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BRA Data Preparation Manual-jp (v2対応)
Updated automatically every 5 minutes

改定:2023年2月6日
2023年7月改訂

2024年3月改訂

2024年10月改訂

BRA Data Preparation Manual

山川宏、田和辻可昌

本マニュアルで作成方法を解説するBRAデータは、BRA作成に必要となる資料の一部であり、必要な資料の全体像は脳型ソフトウェア設計ガイド _ver.2で、解説されている。よって、そのマニュアルを先に一読することを推奨する。

概要

本資料は、WBAアプローチを体現するBRA駆動開発において、BRA(Brain Reference Architecture)のデータを構築する方法を解説するマニュアルである。BRAは、脳の解剖学的構造のデータであるBIF(Brain Information Flow)と、それに整合した仮説的なコンポーネント図である HCD (Hypothetical Component Diagram) から構成される。

HCDとは、脳の解剖学的構造上で興味の対象となる脳領域(ROI: Region of Interest)が担うタスクや機能を達成できるように、そのBIFの構造に整合するように機能を分解した仮説的なコンポーネント図である(図1)[1]。また、この機能の分解を行うにあたり、機能階層図である機能実現グラフ(FRG: Function Realization Graph)の設計を行う。本マニュアルでは、これらのBIFやHCD、FRGのデータ登録方法を説明する。これらの概念については、脳型ソフトウェア設計ガイド _ver.2、および論文[Yamakawa 21][山川 24]を参照されたい。

以下、HCDに対応するデータを記述するファイルを作業ファイルと呼ぶことにする。またHCDを作成する者をcontributorと呼ぶことにする。

図1:脳参照アーキテクチャ駆動開発の概要図

BRAの作成は、すでに作成されている解剖学的構造のデータ(WholeBIF)を参照して HCDを作成する場合もあるし、必要に応じて、解剖学的構造のBIFとして Circuit や Connection および、その妥当性をサポートする Reference のデータを追記することができる。


BRA駆動開発の詳細については、下記文献
[1] を参照のこと。日本語の概要は、上記論文のプレスリリース文「脳を参考としてヒトのような汎用人工知能を開発する方法論を標準化 」を参照のこと。

シートと各シートにおけるカラムについて

ドキュメント内で変数はイタリック表示としている。

作業ファイルのシート一覧

プロジェクトに対応する作業ファイルには以下のシートが含まれる。

表1: 作業ファイル内に含まれるシート一覧

Sheet name

Description

Editorial role

シート名

説明

Description

編集権限

Project

本プロジェクト全般のメタ情報を記述する

Meta-information for the project

Contributor

References

本プロジェクトで使用する書誌情報をレコード毎に記述する。

A bibliographic item corresponds to a record.

Contributor

Circuits

本プロジェクトで利用するサーキットをレコード毎に記述する

Circuits to be used: a Circuit corresponds to a record.

Contributor

Connections

本プロジェクトで記述するコネクションをレコードを毎に記述する

Connections to be described: a Connection corresponds to a record.

Contributor

FRG

FRGの内容を記述する。各レコードにはNode毎の情報を記述する。

Contents of FRG: a Node corresponds to a record.

Contributor

Settings

WholeBIFの file IDを管理している

WholeBIF file IDs.

Contributor

AdminOnly

データ管理に必要な作業領域

Work area for data management

Administrator

カラム表記

シートごとのカラムの説明は以下の項目について行われる。

(本ドキュメント内の表の編集は、参照元のこちらのシートを利用すること)

Col.

Attribute

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

属性は、記述の必要性に応じて以下の種類によって色分けされている。

mandatory

optional

automatic

Admin Columns

pull request

review

注意点: 様々なシートにおいてレコード(行)を追加する際には、automatic入力のための計算式が脱落する。その際には、周辺の行から計算式をコピーして補う必要がある。

カラム内で複数項目記述

カラム内で複数の項目を記述する際には原則としてセミコロン”;”で分割し、分割された各項目はカラム内では改行して表示する。

管理用の共用カラム群

レコード毎の管理のために、多くのシートで共通的に利用される管理用のカラム群は以下の属性をもつ。HCDの設計に貢献した活動はContributorとProject IDによって識別される。

表2: 管理用のカラム群(共通)

Col.

Attribute

 

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

-

Contributor

主に作成に貢献した者

Those who mainly contributed to the creation

text

-

Project ID

データを構築したプロジェクト名(WholeBIFで未使用なIDとする)

Project name that created the data (assume this is an unused ID in WholeBIF)

text

-

Contributors comments

Contributorsによるコメント

Comments by Contributors

text

-

Status

このレコードの利用状態

Usage status of this record

Valid (default) / Invalid

-

Review results

「Auto Error Codes数+Error Code-1(1/0) + Error Code-2(1/0)+Other Error CodesのError数」の合計値を出力

Outputs the total value of "Number of Auto Error Codes + Error Code-1 (1/0) + Error Code-2 (1/0) + Number of Errors in Other Error Codes"

number

automatic

-

Auto Error Codes

自動で判定可能な Error を「Error数: Error Code番号」で出力

Outputs errors that can be automatically determined as "Error number: Error code number"

Error Codes

automatic

-

Error Code-1

手動によるエラー評価の Error Code番号をリストから選択

Select Error Code number from list for manual error evaluation

Error Code

written by Reviewer

-

Error Code-2

手動によるエラー評価の Error Code番号をリストから選択

Select Error Code number from list for manual error evaluation

Error Code

written by Reviewer

-

Other Error Codes

Error Code-1, Error Code-2以外に Error がある場合には「Error数: Error Code番号」で記述

If there is an error other than Error Code-1 or Error Code-2, write it as "Number of Errors: Error Code Number"

Error Codes

written by Reviewer

-

Review comments

審査にあたってのコメント

Comments on review

text

written by Reviewer

-

Reviewer

レコード内容のreviewer名(First, Middle, Last)

Name of the person who Reviewed the contents of a record(First, Middle, Last)

text

written by Reviewer

-

Reviewed date

審査を行った日付

Date of review

date

written by Reviewer

データ作成手順

HCDの構造を脳の解剖学的構造と整合させるため、HCDはすでに作成されている解剖学的構造のデータであるWholeBIFに記述された構造を流用して作成される。具体的には、HCD上のコンポーネントはWholeBIF上の特定のサーキットに対応づけられ、HCD上の依存関係はWholeBIF上のコネクションに対応付けられる。このHCDの作成では、注目する脳領域であるROI(Region of Interest)とROIで達成する(最上位)機能、すなわちTLF(Top-Level Function)を設定し、TLFを機能分解(FRGの作成)することで行う(詳細は脳型ソフトウェア設計ガイド _ver.2を確認のこと)。

HCDは基本的に WholeBIFを参照して作成する。しかし、必要に応じて解剖学的構造(CircuitやConnection)および、その妥当性をサポートするReferenceのデータを追記することができる。詳しくはBIFデータの作成を参照。

準備

記述手順

Step.1 準備

Step.2 HCD作業ファイルの作成

作業領域に Template-v2-1-1.braをコピーし([ファイル]→[コピーを作成]) 、ファイル名を「(プロジェクト名).bra」に変更する。

以下これを作業ファイルと呼ぶことにする。

注意:Template-v2-1-1.braは DHBA (Allen Developing Human Brain Atlas) [2] が提供するデータを一部用いております。したがって、 Template-v2-1-1.braおよびこれを基に作成されたBRAデータの利用にあたっては、以下のDHBA の Terms of Use が適用されます。

DHBA Terms of Use:

 https://alleninstitute.org/legal/terms-use/ 

Step.3 BIFデータの準備

必要に応じて解剖学的構造(CircuitsやConnections)および、その妥当性をサポートするReferencesのデータを追記する。詳しくはBIFデータの作成を参照。

Projectの作成(“Project”シート)

作業ファイルの “Project”シートにおいてProjectを定義する。

カラムの説明

本シートは以下のカラムを含むレコードによって記述される。

表3-1: Projectシートに含まれるカラム#1/2

Col.

Attribute

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

A

Contributor

主に作成に貢献した者のフルネーム

full name of the person who primarily contributed

"first name (middle name) last name"

B

Project ID

データを構築したプロジェクト名(WholeBIFで未使用なIDとする)

name of the project for which the data was constructed (specify an unused ID in WholeBIF)

text

C

List of contributors

設計者のフルネームリスト

List of full names of contributor

list of names each name is composed by "first name, middle name, last name". The delimiter is a semicolon ";".

D

Description

プロジェクトの説明

project description

text

記述手順

  1. Contributorを記述する
  2. Project IDを記述する
  1. WholeBIFに登録済みのProject IDを登録した場合、エラー出力となる。
  1. 但し、自身でWhole BIFにCircuitを登録済みの場合、エラーは無視する
  1. 必要に応じてList of contributorsを記述する
  2. 必要に応じてDescriptionを記述する

Project IDの命名規則

initial + year + runingTitle の形式を持つString。

特殊文字、空白などの文字は用いないでください。

ここで

例:
Example:

YT20Oculomotor

  • initilal :  YT (Yoshimasa Tawatsuji)
  • year :    20 (2020年)
  • runningTitle :  Oculomotor

AT20HippocampalFormation

  • initilal :  AT (Akira Taniguchi)
  • year :    20 (2020年)
  • runningTitle :  HippocampalFormation (hippocampal formation)

AF18PathIntegration

  • initilal :  AF (Ayako Fukawa)
  • year :    18 (2018年)
  • runningTitle : PathIntegration (path integration)

自動審査の対象レコード範囲の記述

Projectシートにおいて自動審査の対象となるレコードの範囲を設定する。具体的には、自動審査の対象となるSheet(References、 Circuits、 Connections、FRG)毎に、審査対象とする最終レコードの行数を、表3-2の以下のカラムに記入する。

カラムの説明

表3-2: Projectシートに含まれるカラム#2/2

Col.

Attribute

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

A

Sheet Name

「Review End Line」の制御対象となるシート名

Sheet name to be controlled by "Review End Line"

-

B

Review End Line

自動審査の対象となるシートにおいて、対象とする最終レコードを指定する行数

Number of rows that specify the final record to be targeted in the sheet that is subject to automatic review

natural number

記録手順

  1. 最初の行にReferencesシートについてのReview End Lineを記述する
  2. 2番目の行にCircuitsシートについてのReview End Lineを記述する
  3. 3番目の行にConnectionsシートについてのReview End Lineを記述する
  4. 4番目の行にFRGについてのReview End Lineを記述する

※Review End Lineを適切に設定しないとBRA Review Toolが正常に動作しない。

BIFデータの作成

BIFデータの作成は、本資料の以下の追記によって行うことができる。

機能実現グラフの作成 (“FRG”シート)

作業ファイルの“FRG”シートを用いて、機能実現グラフのデータ登録を行う。機能実現グラフや機能実現グラフに対する評価の詳細については以下の資料を参照のこと。

カラムの説明

表5: FRGシートに含まれるカラム記述手順

Col.

Attribute

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

A

Node ID

ノードの識別子

Identifier of a node

string

automatic

B

Circuit ID

サーキットの識別子

Identifier of a circuit

string

automatic

C

Source of ID

Circuit IDの出所 (DHBAを推奨)

Source of Circuit ID (DHBA recommended)

Ontology ID/Reference ID/ “collection” / “makeshift”

automatic

D

Names

サーキットのラベル

Circuit labels

strings

automatic

E

DHBA: graph_order

計算機能に関連するコメント

Comments on computational function

digit

automatic

F

DHBA: name

DHBAで定義された名前

Name defined in DHBA

text

automatic

G-S

DHBA: Lv. X

DHBAにおける脳内器官の分類階層

Classification hierarchy of brain organs in DHBA

text

automatic

T

Sub-Circuits

包含するサーキットのリスト(部分全体関係)

List of circuits to include (part-whole relationships)

list of Circuit IDs (split by ";")

automatic

U

Super Class

上位クラス(継承関係)

Upper class (inheritance relation)

list of Circuit IDs (split by ";")

automatic

V

Uniform

Uniform Circuitであるか否か

Whether it is a Uniform Circuit

True/False

automatic

W

Transmitter

神経伝達物質の種別

Type of neurotransmitter

Glutamate/Dopamine/Acetylcholine/GABA

automatic

X

Modulation Type

神経伝達の機能的な形態

Functional form of neurotransmission

Excitatory/Inhibitory/Modulatory

automatic

Y

Size

ニューロン数

Number of neurons

text ※RI

automatic

Z

Projections

軸索が投射するサーキットのID

ID of the circuit to which the axon projects

list of Circuit IDs (split by ";") ※RI

automatic

AA

Physiological Data

神経活動データ

Neural activity data

Index to data (URLs, drawings in papers, etc.)

automatic

AB

Comments

コメント

Comments

text

automatic

AC

Node ID

ノードの識別子

Identifier of a node

string

AD~

Subnodes

直下位のノード

Labels for Subnodes

strings (split by “;”)

✓(only in case that the node has subnodes)

Circuit ID

Component に相当する Uniform Circuit の Circuit ID

Circuit ID of Uniform Circuit allocated to a component

Circuit IDs (split by ";+CR")

✓ (only in case that the node is a component)

Projected Circuits

出力先のCircuit ID

Circuit IDs of projection targets

Circuit IDs (split by ";+CR")

✓ (only in case that the node is a component)

Projected Circuit Validation

出力する投射が解剖学的に妥当であるかの判定

Determining if the output projection is anatomically appropriate

-': good

'x': error

automatic

Uniform Circuit

Node IDに含まれるUniform Circuit ID

Uniform Circuit IDs included in Node ID

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

Input Circuits

このノードへの入力となるCircuit ID(ノード内の投射は省かれる)

Circuits projecting to this node.

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

Output Circuits

このノードから投射を受けるCircuit ID(ノード内の投射は省かれる)

Circuits projected from this node.

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

[WS] Uniform Circuit Collections

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

[WS] Merged Input Circuits

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

[WS] Merged Input Circuit Collections

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

[WS] Merged Output Circuits

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

[WS] Merged Output Circuit Collections

Circuit IDs (split by ";+CR")

automatic

Interface

このノードのInterface

Interface of this node

text

automatic

Implementation

このノードのImplementation

Implementation of this node

text

Capability Realization by Implementation (LLM)

このノードに対する Implementation Capability Realizationの説明に対するLLMの評価

text

automatic

Capability Realization by Implementation

このノードに対する Capability Realization by Implementation の説明

Explanation for Capability Realization by Implementation of this node

text

✓(if Capability is given)

Implementation of Uniform Circuit

このノードに対するUniform Circuit のImplementation

Implementation of Uniform Circuit attributed to this node

text

✓(if Uniform Circuit is given)

Capability

このコンポーネントのCapability

Capability of this node

text

Capability Synthesis (LLM)

このノードに対する Capability Synthesisの説明に対するLLMの評価

text

automatic

Capability Synthesis

このノードに対する Capability Synthesisの説明

Explanation for Capability Synthesis of this node

text

Requirements Realization by Interface (LLM)

このノードに対する Interface Requirement Realizationの説明に対するLLMの評価

text

automatic

Requirements Realization by Interface

このノードに対する Requirements Realization by Interface の説明

Explanation for Requirements Realization by Interface of this node

text

Requirements Endorsement by Capability (LLM)

このノードに対する Capability Requirement Realizationの説明に対するLLMの評価

text

automatic

Requirements Endorsement by Capability

このノードに対する Requirements Endorsement by Capability の説明

Explanation for Requirements Endorsement by Capability of this node

text

Requirements

このノードのRequirements

Requirements of this node

text

Requirements Synthesis (LLM)

このノードに対する Requirements Synthesisの説明に対するLLMの評価

text

automatic

Requirements Synthesis

このノードに対する Requirements Synthesisの説明

Explanation of Requirements Synthesis of this node

text

Output Semantics

このノードの出力の信号の意味

Output semantics of this node

text

Comments

コメント

Comments

text

✓ (if any)

Review results

「Auto Error Codes数+Error Code-1(1/0) + Error Code-2(1/0)+Other Error CodesのError数」の合計値を出力

Output the total value of "Auto Error Codes number + Error Code-1 (1/0) + Error Code-2 (1/0) + Other Error Codes"

number

automatic

Auto Error Codes

自動で判定可能な Error を「Error数: Error Code番号」で出力

Output error that can be automatically determined by "Error Code: Error Code Number"

Error Codes

automatic

Error Code-1

手動によるエラー評価の Error Code番号をリストから選択

Select an error evaluation error evaluation from the list from the list

Error Code

written by Reviewer

Error Code-2

手動によるエラー評価の Error Code番号をリストから選択

Select an error evaluation error evaluation from the list from the list

Error Code

written by Reviewer

Other Error Codes

Error Code-1, Error Code-2以外に Error がある場合には「Error数: Error Code番号」で記述

If there is Error other than Error Code-1 and Error Code-2, describe it in "ERROR Code Number"

Error Codes

written by Reviewer

Review comments

審査にあたってのコメント

Comments on review

text

written by Reviewer

Reviewer

レコード内容のreviewer名(First, Middle, Last)

Name of the person who Reviewed the contents of a record(First, Middle, Last)

text

written by Reviewer

Reviewed date

審査を行った日付

Date of review

date

written by Reviewer

Review Summary

審査結果の概要

Summary of confirmation

text

automatic

カラムAEの「Circuit ID」を指定することでカラムのB~ABの値が自動的に計算される。

FRGの記述は、Node/Subnodeの情報、Circuit ID情報、投射情報、機能に関する情報の登録からなる。作業ファイル上の FRGシートを編集する。

※FRGの可視化ツールについて

FRG作成補助ツールとしてFRG可視化ツールが用意されている。Nodeの階層関係の確認などのために適宜利用いただくことを推奨する。可視化ツールについては可視化ツールXML-Viewの使用方法 ver2.0を参照のこと。

Nodeとその依存関係のデータ登録

Step.1 Node IDの登録

必須項目であるNode ID(ACの登録を行う。この列を記載することで、A列のNode IDにも同様の内容が自動で表示される。

表.ew Node IDの構成概念

構成概念

Requirement

Capability

Assembly

Uniform-Circuit

記法

R.(Requirement名)

C.(Capability名)

A.(Cicuit名)

U.(Uniform-Circuit名)

説明

Requirement名に基づく

Capability名に基づく

BIF上で定義されたCircuitに基づく。

BIF上で定義されたCircuitに基づく。一つの信号のOutput semanticsを対応付ける単位

一般に利用しやすい範囲

構造の上位

構造の下位より少し上

構造の下位より少し上

構造の下位

R.FearExtinctionControl

C.MutualInhibition

A.INA

(対応サーキットなし)

R.KeepNonFearState

C.ContinuousInhibitoryOutput

-

U.INAvm

Step.2 Subnodesの登録

Subnodes列(AD列)に対して各行ごとにNode IDの直下のNode IDを登録する。登録順序は行が上になるほど、FRGの上位のノードになることが望ましい。NodeがLeaf Nodeの行の場合は記述せず、空欄のままにしておく。Leaf Node とは、FRGの末端のノードである(詳細は、脳型ソフトウェア設計ガイド _ver.2)。

複数の Subnode が含まれる場合は「;」で区切ってIDを登録する。このとき、分割された各項目はカラム内では改行して表示する。

記入例:

Node ID

Subnodes

R.Node

R.SubNode1;

R.SubNode2;

Step.3 Circuit IDの登録

Node ID が Leaf Node の行にのみ、本Stepを実行する。

Step.4 投射情報の登録

※Node ID が Leaf Node の行にのみ、本Stepを実行する。

Projected Circuits 列(AF列)に対して、各行ごとに、以下のカラム毎の情報について登録や確認を行う。

この操作を終えると、Projected Circuits Valiadtion(AG列)/Uniform Circuits(AH列)/Input Circuits(AI列)/Output Circuits(AJ列)が自動的に計算され、表示される。以下の内容を確認する。

間接的なConnectionの証拠 (Output Circuit Validationでのエラー対応)

BRA駆動開発では、HCDの設計に利用される接続は解剖学的構造に裏打ちされている必要がある。しかしながら、HCDの設計においては現時点で知られている解剖学的な接続よりも細かいUniform Circuit間での接続を扱うか、より大きなサーキットを扱う必要性が生じる。

こうした事態に対応するために、より大きなサーキット間に接続関係が知られていれば、その部分構造となるUniform Circuit間での接続を許容する記述をConnectionシート上において記述したり、より大きなサーキット間における接続を記述したりする方法を提供している。

具体的には Connectionシート上において以下のように記述する。(Connectionsの追加(”Connections”シート) の「カラムの説明」を参照)

例えば送信側のサーキットでは以下のように記述する。扱いたい送信側のサーキット識別子 (Sender Circuit ID (sCID)) と、文献に記載されたsCIDに対応する回路 (Notation of sCID in Literature) カラムに記載された包含関係 (sCID relation) を記述する。

受信側のサーキットについても同様に、Receiver Circuit ID (rCID)カラム、rCID relationカラム、Notation of rCID in Literatureカラムを利用して記述する。

機能に関するデータ登録

FRGにおけるノードの機能に関連するデータである、Requirement / Capability / Interface / Implementation の記法について示す。各記述内容と記述形式は以下のとおりである。

表. Requirement / Capability / Interface / Implementation の記述内容と記述形式

機能属性

記述内容

記述形式

Function

Requirement

機能ノードに対する要求としての機能。入出力のOutput semanticsにより位置づけられる。

自然言語

Capability

機能ノード内部のImplementationをによって実現される機能。

自然言語

Source code

Interface

機能ノードのインタフェース

疑似Code

Implementation

機能ノード内で行われる計算処理(メカニズム)

疑似Code

※各機能属性の概念的な詳細は脳型ソフトウェア設計技術の再検討を参照のこと。

Implementation of Uniform Circuit カラムの記法

Implementationの登録は、Leaf Nodeを対象とする。記述先は「Implementation of Uniform Circuit」列。

対象となるレコード:

Implementationカラムでは、Node IDと伝達物質タイプの記法を用いて具体的な実装計算について記述する。記法は以下の通りである。

手順

 1.入力のUC:"Input Circuits"(AI列)のリストを用意する

 2. 出力の"Uniform Circuit"(AH列)を取得する

 3. 1, 2で得られた Input Circuitsと出力のCircuit IDを用いて、

 [“Modulation type”(出力のCircuit ID), “Modulation type(I,E)”(出力のCircuit ID),...] = “関数表現” or NodeID(“Modulation type(I,E)”(Input Circuit), “Modulation type(I,E)”(Input Circuit), ...)

  と記述する。

擬似コードの記述例について示す。

関数表現を条件付確率で表す場合:

 ・[I(INAvm)] =  P(INAvm | INAvm, KeepFearState, BAE)

Mechanism カラムの記法

Mechanism カラムには、Neural structureと付帯情報(時定数などを含むパラメータなど)に基づいて、Capabilityを実現するための計算機構を記述する。ただし,文脈情報(Output semantics)を含めない。

記述対象となるレコード:

記述例

Capability カラムの記法

Capability カラムには、機能ノード内部による Mechanismによって実現される機能であり、入力信号から出力信号への変換の記述をする。

記述対象となるレコード:

記述例

Requirements カラムの記法

機能ノードに対する要求としての機能であるRequirementsを説明する。説明は Capability の説明に Output Semantics の情報を加えて記述する。

記述例:

Output Semantics カラムの記法

記述対象となるレコード:

Output SemanticsカラムにはNodeに対応する Group Componentから出力しているすべての Uniform Circuit の Circuit ID とそれらの「出力の信号の意味」を、以下の記述様式にしたがって記述する。

記法

 ”[Circuit ID] Output Semantics の説明;

記述内容

なお、参考文献を付記する場合には、適宜カラム内でReferenceを記述し、そのReference を Referenceシートに記述する。

記述にあたっての注意事項

Node には階層構造があるため、上位ノードと下位ノードには同一の Uniform Circuitが含まれることがある。ある Uniform Circuit に対して、上位ノードでの Output semantics の記述と下位ノードでの Output semantics の記述は、特殊ー具体の意味で一貫・整合的である必要がある。

Region categoryがoutputになっている uniform circuit については、必ずしもoutput semanticsを記述する必要はない。この場合は、”(Omitted as optional)”と記載する。

記述例

  • [ LHNl ] modulated motor/decision signal under negative (evaluation) condition
  • [ LHNl ] modulated motor/decision signal according to the degree of preventing/delaying and motor selection signal
  • [ STR ] signal selecting motor actions

機能設計に関わる関係の評価に関するデータの登録

設計される機能に関わる関係の評価としては、以下の2つのデータの登録を行う。これらは英語を用いて各カラムに記述する。

Title

Target

Base

階層性

Description

ver 2.1

ver 2.1.1

Requirement realization by Interface

Requirement realization by interface

Requirement

Interface

同一

Interfaceにおける入出力のOutput semanticsに基づきRequirementを果たせることを説明する。(先行する実現事例等に基づく)

Capability realization by Implementation

Mechanism

Capability

Implementation

Component

ImplementationによってCapabilityを実現することを説明する。

Requirement realization by interface

記述内容:

記述例:

以下の Output semantics と Requirementsに対するRequriement realization by interfaceの説明例を挙げる.

Modulated motor/decision signal under negative (evaluation) condition can be calculated with two inputs of motor/decision signal and signal of evaluative control and motor/decision signal. Detailed calculation is written in the column "Mechanism."

Mechanism

記述内容:

記述例:

以下のCapabilityに対するMechanismの説明例を挙げる.

Iutput signal ( InputCircuit ) is modulated by gating motif (C.Gating-1). Gating-1 is modulated from two inhibitory signals (GPe in R.Goal-based-decision and STR) in the manner of OR operation. These two signals are orginated from the input singal ( dmPFC ). The modulated signal is output of this group component ( LHNl ).

Region Category列

Output string

Node type

Status

Description

inROI

Group node

Normal

ROIに含まれている Component をSubnodeに含むGroup node

outROI

Group node

Normal

input、output、input/outputをsubnodeに含む Group node

input/output

Component

Normal

input と output を同時に満たす Component

input

Component

Normal

ROIへの入力となるComponent

output

Component

Normal

ROIからの出力先となるComponent

(Fill the Circuit ID)

Component

Error

Subnodeが書かれていない(Componentである)にもかかわらず、Circuit IDが書かれていない

(Must be in or connected to ROI)

Group node

Error

Input、Output、inROIの判断が与えられたデータからできない

(エラー対応方法は、BRA Data Preparation Manualを参照)

(Must be in or connected to ROI)が表示された場合の対応方法

このエラーが出た場合は、以下のいずれかの対応を行う。

Referencesの追加 (“References”シート)

“FRG”シートで利用するReference情報が “References”シート内に列挙されている。

このシート内では予め WholeBIFファイル内の “wbReference”の情報が参照されているが、さらに追加したい参考文献をレコード毎に独自に追加することができる。

カラムの説明

Referenceシートは以下のカラムを含むレコードによって記述される。

表7: Referencesシートに含まれるカラム

Col.

Attribute

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

A

Reference ID

筆頭著者姓, 発表年

author, year

text, 4-digit number

automatic

B

Doc. Link

文献のリンク

Link of literature

url texts

automatic

C

BibTex link

BibTex情報を取得するためのサイトへのリンク

Link to the site to obtain BibTex information.

url texts

automatic

D

DOI

DOIコード

Digital Object Identifier

a doi text

E

BibTex

BibTex形式の書誌情報

F

Literature type

文献内容の種類(レビュー、教科書など)

Type of literature content (review, text, etc.)

text

G

Type

資料の種類

type of document

pull-down menu

automatic

H

Authors

著者リスト

author list

text

automatic

I

Title

タイトル

title

text

automatic

J

Journal names

文献を掲載している雑誌・書籍などの名前

Name of the journal, book, etc. in which the literature is published

string

automatic

K

Alternative URL

参考URL

URLs

url texts

L-R

Admin Columns

管理用カラム群

Administrative Column Groups

-

-

Referenceの追加手順

本データ内のAカラムにある赤色のセル以降は、WholeBIFのwbReferencesに対する参照である。

よってレコードの追加は、その赤色セルより上の部分に対して行う。

行数が不足する場合には、赤色セルより上に行を挿入して計算式を複製する。

DOIが得られる文献の場合:

文献のDOIが既知であれば、doi2bibサイトの機能を利用して簡単に文献登録を行える。

手順:

  1. 追加したい文献のDOIを取得する
  2. DOIカラムにDOIを入力する、BibTex linkカラムのBiBリンクをクリックする
  1. エラーが表示されたら、一度 https://www.doi2bib.org/ を直接クリックすると回復する場合がある。(特に初回アクセス時)
  1. doi2bibサイト内でBib情報を得る「Copy Bib to Clipboard」
  2. BibTexカラムに上記情報をペーストする
  3. automaticeの列に値が自動的に挿入される
  4. 自動的に挿入された値が不適当であったら適宜にBibTexカラムの内容を修正する
  5. Literature typeカラムの内容を入力する
  6. Contributorカラムに主に作成に貢献した者の名前を登録する(管理用共通カラム群参照)
  7. ProjectIDカラムにProjectIDを登録する(管理用共通カラム群参照)

DOIを得られない文献の場合:

文献のDOIを得られない場合には、独自にBibTex情報を作成することで文献を登録する。

手順:

  1. 追加したい文献のBibTex情報を作成する(各情報は “{”, “}”で囲む形式)
  2. BibTexカラムに上記情報をペーストする
  3. automaticeの列に値が自動的に挿入される
  4. 自動的に挿入された値が不適当であったら適宜にBibTexカラムの内容を修正する
  5. Literature typeカラムの内容を入力する
  6. Contributorカラムに主に作成に貢献した者の名前を登録する(管理用共通カラム群参照)
  7. ProjectIDカラムにProjectIDを登録する(管理用共通カラム群参照)

Circuitsの追加(“Circuits”シート)

本シートでは以下の2つの対応を行う。

Circuitsの追加

“FRG”シートで利用するCircuits情報が “Circuits”シート内に列挙されている。

このシート内では予め、WholeBIFファイル内の “wbCircuits”の情報が参照されているが、さらに追加したい参考文献をレコード毎に独自に追加することができる。

非Uniform Circuitsからの投射を記述する方法【重要】

BIFデータの記述においては、比較的大きな脳部位である非Uniform Circuitからの投射を記述したくなることがある。例えば、HCDを設計する際には、実現すべき機能仮説を記述するために、非Uniform Circuitから何らかのOutput Semanticsをもつ信号を出力するような記述を行いたくなる。

しかしながらBIFデータにおいて、「投射の始点となれるのはUniform Circuit[3]のみ」であるため、そうした記述を行うことは許されない。

この場合における望ましい対応策は、非Uniform CircuitsのSub-Circuitsとして解剖学的に既知のUniform Circuitを記述し、そこから投射(出力)を行うというアプローチである。

しかしながら、解剖学的知見の不十分さなどにより、非Uniform Circuit内において投射を担うべきUniform Circuitを特定することが困難な場合も少なくない。その場合の対応策は、非Uniform CircuitsのSub-Circuitsとして暫定的なUniform Circuitを作成し、そこからの出力(投射)を記述することである。なお、そのUniform Circuitの Source of IDを"makeshift"とする。

以上のいずれかの対応策により、非Uniform Circuitsからの投射も、BIF形式に準拠した形で記述できる。

カラムの説明

Circuitシートは以下のカラムを含むレコードによって記述される。

表8: Circuitシートに含まれるカラム

Col.

Attribute

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

A

Circuit ID

サーキットの識別子

Identifier of a circuit

string

B

Source of ID

Circuit IDの出所 (DHBAを推奨)

Source of Circuit ID (DHBA recommended)

Ontology ID/Reference ID/ “collection” / “makeshift”

C

Names

サーキットのラベル

Circuit labels

strings

D

DHBA: graph_order

DHBA上の記述位置を示すための識別子

Identifier to indicate the description position on DHBA

Numeric with decimal places

E

DHBA: name

DHBAで定義された名前

Name defined in DHBA

text

default value

F-R

DHBA: Lv. X

DHBAにおける脳内器官の分類階層

Classification hierarchy of brain organs in DHBA

text

default value

S

Sub-Circuits

包含するサーキットのリスト(部分全体関係)

List of circuits to include (part-whole relationships)

list of Circuit IDs (split by ";")

✓(if collection)

T

Super Class

上位クラス(継承関係)

Upper class (inheritance relation)

list of Circuit IDs (split by ";")

U

Uniform

Uniform Circuitであるか否か

Whether it is a Uniform Circuit

True/False

V

Transmitter

神経伝達物質の種別

Type of neurotransmitter

Acetylcholine/Dopamine/GABA/Glutamate/Glycine/Serotonin

✓(Highly recommended if uniform)

W

Modulation Type

神経伝達の機能的な形態

Functional form of neurotransmission

Excitatory/Inhibitory/Modulatory

✓(if uniform)

X

Size

ニューロン数

Number of neurons

text ※RI

Y

Output Semantics (0)

このコンポーネントの出力に対する、広く合意された外部からみた解釈

Widely agreed external interpretation of component output

text ※RI

Z

Physiological Data

神経活動データ

Neural activity data

Index to data (URLs, drawings in papers, etc.)

 

AA

Comments

コメント

Comments

text

AB-AI

Admin Columns

管理用カラム群

Administrative Column Groups

-

-

属性の補足説明

Names

サーキットのラベルであり複数記述できる。Circuit IDが 略語(頭字語)の場合、フルネームを左端に書き、同義語を ; 区切りでリストする。英語以外の名前をつけたい場合はISO639コードを@の後につける。Circuit ID と同じ場合は書かなくてもよい。

例:

Example:

hippocampus@en;海馬@ja;해마체@ko

DHBA: graph_order

右図のようなDHBAの表示に用いられる、IDの順序情報であり{1,...,3316}の整数である。

(c.f. Interactive Atlas Viewer)

DHBA以外のサーキット(makeshitなど)を付け加えた場合には、そのサーキットが所属するもっとも細かい粒度のサーキットにおけるgraph_orderに小数点以下の値を付与した値を適宜設定する(複数のサーキットに同じ値をあたえることは問題ない)。

例えば、下図の例ではCA1の一部であるCA1_distalやCA1_proximalに対して、CA1のgraph_orderに小数点以下を付け加えた値を設定している。

Size

Uniform Circuitのニューロン数を示す。

書式

“[“author, year, size, taxon”]”

ここで

size :ニューロン数

taxon :動物種名(Project Sheet の項参照)
author,year = reference ID(Reference Sheet を参照)

Output Semantics (0)

Output Semantics (0)の記述内容は1つ以上のReference (“[“ Reference ID “]”) を含む。
(公式審査では参考文献を確認する。)

Circuitの追加手順

本データ内のAカラムにある赤色のセル以降は、WholeBIFのwbCircuitに対する参照である。よってレコードの追加は、その赤色セルより上の部分に対して行う。

行数が不足する場合には、赤色セルより上に行を挿入して計算式を複製する。

手順:

  1. 新たに追加するCircuit IDの文字列を定義する
  1. 特定レコードのCircuit IDカラムに定義した文字列を記述する
  2. 同レコードのSource of IDカラムに、Circuit IDの解剖学的な出所を表す以下を記述する。値は以下のいずれかである。このシートには解剖学的な事実を記述するものであるため、例えばHCD構築の必要性等から仮説として導入するCircuitでは “makeshift”と指定する。
  1. 同じレコードのNamesカラムに、一般的な脳器官の名前を記述する
  2. 登録する脳器官を含む最小のDHBA由来のサーキットのDHBA: graph_orderに対して小数点以下の数字を付与して、DHBA: graph_orderカラムに登録する。
  3. 必要に応じて Sub-Circuitsカラム、Super Classカラムを記述する
  4. Uniformカラムを記述する
  5. Uniform=TRUEの場合には、Transmitterカラム、Modulation Typeカラムを記述する
  6. 必要に応じて、Sizeカラム、Output Semantics (0)、Physiological Dataカラム、Process (0)カラムを記述する
  7. Contributorカラムに主に作成に貢献した者の名前を登録する(管理用共通カラム群参照)

ROIの指定(必須)

2行目に ROI に関する情報を以下の用法で記載する。

Col.

説明

記述用法

Circuit ID

サーキットの識別子

“ROI_ProjectID

Source of ID

Circuit IDの出所 。本データに関する学術論文(データ論文含)をReference に登録し引用する

Source of IDの記述用法に従う

Names

サーキットのラベル

“ROI of ProjectID

DHBA: graph_order

DHBA上の記述位置を示すための識別子

DHBA:graph_orderの記述用法に従う

Sub-Circuits

包含するサーキットのリスト(部分全体関係)。ROIに含まれるすべての CircuitID を記述する(※)

CircuitIDの末尾に”;”をつける

Uniform

Uniform Circuitであるか否か。ROIは Uniform Circuitでないので、Falseにする。

False

※ROIのsub-circuitsに登録された情報を用いて、FRGシートのRegion Categoryが決定する

Connectionsの追加 (“Connections”シート)

“FRG”シートで利用するConnections情報が “Connections”シート内に列挙されている。

このシート内では予め、WholeBIFファイル内の “wbConnectons”の情報が参照されているが、さらに追加したい参考文献をレコード毎に独自に追加することができる。

なおConnectionは、異なる情報源に基づくならば同じsCIDからrCIDへの投射を複数個登録できる。

なお、カラムA~Fにかかわる、包含関係を含むサーキットの扱いについては、間接的なConnectionの証拠(Output Circuit Validationでのエラー対応) を参照のこと。

カラムの説明

Connectionsシートは以下のカラムを含むレコードによって記述される。contributorが記述するのはカラムA〜Nまでであり、それ以降のカラムN〜ACまでは自動的に計算される。

表9: Connectionsシートに含まれるカラム

Col.

Attribute

 

Description

Values

Mandatory

Col.

属性

説明

Description

値の記述

必須記述事項

A

Sender Circuit ID (sCID)

送信側のサーキット識別子 (Uniform Cicuitのみ指定可能)

Sending side circuit identifier (can only be specified for Uniform Cicuit)

string

B

sCID relation

文献に記載されている回路とsCIDの包含関係

Inclusion of circuits and sCIDs listed in the literature

<,'=,>

C

Notation of sCID in Literature

文献に記載されたsCIDに対応する回路

Circuitry corresponding to the sCID described in References

string

✓(if sCID relation is not "=")

D

Receiver Circuit ID (rCID)

受信側のサーキット識別子

Receiving Circuit Identifier

string

E

rCID relation

文献に記載されている回路とrCIDの包含関係

Inclusion of circuits and rCIDs listed in the literature

<,'=,>

F

Notation of rCID in Literature

文献に記載されたrCIDに対応する回路

Circuitry corresponding to the rCID described in References

string

✓(if sCID relation is not "=")

G

Size

この投射に含まれる軸索数

Number of axons included in this projection

number+[Reference ID]

recommended

H

Comments

任意のコメント記述

Optional comment description

text

I

Reference ID

筆頭著者姓, 発表年

author, year

text, 4-digit number

J

Taxon

動物種

Animal species

string

K

Measurement method

解剖学的構造を決定するために使用される測定技法 (適切な選択肢が無い場合には、エラーを無視して書き込みください)

A measurement technique used to determine anatomical structure (If there is no appropriate option, please ignore the error and write in)

string

L

Pointers on literature

文献上で投射に言及した記述の抜粋

Texts referring to projection in the literature

text

✓(At least one of the two must be described.)

M

Pointers on figure

文献中で投射を示した図面

Drawings showing projection within the literature

text

N

In-depth literature

本投射のより詳細な調査を行うためのリファレンスID

Reference ID for conducting in-depth research on this projection

Reference ID

O

Doc. Link

文献のリンク

Link of literature

URL

automatic

P

Journal names        

文献を掲載している雑誌・書籍などの名前

Name of the journal, book, etc. in which the literature is published

string

automatic

Q

Literature type

文献内容の種類(レビュー、教科書など)

Type of literature content (review, text, etc.)

string

automatic

R

Display string per join

レコードごとに決定されたprojction カラムの表示に用いる文字列要素

String element used to display projection columns determined from each record

string

automatic

S

Combined string for search

sCIDとrCIDをconcatinateした、同一のprojectionを検索するための文字列

String used to search for identical projecitons concatenated with sCID and rCID

string

automatic

T

[Reference ID]

括弧付きのReference ID

Parenthesized Reference ID

string

automatic

U

Souce region score

送信回路に対する文献上の回路記述との解剖学的包含関係から推定される信憑性

Credibility estimated by the anatomical inclusion relationship with the circuit description in the literature to the sender circuit

Continuous value [0,1]

automatic

V

Receiver region score

受信回路に対する文献上の回路記述との解剖学的包含関係から推定される信憑性

Credibility estimated by the anatomical inclusion relationship with the circuit description in the literature to the receiver circuit

Continuous value [0,1]

automatic

W

Journal score

Journalで評価された信憑性

Credibility evaluated by Journal

Continuous value [0,1]

automatic

X

Literature type score

Literature typeで評価された信憑性

Credibility evaluated by Literature type

Continuous value [0,1]

automatic

Y

Taxon score

Taxonで評価された信憑性

Credibility evaluated by Taxon

Continuous value [0,1]

automatic

Z

Method score

Methodで評価された信憑性

Credibility evaluated by Method

Continuous value [0,1]

automatic

[

Credibility rating (CR)

レコード毎の信憑性の評価値

Evaluated value of credibility per record

Continuous value [0,1]

automatic

AA

Summarized CR

同じ投射の信憑性を統合した評価値

Integrated credibility rating for the same projection

Continuous value [0,1]

automatic

AB

Reviewed CR

検証済みのCR

Validated CR by Reviewer

Continuous value [0,1]

automatic

AC

Summarized Reviewed CR

検証済みのSummarized CR

Summarized CR validated by Reviewer

Continuous value [0,1]

automatic

AD-AJ

Admin Columns

管理用カラム群

Administrative Column Groups

-

-

Connectionの追加手順

本データ内のAカラムにある赤色のセル以降は、WholeBIFのwbConnectionsに対する参照である。よってレコードの追加は、その赤色セルより上の部分に対して行う。

行数が不足する場合には、赤色セルより上に行を挿入して計算式を複製する。

手順

  1. 送信側サーキットの登録(カラムA~Cに記述)
  1. カラムAに送信側のサーキット識別子(sCID)を登録する
  1. Uniform Circuitのみが登録可能である。
  2. 適切なサーキット識別子が存在しない場合には、Circuitシートの行に追加登録する。
  1. 文献に記述された対応する回路との解剖学的包含関係をカラムBに記述する
  1. 一致していれば “‘=”(アポストロフィー付きの=記号)、文献上の回路に包含されていれば “<”、文献上の回路を包含していれば “>”と記述する。(但し、プルダウンメニューに現れる“=”は選択しないこと[4]。)
  1. 上記で一致している以外の場合には、カラムCに文献上に記載された回路の識別子を記述する
  1. 受信側サーキット識別子(rCID)の登録(カラムD~Fに記述)
  1. 記述方法は送信側サーキットと同様
  1. 適宜、カラムGにコメントを記述する
  2. カラムHに、Reference IDを記述する
  1. 間接的であってもサポートしうる証拠を記述する(例えば、粗い粒度では接続の証拠があるなど)
  1. c.f .間接的なConnectionの証拠(Output Circuit Validationでのエラー対応)
  1. 間接的にも証拠がない仮説として導入するConnectionは”makeshift”と指定する。
  1. カラムIに、動物種を記述する
  2. カラムJに、測定方法(Measurment mehod)を記述する
  1. Measurement methodの選択肢が無い場合
  1. 適当な選択肢が表示されない場合は、エラーを無視して書き込む。
  1. Measurement method が当該文献上で明らかで無い場合の対処
  1. 該当セルでは、(No description) を選択する。
  2. 当該文献上で、その根拠として参照している文献を調査して、新たなConnection 行として追加する。
  1. 文献上での記述箇所として少なくとも以下の一報を記述する
  1. カラムKに文献中での投射に言及した文章を引用する
  2. カラムLに文献中で投射を示した図面を指定する
  1. この投射の信憑性を高めるために、文献中のリファレンスに基づいて深掘りした文献のReference IDをカラムMに記述する。
  2. Contributorカラムに主に作成に貢献した者の名前を登録する(管理用共通カラム群参照)

GraphGeneratorの使い方

Graph Generatorシートの役割

Ver.2.1より、GraphGeneratorシートが利用できる。本シートは、Circuits/Connections/FRGシートに登録した内容から、自動でMermaid形式のデータを生成する。このMermaid形式のデータを用いて、HCD Image/FRG Imageをdraw.io上でスムーズに作ることができる。

Review Commentsへの対応

ライセンス

WholeBIFのライセンスは、ファイル内の「License」シートを参照。

References

BRA駆動開発関連資料リストをご覧ください

[1] Yamakawa, H. (2021). The whole brain architecture approach: Accelerating the development of artificial general intelligence by referring to the brain. Neural Networks: The Official Journal of the International Neural Network Society, 144, 478–495. https://doi.org/10.1016/j.neunet.2021.09.004 

[2] 山川 宏. (2022). 全脳アーキテクチャ ─ 機能を理解しながら脳型AIを設計・開発する ─. In 横澤一彦 (Ed.), 認知科学講座4 心をとらえるフレームワークの展開 (pp. 209–249). 東京大学出版会. http://www.utp.or.jp/book/b609203.html

[3] 山川 宏、田和辻 可昌、宮本 竜也、荒川 直哉、芦原 佑太、布川 絢子、高橋 恒一、松尾 豊 (2024). 脳計算機能の効率的なリバースエンジニアリングのためのデータ記述形式, 信学技報NC研究会, 123:418, 53-58. https://ken.ieice.org/ken/paper/20240312JccC/


[1] コンポーネント図とは、ソフトウエアの動作原理の構造的な側面を示す図であり、オブジェクト指向ソフトウエアの構造をモデリングするためのUML(Unified Modeling Language)に含まれる主要なダイアグラムの一つである。それは、計算機能を担う複数のコンポーネントと、それらのコンポーネント間の依存関係のインタフェースを用いて表現される。ここで 各コンポーネントは、関連する機能(またはデータ) のセットをカプセル化したモジュールである。

[2] DHBA (Developing Human Brain Atlas)とは、Allen Instituteが提供するヒトの脳器官を階層的に記述したオントロジーである。

[3] Uniform CircuitはCircuitの最小単位であり、かつ、それのみが出力connection(つまり投射)の始点となる。ある脳領域における特定の細胞タイプからなるニューロン群として設計される

[4]  Google SpreadSheetの仕様(2022年末)では、“=”を入力したセルは計算式と自動判定されるので、それを避けるため“=”を入力する。他方で、入力規則の判定で“=”がエラーと判定されることを回避するため“=”も選択肢に登録している。