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2006 Fiscal Year Annual Research Report

複素ニューラルネットワークを用いた多足歩行運動モデルによる環境適応機構の実現

Research Project

Project/Area Number 18047025
Research InstitutionRitsumeikan University

Principal Investigator

西川 郁子  立命館大学, 情報理工学部, 教授 (90212117)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 黒江 康明  京都工芸繊維大学, 大学院工芸科学研究科, 教授 (10153397)
野村 泰伸  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (50283734)
Keywords位相ダイナミクス / 脊髄CPG / 複素ニューラルネットワーク / 二足歩行 / リミットサイクル / Hopf分岐 / パーキンソン病 / 四足歩行
Research Abstract

本研究では,振動性ニューロンからなるネットワークを用いて多足歩行運動モデルの構築と解析を実施する.研究初年度に当たる平成18年度には,以下を実施した.
振動子結合系を用いて多脚歩行のCPG(central pattern generator)をモデル化した.各振動子は,高次運動中枢から運動制御入力を受けて,各脚の周期運動を制御するもので、本課題では,複素変数で表されるニューロンモデルにより各振動子をモデル化し,その相互結合系である複素Hopfieldネットワークによって脊髄CPGをモデル化した.複素Hopfieldネットワークのうち,その位相についてのダイナミクスが位相振動子結合系となるものを用いることで、CPGにおける位相ダイナミクスの解明を目指し,以下を確認した.
1.二脚歩行に対して,一対の振動子系を用いてCPGをモデル化し,高次中枢からの制御入力に相当する一定入力の強度に応じた,歩容のパターンを解析した.数値計算により,左右脚への入力強度差に応じていくつかの特徴的なパターンが確認された.それらは,Fitzhugh-Nagumoモデルを用いたより複雑なCPGにおいて見られた結果と一致するが,それはまた,パーキンソン病による不規則な肢間協調の臨床データとも合致することが報告されている.確認されたパターンは,対称な逆位相,非対称な一定位相差および振動数引込みの破れの各パターンだが,それらはHopfieldネットワークのエネルギー関数の存在条件や,位相振動子系の引込み条件から理解でき,制御入力による振動数の変調が本質的であることが分かった.
2.四脚歩行に対して,四つの同一振動子を単純な対称性で結合してCPGをモデル化した.C_2対称性をもつ環状結合を与えた系について,パラメータ空間におけるウォーク,バウンド,プロンク,トロットやペースの各歩容の存在範囲を確認した.

  • Research Products

    (6 results)

All 2006

All Journal Article (6 results)

  • [Journal Article] Phase Synchronization in Phase Oscillators and Complex-Valued Neural Networks and its Application to Traffic Flow Control2006

    • Author(s)
      I.Nishikawa, T.Iritani, K.Sakakibara, Y.Kuroe
    • Journal Title

      Progress of Theoretical Physics Supplement 161

      Pages: 302-305

  • [Journal Article] Stumbling with optimal phase reset during gait can prevent a humanoid from falling.2006

    • Author(s)
      M.Nakanishi, T.Nomura, S.Sato
    • Journal Title

      Biological Cybernetics 95 (5)

      Pages: 503-515

  • [Journal Article] Prediction of the O-glycosylation sites in Protein by Layered Neural Networks and Support Vector Machines2006

    • Author(s)
      I.Nishikawa, H.Sakamoto, I.Nouno, T.Iritani, K.Sakakibara, M.Ito
    • Journal Title

      Lecture Notes in Artificial Intelligence 4252

      Pages: 953-960

  • [Journal Article] Improvements of the Traffic Signal Control by Complex-valued Neural Networks2006

    • Author(s)
      I.Nishikawa, T.Iritani, K.Sakakibara
    • Journal Title

      Proceedings of 2006 IEEE World Congress on Computational Intelligence

      Pages: 1186-1191

  • [Journal Article] Models of Self-Correlation Type Complex-Valued Associative Memories and Their Performance Comparison2006

    • Author(s)
      Y.Kuroe, Y.Taniguchi
    • Journal Title

      Proceedings of International Joint Conference on Neural Networks

      Pages: 605-609

  • [Journal Article] Sensory perception of unexpected sudden changes in floor level during human gait2006

    • Author(s)
      T.Ishikawa, Y.Kaji, T.Nomura
    • Journal Title

      Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference

      Pages: 4474-4477

URL: 

Published: 2008-05-08   Modified: 2016-04-21  

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