2022 Fiscal Year Annual Research Report
Technology for Embodiment of Augmented Human
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19H01121
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
前田 太郎 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (00260521)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 正紘 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (40621652)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 人間機能拡張 / ニューロフィードバック / 意識下身体応答 / Extra Body / Mismatch Negativity / Scale Conversion / Telexistence / Ownership |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は最終年度に向けて，昨年度より進めている三つの課題については継続的に発展させて身体意識の形成原理を検証すると共に，これを誘導・再現する技術の統合を目指した．
ニューロフィードバック技術については従来技術の検証と評価を進める過程において刺激と順応の精密化を進めた．刺激手法については経頭蓋電流刺激と脳波検出に共通する低周波電流経路について，本研究提案に通底するSkull-Hole仮説を精密化し，脳波計測と電気刺激を両立させた位相フィードバック刺激技術を向上させる基礎技術を構築した．
スツルムリウビル型連想記憶回路モデルを用いた「脳全域にわたり統一的に保持される身体意識」の研究では，振動場において低次領野から高次領野にわたる領野構造の自己組織化を振動場の計算機シミュレーションによって検討した．神経場における学習法則として，ミクロレベル生じるSTDP効果とマクロ的な時間スケールで生じるHebb学習について，これらが概ね同相に生じることを示し，同時に細胞間のシナプス増強過程によって定在波の節に対応する記憶の想起状態の遷移過程を記述することを試みた．最終年度においてはこの過程で得られる記憶表象の自己組織的な獲得とその連想性についての検証を進める．
さらに「身体意識と世界像」の構築原理に取り組むために「自己運動感覚と空間把握」の観点から「視空間の機能拡張」に着手した．新たに提案した錯覚提示技術として複数点間の視点映像の合成輝度比率を操作することによって，それらの視点間を任意の移動速度で自己運動した運動印象をバーチャルに合成し，これによって奥行き距離を伴った3次元の空間把握を成立させることに成功した．最も極端な状態である『静止印象を伴う運動奥行き視知覚』の成立を実証することによって，限定的な視点情報から任意の能動運動視に対応してバーチャルに正確な3次元空間把握を再現させる技術を確立した．
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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
本年度は最終年度に向けて，昨年度より進めている三つの課題については継続的に発展させて身体意識の形成原理を検証すると共に，これを誘導・再現する技術の統合を目指した．
ニューロフィードバック技術については当初予定の睡眠学習と身体消失感覚についての進捗過程から副次的にMMNによる順応過程の解析からその階層性として「短期の線形順応」と「長期の非線形順応」から構成される構造が概ね明らかとなった．議論の精密化のため刺激と順応検証の精密化としてSkull-Hole仮説を精密化し，脳波計測と電気刺激を両立させた位相フィードバック刺激技術を向上させる基礎技術を構築した．
スツルムリウビル型連想記憶回路モデルを用いた「脳全域にわたり統一的に保持される身体意識」の研究では，振動場において低次領野から高次領野にわたる領野構造の自己組織化を振動場の計算機シミュレーションが順調であり，特に神経場における学習法則として，ミクロレベル生じるSTDP効果とマクロ的な時間スケールで生じるHebb学習について，これらが概ね同相に生じることを示し，同時に細胞間のシナプス増強過程によって定在波の節に対応する記憶の想起状態の遷移過程を記述することが確認された．最終年度においてはこの過程で得られる記憶表象の自己組織的な獲得とその連想性についての検証を進める．
さらに「身体意識と世界像」の構築原理に取り組むために「自己運動感覚と空間把握」の観点から「視空間の機能拡張」に着手した．新たな錯覚提示技術として複数点間の視点映像の合成輝度比率を操作することによって，それらの視点間を任意の移動速度で自己運動した運動印象をバーチャルに合成し，最も極端な状態である『静止印象を伴う運動奥行き視知覚』の成立を実証することによって，限定的な視点情報から任意の能動運動視に対応してバーチャルに正確な3次元空間把握を再現させる技術を確立した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では身体拡張技術の観点から「身体意識」の構成要素の解明と再構築を企図してきた．得られた知見は「身体像と外界像からなる自己意識」の解明においても大きな意味を持つ貢献となることが期待される．
本年度は既存の身体動作と並行して随意制御を実現する追加身体（ExtraBody）の実装的開発として，腹部に装着する追加の双腕ロボットシステムを構築し，全身動作から意図を推定する技術として「つもり制御」の応用によって事実上４本腕の上腕操作を構成するシステムを構築してきた．検証動作としてお手玉による4腕ジャグリングを採用して動作再現性の実時間追従度を検証しており，ロボットハードウェアの速度追従性能の不足からジャグリング動作の再現には至らなかったものの，未学習動作への動作推定確率は85%以上の推定精度を達成している．次年度ではハードウェアの改良によって実動作の再現を実現し，可動域内での随意動作再現の一般性の検証を進めることで拡張身体への動作意図の形成過程を明らかにする．
最終年度では「脳全域にわたり統一的に保持される身体意識」の計算機シミュレーションとして，上記つもり制御における入出力信号を身体応答モデルとしてスツルムリウビル型連想記憶回路モデルに学習させ，身体性の記憶表象の自己組織的な獲得とその連想性についての検証を進めることで，本研究で得られた知見による身体意識の脳内表象モデルに迫る．
またニューロフィードバック技術を用いた身体拡張の促進技術については，特に身体意識形成の順応過程の解明を企図してきた．MMNを介した順応過程の解析からその階層性として「短期の線形順応」と「長期の非線形順応」から構成される構造が概ね明らかとなってきている．最終年度はVR酔いの誘発強度とケンブリッジ離人率尺度を軸に「違和感検出の順応的緩和と身体像の再構築」のプロセスを検証・再設計する．
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Research Products
(9 results)
