前庭リザーバ計算

要旨: リザバー計算（RC）は、その学習効率の高さで知られる計算枠組みであり、物理ハードウェアへの実装に理想的です。しかし、物理システムにおいて従来のリザバーが持つ複雑な相互接続性を実現することは、依然として大きな課題です。本論文では、生物の前庭感覚系に着想を得た物理RC方式を提案します。ハードウェアの複雑さを克服するために、設計された非結合トポロジーを導入し、それが完全結合ネットワークに匹敵する性能を達成することを示します。さらに、線形リザバーに対するメモリ容量の公式を導出することで、これらのトポロジー間の違いを理論的に解析し、両方の構成が同等のメモリを与える特定の条件を明らかにします。これらの解析結果は、非線形リザバーシステムに対しても概ね成り立つことを、実証により示します。加えて、リザバーサイズが予測統計およびメモリ容量に与える影響を、体系的に検討します。以上の知見は、非結合リザバー構造が、効率的な物理リザバー計算のための数学的に妥当で、実際に実現可能な道筋を提供することを示唆しています。