 シナプス切断と均一なdelay

    青西亨, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   54 ( 1 )   691   1999年3月

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    記述言語：日本語  

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  • Statistical mechanics of an oscillator associative memory with scattered natural frequencies

    T Aonishi, K Kurata, M Okada

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   82 ( 13 )   2800 - 2803   1999年3月

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  • 26pU-10 フラストレーションがある結合振動子系のオンサーガ反作用場による加速効果

    青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   54 ( 0 )   264 - 264   1999年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 31a-XC-9 ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶の統計力学 : シナプス切断と均一なdelay

    青西 亨, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   54 ( 0 )   691 - 691   1999年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶の統計力学

    青西亨, 倉田耕治, 岡田真人

    日本物理学会講演概要集   53 ( 2 )   752 - 752   1998年9月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会  

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  • ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶の統計力学

    青西 亨, 倉田 耕治, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   98 ( 128 )   71 - 78   1998年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶のメモリー想起状態をSCSNAとSakaguchi-Kuramoto理論に基づく統計力学的手法を用いて解析する.熱力学的極限において, 記憶パターン数pがシステムサイズと同じオーダである場合, システムはフラストレーションをもつ.このフラストレイトした系で, 固有振動数がばらついている場合の理論的な解析はこれまで全く行われていない.我々が導出した結果は, 従来の理論とコンシステントな関係にある.記憶パターン数pが有限の場合, 結合荷重は強磁性体モデルと等価になり, 我々の理論はSakaguchi-Kuramoto理論に一致する.また固有振動数のばらつきがゼロの場合, 従来から知られているSCSNAやレプリカ法の結果に一致する.

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  • ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶の統計力学

    青西 亨, 倉田 耕治, 岡田 真人

    電子情報通信学会技術研究報告. HIP, ヒューマン情報処理   98 ( 130 )   71 - 78   1998年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶のメモリー想起状態をSCSNAとSakaguchi-Kuramoto理論に基づく統計力学的手法を用いて解析する.熱力学的極限において, 記憶パターン数pがシステムサイズと同じオーダーである場合, システムはフラストレーションをもつ.このフラストレイトした系で, 固有振動数がばらついている場合の理論的な解析はこれまで全く行われていない.我々が導出した結果は, 従来の理論とコンシステントな関係にある.記憶パターン数pが有限の場合, 結合荷重な強磁性体モデルと等価になり, 我々の理論はSakaguchi-Kuramoto理論に一致する.また固有振動数のばらつきがゼロの場合, 従来から知られているSCSNAやレプリカ法の結果に一致する.

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  • 26a-H-1 ばらついた固有振動数をもつ振動子連想記憶の統計力学

    青西 亨, 倉田 耕治, 岡田 真人

    日本物理学会講演概要集   53 ( 0 )   752 - 752   1998年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • スタンダードな Hebb 学習を用いた振動子ネットワークの相転移現象

    青西 亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集 = Annual conference of Japanese Neural Network Society   8   234 - 235   1997年11月

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    記述言語：日本語  

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  • 追従性眼球運動と跳躍性眼球運動を実現する神経回路モデル

    清水 文貴, 福島 邦彦, 青西 亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集 = Annual conference of Japanese Neural Network Society   8   111 - 112   1997年11月

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    記述言語：日本語  

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  • 振動子ネットワークの非同期現象による偽記憶の識別

    青西 亨, 岡田 真人, 倉田 耕治

    日本神経回路学会全国大会講演論文集 = Annual conference of Japanese Neural Network Society   8   250 - 251   1997年11月

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    記述言語：日本語  

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  • 多重マップによる新しい情報表現の自己組織化

    白倉 準, 倉田 耕治, 青西 亨

    日本神経回路学会全国大会講演論文集 = Annual conference of Japanese Neural Network Society   8   89 - 90   1997年11月

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    記述言語：日本語  

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  • スタンダードなHebb学習を用いた振動子ネットワークの相転移現象

    青西亨

    日本物理学会講演概要集(分科会)   1997   756   1997年9月

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    記述言語：日本語  

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  • 振動子ネットワークの非同期現象による偽記憶の識別

    青西亨, 岡田真人, 倉田耕治

    日本物理学会講演概要集(分科会)   1997   756   1997年9月

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    記述言語：日本語  

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  • スタンダードな Hebb 学習を用いた振勲子ネットワークの相転移現象

    青西 亨

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   97 ( 116 )   17 - 24   1997年6月

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    記述言語：英語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    ホップフィールドモデルと同じHebb学習を用いた振動子ネットワークの相転移現象を解析した. このネットワークには, 相対的な位相情報であるin-phaseとanti-phaseを埋め込むことができる. self-consistent signal-to-noise analysis (SCSNA) を用いた解析の結果, 記憶容量がα_c=0.042であることが分かった. これは, Cookのモデルより高い. しかしながら, 想記の品質は悪くなっている. また, 位相方程式の非対称性による加速効果を摂動展開により調べた. それに, 弱く結合したBVP (Bonhoeffer-Van der Pol) 振動子の記憶容量をシミュレーションにより求め, 我々の理論と現実の現象との差を評価した.

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  • 結合振動子系のダイナミクス ダイナミックリンクの位相同調理論による理解

    青西亨, 倉田耕治

    数理科学   35 ( 6 )   29 - 35   1997年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：サイエンス社  

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  • ダイナミックリンクの位相同調理論による理解 (特集 結合振動子系のダイナミクス--同期・非同期現象)

    青西 亨, 倉田 耕治

    数理科学   35 ( 6 )   29 - 35   1997年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：サイエンス社  

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  • 多重マップの自己組織化

    白倉準, 倉田耕治, 青西亨

    電子情報通信学会技術研究報告   96 ( 584(NC96 155-208) )   15 - 22   1997年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    脳の高次領野が処理する情報は,高次元空間のところどころにクラスタを成しているはずだが,個々のクラスタは高々数個のパラメタで記述でき,互いに無相関だと考えられる.そのような情報を一枚の神経場にマップする一つの方法は,神経場をクラスタの数だけの小領域に分割し,それぞれに一つのクラスタのマップを作ることだが,本論文で提案するもう一つの選択肢は,各クラスタのマップを一枚の神経場全体に重ねた多重マップとして実現する方法である.われわれは,甘利の学習神経場モデルを発展させて自己組織的に多重マップを作ることに成功した.このモデルは単純だが,神経場を有効に利用できる,マルチ・レゾリューション的な情報表現である,自己組織地図をおばあさん細胞仮説から解放できる,追加学習が容易であるなどの長所がある.

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  • 6p-YD-10 スタンダードなHebb学習を用いた振動子ネットワークの相転移現象

    青西 亨

    日本物理学会講演概要集   52 ( 0 )   756 - 756   1997年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 6p-YD-13 振動子ネットワークの非同期現象による偽記憶の識別

    青西 亨, 岡田 真人, 倉田 耕治

    日本物理学会講演概要集   52 ( 0 )   756 - 756   1997年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 28)拡散方程式を用いた画像間の連続非線形写像の形成(ヒューマンインフォメーション研究会)

    青西 亨, 倉田 耕治

    テレビジョン学会誌   50 ( 10 )   1637 - 1637   1996年10月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人映像情報メディア学会  

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  • 30)網膜と皮質の不均一性を考慮した視覚系のモデル(ヒューマンインフォメーション研究会)

    清水 文貴, 青西 亨, 福島 邦彦

    テレビジョン学会誌   50 ( 10 )   1638 - 1638   1996年10月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人映像情報メディア学会  

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  • ダイナミックリンクによる画像の部分どうしのマッチング

    青西 亨, 倉田 耕治

    日本神経回路学会誌 = The Brain & neural networks   3 ( 3 )   90 - 97   1996年9月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：日本神経回路学会  

    Pattern recognition invariant against deformation or translation can be performed with dynamic link architecture, which has been proposed by von der Malsburg. Dynamic link is applied to many engineering examples efficiently, but has not been analyzed mathematically. We propose a mathematically tractable model of dynamic link architecture. Our model matches common parts between a template image and a data image. To analyze model mathematically, we derive the phase dynamics from the model equation. We also carry out a computer simulation to verify the mathematical theory.

    DOI： 10.3902/jnns.3.90

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  • ダイナミックリンクにおける歪みの理論

    青西亨, 倉田耕治

    日本物理学会講演概要集(分科会)   1996 ( Autumn Pt 3 )   618 - 618   1996年9月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 網膜と皮質の不均一性を考慮した視覚系のモデル

    清水文貴, 青西亨, 福島邦彦

    電子情報通信学会技術研究報告   96 ( 117(NC96 10-21) )   61 - 68   1996年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    視覚系における受容野の不均一性を考慮した注視点移動モデルとして,青西らが提案したモデルがあるが,本研究ではこれを拡張した.青西らのモデルは白地に黒の線画のみを扱うものであった.そのため,コントラスト検出層である神経節細胞は,オフ中心型の受容野を持つものだけが取り入れられていた.本研究では,実画像にも対応できるようにするため,オン中心型の受容野をもつ神経節細胞もとりいれた.また,実画像の特徴抽出をうまく行なうために,特徴抽出機構にいくつかの改良を加えた.その結果,人の顔の実画像を入力した時でも,エッジや折点などの情報密度の高いところに注視点を移動させることかできた.

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  • 拡散方程式を用いた画像間の連続非線形写像の形成

    青西亨, 倉田耕治

    電子情報通信学会技術研究報告   96 ( 117(NC96 10-21) )   45 - 52   1996年6月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    Von der Malsburgらが提案したダイナミックリンクは,パターンの歪み,位置ずれなどに対してインバリアントなパターン認識のモデルである.2つの画像の近さは,elastic cost functionで測られる.このコスト関数の定義より,ダイナミックリンクは回転や拡大縮小に対してインバリアントでない.我々は,ダイナミックリンクを離散的なグラフマッチングのモデルからローカルリニアマップを考慮した連続的な偏微分方程式のモデルへと拡張した.本モデルは,画像間の写像を形成する力学系とローカルリニアマップを形成する力学糸の相互作用により,画像間の対応問題を解く.これにより,パターンの歪みや回転に対してより柔軟なシステムが実現できた.

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  • 忘却プロセスをもつ振動子ネットワークの解析

    青西亨, 岡田真人, 倉田耕治

    日本物理学会講演概要集(年会)   51st ( 3 )   633   1996年3月

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    記述言語：日本語  

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  • 拡散方程式を用いた画像間の連続非線形写像の形成

    青西 亨, 倉田 耕治

    映像情報メディア学会技術報告   20 ( 39 )   173 - 180   1996年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 映像情報メディア学会  

    Von der Malsburgらが提案したダイナミックリンクは, パターンの歪み, 位置ずれなどに対してインバリアントなパターン認識のモデルである.2つの画像の近さは, elastic cost functionで測られる.このコスト関数の定義より, ダイナミックリンクは回転や拡大縮小に対してインバリアントでない.我々は, ダイナミックリンクを離散的なグラフマッチングのモデルからローカルリニアマップを考慮した連続的な偏微分方程式のモデルへと拡張した.本モデルは, 面像間の写像を形成する力学系とローカルリニアマップを形成する力学系の相互作用により, 画像間の対応問題を解く.これにより, パターンの歪みや回転に対してより柔軟なシステムが実現できた.

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  • 1p-P-11 忘却プロセスをもつ振動子ネットワークの解析(統計力学・物性基礎論(神経系のネットワーク))

    青西 亨, 岡田 真人, 倉田 耕治

    日本物理学会講演概要集   51 ( 0 )   633 - 633   1996年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会  

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  • 網膜と皮質の不均一性を考慮した視覚系のモデル

    清水 文貴, 青西 亨, 福島 邦彦

    映像情報メディア学会技術報告   20 ( 39 )   189 - 196   1996年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人 映像情報メディア学会  

    視覚系における受容野の不均一性を考慮した注視点移動モデルとして, 青西らが徒案したモデルがあるが, 本研究ではこれを拡張した.青西らのモデルは白地に黒の線画のみを扱うものであった.そのため, コントラスト検出層である神経節細胞は, オフ中心型の受容野を持つものだけが取り入れられていた.本研究では, 実画像にも対応できるようにするため, オン中心型の受容野をもつ神経節細胞もとりいれた.また, 実画像の特徴抽出をうまく行なうために, 特徴抽出機構にいくつかの改良を加えた.その結果, 人の顔の実画像を入力した時でも, エッジや折点などの情報密度の高いところに注視点を移動させることができた.

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  • 網膜と皮質の不均一性を考慮した注視点移動モデル

    青西 亨, 福島 邦彦

    電子情報通信学会論文誌. D-2, 情報・システム 2-情報処理   78 ( 9 )   1363 - 1371   1995年9月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    網膜の解像度は,その中心部では高いが周辺部に向かうにつれて急激に減少する.このような網膜の不均一性を考慮した注視点移動モデルが多数提案されているが,大脳視覚野の細胞の受容野の不均一性まで注目したモデルはほとんどなかった.実際,皮質での特徴抽出細胞の受容野の大きさは網膜中心部からの偏心と共に増加している.そこで,網膜の不均一性だけでなく皮質での特徴抽出細胞の受容野の不均一性まで考慮した注視点移動モデルを提案する.また,我々は探索眼球移動により得られた視覚情報の統合機構についても考察する.

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  • ダイナミックリンクによる画像の部分どうしのマッチング

    青西亨, 倉田耕治

    電子情報通信学会技術研究報告   95 ( 135(NC95 19-28) )   53 - 60   1995年6月

    　詳細を見る

    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    Von der malsburgらが提案したダイナミックリンクは,パターンの歪み,位置ずれなどに対してインバリアントなパターン認識のモデルである.このモデルは工学的にさまざまな例で応用されているが,数学的な解析はあまり行なわれていない.今回,我々は数学的に解析可能なモデルを提案する.我々のモデルは画像の部分どうしのマッチングを行なうものである.数学的解析には非線形振動子の位相同調の解析に用いられている位相方程式を使用する.理論を検証するために計算機実験も行なう.

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  • 網膜と皮質の不均一性を考慮した注視点移動モデル

    青西亨, 福島邦彦

    電子情報通信学会技術研究報告   94 ( 377(NC94 42-50) )   31 - 38   1994年11月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    網膜の解像度は,その中心部では高いが周辺部に向かうにつれて急激に減少する.このような網膜の不均一性を考慮した注視点移動モデルが多数提案されているが,大脳視覚野の細胞の受容野の不均一性まで注目したモデルはほとんどなかった.実際,皮質での特徴抽出細胞の受容野の大きさは網膜中心部からの偏心とともに増加している.そこで,網膜の不均一性だけでなく皮質での特徴抽出細胞の受容野の不均一性まで考慮した注視点移動モデルを提案する.また,我々は探索眼球移動により得られた視覚情報の統合機構についても考察する.

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  • 網膜の不均一性と皮質での特徴抽出機構を考慮した注視点移動モデル

    青西 亨, 福島 邦彦

    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング   93 ( 536 )   203 - 210   1994年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会  

    網膜の解像度は,その中心部では高いが周辺部に向かうにつれて急激に減少する.このような網膜の不均一性を考慮した注視点移動モデルは提案されているが,大脳視覚野の細胞の受容野の不均一性まで注目したモデルはほとんどなかった.実際,皮質での特徴抽出細胞の受容野の大きさは網膜中心部からの偏心とともに増加している.そこで,網膜の不均一性だけでなく皮質での特徴抽出細胞の受容野の不均一性まで考慮した注視点移動モデルを提案する.加えて,我々は探索眼球移動により得られた視覚情報の統合まで考える.

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  • 不均一網膜と皮質での特徴抽出機構を考慮した注視点移動モデル

    青西亨, 福島邦彦

    電子情報通信学会大会講演論文集   1994 ( Shunki Pt 6 )   6.81   1994年3月

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    記述言語：日本語  

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講演・口頭発表等

  • データ駆動型の計算論的神経科学 招待

    青西 亨

    ブレインテック日立セミナー  2024年12月 

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    開催年月日： 2024年12月

    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • リチウムイオン二次電池の時空間ダイナミクス解析法 招待

    青西 亨

    第14回SPring-8データ科学研究会/第101回SPring-8先端利用技術ワークショップ（SPring-8利用推進協議会）  2024年9月 

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    開催年月日： 2024年9月

    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • キルヒホッフマルコフ確率場によるリチウムイオン電池の充放電反応過程の解析 招待

    青西 亨

    SPring-8 シンポジウム 2024  2024年9月 

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    開催年月日： 2024年9月

    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • 学際的データ駆動科学の実践 招待

    青西 亨

    核融合科学研究所セミナー  2024年5月 

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    開催年月日： 2024年5月

    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • 機械学習による顕微 XAFS イメージからの物理特徴量抽出 招待

    青⻄ 亨

    2023年度あいちシンクロトロン光センター 公開セミナー「データ駆動科学によるデータ解析高度化~ベイズ計測~」  2023年10月 

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    開催年月日： 2023年10月

    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • コヒーレントイジングマシンによる圧縮センシング 招待

    青西 亨

    第46回蔵前科学技術セミナー  2023年10月 

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    開催年月日： 2023年10月

    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • Non-Uniform Passive Membrane Property in Dendrite Estimated by Fitting Multi-Compartment Model to Voltage Imaging Data

    Computational and Systems Neuroscience (cosyne 2006)  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 位相応答曲線の統計的推定2

    日本物理学会2006年秋季大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 観測過程の厳密な解析に基づいた位相応答曲線のMAP推定アルゴリズム

    日本神経回路学会 第16回全国大会  2006年 

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  • Na電流とＡ電流の釣り合いが樹状突起の情報統合を制御する

    日本神経科学学会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 樹状突起遠位部における膜比抵抗の急峻な低下

    日本神経科学学会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 膜特性の不均一性効果による樹状突起における情報伝播の向上

    日本物理学会2006年秋季大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • パワー拘束条件下での位相応答曲線の推定

    電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会  2007年 

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  • パワー拘束条件下での位相応答曲線の推定

    日本物理学会2007年春季大会  2007年 

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  • 樹状突起における膜特性分布の推定

    日本物理学会2007年春季大会  2007年 

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  • 細胞の摂動応答を用いた樹状突起先端部における膜比抵抗の推定

    電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会  2007年 

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  • Balancing Na and A currents controls dendritic integration

    2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Balancing Na and A currents controls dendritic integration

    第29回日本神経科学大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Non-Uniform Passive Membrane Property in Dendrite Estimated by Fitting Multi-Compartment Model to Voltage Imaging Data

    Computational and Systems Neuroscience (cosyne 2006)  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Non-uniform Distribution of Specific Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron Estimated Using Multi-compartment Model

    Japan-Germany Symposium on Computational Neuroscience  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Steep Decrease of Specific Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron

    36th Annual Meeting, Society for Neuroscience  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Synapse-Glia Interaction via Glutamate Diffusion through Intercellular Space

    2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 位相応答曲線の統計的推定

    日本物理学会第61回年次大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • カルマンフィルタと粒子フィルタ 招待

    青西亨

    東京大学基盤科学領域創成研究教育プログラム情報認知特論  2009年8月 

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    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • 階層ベイズ法による大規模カルシウムイメージングデータからの細胞検出 招待

    青西亨, 船水章大, 宮川博義, Bernd Kuhn

    シンポジウム「記憶のメカニズムを理解する-数理解析からのアプローチ」  2015年9月 

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    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • レーザーアブレーションICP-MSでナノ粒子を捉える —データ駆動科学による計測限界の突破— 招待

    青西亨, 平田岳史, 桑谷立, 藤本万寿人, 常青, 木村純一

    地球化学会年会  2017年9月 

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    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • .

    JPS  2007年 

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  • .

    .  2007年 

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  • Improvement of Dendritic Signal Transfer Due to Non-Uniform Membrane Property

    Computational and Systems Neuroscience (cosyne 2007)  2007年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 揺らぎ入門 招待

    青西亨

    東京薬科大学大学院：細胞生物学特論  2008年10月 

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    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • Improvement of Dendritic Signal Transfer Due to Non-Uniform Membrane Property

    2007年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 膜比抵抗の急峻な変化による樹状突起上の信号伝播の向上

    電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会  2007年 

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  • .

    IEICE  2007年 

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  • 機械学習によるμXAFSからの物理特徴量抽出 招待

    青西亨

    CREST・さきがけ複合領域「情報計測」クラスター会議 「放射光と情報計測」  2022年9月 

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    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • 非負値行列因子分解と圧縮センシングの横串展開 招待

    青西亨

    データ駆動科学と情報計測の新展開  2023年3月 

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    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • Detection of Reaction Non-uniformity of Lithium Ion Secondary Batteries by Non-Negative Matrix Factorization 招待

    青西亨

    MATERIALS RESEARCH MEETING 2021  2021年12月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • 多次元X線吸収スペクトルからの物理特徴量検出 ―マルコフ確率場、深層学習、非負値行列因子分解による解析－ 招待

    青西亨

    情報計測オンラインセミナー  2022年2月 

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    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • 機械学習によるTESのエネルギー分解能の向上 招待

    青西亨

    第76回SPring-8先端利用技術ワークショップ 「X線発光分光による電子状態研究の現状と将来展望」  2022年3月 

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    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • Low-computational cost cell detection algorithm (LCCD) 招待

    青西亨

    学術変革領域B ハブ決定剛軟因子 非公開シンポジウム  2022年3月 

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    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • 神経伝達物質の細胞間隙拡散のシミュレーション 招待

    青西亨

    医学研セミナー  2018年3月 

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    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • 非負値行列因子分解によるイメージングデータ解析-システムの同型性にもとづく異分野データへの適用- 招待

    青西亨

    第３回計測インフォマティクス研究会（人工知能学会第２種研究会）  2019年9月 

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    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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  • 情報科学を活用したXAFSイメージング解析 招待

    青西亨

    第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム 企画講演１「情報科学を駆使した最先端放射光イメージング」  2020年1月 

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    記述言語：日本語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • Imaging data analysis using non-negative matrix factorization 招待

    青西亨

    文部科学省新学術領域研究「人工知能と脳科学の対照と融合」カルシウムイメージング ワークショップ  2021年3月 

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    記述言語：英語   会議種別：シンポジウム・ワークショップ パネル（指名）  

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  • 3次元形態を考慮した海馬CA1錐体細胞の膜比抵抗分布の推定

    日本神経回路学会第15回全国大会  2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 位相応答曲線の統計的推定

    日本神経回路学会第15回全国大会  2005年 

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  • 3次元形態を考慮した海馬CA1錐体細胞における膜比抵抗分布の推定

    脳と心のメカニズム第6回夏のワークショップ  2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • シナプス情報統合とイオンチャネルの役割-プラットフォームシミュレータを用いた仮想生理実験

    分子神経科学２００５－脳科学研究のブレークスルーを求めて－  2005年 

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  • Estimated Distribution of Specific Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron

    35th Annual Meeting, Society for Neuroscience  2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 3次元形態を考慮した海馬CA1錐体細胞の膜抵抗分布の推定

    日本物理学会2005年秋季大会  2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 神経細胞樹状突起におけるAタイプK+チャネルの機能的役割「電気的興奮性、シナプス可塑性、局所回路」(理論)

    プラットフォームシミュレータを用いた分子から神経回路までの統合的理解  2005年 

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  • 神経細胞の位相応答曲線の統計的推定 －仮想IN-VITROネットワークの構築に向けて－

    プラットフォームシミュレータを用いた分子から神経回路までの統合的理解  2005年 

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  • Na電流とＡ電流の釣り合いが樹状突起の情報統合を制御する

    日本神経回路学会第16回全国大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 膜特性の不均一性効果による樹状突起における情報伝播の向上

    日本神経回路学会第16回全国大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Estimation of Distribution of Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron

    Computational and Systems Neuroscience (cosyne 2005)  2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 結合振動子系の統計力学 招待

    青西亨

    近畿大学理工学部セミナー  2005年3月 

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    記述言語：日本語   会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等  

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  • Steep Decrease of Specific Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron

    Society for Neuroscience  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • グルタミン酸の細胞間隙拡散によるシナプス－グリア相互作用

    日本神経回路学会第16回全国大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Accumulatorモデルの統計力学

    2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 細胞の動態から回路網の動態へ－NEURONシミュレータによる仮想生理実験－

    ニューロコンピューティング研究会  2005年 

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  • Estimation of Distribution of Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron

    Computational and Systems Neuroscience (cosyne 2005)  2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Estimated Distribution of Specific Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron

    35th Annual Meeting, Society for Neuroscience  2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Non-uniform Distribution of Specific Membrane Resistance in Hippocampal CA1 Pyramidal Neuron Estimated Using Multi-compartment Model

    Japan-Germany Symposium on Computational Neuroscience  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 位相応答曲線の統計的推定

    電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • 樹状突起膜の電場応答に対する形態と膜特性分布の効果

    日本物理学会第61回年次大会  2006年 

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    会議種別：ポスター発表  

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産業財産権

  • 推定装置、及びプログラム

    青西 亨, 和田直樹, 雨澤浩史, 木村勇太, 赤井一郎, 水牧仁一朗

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    出願人：国立大学法人東京大学、国立大学法人東北大学、国立大学法人熊本大学

    出願番号：特願2024-033397  出願日：2024年3月

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  • L0 regularization-based compressed sensing system and method with coherent ising machines

    Toru Aonishi, Kazushi Mimura, Masato Okada, Yoshihisa Yamamoto

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    出願人：国立大学法人東京工業大学, NTT Research, Inc..

    出願番号：特願PCT/US22/016861  出願日：2022年2月

    公開番号：特開WO 2022/178173  公開日：2024年4月

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  • 質量分析計、質量分析計の信号処理方法及びプログラム

    青西 亨, 木村純一, 桑谷 立, 平田岳史

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    出願人：国立大学法人東京工業大学、国立研究開発法人海洋研究開発機構、 国立大学法人東京大学

    出願番号：特願2017-084599  出願日：2017年4月

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Works（作品等）

  • 細胞・局所回路網レベルのNeuroinformatics

    2005年 - 2010年

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    作品分類：芸術活動  

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受賞

  • 日本神経回路学会研究賞

    1998年  

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    受賞国：日本国

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  • JNNS Best Research Award

    1998年  

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  • IEICE Best Paper Award

    1996年  

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  • 電子情報通信学会論文賞

    1996年  

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    受賞国：日本国

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  • 日本神経回路学会奨励賞

    1995年  

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    受賞国：日本国

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  • JNNS Young Researcher Award

    1995年  

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  • ICONIP'94 Best Student Award

    1994年  

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  • ICONIP'94 Best Student Award

    1994年  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 多重解像度データ融合による広視野２光子顕微鏡の時空間高解像化

    研究課題/領域番号：25H01165  2025年4月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    青西 亨

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    配分額：46410000円 （ 直接経費：35700000円 、 間接経費：10710000円 ）

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  • ニューロピル時空間動態のモデリングと自動細胞検出器の性能向上

    研究課題/領域番号：19H04203  2019年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    青西 亨

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    配分額：17030000円 （ 直接経費：13100000円 、 間接経費：3930000円 ）

    低計算コスト細胞検出アルゴリズム(LCCD)の改良：申請者は、超広視野光学顕微鏡で取得される超巨大イメージングデータから高速に細胞検出を行うことができる低計算コスト細胞検出アルゴリズム(LCCD)を開発している。理化学研究所脳神経科学研究センター脳触知覚生理学研究チーム（村山正宜チームリーダー）で開発された超広視野二光子顕微鏡のデータに本手法を適用して、約17000個の細胞を検出することに成功した。この研究成果の論文は国際学術論文誌Neuron（https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.03.032）に掲載された。
    多重解像度非負値行列の改良：申請者は、非負値行列因子分解(NMF)にもとづく自動細胞検出手法を開発している。昨年度は、NMFを多重解像度に拡張した多重解像度NMFの改良発展を行った。因子行列分解問題において、因子行列のランク数を推定するモデル選択において有効であるBi-Cross-Validationに着目し、 この手法を多重解像度NMFによる自動細胞検出課題に適用した。人工データにおいて、真の細胞数と比べて約1割程度の誤差はあるが、細胞数と同スケールのランク数を推定できることを確認した。
    動的モード分解：近年、大自由度力学系の縮約手法として注目されている動的モード分解（Dynamic Mode Decomposition, DMD）がある。多細胞活動イメージングデータに DMD を適用し、データを少数の動的モードに圧縮し、 特徴的構造を見つけることが可能かを確認した。DMDは空間的構造と時間的構造とこれらを支配する線形力学系を同時に動的モードとして取得できる。in vivo と in vitro のデータにおいて、それぞれ複素共役の少数の動的モードに圧縮し、細胞の活動を取り出し、ノイズを減らすことができることを確認した。

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  • データ駆動科学による高次元X線吸収計測の革新

    研究課題/領域番号：JPMJCR1861  2018年10月 - 2025年3月

    科学技術振興機構  戦略的創造研究推進事業 CREST 

    赤井 一郎, 青西 亨, 岡島 敏浩, 水牧 仁一朗, 山崎 裕一

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    担当区分：研究分担者 

    放射光を用いた多角的なX線吸収微細構造(XAFS)スペクトルとその顕微計測(μ-XAFS)データから、データ駆動科学を用いてミクロ構造、電子・スピン状態を表す物性特徴量とそれらを統一的に説明する統合特徴量を抽出して、ミクロ物性、メゾ構造、マクロ機能の発現をシームレスに解明する方法論を提案します。またその方法を、磁石・二次電池固体電解質の材料研究に適用し、それらの材料機能の高度化研究を躍進させます。

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    J-GLOBAL

  • 制限ボルツマン・マシンによる多細胞スパース信号の検出

    研究課題/領域番号：16H01539  2016年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    青西 亨

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    配分額：4810000円 （ 直接経費：3700000円 、 間接経費：1110000円 ）

    神経科学の分野において、カルシウムイメージングは多細胞の活動を同時記録する重要な手法の一つである。近年、二光子顕微鏡などの計測装置の急激な発展により、広視野から数十万個の細胞活動を計測することが可能となった。このような計測装置の急速な進歩により、我々は巨大なデータをいかに解析するかという問題に直面するようになった。
    近年、このような大規模カルシウムイメージングデータから、機械学習の方法を用いて細胞活動を自動検出する試みがある。近年発表された、静的な形態情報でなく、動的な情報から細胞検出を行う手法は、その多くが非負値行列因子分解(Non-negative matrix factorization(NMF))に基づいている。NMFでは、イメージングデータの全フレームをメモリ上に同時に展開しなければならないため、数値計算に大量のメモリが必要である。これがNMFの最大の問題であり、大規模なデータを取り扱う際の制約となる。
    我々は制限ボルツマン・マシン(Restricted Boltzmann Machine, RBM)による細胞検出手法の開発を行った。非負値行列因子分解で取り扱っていた細胞検出問題を非負型のRBMで再定式化した。フレーム毎に学習が行えるため、上記のメモリの問題が解決できる。RBM に非負性の制約を入れることにより、細胞検出器として動作した。また、より性能を向上させるため、我々はスプレッド関数を導入した。これにより空間的に局所的な情報のみを取り扱うことになるため、データの大規模化による検出性能の低下を防ぐことができる。本手法のGPU への実装を行い、in-vivo 二光子顕微鏡データを用いて本手法の性能を評価した。CNMF(neuron 2016)とSuite2P(bioRxiv 2016)と比べて、非負型のRBMは高い細胞検出性能を有することが確認できた。

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  • 多重解像度カルシウムイメージングデータの解析手法の確立とその応用

    研究課題/領域番号：16H01269  2016年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    青西 亨

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    配分額：8320000円 （ 直接経費：6400000円 、 間接経費：1920000円 ）

    神経科学の分野において、カルシウムイメージングは多細胞の活動を同時記録する重要な手法の一つである。近年、二光子顕微鏡などの計測装置の急激な発展により、広視野から数万個の細胞の活動を計測することが可能になった。このような計測装置の急速な進歩により、我々は巨大なデータをいかに解析するかという問題に直面するようになった。我々は、多重解像度技術を用いた細胞検出方法を開発することを目標として、以下の２つのアルゴリズムを開発した。
    アルゴリズム１：理化学研究所脳科学総合研究センター村山チームで開発されている超広視野二光子顕微鏡で取得される大規模イメージングデータに適用できる、低計算コスト細胞検出アルゴリズム(Low-computational cost cell detection (LCCD) algorithm)を構成した。まず、他のグループから提案されているCNMF(neuron 2016)とSuite2P(bioRxiv 2016)と比較し、LCCDはほぼ同等の細胞検出性能を有することが確認できた。次に、理研村山チームから提供を受けた超広視野二光子顕微鏡の大規模データを用いて、LCCDは実用的な時間で多数の細胞を検出できることを確認した。この大規模データに対して、CNMFとSuite2Pは動作しなかった。現在英文論文の執筆をしている。
    アルゴリズム２：多重解像度非負値行列因子分解(Multi-resolution non-negative matrix factorization(MNMF))による細胞検出法を開発した。低解像度データより大域的情報、高解像度データから局所詳細情報を得て、これらを結合することにより、細胞検出能力の向上を実現する。CNMFとSuite2Pと比べて、MNMFは高い細胞検出性能を有することが確認できた。現在英文論文の執筆をしている。

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  • 統計力学によるCIM実装アルゴリズムの最適設計

    2015年7月 - 2018年3月

    科学技術振興機構  ImPACT 

    青西亨

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    担当区分：研究代表者 

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  • スパースモデリングによる大規模カルシウムイメージングデータの解析手法の確立

    研究課題/領域番号：26120512  2014年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    青西 亨

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    配分額：4550000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：1050000円 ）

    申請者は、非負値行列因子分解の階層ベイズモデルであるGamma-Poisson (GaP) モデルを改良し、細胞検出問題に適用した。変分ベイズの枠組みにより、フルベイズ推定を近似的に実現する実用的計算量のアルゴリズムを構成した。
    まず、確率的に独立な蛍光量変化を示す256個の細胞からなる人工データを用いて、提案手法とMukamelらのICAとの性能比較を行った。ICAと比べて提案手法が高い精度で細胞の検出ができることを確認した。また、変分自由エネルギーは要素数256付近で極大になった。
    次に、急性スライスの海馬CA1錐体細胞の尖端樹状突起タフトを撮像したデータに対して、提案手法とICAを適用した。自発的にカルシウムトランジェントを起こしているタフト集団のデータ(非同期データ)と、同じスライスに対して撮像面を維持した状態で同期したトランジェントを誘発させた場合のデータ (同期データ)を解析した。両データともに、提案手法とICAとで検出した要素はほぼ同じであった。提案手法の変分自由エネルギーが極大となる要素数は、同期データと非同期データはほぼ同じであった。これは電気刺激の有無にかかわらず、ほぼ一致した要素を検出していることを反映しているものと思われる。
    最後に、マウス頭頂連合野の in-vivo二光子顕微鏡データに対して提案手法を適用した。結果を図１に示す。比較のため、MukamelのICAと実験研究者が手動で設定したROIを同図に示す。我々の手法は、手動やICAと比べて神経突起の詳細な構造を検出できており、神経活動と関連しているカルシウムトランジェントが検出できた割合が他の手法と比べて高かった。また、我々の手法で検出したROIは手動で検出した全ROIの約40%と一致したが、ICAは約20%であった。このように提案手法はMukamelらのICAより細胞検出能力が高いことが確認できた。

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  • 高解像度蛍光カルシウム画像の定量的評価法の確立

    研究課題/領域番号：23500375  2011年 - 2013年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    青西 亨, 宮川 博義

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    配分額：5200000円 （ 直接経費：4000000円 、 間接経費：1200000円 ）

    近年、２光子顕微鏡などのイメージング装置の急激な発展により、細胞内のカルシウム動態を時空間的に高解像度で計測可能となった。我々は、高解像度カルシウムイメージングデータの解析手法を開発した。研究I：カルシウムイオン濃度と観測可能な蛍光シグナルの間にある物理過程を状態空間モデルで記述し、細胞内カルシウム濃度を推定するベイズ統計手法を開発した。研究II: 樹状突起内のカルシウム波を定量的に解析する手法を開発した。研究III: 高解像度多細胞イメージングデータに非負値行列因子分解を適用し、細胞体や樹状突起などの機能単位の蛍光信号を自動的に分離するアルゴリズムを開発した。

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  • ダイナミッククランプによる海馬局所回路網の摂動実験とベイズ統計解析

    研究課題/領域番号：20500201  2008年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    青西 亨, 宮川 博義

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    配分額：4550000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：1050000円 ）

    本研究は、摂動実験と数理解析を駆使して海馬局所回路網の情報処理メカニズムを理解することを目的としている。摂動実験により細胞の位相縮約モデルを同定し、神経回路の縮約記述を得て、その情報処理メカニズムの解明を行うものである。(1)摂動実験のためのダイナミッククランプシステムを構築。(2)ダイナミッククランプを用いた摂動実験によりラット海馬CA1錐体細胞の確率的位相縮約モデルを推定。(3)ダイナミッククランプで実細胞による仮想回路を構成し、推定した確率的位相縮約モデルの有効性を検証。(4)推定した位相縮約モデルを用いて、海馬の場所細胞等の情報表現を説明。これらの一連の研究成果により、ボトムアップ的理解とトップダウン的理解が整合性を保って行われたことになる。

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  • 神経細胞の位相応答曲線のベイズ推定とIN-VITROネットワークの構築

    研究課題/領域番号：18700299  2006年 - 2007年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    青西 亨

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    配分額：2900000円 （ 直接経費：2900000円 ）

    平成18年度は、ベイズ統計の枠組みで位相応答曲線を推定するアルゴリズムを構築し、その有効性を数値実験で検証した。平成19年度は、観測過程をより厳密に取り扱った改良版アルゴリズムを構築した。そして、改良版アルゴリズムが位相応答曲線と細胞に内在する白色雑音強度を推定できることを、計算機による数値実験で確認した。次に、本アルゴリズムで推定可能となった位相応答曲線と雑音強度に基づいて、神経回路網の確率的挙動をフォッカープランク方程式で記述する方法を開発した。計算機による数値実験により、高い精度でフォッカープランク方程式が回路網の確率的挙動を追跡できることを確かめた。
    電気生理実験を専門とする下記の研究協力者と共同で、海馬CA1錐体細胞の位相応答曲線の測定を行った。測定した生理実験データに対して本アルゴリズムを適用し、細胞に内在する雑音と位相応答曲線の推定を行なった。次に、位相応答曲線の測定を行づた細胞に、その他の細胞からのシナプス入力を模擬した周期外力を入れて、細胞のスパイクタイミングを測定した。そして、スパイクタイミングと周期外力間の位相差の頻度分布を求めた。そして、この頻度分布とフォッカープランク方程式で理論的に予測した確率密度関数と比較して、両者が一致することを確かめた。これらの成果により、位相応答曲線を用いてIN-VITROネットワークを構築することが技術的に可能になった。
    [研究協力者]
    東京薬科大学・生命科学部・教授 宮川博義 電気生理実験
    東京薬科大学・生命科学部・研究員 渡部重雄 電気生理実験

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  • 情報符号技術に関する統計力学的手法に基づいた典型性能評価法の確立

    研究課題/領域番号：14084206  2002年 - 2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    樺島 祥介, 高安 美佐子, 青西 亨, 井上 真郷

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    配分額：21900000円 （ 直接経費：21900000円 ）

    統計力学の手法に基づいて,誤り訂正符号,圧縮符号,CD甑通信方式など各種符号の性能評価を行うための枠組みを発展させた.得られた枠組みは,以下の3つに大別される.
    1.単位符号長を無限大とした極限における典型的な性能を与える方法
    符号をランダムハミルトニアンで特徴づけられる一種のスピングラス系と見なし,符号長無限大の極限における復号の成功・失敗を統計力学における相概念と結びつけることにより,不則系の相転移解析から符号の典型的な性能を評価する
    2.単位符号長が有限である場合に非典型的な振る舞いを特徴づける方法
    大偏差確率の評価法と統計力学におけるレプリカ法を組合わせることにより,符号の性能が型値からずれる確率を評価する
    3.単位符号長を無限大とした極限において,確率伝搬法の典型的性能を評価する方法
    誤り訂正符号の実際的復号法として,近年,標準的な方法となりつつある確率伝搬法の典型的な性能を単位符号長が無限大となる極限で評価する
    また,これらの研究を通じ,統計力学的計算手法に関して以下のような知見を得た.
    4.レプリカ指数に関する解析性の破れの構造を厳密に解析できる例の発見
    数学的正当性が未解決であるレプリカ法に関して,有限系でも現実的に許容できる計算時間でレプリカ法を用いずにレプリカ指数の解析接続が可能となる例を発見し,レプリカ指数に関る解析性の破れがレプリカ対称性の破れを引き起こすシナリオの1つを解明した
    5.確率伝搬法の動的不安定性とAT不安定性との対応に対する予想
    確率伝搬法が収束しなくなる条件が,レプリカ対称性の破れを引き起こす条件の1つであるAT不安定性条件と一般的に一致することを示唆する結果を得た

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  • Numerical Experiment for Neural Systems with Platform simulators

    2002年

    0085 (Japanese Only) 

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    資金種別：競争的資金

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  • 神経システムのプラットフォームシミュレータを用いた数値実験

    2002年

    脳科学研究 

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    資金種別：競争的資金

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  • 結合神経振動子系の位相同調現象の数理的研究-脳の動的情報処理の解明に向けて-

    研究課題/領域番号：98J00782  1998年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    青西 亨

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    配分額：1200000円 （ 直接経費：1200000円 ）

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