2023 Fiscal Year Annual Research Report
網膜と視覚野の情報処理と通信に学んだ脳刺激型人工視覚の開発
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20H00606
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
八木 哲也 大阪大学, 国際医工情報センター, 招へい教授 (50183976)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 和男 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (10291527)
林田 祐樹 三重大学, 工学研究科, 教授 (10381005)
武内 良典 近畿大学, 理工学部, 教授 (70242245)
廣瀬 哲也 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (70396315)
高橋 啓介 愛知淑徳大学, 健康医療科学部, 教授 (80236273)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ブレインコンピュータインターフェイス / 視覚再建 / 人工視覚 / 視覚野電気刺激 / 低消費電力化 / ニューロモーフィック網膜 / ニューロモーフィック通信 / 光覚パターン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
視覚野より抹消の視覚系神経組織の不全に起因する失明者に対し、外界視覚情報に基づいて視覚野を直接電気刺激することで、部分的にも視覚機能を再建する治療法（以下人工視覚）の開発が、世界的に加速している。人工視覚実現のカギとなる重要課題の一つが、視覚情報を如何に処理圧縮し、頭蓋骨下に埋植したモジュール（体内モジュール）へと効率的に無線通信するか、である。これらは人工視覚システムの低消費電力化、特に頭蓋骨下に移植される体内モジュールの低消費電力、低発熱化という重要問題に深く関わる。本年度の研究計画は、①実際の網膜－視覚野経路の情報処理と通信様式を取り入れた、全く新しい画像情報処理と通信の方法を考案すること、②考案した画像処理法を、過去において本研究グループで開発したニューロモーフィック網膜（網膜機能を模倣するアナログ集積視覚センサー、以下NM網膜）を拡張することにより実装すること、③考案した通信法を体外-体内モジュールの無線通信に実装すること、の３点であった。これら課題について、以下の成果を上げた。①網膜視神経のスパイク応答によって符号化される視覚情報を解析し、これを模倣した画像並列処理・符号化を行うようにNM網膜を改良した。②改良したNM網膜の出力を情報圧縮し、従来の方法に比べ格段に効率的に画像情報を通信するアルゴリズムを考案した。③考案したアルゴリズムを集積回路化し、昨年度までに開発した体外および体内モジュールに組み込み、両モジュール間の無線通信に応用した。④開発・実装した画像処理と通信に基づいて視覚野を電気刺激した場合に期待される光覚パターンを、脳の数理モデルを用いて実時間で可視化するシミュレータを開発し、人工視覚としての有用性・優位性を確認した。以上に加え、目指すNM人工視覚を超低電力で動作させるための回路に関する基礎研究も並行して実施した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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