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Modeling Infant Behavior Development through Sensorimotor Dynamics

Research Project

Project/Area Number 21K11495
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 59030:Physical education, and physical and health education-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Kanazawa Hoshinori  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任助教 (60744993)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords新生児 / 乳児 / 感覚運動学習 / 感覚運動ダイナミクス / 筋骨格 / シミュレーション / 感覚運動発達 / 子宮 / 胎児 / 柔軟 / 発達 / 行動 / 身体性
Outline of Research at the Start

ヒトは出生前から生後1-2年で様々な行動を獲得するが、その背景には基本的な運動機能や感覚情報処理機能の発達が存在する。ここでの発達では単に神経学的に成熟によるものだけでなく、運動/行動時に生じる多種多様な運動情報および感覚情報の学習、統合などが重要と考えられる。一方で、ヒトや生物が持つ多種多様かつ大量の運動/感覚情報が実際の行動時にどのように利用されているか?利用するためにどのように学習しているか?は明確ではない。
本研究では、発達過程に生じる複雑な行動の獲得に必要な報酬や条件を追求するため、感覚-運動情報構造に着目した強化学習モデルを提案する。

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to uncover how infants' spontaneous movements contribute the sensorimotor development, as well as the underlying mechanisms. Specifically, the research involved estimating muscle activity and sensory input from the spontaneous movements of human neonates and infants, revealing the specific patterns and changes created by these sensorimotor inputs and outputs. Additionally, a simplified method for measuring infant movements using a standard camera was proposed, instead of expensive and complex systems like infrared cameras. Furthermore, a model was developed to partially explain infant behavior development through simulation of motor learning. Overall, this research provides new insights into understanding and supporting the development of human neonatesn and infants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の社会的意義は、新生児や乳児における感覚運動ダイナミクスの調査を通じて、発達初期に重要な役割を果たすメカニズムを理解することである。この理解が進むことで、発達障害の早期発見や適切な介入に役立ったり、あるいは育児支援に貢献したりする可能性がある。また、シミュレーションを利用してのみ解明できるメカニズムもあり、新たな科学的知見が発達心理学や神経科学の分野での基礎データとなり、医療や福祉の現場での発達支援にも役立つことが期待できる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Homeostatic Reinforcement Learning through Soft Behavior Switching with Internal Body State2023

    • Author(s)
      Yoshida Naoto、Kanazawa Hoshinori、Kuniyoshi Yasuo
    • Journal Title

      International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN)

      Volume: - Pages: 1-8

    • DOI

      10.1109/ijcnn54540.2023.10191925

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Open-ended movements structure sensorimotor information in early human development2022

    • Author(s)
      Kanazawa Hoshinori、Yamada Yasunori、Tanaka Kazutoshi、Kawai Masahiko、Niwa Fusako、Iwanaga Kougoro、Kuniyoshi Yasuo
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Issue: 1

    • DOI

      10.1073/pnas.2209953120

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Simulating a Human Fetus in Soft Uterus2022

    • Author(s)
      Kim Dongmin、Kanazawa Hoshinori、Kuniyoshi Yasuo
    • Journal Title

      2022 IEEE International Conference on Development and Learning (ICDL)

      Volume: - Pages: 135-141

    • DOI

      10.1109/icdl53763.2022.9962201

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 自発運動に現れる多彩や情報を読み解く2022

    • Author(s)
      金沢 星慶
    • Journal Title

      ベビーサイエンス

      Volume: 21

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      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] 知っておきたいデータサイエンスとAIの学び方2022

    • Author(s)
      金沢 星慶
    • Journal Title

      理学療法

      Volume: 39

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  • [Journal Article] 自発性・身体性・相互作用からみる遊びの初期発達2022

    • Author(s)
      金沢 星慶、國吉 康夫
    • Journal Title

      バイオメカニズム学会誌

      Volume: 46 Pages: 63-68

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  • [Presentation] Intrinsic Motivation-Based Model in Physical Interaction for Early Development of a Sense of Agency2024

    • Author(s)
      Huang E, Kanazawa H, Kim D, Abe Y, Kuniyoshi Y
    • Organizer
      The IEEE International Conference on Development and Learning (ICDL) conference
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Self-Generated Prediction Error: Internal Belief as Isolated Predictor2024

    • Author(s)
      Kim D, Kanazawa H, Kuniyoshi Y
    • Organizer
      The IEEE International Conference on Development and Learning (ICDL) conference
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Homeostatic reinforcement learning explains foraging strategies2023

    • Author(s)
      Arikawa E, Yoshida N, Kanazawa H, Kuniyoshi Y.
    • Organizer
      The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multi-Modal Representation Learning for Mapping Between Body Motion and Visual Imagery2023

    • Author(s)
      Julg T, Walter F, Kim D, Kanazawa H, Knoll S, Kuniyoshi Y
    • Organizer
      The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深層恒常性強化学習と内受容感覚に基づく方策選択機構2023

    • Author(s)
      吉田尚人,金沢星慶,國吉康夫
    • Organizer
      2023年度人工知能学会全国大会(第37回)
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 赤ちゃんが運動から得ているもの2023

    • Author(s)
      金沢星慶
    • Organizer
      第23回日本赤ちゃん学会
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    • Invited
  • [Presentation] 感覚と運動のつながりの初期発達2023

    • Author(s)
      金沢 星慶
    • Organizer
      第17回Motor Control研究会
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    • Invited
  • [Presentation] 発達初期に生じる“sensorimotor wandering”2022

    • Author(s)
      金沢 星慶、國吉康夫
    • Organizer
      第11回日本発達神経科学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 胎児シミュレーションにおける筋骨格モデルの精緻化と柔軟な子宮モデルの構築2022

    • Author(s)
      金 東敏、金沢 星慶、國吉康夫
    • Organizer
      第11回日本発達神経科学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 発達初期の”sensorimotor wandering”が全身の感覚運動情報構造を形作る2022

    • Author(s)
      金沢 星慶、山田康智、田中一敏、河井昌彦、丹羽房子、岩永甲午郎、國吉康夫
    • Organizer
      Motor Control研究会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 発達初期の自発運動にみる行動の起源”2022

    • Author(s)
      金沢 星慶
    • Organizer
      第10回新胎児研究会
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 感覚運動経験のメカニズムと役割”2022

    • Author(s)
      金沢 星慶
    • Organizer
      第22回赤ちゃん学会
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ヒト胎児シミュレーションモデルによる構成論的発達科学2021

    • Author(s)
      國吉 康夫,金沢 星慶,金 東敏
    • Organizer
      第9回新胎児学研究会
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      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 筋骨格シミュレーションを用いた発達初期の運動感覚経験に対する関節角度制限の影響2021

    • Author(s)
      金沢 星慶,金 東敏,國吉 康夫
    • Organizer
      第8回日本小児理学療法学会学術大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 筋骨格シミュレーションを用いた早産児の運動-感覚情報構造に対する最大筋力増減の影響2021

    • Author(s)
      金沢 星慶,金 東敏,國吉 康夫
    • Organizer
      第26回日本基礎理学療法学会学術大会
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      2021 Research-status Report
  • [Book] 子どもの感覚運動機能の発達と支援-発達の科学と理論を支援に活かす-改訂第2版2024

    • Author(s)
      金沢星慶(章担当),儀間 裕貴 (編集), 大城 昌平 (編集)
    • Total Pages
      384
    • Publisher
      メジカルビュー社
    • ISBN
      9784758322515
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] Kanazawa’HP

    • URL

      https://www.isi.imi.i.u-tokyo.ac.jp/~kanazawa/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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