54高橋 宏知58Hirokazu TAKAHASHI小野瀬佳文59Yoshinori ONOSE神経反応の多様性を利用した創発型バイオコンピューティング(2014年採択)Emergent bio-computing with heterogeneous neuronal responses(Project 2014)トポロジカル磁気構造におけるスピン起電力に由来した熱電効果の開拓(2015年採択)Thermoelectric effect induced by spin motive force in topological magnetic structures(Project 2015)「神経ダーウィニズム」仮説では，脳は，神経活動パターンの多様化と自然選択により，適応的な情報処理を実現している．しかし，その基本原理として，多様性の創出方法と選択方法は未だ解明されていない．本研究では，創発的バイオコンピューティングの実現を目指して，(i) 神経回路が多様な時空間的パターンを創出するメカニズムを調べたうえで，(ii) 混沌とした神経活動パターンから秩序ある出力パターンを取り出すリザバー計算を試みる．さらに，培養神経回路でロボットを制御する実験により，これらの二つの要素，すなわち，多様な活動パターンの創出とそこからの秩序の抽出が，創発的バイオコンピューティングに重要な要件であることを示す．According to the neural Darwinism hypothesis, variation and selection within neural activity patterns underlie adaptive computation. However, how the neural system generates a rich repertoire of spatio-temporal activi-ties and how the optimal set of activities is selected and utilized from the repertoire remains unknown. In the present study, to establish the principles of emergent bio-computation, we first investigate how the rich reper-toire of activity patterns are generated in dissociate neuronal culture. We then attempt reservoir computing that extracts a coherent output from chaotic neural activities. Lastly, our embodiment experiments, i.e., robot control by neuronal culture, demonstrate that these two factors are crucial to emergent bio-computation.近年，物性物理学の分野では，トポロジー効果による非自明な物理現象の研究が盛んに行われている．本研究では，トポロジカル磁気構造スキルミオン格子を示すMnSiにおける温度勾配に平行方向と垂直方向の熱電効果（ゼーベック効果とネルンスト効果）の測定を行った．ゼーベック効果は磁気相転移点付近で大きな磁場効果が観測された．一方で，ネルンスト効果には磁気転移点以下で磁化に比例した異常項が観測された．異常項の温度・磁場依存性を詳細に解析すると，この異常ネルンスト効果はバンドトポロジーに由来する内因性効果起源であることが明らかとなった．スキルミオン格子状態は磁気秩序状態のうちで狭い温度・磁場の範囲に限られるが，ここでは大きな熱電係数の異常は観測されなかった．Recently, the nontrivial physical phenomena induced by the topology of electron has been attracting much at-tention in the field of condensed matter physics. In this study, we have investigated the longitudinal and tran-severse thermoelectric phenomena (Seebeck and Nernst effects) in a itinerant magnet MnSi, in which a topo-logical magnetic texture, skyrmion crystal emerges. The Seebeck coefficient shows a large magentic field variation around the magnetic transition temperature. There exists the anomalous component of transverse thermoelectric signal (Nernst signal) below the magnetic transition temperature. We have ascirbed the origin of anomalous Nernst signal to the intrinsic mechanism related to the momentum space topology. The thermo-electric coefficient does not show a large variation in the course of transition to the skyrmion crystal.
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