초록 ▼

본 과제는 생물학적 신경계의 동적 특성을 기반으로 하여 신 개념의 정보 코딩 모형을 개발하는 것임.
- 다중 채널 전극으로 측정된 신경계의 다중 발화 패턴에 위상동력학 분석을 적용하여 신경계의 연결 특성을 추정하는 방법을 개발함. 이러한 방법론을 신경 전기 생리 그룹의 실험 데이터의 시공간 패턴 분석에 응용하여, 연결 특성을 추정할 수 있는 가능성을 제시 함.
- 혼돈자극신호에 의해 야기된 신경소자모형의 발화간격 시계열로부터 끌개 재구성 방법을 사용하여 원래의 신호를 디코딩 할 수 있음을 밝힘. 이러한 연구결과는 자극신호

본 과제는 생물학적 신경계의 동적 특성을 기반으로 하여 신 개념의 정보 코딩 모형을 개발하는 것임.
- 다중 채널 전극으로 측정된 신경계의 다중 발화 패턴에 위상동력학 분석을 적용하여 신경계의 연결 특성을 추정하는 방법을 개발함. 이러한 방법론을 신경 전기 생리 그룹의 실험 데이터의 시공간 패턴 분석에 응용하여, 연결 특성을 추정할 수 있는 가능성을 제시 함.
- 혼돈자극신호에 의해 야기된 신경소자모형의 발화간격 시계열로부터 끌개 재구성 방법을 사용하여 원래의 신호를 디코딩 할 수 있음을 밝힘. 이러한 연구결과는 자극신호에 내재된 비선형 결정론적 구조의 보존을 활용한 저발화율 영역에서의 새로운 시간 코딩 전략이 성취될 수 있음을 제시함.
- 결합된 신경계에서 일어나는 chaotic bursting 현상에 대한 동력학적 연구를 통해, 이러한 현상이 chaotic itinerancy의 일종이라는 새로운 결과를 제시함. 또한 이러한 분석을 통해, 이전에는 알려지지 않은 새로운 route to chaos를 밝힘
- 인지과정에 매우 중요한 역할을 하는 뇌 해마(hippocampus) CAI영역의 신경망에 대한 위상모델 연구를 통해 베타리듬과 감마리듬(인지과정에 중요한 리듬)의 안정성 및 감마 리듬에서 베타리듬 혹은 베타리듬에서 감마리듬으로의 전환에 대한 메커니즘를 밝힘.
- 간질성 뇌파의 시공간 패턴을 ICA 및 동력학적 분석을 통해 간질의 뇌파 특성을 분석하고, 간질의 발생 위치를 추정할 수 있는 방법론 개발.
- 해마의 CA3영역에 대한 신경 모형계에서 흥분성 신경 세포간 접합부(synapse)에 발화 시간에 의존하는 전도도 변화(Spike-Timing Dependent synaptic Plasticity)를 고려한 모델 연구를 통해, 간질성 발작활동이 발생하는 메커니즘을 제시함.
- 손동작을 실행하거나 상상하는 시행에서 오른손/왼손 동작 처리를 판별할 수 있는 뇌파특성을 추출할 수 있는 방법을 개발. 이를 이용한 Brain-Computer Interface 개발에 핵심이 될 수 있는 알고리즘 구현

Abstract ▼

The followings are under the scope of the present research: It is possible to decode chaotic input signals from the firing time intervals of the neuron. Coding reliability of high quality is achieved as the generalized synchronization is strengthened. Estimation of network connection from the multic

The followings are under the scope of the present research: It is possible to decode chaotic input signals from the firing time intervals of the neuron. Coding reliability of high quality is achieved as the generalized synchronization is strengthened. Estimation of network connection from the multichannel firing pattern is possible by analysing temporal coding scheme using synchronization and nonlinear/ phase model analysis of the firing patterns. A circuit model for neural net is constructed and the analysis with the experimental data is shown to hold for the electronic data. The analysis is also shown to be effective with the multichannel EEG data generated with visual stimuli.
To explore the mechanism of the gamma rhythm in the hippocampal area, a neural newwork model is constructed and its collective dynamics is analysed to understand the relevant population coding. Phase dynamics and the characteristics of the dynamic connectivity us analysed on single-trial ERP data. Using the ICA individual neuronal firing patterns can be separated from the multichannel data. It is possible to analyze the population coding of a coherent input stimulus using nonlinear/phase analysis of the spatiotemporal firing pattern data. On the presentation of input stimuli carrying multiple features it is attempted to extract features from the spatiotemporal data of EEG. For spatiotemporal analysis and the network modelling for clinical EEG data, it is attempted to describe the network connectivity and the population coding scheme and to analyse the connectivity characteristics between cortical maps using nonlinear/ phase analysis.
A neural network model employing temporal coding is explored, especially with a model for the hippocampal CAl area. Gamma and beta rhythm is explored and the correlation between the frequency range and the cortical distance of the excitation range of synaptic connection is studied. Implementation of the short term memory utilizing the gamma rhythm is explored. The study elucidates the signal component by clarifying the dependence of the response time on the lapse by analysing the ERP data in the presentation of visual stimuli. It is attempted to analyse the role of gamma rhythm during the visual attention. The statistical method, the linear method, and the nonlinear methods for the spatiotemporal EEG data is fused to develop the neural network model.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...8
• CONTENTS ...12
• 목차 ...13
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...14
• 제 1 절 연구개발의 목적 ...14
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ...14
• 제 3 절 연구범위 ...16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...17
• 제 1 절 지금까지의 연구개발 실적 ...17
• 제 2 절 현 기술상태의 취약성 ...17
• 제 3 절 앞으로의 전망 ...18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...20
• 제 1 절 흥분계에서 잡음에 의한 다중모드현상 ...20
• 제 2 절 Chaotic busting as chaotic itinerancy In coupled neural oscillators ...23
• 제 3 절 위상모델을 이용한 CA1에서의 리듬의 동기화 연구 ...27
• 제 4 절 동적 신경망의 동기화의 뇌파 리듬의 안정성에 관한 위상모형 분석 ...30
• 제 5 절 혼돈 자극으로 야기된 발화 간격 시계열의 디코딩 ...38
• 제 6 절 Neural Connectivity from Multiple Spike Trains ...41
• 제 7 절 간질성 뇌파의 시공간 패턴 분석 ...44
• 제 8 절 신경모형계를 이용한 간질성 신경활동의 발생 메커니즘 연구 ...47
• 제 9 절 ICA를 이용한 손동작 관련 ERP 뇌파 성분의 상호작용 연결특성 분석 ...50
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...53
• 제 1 절 연구 개발 목표의 달성도 ...53
• 제 2 절 대외 기여도 ...57
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...59
• 제 1 절 추가연구의 필요성 ...59
• 제 2 절 타 연구에의 응용 ...59
• 제 3 절 기업화 추진방안 ...60
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...61
• 제 7 장 참고문헌...63
• 특정연구개발사업 연구결과 활용계획서...64