シラバス参照
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シラバス参照
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| 講義概要/Course Information |
| 科目基礎情報/General Information |
| 授業科目名 /Course title (Japanese) |
生体情報システム学特論 | ||
|---|---|---|---|
| 英文授業科目名 /Course title (English) |
Advanced Information Biology | ||
| 科目番号 /Code |
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| 開講年度 /Academic year |
2020年度 | 開講年次 /Year offered |
全学年 |
| 開講学期 /Semester(s) offered |
前学期 | 開講コース・課程 /Faculty offering the course |
博士前期課程、博士後期課程 |
| 授業の方法 /Teaching method |
講義 | 単位数 /Credits |
2 |
| 科目区分 /Category |
大学院専門教育科目 - 専門科目Ⅱ | ||
| 開講学科・専攻 /Cluster/Department |
基盤理工学専攻 | ||
| 担当教員名 /Lecturer(s) |
樫森 与志喜 | ||
| 居室 /Office |
東6-726 | ||
| 公開E-Mail |
kashi@pc.uec.ac.jp | ||
| 授業関連Webページ /Course website |
なし | ||
| 更新日 /Last updated |
2020/03/03 12:40:27 | 更新状況 /Update status |
公開中 /now open to public |
| 講義情報/Course Description |
| 主題および 達成目標 /Topic and goals |
生物の世界は、DNA分子のようなミクロなレベルから、たんぱく質、細胞、器官、さらには、生物個体、生物集団と様々なレベルの階層構造からなっている。いずれの階層の生物も、“外界からの情報”の意味を理解し、それをうまく利用することによってそれぞれの環境の中を生き抜いている。これらの生物を、情報処理の観点から、ひとつの情報処理システムとしてとらえることは、生物を理解する上で本質的な見方を与える。ここでは、このような情報処理システムの一例として、脳をとりあげる。脳のあらゆる機能は、その構成要素である神経細胞とそれらがつくる神経ネットワークによって実現されている。神経細胞がどのような計算を行い、また、それによって神経ネットワークでどのような情報処理が可能になるのか、を解明することは、脳の機能を理解する上でもっとも重要なものである。この講義では、神経細胞の計算能力やそれに基づくネットワークの情報処理機能を研究するための方法論、各種モデル、また、感覚系モデルの実例について解説する。また、それらに関連した実験についても説明する。 【達成目標】 神経細胞やスパイク発火の特性とそれを実現するモデルについて理解する。また、ニューラルネットワークモデルとその機能について学ぶ。さらに、それらを組み合わせて感覚情報の脳内処理機構について理解する。本講義を通して、脳が神経細胞の集まりによってどのように外部情報を処理しているのかについてその概要が理解できるようにする -------------------------------- The world of biology has a hierarchical structure, constructed with biological components from DAN molecules and proteins at microscopic scales to individual organisms and their groups at macroscopic scales. In order to survive in natural environment, biological components in each hierarchical scale require to recognize the meanings of information in the external world and to well utilize the information. Understanding a biological system as a information system provides an essential viewpoint for understanding how the biological systems well work. In this class, as an example of information system of biological systems, I focus on the brain systems. The brain consists of a huge number of neurons and their networks. Here I will treat two problems as to brain functions; what is the computation of neurons, and how information is processed in neural networks. In this class, you will learn the biophysics of a single neuron, the computational models of a single neuron and networks, the models of sensory information processing, and the related experiments. |
|---|---|
| 前もって履修 しておくべき科目 /Prerequisites |
神経科学 システム生物学 Neuroscience, Systems biology |
| 前もって履修しておくこ とが望ましい科目 /Recommended prerequisites and preparation |
なし |
| 教科書等 /Course textbooks and materials |
なし。必要資料を配布する |
| 授業内容と その進め方 /Course outline and weekly schedule |
【講義タイプ】「英語タイプIIにより講義を実施」 １．生物における情報活動(Information processing in biological systems) ・生物における階層構造と各階層における情報処理 (Hierarchical structure in biology and information processing in each hierarchy) ２．感覚情報処理概観(Overview of sensory information processing) ・脳の構造、感覚情報処理の経路 ３．計算神経科学(Computational neuroscience)とは ・複雑系の考え方（複雑系の考え方(計算、動力学、非平衡） ・動的創発の考え方 ４．生体膜, Hodgkin-Huxley model ・生体膜、神経軸策の基礎方程式 ５. スパイクの軸索伝搬、非線形応答 ６. 単一細胞の神経モデルl ・形式ニューロンモデル、カオスニューロン 7. シナプス シナプス、可塑性、学習 8．ニューラルネットワークI おばあさん細胞と分散表現 、パーセプトロン、誤差伝搬ネットワーク 9. ニューラルネットワーク II ・特徴抽出マップ（Kohonen map） ・分散表現（Hopfield model、 10. ニューラルネットワーク III Chaos neural network; Dynamical map model, 11. 視覚情報処理 12. 聴覚情報処理 13. 嗅覚情報処理I 嗅球のモデル 14. 嗅覚情報処理II 嗅皮質のモデル 15. 脳の高次機能（意識、注意、ワーキングメモリー） ---------------------- 1. Information processing in biological systems 2. Overview of sensory information processing Structure of the brain, pathways of sensory processing 3. Computational neuroscience The concept of complex systems(computation, dynamics, non-equilibrium) 4.. Biomembrane, Hodgkin-Huxley equation Biomembrane, Basic equation of an action potential in squid axon 5. Spike propagation along axon, nonlinear responses of a single neuron 6. Models of a single neuron McCulloch-Pitts neuron, chaos neuron ..etc 7. Synapses Synaptic plasticity, learning 8. Neural network (I) 9. Neural network (II) Feature-detection network (Kohonen network) Distributed coding (Hopfield netwok) 10. Neural network (III) Chaos neural network, dynamical map model 11 Information processing in visual systems 12. Information processing in auditory systems 13 Information processing in olfactory systems (I) A model of olfactory bulb 14 Information processing in olfactory systems (II) A model of piriform cortex 15 Higher ordered function of the brain Consciousness, attention, working memory |
| 実務経験を活かした 授業内容 (実務経験内容も含む) /Course content utilizing practical experience |
なし |
| 授業時間外の学習 （予習・復習等） /Preparation and review outside class |
授業時間外の学習（予習、復習）： 予習は特に必要はない。 授業に関連したテーマについてレポートを作成してもらうので、 テーマ事項についてさらに詳しく調べてもらう。 ------------------------ You need little preparation of your lesson. You should make a report regarding to the contents of this lecture. |
| 成績評価方法 および評価基準 （最低達成基準を含む） /Evaluation and grading |
出席（３０％）およびレポート課題（７０％）の出来具合で評価。 評価基準： （１）神経細胞やニューラルネットワークについて基礎的な理解がなされている。 （２）感覚情報処理についての正しい理解がなされている。 ----------------------------- Attendance status(30%) + the result of your report (70%) Evaluation criteria are: To understand the essential properties of neurons and their networks To understand the mechanisms of sensory processing |
| オフィスアワー： 授業相談 /Office hours |
木曜、３時限、東６ー７２６。もし、都合が悪い場合は、事前に必ずメールでアポイントをとって下さい。なんでも相談にきて下さい ----------------------- Thursday, E-6 Building, #726. You may have an appointment by an e-mail, if it is not convenient for you. |
| 学生へのメッセージ /Message for students |
この授業の主役は諸君自身です。一方向の情報伝達ではなく、相互のコミュニケーションがなくては、よい授業にはなりません ---------------- To make your class enjoyable, it is important to communicate with each other. |
| その他 /Others |
なし |
| キーワード /Keyword(s) |
生物の階層構造、複雑系、カオス、計算神経科学、神経細胞、ニューラルネットワークモデル、感覚情報処理、注意、意識 ------------------------------- Hierarchical structure in biology, complex systems, chaos, computational neuroscience, neuron, neural network models, sensory information processing, attention, consciousness |