複素ニューラルネットワーク
廣瀬　明・ 大西啓史

　複素振幅信号の振幅と位相を整合的に扱う複素ニューラルネットワークは、1992年に我々のグループが提案したものである。本年は、そのダイナミクスに関して理論的・計算実験的な研究を進めた。ダイナミクスの評価指標としてリアプノフ指数を取上げ、ニューロン非線形性に着目して評価を行った。その結果、リアプノフ指数がゼロ（本質的にに安定）でありながら動的な信号処理が可能なパラメータ領域が存在することが明らかになった。これは、複素ニューラルネットワークが従来型（実数型）ニューラルネットワークとは明らかに異なるダイナミクスを有することを示唆している。安定かつ動的なダイナミクスは、実用的にも極めて魅力的な発見であると考えられる。 　


コヒーレント型ニューラルネットワーク
廣瀬　明・杉山和之

　コヒーレント型ニューラルネットワークは、波動（光波、電磁波、電子波、超音波など）をキャリアとして用いる将来的なニューラルネットワークの基礎アーキテクチャである。本年度は、汎化特性などについてその基礎理論の体系化を進めるとともに、本理論の実用的応用として、コヒーレント型ニューロ・レーダ装置に関する理論的研究とそのプロトタイプの試作を進めた。これによってスペックル等の除去が可能な、適応的な信号処理が可能になると期待される。


神経回路ダイナミクスのメゾスコピックな解析と合成
廣瀬　明・ 村上慎吾

　近年、微小電極アレイやオプティカルレコーディングなどの神経細胞膜電位のダイナミクスを対象とする、多チャンネルかつ高分解能の観測手法が急速に開発・実用化されつつある。これらによって観測されると考えられる膜電位のメゾスコピックな振る舞いを記述するための理論の中核として、２次元Hodgkin-Huxley方程式を導出した。そして、細胞体や樹状突起における神経信号電位の伝搬や相互作用、複数の神経回路網間のパルスの同期や反同期などの現象について、合成による解析を進めている。これによって、メゾスコピックな神経回路網研究とも呼ぶべき研究分野が開拓されると考えている。

Complex-valued　neural networks
A. Hirose　and H. Onishi

　The complex-valued neural network was proposed by the authors' group in 1992 to process consistently the amplitude and phase information of complex-amplitude signals. We have investigated the dynamics theoretically and computationally this year. It has been found that they have the parameter regions in which they are capable of processing dynamic signals time-sequentially and simultaneously able to maintain the intrinsic stability with a zero Lyapunov exponent. This feature is completely different from that of conventional (real-valued) networks. The fact suggests that the complex-valued networks have wider applications as well as attractive investigation fields.


Coherent-type eural networks
A. Hirose　and K. Sugiyama

　Coherent neural network architecture is expected to form the basis of future neural network systems and devices utilizing the nature of carrier wave in lightwave, electromagnetic wave, electron wave, supersonic wave, and so on. This year, we have been systematizing the theory aiming at the application to a coherent neural-processing radar system as well as constructing a prototype. The radar system captures amplitude and phase image of objects reflectinv the electromagnetic wave and, in the post processing, removes nonlinearly the interference noise such as speckles.

Mesoscopic analysis and synthesis of biological neural-network dynamics
A. Hirose and S. Murakami

　Recent progress in multichannel and high- resolution physiological measurement equipments such as microelectrode arrays and optical recording has opened new fields in neurophysiology. It is then required to develop a new theory to describe the spatiotemporal behavior of the electromagnetic neural signals mesoscopically. This year we have proposed the two-dimensional Hodgkin-Huxley equations to describe the mesoscopic dynamics of the membrane potential. By using the theory, we investigate with physical basis the neural functions such as propagation and interaction of active potential on soma and dendrite as well as axon, synchronization and anti-synchronization of plural neural pulses, etc. We believe that such approach bring a new research field bridging the microscopic physiology and the macroscopic neural network investigations.


論文・著書一覧（1996年度）
Publication List

[1] A.Hirose R.Eckmiller, Coherent optical neural networks and the generalization characteristics, Optical Review, 3, 6A (1996) 418-422

[2] A.Hirose R.Eckmiller, Behavior control of coherent-type neural networks by carrier-frequency modulation, IEEE Trans. on Neural Netw., 7, 4 (1996) 1032-1034

[3] A.Hirose H.Onishi, Observation of positive Lyapunov exponent induced by gain increase of neuron nonlinearity in complex-valued associative memories, Electron. Lett., 32, 8 (1996) 745-746

[4] A.Hirose R.Eckmiller, Coherent optical neural networks that have optical-frequency-controlled behavior and generalization ability in the frequency domain, Applied Optics, 35, 5 (1996) 836-843

[5] A.Hirose R.Eckmiller, Proposal of frequency-domain multiplexing in optical neural networks, Neurocomputing, 10, 2 (1996) 197-204

[6] A.Hirose R.Eckmiller, Coherent optical neural networks, Int'l Top. Meeting on Optical Computing (OC)'96 (Postdeadline), Proc. 2 (Apr.21-25, 1996, Sendai) 6-7

[7] 廣瀬　明 R.Eckmiller, コヒーレント型ニューラルネットワークにおける周波数領域並列化の提案, 信学会ニューロコンピューティング研究会, NC95-168 (1996)

[8] 廣瀬　明 R.Eckmiller, コヒーレント型ニューラルネットワークの周波数領域における般化特性, 96信学ソサイエティ大会, Proc. Info-Sys,504, SD-1-2 (1996)

[9] 廣瀬　明, 樹上突起を含む細胞体膜上での膜電位の伝搬および相互作用の２次元的な解析と合成の提案, 日本神経回路学会JNNS'96名古屋, Proc. P3-38,317-318 (1996)

[10] 廣瀬　明 R.Eckmiller, コヒーレント型ニューラルネットワークの周波数領域での般化特性, 日本神経回路学会JNNS'96名古屋, Proc. O5-2, 170-171 (1996)

[11] 廣瀬　明 R.Eckmiller, コヒーレント型ニューラルネットワークの提案, 96信学総大, Proc. Info-Sys-1, 40, D-40 (1996)

[12] 廣瀬　明 大西　啓史, 複素連想記憶ネットワークにおけるリアプノフ指数, 96信学総大, Proc. Info-Sys-1, 35, D-35 (1996)