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한승기,박선희,김원섭,국형태(Seung Kee Han),Seon Hee Park,Won Sup Kim,Hyungtae Kook 한국정보과학회 1998 정보과학회논문지(B) Vol.25 No.1
본 논문에서는 동적 연상 기억망에서 추계 공명을 이용한 새로운 시간 분할 방법을 제안한다. 이 동적 신경망은 흥분성 결합에서는 동기화가 일어나고 억제성 결합에서는 방동기화가 일어나는 생물학적인 신경계의 동적 특성에 기반을 두고 있다. 생물학적인 뉴런은 간단히 문턱치 이하의 주기적인 자극과 잡음의 영향을 받고 있는 일차원 비선형 진동자로 나타내었다. 적절한 세기의 잡음에 대해서 뉴런의 발화는 가해진 주기적인 자극화 동기화 되는 추계 공명이 일어난다. Hopfield 타입의 연상 기억망에 몇 개의 중첩된 입력 패턴이 가해졌을 때, 이 망은 입력 패턴을 시간 분할할 수 있음을 보인다. 시간 분할은 같은 패턴에 속하는 뉴런끼리는 동기화, 그리고 다른 패턴에 속하는 뉴런끼리는 반동기화로 일어난다. 이 신경망의 성능, 시간 분할률은 결합의 세기와 잡음의 세기에 의존함을 보인다. 특히 잡음의 세기에 따라서 시간 분할률이 최대가 되는 최적의 상태가 있음을 보인다. 그리고 이러한 최적 상태는 노드간의 결합의 세기가 커짐에 따라서 점차 낮은 잡음의 세기 쪽으로 이동하는 것을 보았다. 이러한 현상에는 뉴런간의 억제성 결합이 중요하게 작용함을 보인다. We propose a new mechanism of temporal segmentation based on the stochastic oscillatory associative memory. The oscillatory associative memory is motivated by the dynamic behavior of biological neuronal system, where the excitatory(inhibitory) coupling induces synchrony(desynchrony) among the neurons. For simplicity, the biological neurons are represented by the one-dimensional nonlinear oscillators, which are driven by the periodic subthreshold stimulus and random noises. For an optimal noise intensity, the firing events are synchronized with the driving force, that is a kind of stochastic resonance. For a Hopfield type associative memory, we show that the network has the capability of temporal segmentation for an input pattern which is a mixture of some stored patterns. The temporal segmentation is accomplished by the temporal pattern of synchrony among the neurons representing a stored pattern and desynchrony between neurons representing different stored patterns. The performance of the network, temporal segmentation ratio, is shown to depend both on the strength of coupling and noise intensity. Especially it is shown that for an optimal range of noise intensity the network performs optimally and the corresponding noise intensity decreases as the coupling strength increases. It is shown that the inhibitory coupling between different patterns is essential in temporal segmentation for small noise intensity.
Netlogo 프로그램 `Schooling' 을 이용한 무리현상 연구
한승기,이재성,박해성,최용훈 한국물리학회 2008 새물리 Vol.57 No.1
In this study, we have developed a Netlogo simulation program `Schooling' which illustrates flocking phenomena in a self-propelled agent system. The agent-based model includes not only the direct interaction between agents but also the indirect interaction mediated by the media. The important features of the program are that the model is implemented in a user-friendly way and that the characteristics of the flocking and the phase transitions are easily shown by the corresponding order parameters. Using the program, we have shown that the transition between moving and nonmoving states shows the characteristics of a continuous second-order transition. We also have shown that the vortex state can be generated by the effect of the indirect interaction between agents mediated by the media. 본 연구에서는 자발적으로 움직이는 개체 군에서 발생하는 다양한 형태의 무리 형성을 이해하기 위하여 개체 모형에 기반을 둔 Netlogo 프로그램 `Schooling'을 개발하였다. 이 프로그램에서는 개체와 개체간의 직접적 상호작용뿐 아니라, 주변 매질에 의한 개체 간의 간접적 상호작용도 도입하였다. 이 프로그램은 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 만들었으며, 다양한 형태의 무리 형성과 그에 따른 상전이 특성을 보여주도록 개발되었다. 이 프로그램을 이용하여 정적상태 (nonmoving state)에서 동적상태 (moving state)로의 상전이가 2차 상전이 특성이 있음을 보여주었다. 또한, 매질에 의한 상호작용의 효과로 소용돌이 패턴이 형성될 수 있음을 보여주었다.
Dynamic Analysis of Interlocked Positive Feedback Loops
한승기,Cuong Nguyen 한국물리학회 2008 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.53 No.6
Positive feedback loops, which are responsible for reliable switches in biological systems, not only work alone but are also interlocked together. In this paper, we analyzed the possible dynamics of the interlocking of two different types of positive feedback loops, self-enhanced and self-recovering positive feedback loops. Using a bifurcation analysis, we showed that the interlocked positive feed-back loop was able to generate diverse dynamical behaviors. They are classified as monostability, single bistability, non-overlapping, overlapping, nested and merged bistability with or without ir- reversibility. The diversity of dynamical behaviors implies the flexibility of biological systems in response to external stimuli. Positive feedback loops, which are responsible for reliable switches in biological systems, not only work alone but are also interlocked together. In this paper, we analyzed the possible dynamics of the interlocking of two different types of positive feedback loops, self-enhanced and self-recovering positive feedback loops. Using a bifurcation analysis, we showed that the interlocked positive feed-back loop was able to generate diverse dynamical behaviors. They are classified as monostability, single bistability, non-overlapping, overlapping, nested and merged bistability with or without ir- reversibility. The diversity of dynamical behaviors implies the flexibility of biological systems in response to external stimuli.