コウモリのアクティブセンシングに学ぶ体感型次世代音響センシング手法の追究

• Project/Area Number: 18J01429
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Human interface and interaction
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: 角谷 美和 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター 脳機能解析研究室, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: ヒューマンエコーロケーション / コウモリ / エコー時間変化情報 / 物体表面形状同定 / アクティブセンシング / 周波数変調音 / buzz信号 / テクスチャー同定 / 超音波バイノーラルエコー / 音像定位 / fMRI / FDTD / 物体形状同定

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、エコーロケーションを行うコウモリのように音響センシングで環境を認識する能力をヒトがどこまで獲得できるかを心理実験により検証し、生物模倣型感覚拡張の可能性を探っている。昨年度は、エコーロケーション未経験者がエコーの時間変化情報を用いて物体表面形状を同定できるかを検証する音響心理実験を実施した。その結果、エコーの時間変化情報を利用できる条件下であれば、2種類の物体表面形状を同定できることが分かった。今年度は論文執筆を通じて、被験者間の個人差や、正解のフィードバックの有無が同定成績に与える影響についても分析した。その結果、エコーの時間変化情報を用いる戦略は、正解のフィードバックが得られない状況下で特に効果があることが分かった。また1方向からのセンシングで得られたエコー情報は、テクスチャーの弁別（同一か否かを判断）には有用でも、同定（どの表面形状かを判断）には有用でない可能性も示唆された。これらの研究成果は、論文として国際学術誌に掲載された。
一方コウモリは、音響センシングと飛行を協調的に制御する。しかし上記の実験では、（1パルス目の）放射タイミング以外の放射特性は、被験者自ら制御できない実験系となっていた。そこで論文執筆と並行し、被験者が片手で自由に動かせるハンディタイプのラウドスピーカーも製作した。また被験者が知覚する立体音響空間の再現精度を高めるため、バイノーラルエコー録音用ミニチュアダミーヘッドの素材や形状も改良した。今後はそれらを用いて、アクティブセンシングに基づいた行動実験に取り組んでいきたい。
シミュレーションエコーを用いた2次元形状弁別に関する関連研究では、共著者として論文執筆を行い、論文は国際学術誌に掲載された。また解説記事では、ヒューマンエコーロケーションの古典的な研究から最近の話題まで、コウモリ研究の知見と比較しながら紹介した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effectiveness of time-varying echo information for target geometry identification in bat-inspired human echolocation (2021)
  • Author(s): Miwa Sumiya, Kaoru Ashihara, Hiroki Watanabe, Tsutomu Terada, Shizuko Hiryu, Hiroshi Ando
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 16(5) Issue: 5 Pages: 1-19
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0250517
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two-dimensional shape discrimination by sighted people using simulated virtual echoes (2021)
  • Author(s): Fujitsuka Yumi、Sumiya Miwa、Ashihara Kaoru、Yoshino Kazuki、Nagatani Yoshiki、Kobayasi Kohta I.、Hiryu Shizuko
  • Journal Title: JASA Express Letters Volume: 1 Issue: 1 Pages: 011202-011202
  • DOI: 10.1121/10.0003194
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 生物に学ぶヒューマンエコーロケーションの世界 (2021)
  • Author(s): 角谷 美和, 蘆原 郁, 飛龍 志津子
  • Journal Title: 日本音響学会誌 Volume: 77巻3号 Pages: 192-198
  • NAID: 130008013939
• [Journal Article] コウモリから学ぶエコーロケーション戦略 (2020)
  • Author(s): 角谷美和、飛龍志津子
  • Journal Title: 日本心理学会 心理学ワールド Volume: 89号 Pages: 27-28
  • Open Access
• [Journal Article] Bat-inspired signal design for target discrimination in human echolocation (2019)
  • Author(s): Miwa Sumiya, Kaoru Ashihara, Kazuki Yoshino, Masaki Gogami, Yoshiki Nagatani, Kohta I. Kobayasi, Yoshiaki Watanabe, Shizuko Hiryu
  • Journal Title: The Journal of the Acoustical Society of America Volume: 145 Issue: 4 Pages: 2221-2236
  • DOI: 10.1121/1.5097166
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 超音波を用いたヒューマンエコーロケーションによる 3次元物体表面テクスチャー知覚：ミニチュアダミーヘッドを用いたリアルタイムアクティブセンシングへの拡張 (2019)
  • Author(s): 角谷美和、蘆原郁、渡邉拓貴、寺田努、安藤広志、藤塚有美、吉野寿紀、後上正樹、長谷芳樹、小林耕太、渡辺好章、飛龍志津子
  • Organizer: 日本音響学会2019年秋季研究発表会
• [Presentation] ヒューマンエコーロケーションによる3次元物体形状弁別 －音響シミュレーションを用いた検討－ (2019)
  • Author(s): 藤塚有美、角谷美和、下林愛、吉野寿紀、手嶋優風、長谷芳樹、蘆原郁、小林耕太、飛龍志津子
  • Organizer: 日本音響学会2019年秋季研究発表会
• [Presentation] コウモリの超音波センシング戦略を模倣したヒューマンエコーロケーション：テクスチャー弁別に効果的な音響的手がかりとセンシング手法に関する検討 (2019)
  • Author(s): 角谷美和、蘆原郁、渡邉拓貴、寺田努、安藤広志、藤塚有美、吉野寿紀、長谷芳樹、小林耕太、渡辺好章、飛龍志津子
  • Organizer: 第45回感覚代行シンポジウム
• [Presentation] 超音波を用いたアクティブセンシングによるテクスチャー弁別 (2019)
  • Author(s): 角谷美和、蘆原郁、渡邉拓貴、寺田努、安藤広志、長谷芳樹、藤塚有美、吉野寿紀、小林耕太、渡辺好章、飛龍志津子
  • Organizer: ユビキタス・ウェアラブルワークショップ2019
• [Presentation] 超音波エコーの聴取トレーニングによるターゲットの表面粗さ弁別精度の向上～心理実験および脳磁図測定～ (2018)
  • Author(s): 後上正樹、吉野寿紀、角谷美和、飛龍志津子、中川誠司、添田喜治、長谷芳樹
  • Organizer: 日本音響学会 聴覚研究会