研究現況 1999
Activities 1999
複素マルコフ・ランダム・フィールド(CMRF)モデルに基く干渉型合成開口レーダ(InSAR)画像の分類
廣瀬 明・アンドリヤン バユ スクスモノ
干渉型合成開口レーダ(InSAR)画像を適応的に分類するために、新たに複素マルコフ・ランダム・ フィールド(CMRF) モデルを画像の統計的なモデルとして考案し、それに基いて画像テクスチャ分類を行う複素ニューラルネットワークを提案した。統計的な特徴ベクトルとして、複素振幅空間における平均、共分散などをとり、傾斜方向不感応変数に変換したものを用いた。また、画像に高密度で分布している位相特異点を実質的に解消するために、局所的位相アンラッピングの方法を考案して利用した。その結果、InSAR画像の適応的区分に成功し、より有効な情報地図の自動作成が可能であることを示すことができた。


複素領域ベース結合画像区分化ニューラルネットワーク
廣瀬 明・平松 克彦
一般的に画像を区分する方法には、テクスチャ区分と画素値区分がある。本研究は、干渉型合成開口レーダ(InSAR)のような複素振幅画像を画素値区分する方法を提案し、その有効性を追求するものである。Gemanらの領域ベース結合によるグレー・スケール画像の画素値区分方法を複素振幅情報空間に拡張することにより、複素領域ベース結合画像区分化ニューラルネットワークを提案した。このニューラルネットワークは、生データを入力する入力層の他に、雑音が軽減された推定画像層と離散あるいは連続ラベルを内部信号として持つラベル層とを有する。入力層と推定画像層は複素振幅を扱い、ラベルは連続実数値としている。現在のところ、この方式のよって区分にほぼ成功することが確認された。しかし場合によっては画像の一部に市松模様のラベルが出力されることがあり、ダイナミクスの細部を検討している。


適応的複数キャリア再生方式
廣瀬 明・本多 正明
固定通信と異なり、街中で移動が伴う通信を行う場合は伝搬路特性の変動が激しい。この現象はフェージングと呼ばれ、送信信号に振幅変動や位相変動を発生させる。これは、各伝搬路を通って飛来する信号が、それぞれ異なった大きさのドップラーシフトを受けていることが原因となっている。無線通信において、このような劣悪な環境においても高品質の通信を可能とすることは大きな課題である。本研究では、局部発振器を複数持つことによって、この変動の激しい受信信号を安定して復調する方式を提案し、シミュレーション実験を行っている。VDECで試作を行う予定である。


複素Hebb則により自己組織化する能動性機構を有する複素連想記憶
廣瀬 明・井上 浩一
能動性は、将来の脳型情報処理システムの不可欠な機能であると考えられている。それは従来、複数のニューロモジュールをスイッチで切りかえることにより(工学的には)実現されてきた。しかしこの場合、モジュールの数やスイッチ機構を予め用意しておく必要があり、自己組織化させることが困難であった。我々はコヒーレント型ニューラルネットワークの性質の一つであるキャリア周波数制御性を利用することにより、自己組織化可能な能動性機構を実現する方法を提案した。この場合、キャリアスペクトル形状を意識状態に対応させることによって、文脈依存性などの能動性に特徴的な動作を発現させることが可能になると期待される。タスクとして基本的なニューラルネットワーク処理である連想記憶を取上げ、自己組織化のダイナミクスの解析を進めており、単純な構成の場合について自己組織化に成功している。


興奮性後シナプス電位と活動電位に伴う磁界の定量的評価
廣瀬 明・酒谷 誠一
近年、脳磁図(MEG)などの生理的計測装置における時空間的解像度に著しい進展が見られる。そこでMEGの解像度が上がった場合に考慮すべき微視的な理論の構築や数値解析が必要であると考えられる。従来、神経細胞活動に伴い発生する近傍の磁場は主に興奮性後シナプス電位(EPSP)によるものだと考えられてきた。本研究では、CA3における単一錐体細胞を模擬したコンパートメントモデルを用いて近傍における磁場の発生原因となる膜電位が何であるか数値解析的に評価している。


海馬CA3領域スライスの磁場生成の起源と機構の解明
廣瀬 明・村上 慎吾
脳磁場計測は、従来、脳のどの部位が活動しているのかを逆問題として解析することはできたが、その磁場が何に由来しどのような細胞活動に対応しているのかは、未知の部分が多い。我々は、マイクロSQUIDによるCA3磁場計測を想定して、対応する磁場定量評価用の数値計算モデルの構築を進めている。海馬CA3領域ネットワークの膜電位ダイナミクスを解析するのに提案されたTraub1991モデルをベースとしている。これにはチャネル密度分布などに未知パラメータが多数存在し、従来、想像推定値が用いられている。我々は磁場計測結果とフィッティングを行うことによって、いくつかのパラメータをより尤度の高い値に変更している。こうして得られたモデルによって、細胞活動に伴う電流密度分布および磁場密度分布の解析を進めている。なお、本研究はニューメキシコ大学医学生理学教室(Prof. Y.C.Okada)との共同研究である。
Classification of interferometric synthetic aperture radar (InSAR) images based on complex-valued Markov random field (CMRF) model
A. Hirose and A.B. Suksmono
We propose an adaptive complex-amplitude texture classifier based on complex-valued MRF (CMRF) model for interferometric SAR images classification. We choose complex-valued mean and second-order covariances with slope-direction insensitivity as the feature vector that represent statistical characteristic. We also introduce local phase unwrapping method to handle the widely distributed singular points. It is found that interferometric SAR images can be classified successfully in clusters corresponding to a lake, a mountain, and so on.


Complex-valued region-based-coupling image-segmentation neural networks
A. Hirose and K.Hiramatsu
There are two types of image classifications in general; i.e., texture and pixel-value classifications. We propose a classification and segmentation method for complex-amplitude images obtained by interferometric synthetic aperture radar (InSAR) The method is an extension of region-based-coupling method for gray-scale images, proposed by Geman et al., into complex-amplitude information space. The complex-valued region-based-coupling image-segmentation neural network has three layers; an input layer to which raw data is fed, an estimation layer where a noise-reduced image is obtained and a label layer where the segmentation label is obtained. The input and estimation images have complex-amplitude signals, whereas the label has continuous real values. Experiments demonstrate almost successful classification and segmentation. At the same time, in some cases, checker-pattern label regions are yielded unexpectedly. We analyze the dynamics details further in such failure.


Adaptive multiple carrier regeneration
A.Hirose and M.Honda
It is a very difficult problem to compensate Doppler effect in mobile communications. In this research, we propose "multiple carrier regenerator" which regenerates adaptively plural main carriers included in received signal. It can cancel out rapid changes in received signals depend on Doppler effect. We propose the structure and learning algorithm of the "multiple carrier regenerator." We simulate the behavior before we make a silicon chip at the VDEC.


Complex-valued neural networks that have self-organizing activeness mechanism using complex Hebbian rule
A.Hirose and K.Inoue
The activeness mechanism is indispensable for the future brain-type information processing systems. We investigate how to make the mechanism self-organize. Conventionally such mechanism is realized in engineering by switching plural neuromodules. However, in such systems, we have to decide beforehand the number of such modules and the switching circuits. Therefore, it has been difficult to make the activeness mechanism self-organize. We propose a use of carrier-frequency arbitrary controllability of coherent neural networks for realizing a self-organizing context-dependent behavior generator. In the system, the carrier-frequency spectrum is used as the consciousness states, i.e., the spectrum works as an integrator of orthogonal (or independent) behaviors. We investigate the self-organization dynamics with a task of associative recall that is dependent on the context. We have been successful in demonstrating the self-organization in a simple construction case.


Quantitative Evaluation of Magnetic Fields generated by Excitatory PostSynaptic Potential (EPSP) and Action Potential
A.Hirose and S.Sakatani
In recent years, temporal and spatial resolutions in physiological measurements such as magnetoencephalography (MEG) become higher. Therefore, new theories and numerical-analysis methods are required much more. Conventionally, adjacent magnetic field caused by neuronal activities have been mainly considered to be generated by excitatory postsynaptic potential (EPSP) at dendrites. In this research, we evaluate numerically what membrane potential is dominant in MEG by using compartmental model of pyramidal cell at CA3.


Origin and mechanism elucidation of magnetic field generation in hippocampus
A.Hirose and S.Murakami
Magnetoencephalography (MEG) estimates which part of brain works for a task. However, it has been unclear what the origin is and what kind of activities exist behind the measurement data. We construct models for numerical analyses on such fundamentals of the MEGs assuming a measurement of a sliced tissue of CA3 by a micro SQUID system We extend the Traub1991 model (a base model) that includes not a few freehand parameters such as some types of channel density. By fitting the numerical calculation to physiological data, we modify some of them to create a precise model that can present a behavior much closer to the MEG. With our model, we analyze the current and magnetic-field density distributions generated by the neuron activities. This work is in collaboration with the New Mexico University School of Medicine (Prof. Y.C.Okada).


論文・著書一覧(1999年度)
Publications List

[1] S.Murakami A.Hirose, A microscopic nervecell analysis theory for elucidating membrane potential dynamics using boundary element method, Neurocomputing, 26 (1999) 207-214

[2] A.Hirose H.Onishi, Proposal of relative-minimization learning for behavior stabilization of complex-valued recurrent neural networks, Neurocomputing, 24 (1999) 163-171

[3] A.Hirose, Self-organizingly emerging activeness architecture realized by coherent neural networks, Int'l Conf. on Art. Neural Networks (ICANN)'99, Proc. 2, (Sept. 7-10, 1999, Edinburgh) 726-731

[4] A.Hirose, Coherent neural networks and their applications to control and signal processing
in "Soft Computing in Systems and Control Technology," ed., S.G.Tzafestas, World Scientific Publishing Co., Singapore, (May 1999) 397-422, ISBN 981-02-3381-7

[5] 村上 慎吾 廣瀬 明, 境界要素法による神経細胞活動の微視的解析法の提案, 信学会ニューロコンピューティング研究会, NC98-149 (1999)

[6] 廣瀬 明, コヒーレント能動性アーキテクチャ:自己組織化する能動性を実現するための総合的アーキテクチャ, 信学会ニューロコンピューティング, NC98-134 (1999)

[7] 井上 浩一 廣瀬 明, 自己組織化する能動性機構による文脈依存性を持つ連想記憶, 日本神経回路学会JNNS'99札幌, Proc. P1-1, 16-17 (1999)

[8] 廣瀬 明 平松 克彦, ミリ波画像取得システムのための複数推定層を持つ画像区分化ニューラルネットワークの提案, 日本神経回路学会JNNS'99, Proc. P1-21, 55-56 (1999)

[9] 木内 舞 廣瀬 明, コヒーレント光ニューラルネットワークによる連想記憶, 99信学総大, Proc. Inform. Sys. 1, 13, D-2-6 (1999)

[10] 廣瀬 明 村上 慎吾 酒谷 誠一, 神経細胞活動に付随する微視的な磁界分布の解析, 文部省科研費重点「総合脳」中間報告会 #31 (Dec. 16-17, 1999, Tokyo)