Yamaura, Igarashi, Yamazaki (2020)へのコメント

ついに出版されました。関係者の皆様、ありがとうございました。この論文は、先に出版された五十嵐さんの論文のcompanion paperです。

Hiroshi Yamaura, Jun Igarashi, Tadashi Yamazaki. Simulation of a Human-Scale Cerebellar Network Model on the K Computer. Frontiers in Neuroinformatics 14, 16 (2020)

ヒト全脳シミュレーション (願わくばリアルタイム) は、神経科学にとどまらず広く自然科学一般におけるグランドチャレンジの1つだと思います。脳は大脳皮質、大脳基底核、視床、小脳、海馬、等々の部位に分かれているので、ヒト全脳シミュレーションをやるためにはまず各脳部位のヒトスケールシミュレーションを達成する必要があります。特に、脳のニューロンの約8割が存在する小脳のシミュレーションは最初の関門です。ヒトスケールでは約680億にもなる、この莫大な数のニューロンのシミュレーションを効率よく実施することが、ヒト全脳シミュレーションの達成するための1つの試金石となります。

これまで我々は、小脳のシミュレーションにおいて、10万ニューロン (Yamazaki and Tanaka 2007; Yamazaki and Igarashi 2013)、100万ニューロン (Gosui and Yamazaki 2016)、10億ニューロン (Yamazaki et al., 2019)と順調に規模を大きくしてきましたが、ヒトスケールに到達するためにはあとまだ100倍近く大きくする必要があります。そこで重要になるのは弱スケーリング性です。弱スケーリングとは、計算機の性能を上げるとシミュレーションの規模をどこまで大きく出来るか、を見る尺度です。もしある脳のモデルのシミュレーションが完璧な弱スケール性を有していれば、計算機の性能を上げることでいくらでも大きなネットワークのシミュレーションができる (ヒトを超えることすら可能)、ということを意味します。

今回「京」コンピュータ全体 (約83,000ノード) を用いて、ヒトスケール小脳シミュレーションを達成しましたが、これは小脳の回路がモジュール化された繰り返しの構造になっていることと、五十嵐さんの神経回路シミュレータMONETが採用しているタイル分割による並列化、という特徴により、良好な弱スケーリングが得られたからです。特にMONETは通信の隠蔽なども積極的に取り入れており、高い並列性能をたたき出します。

今回の論文は、「京」コンピュータでヒトスケール小脳シミュレーションができた、という報告で、ここから神経科学的な新たな知見が得られるわけではありません。どちらかというとスパコンのベンチマークに近い内容です。例えば、ヒト全脳シミュレーションに必要なメモリ量や、リアルタイムを達成するために必要な演算量の見積もりが可能になり、「富岳」を用いることでどこまで達成できるのかが見えてきました。具体的には、ヒト全脳シミュレーションは行けそうですが、リアルタイムにはまだ届かなさそうです。ヒト全脳シミュレーションを富士山の頂上だとすると、今回はMONETというバスに乗って5合目まで来ました、という報告です。まだ5合目というべきか既に5合目というべきかわかりませんが、報告する価値があると我々は信じています。

最後に、この論文は、ポスドクの山浦さんが筆頭著者の論文です。3年という短い期間で、かつ実験からの転身という困難を克服して、世に送り出された論文です。山浦さん、おめでとうございます!

卒業式

市村さん (D3)、吉村さん (M2)、砂川さん (M2)、栗山さん (B4)、長谷川さん (B4) が卒業しました。市村さんは無事博士 (工学) を取得しました。また、市村さんと栗山さんはそれぞれ学生表彰と目黒会賞を受賞しました。さらに、吉村さんは4月からOISTの博士課程に進学します。おめでとうございます!

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卒論・修論発表

吉村さんと砂川さん (M2) は2/3, 4に修論発表会、栗山さんと長谷川さん (B4) は2/6, 7に卒論発表会がそれぞれ行われ、全員合格しました。おめでとうございます!

市村さん公聴会

1/20 (月) に市村さん (D3) の博士論文公聴会を開催しました。審査の結果、無事合格となりました。おめでとうございます。

ゆく年くる年2019

今年もこの時期になりました。伊藤先生が亡くなってから早一年。齊藤さんが逮捕されてからもう二年。小脳の研究は今が面白いときなのに、残念です。

今年は海外での活動を頑張りました。

  • 砂川さんがNengo Summer Schoolに参加
  • 栗山さんがGolgi Summer Schoolに参加
  • 山﨑がCNS*2019で神経回路シミュレーションのチュートリアルを開催 (理研五十嵐さんと)
  • Paviaとの共同研究スタート
  • CNS*2019にポスター5枚
  • 年明けにHuman Brain Projectのハッカソン

Human Brain ProjectやIntel Neuromorphic Research Communityなど、国内に閉じない研究を進め、国内に閉じない研究室にしていきます。成果も、小脳強化学習の論文が出版されたり、ポスト「京」の五十嵐さんの論文に共著で入っていたりして、素晴らしいペースとは言いませんが、理論神経科学と高性能神経計算の両方の研究を着実に進めています。教科書の執筆も、やはり素晴らしいペースとは言いませんがじわじわと進めています。既に遅れており多方面に迷惑をかけていますが、来年にはなんとか。

教育としては、市村さんがD3になり学位取得の準備を進めました。9月に無事取得要件を満たす論文が採択されたので、年明けの公聴会で問題なければ、うちの研究室から出る最初の博士になります。M2の吉村君も博士課程は余所に出て更にステップアップする計画を進めています。数値計算の授業はおかげさまで高評価で、年明けに教員向けの授業参観があります。

来年3月には国プロが全部終わって、人が大勢入れ替わります。今年度がちょうど研究室の節目になりそうです。今年度で2^3年目、こんなに大きく育つとは思いませんでした。

来年の目標:

  • 次の大きなプロジェクトを始める
  • 本を出版する
  • 小林さんの成果を論文にする
  • Loihiの成果を形にする
  • より安定した研究費の供給源を確保する

来年は少し落ち着いて、腰を据えて研究ができればと思います。けどどうだろな、学生さらに増えるし。

2019年12月25日
山﨑 匡

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