| Project Area | Hierarchical Bio-Navigation Integrating Cyber-Physical Space |
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| Project/Area Number |
21H05298
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (IV)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
橋本 浩一 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80228410)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 恵子 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (40221741)
鏡 慎吾 東北大学, 未踏スケールデータアナリティクスセンター, 教授 (90361542)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥127,790,000 (Direct Cost: ¥98,300,000、Indirect Cost: ¥29,490,000)
Fiscal Year 2024: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,310,000 (Direct Cost: ¥18,700,000、Indirect Cost: ¥5,610,000)
Fiscal Year 2021: ¥33,150,000 (Direct Cost: ¥25,500,000、Indirect Cost: ¥7,650,000)
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| Keywords | 行動ダイアグラム / 行動計測 / 行動実験 / χログボット / 制御工学 / 計測工学 / 神経科学 / 階層的ナビゲーション / スパースモデリング |
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| Outline of Research at the Start |
階層ナビゲーションを解明するために、(1) 先端的計測・介入手法の開発、(2) 行動ダイアグラムの推定手法とその計算手法、(3) 行動実験による行動ダイアグラムの検証、を行う。ロボット制御、コンピュータビジョン、三次元計測、拡張現実感において有している実績を活用し、装着型ならびに環境型χログボットに組み込むための計測・介入手法を開発する。行動ダイアグラムの入出力関係のスパースモデリングを行い、行動に関与する要因をできるだけ少ない数で表現する。老化遺伝子に対する光遺伝学等を用いた介入や口腔細菌などの病原菌による化学的介入で線虫の行動とインタラクション変化を計測し、行動ダイアグラムの検証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究領域では、ヒトおよび動物の階層的ナビゲーションを解明するために、ナビゲーションおよびインタラクションを計測、分析するとともに、行動に介入する方策を立て、実際に装置を作成して介入実験を実施する。
本計画研究では、能動的AI を用いたバイオロガーにより、行動を計測して介入することのできる装置（χログボット）を開発し、環境との相互作用や他個体とのインタラクションを推定することを目標とする。とくに、2023年度は、階層ナビゲーションの構造を解明するために、
1. 先端的計測・介入手法の開発（壊れにくいセンサ・アクチュエータ）
2. 行動ダイアグラムの推定手法とその計算手法（ブラックボックス最適化）
3. 行動実験による行動ダイアグラムの検証（シンプルな系での実験検証）
を実施した。1.においては各種動物に装着できる壊れにくいバイオロガーを開発する。A01各班と協力して多様な現場で機能するχログボットを製作する。2.においては、行動ダイアグラムの目的関数推定のためのブラックボックス最適化に取り組む。3.においては老化遺伝子に対する光遺伝学等を用いた介入や口腔細菌などの病原菌による化学的介入で線虫の行動とインタラクション変化を計測し、行動ダイアグラムの検証を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多様な動物に装着可能な壊れにくいバイオロガー開発は着実に進んでおり、試作品を製作し、計画班メンバーおよび公募班メンバーと共同してフィールドにて使用している。行動ダイアグラム推定については、コンサートホール避難訓練や花火大会帰宅時の実データを用いてヒトの行動推定を実施しており、成果が上がっている。また、線虫をモデル系に用いてヒトの全身麻酔で主に用いられている麻酔薬セボフルランに着目した実験においては、線虫麻酔システムを開発して行動ダイアグラム推定の実験を実施している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 多様な動物への介入を可能とし、個体間相互作用が計測できるχログボットを開発する。とくに、環境型ログボットにおいては高速カメラと低遅延プロジェクタを導入してオプトジェネティクスを基盤とした研究推進に利用できる装置を開発している。装着型ログボットにおいては防水機能や耐震機能を強化して壊れにくいものを開発している。
(2) 少数の因子で行動ダイアグラムを説明することを実施している。効率のよいブラックボックス最適化アルゴリズムを開発して評価している。さらに、各計画班・公募班における検証を通じて行動モデルの精緻化を行う。
(3) 行動ダイアグラムをシンプルな系において詳細に検証するため、線虫を用いた神経行動解析を実施する。具体的には麻酔剤による化学的介入や口腔細菌などの病原菌による生物学的介入でインタラクションの変容を解析する。
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