K. Fujita Lab

Last Update: 2015/08/17

主な研究テーマ

私達は日々膨大な情報を得ています.しかし,膨大な情報を得ていながら私達の脳活動は破綻することがありません.それは,脳が膨大な情報から重要な情報を的確に抽出しているからだと考えられます.私は,どのように膨大な情報から必要で重要な情報を捉えているのか,神経科学の立場と工学の立場から研究しています.

神経科学

生物は時空間的に変化する刺激にさらされ,そこから意味のある特徴を捉えています.それでは,生物は,どのように神経細胞を用いて意味のある特徴を捉えているのでしょうか.それは難しい問題です.本研究室では主に体性感覚における刺激の時空間的特徴の抽出メカニズムの解明を目指して研究を行っています.特に,刺激レベルからの理解を目指しています.

体性感覚

機械刺激の処理

物体のテクスチャは,物体を撫でる際に指に生じる振動に変換され,更にその振動が皮膚にある機械受容器によりスパイクに変換されます. この研究では,テクスチャの特徴が脳でどのように表現されるのかを明らかにすることを目的にしています.まず,機械受容器の応答を再現する数理モデルを提案しました.

  • Kazuhisa Fujita (2014) A model of a rapidly-adapting mechanosensitive current generated by a dorsal root ganglion neuron. Mathematical Biosciences, 252C, 60-66.

弱電気魚の電気定位

弱電気魚は自ら発した電気を用い周囲の状況を調べています.自ら発した電気は体表面上に分布する電気受容器でスパイクに変換され,それを脳で処理しています.その電気刺激から情報を抽出するメカニズムの解明を行なっています.

  • Kazuhisa Fujita (2011) Modulations of electric organ discharge and representation of the modulations on electroreceptors. Lecture Notes in Computer Science 7064, 251-258.
  • Kazuhisa Fujita and Yoshiki Kashimori (2010) Modeling the electric image produced by objects with complex impedance in weakly electric fish. Biological Cybernetics 103, 105-118.
  • Kazuhisa Fujita, Yoshiki Kashimori and Takeshi Kambara (2007) Spatiotemporal burst coding for extracting features of spatiotemporally varying stimuli. Biological Cybernetics 97, 293-305.
  • Kazuhisa Fujita, Yoshiki Kashimori, Meihong Zheng and Takeshi Kambara (2006) A role of synchronicity of neural activity based on dynamic plasticity of synapses in encoding spatiotemporal features of electrosensory stimuli, Mathematical Biosciences 201, 113-124.
  • Kazuhisa Fujita and Yoshiki Kashimori (2006) Population coding of electrosensory stimulus in receptor network, Neurocomputing 69, 1206-1210.
  • Kazuhisa Fujita, Yoshiki Kashimori and Takeshi Kambara (2005) Dynamic population coding for detecting the distance and size of an object in electrolocation, Neurocomputing 65-66, 243-251.
  • Kazuhisa Fujita and Yoshiki Kashimori (2005) A neural model for encoding information of object distance and size in electrolocation, Proc. of 12th International Conference on Neural Information Processing/APNN 2005/11, 318-321.
  • Kazuhisa Fujita, Yoshiki Kashimori, Meihong Zheng and Takeshi Kambara (2004) A role of burst firings in encoding of spatiotemporally-varying stimulus, Biosystems 76, 21-31.

聴覚

音源定位を中心に,脳における聴覚の情報処理メカニズムの研究を行っています.

  • Kazuhisa Fujita and Yoshiki Kashimori (2016) Neural mechanism of corticofugal modulation of tuning property in frequency domain of bat’s auditory system. Neural Processing Letters, 43, 537-551.
  • Takayuki Kato, Kazuhisa Fujita, and Yoshiki Kashimori (2015) A neural mechanism of phase-locked responses to sinusoidally amplitude-modulated signals in the inferior colliculus. Biosystems, 134C, 24-36.
  • Kazuhisa Fujita, Yusuke Hara, Youichi Suzukawa and Yoshiki Kashimori (2014) Decoding word information from spatiotemporal activity of sensory neurons. Cognitive Computation, 6, 145-157.
  • Hidetaka Morisawa, Daisuke Hirayama, Kazuhisa Fujita, Yoshiki Kashimori and Takeshi Kambara (2006) Binding mechanism of frequency-specific ITD and IID information in sound localization of barn owl, Lecture Notes in Computer Science 4232, 263-271.
  • Seiichi Hirooka, Kazuhisa Fujita and Yoshiki Kashimori (2006) Effect of Feedback Signals on Tuning Shifts of Subcortical Neurons in Echolocation of Bat, Lecture Notes in Computer Science 4232, 255-262.
  • Daisuke Hirayama, Kazuhisa Fujita, Satoru Inoue, Yoshiki Kashimori, and Takeshi Kambara (2005) Functional role of bilateral mutual inhibitory interaction in encoding interaural intensity difference for sound localization, Proc. of 12th International Conference on Neural Information processing/APNN 2005/11, 307-311.
  • Kazuhisa Fujita, Shungquang Huang, Yoshiki Kashimori, and Takeshi Kambara (2004) Neural mechanism of binding ITD information with IID one for generating brain map of sound localization, Lecture Notes in Computer Science 3316, 44-49.
  • Kazuhisa Fujita, Eigo Kamata, Satoru Inoue, Yoshiki Kashimori, and Takeshi Kambara (2004) A functional role of FM sweep rate of biosonar in echolocation of bat, Lecture Notes in Computer Science 3316, 78-83.

視覚

視覚刺激のカテゴリ化を中心とした視覚の研究を行っています

  • Akikazu Kamiyama, Kazuhisa Fujita, and Yoshiki Kashimori (2016) A neural mechanism of dynamic gating of task-relevant information by top-down influence in primary visual cortex. Biosystems, 150, 138–148.
  • Yoshiki Kashimori, Yu Ichinose and Kazuhisa Fujita (2007) A functional role of interaction between IT cortex and PF cortex in visual categorization task, Neurocomputing 70, 1813-1818.
  • Yoshiki Kashimori, Nobuyuki Suzuki, Kazuhisa Fujita, Meihong Zheng and Takeshi Kambara (2005) A functional role of multiple spatial resolution maps in form perception along the ventral visual pathway, Neurocomputing 65-66, 219-228.
  • Yu Ichinose, Yoshiki Kashimori, Kazuhisa Fujita, and Takeshi Kambara (2005) A neural model of visual system based on multiple resolution maps for categorizing visual stimuli, Proc. of 12th International Conference on Neural Information Processing/APNN 2005/11, 515-520.

味覚

  • Takahiro Shimemura, Kazuyuki Fujita, and Yoshiki Kashimori (2016) A neural mechanism of taste perception modulated by odor information. Chemical Senses, 41, 579-589.

GPUを用いた脳のシミュレーションの高速化

脳のシミュレーションをGPUを用い高速に行うことを目指しています.

  • Kazuhisa Fujita, Shun Okuno, and Yoshiki Kashimori (in press) Evaluation of the computational efficacy in GPU-accelerated simulations of spiking neurons, Computing.
  • Shun Okuno, Kazuhisa Fujita, and Yoshiki Kashimori (2017) Computational efficacy of GPGPU-accelerated simulation for various neuron models. Lecture Notes in Computer Science, 10638, 802-809.
  • Kazuhisa Fujita and Yoshiki Kashimori (2016) GPU-Accelerated Simulations of an Electric Stimulus and Neural Activities in Electrolocation. Lecture Notes in Computer Science, 9950, 213-220.

工学的研究

モデルベースのクラスタリング手法の開発

データのクラスタリング手法の開発を行っています.よく用いられるk-meansというクラスタリング手法は簡単で使いやすいものですが万能ではありません.本研究室ではデータの特徴にあったクラスタリング手法を確率モデルから構築しています.

  • Kazuhisa Fujita (2017) A clustering method for data in cylindrical coordinates. Mathematical Problems in Engineering, 2017, Article ID 3696850, 1-11.

文字の特徴を捉える

人間は,歪んだ文字や手書き文字でも,その文字が何か理解できます.それは,人間が文字の構造に含まれる特徴(線の交差など)を捉えているからだと考えられます.そこで,ニューラルガスを用い文字画像をグラフ化することにより,文字の構造をグラフの特徴量として簡単に捉えること成功しました.

Alt text

  • Kazuhisa Fujita (2013) Extract an essential skeleton of a character as a graph from a character image. International Journal of Computer Science Issues 10, 5, 35-39.

人工ニューラルネットワークの手法開発

自己組織化マップの手法の改良や深層化の研究を行っています.

画像から色の特徴を捉える

画像を構成する主な色(支配色)の抽出とその数を抽出する手法の開発を行っています.

脳の仕組みを活かし,画像から空間的特徴を捉える

脳の情報処理の応用として,脳で行われる学習則の1つであるスパイクタイミング依存シナプス可塑性を用いた画像処理の研究を行いました.

  • Kazuhisa Fujita (2013) Spatial filtering by a two-dimensional interconnected network with spike timing dependent synaptic plasticity depending on its temporal properties. Advances in Cognitive Neurodynamics (III), 221-226.
  • Kazuhisa Fujita (2010) Spatial feature extraction by spike timing dependent synaptic modification. Lecture Notes in Computer Science 6443, 148-154.

その他

生物モデルの研究

魚群の運動に関する研究を行いました.

  • Meihong Zheng, Yoshiki Kashimori, Osamu Hoshino, Kazuhisa Fujita and Takeshi Kambara (2005) Behavior pattern (innate action) of individuals in fish schools generating efficient collective evasion from predation, Journal of Theoretical Biology 235, 153-167.