ブレインデコーディングに基づくヒト意思決定過程の神経基盤の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24300114
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 石井 信 京都大学, 情報学研究科, 教授 (90294280)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 意思決定 / ブレインデコーディング / ブレインマシンインターフェース / 非侵襲脳活動計測 / 強化学習

Outline of Annual Research Achievements

○推論の脳内表象　　部分観測迷路課題を改変したヒト認知課題を用いて、前頭－頭頂葉のfMRI脳活動から「次に現れるシーンの推論」の脳内表象の解読研究は、論文投稿中である。成果の一部は国際会議Cosyne 2015で発表した(Shikauchi and Ishii, 2015)。推論の脳内表象の研究の発展として、新たに通信理論に基づく解読器の開発を行った。また、ヒト脳内表象に対して深層学習を用いた解読器の開発とその高次元特徴量の可視化を進め、国際会議で発表する(Koyamada, et al., 2014)と共に、特徴量と脳内ネットワークとの関連について議論を加え、論文投稿した。

○方策学習に関わる脳情報解読　　人間の意思決定過程の同定のため、逆強化学習法の開発を進めた。対象がマルコフ決定過程とし、確率的方策を状態行動系列に基づき推定した結果、従来法(Neu and Szepesvari, 2007)よりも優れていることが分かった。また、多自由度力学系であるヒト多指運動をテストベッドとして、脳磁図(MEG)からの再構成のための新しい解析手法を開発した。独立成分分析で脳活動特徴量を抽出し、隠れマルコフモデルと線形回帰モデルでモデリングすることで、従来法に比べ少数の特徴量で高い再構成性能が得られた。本手法を脳波(EEG)からの解析に展開している。

○オンラインブレインデコーディングを用いたナビゲーションシステム　　ナビゲーションに応用可能な空間注意課題をテストベッドとして、EEG計測に基づくオンラインブレインデコーディングシステムを構築した。特に、辞書学習の手法に基づき、実験参加者間の脳内表象の違い、また計測システムのずれなど実験条件の違いを吸収することで、利便性の高いデコーディングシステムとして完成させた(Morioka, et al., 2015)。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The state-of-the-art in handling occlusions for visual object tracking. (2015)
  • Author(s): Meshigi, K., & Ishii, S.
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information & Systems Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Learning a common dictionary for subject-transfer decoding with resting calibration. (2015)
  • Author(s): Morioka, H., Kanemura, A., Hirayama, J., Shikauchi, M., Ogawa, T., Ikeda, S., Kawanabe, M., & Ishii, S.
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 111 Pages: 167-178
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2015.02.015.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A computational model of afterimage rotation in the peripheral drift illusion based on retinal ON/OFF responses. (2014)
  • Author(s): Hayashi, Y., Ishii, S., & Urakubo, H.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 9 Pages: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0115464 .
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 状態非依存の方策を用いた新しい強化学習手法の提案 (2014)
  • Author(s): 中野大智, 前田新一, 石井信.
  • Journal Title: システム制御情報学会論文誌 Volume: 27 Pages: 327-332
  • DOI: 10.5687/iscie.27.327
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 潜在空間モデリングによる時系列からの再構成. (2014)
  • Author(s): 平山淳一郎, 石井信.
  • Journal Title: 電子情報通信学会誌 Volume: 97 Pages: 399-404
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Principal sensitivity analysis. (2015)
  • Author(s): Koyamada, S., Nakae, K., Koyama, M., & Ishii, S.
  • Organizer: Pacific-Asia conference on knowledge discovery and data mining
  • Place of Presentation: Ho Chi Minh( Vietnam)
  • Year and Date: 2015-05-19 – 2015-05-22
• [Presentation] Detecting representation of the view expectation in mPFC and posterior parietal cortex. (2015)
  • Author(s): Shikauchi, Y. & Ishii, S.
  • Organizer: Computational and Systems Neuroscience (Cosyne) 2015
  • Place of Presentation: Salt Lake City（The United States of America）
  • Year and Date: 2015-03-05 – 2015-03-08
• [Presentation] Data-driven brain decoding techniques. (2015)
  • Author(s): Ishii, S.
  • Organizer: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • Place of Presentation: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-02-25 – 2015-02-27
  • Invited
• [Presentation] Knowledge discovery for nonlinear classifier in functional neuroimaging. (2015)
  • Author(s): Koyamada, S., Shikauchi, Y., Nakae, K., Koyama, M., & Ishii, S.
  • Organizer: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • Place of Presentation: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-02-25 – 2015-02-27
• [Presentation] A study on knowledge acquisition with artificial neural networks. (2015)
  • Author(s): Miyato, T., Oba, S., & Ishii, S.
  • Organizer: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • Place of Presentation: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-02-25 – 2015-02-27
• [Presentation] Subject-transfer decoding by learning a common dictionary from multisubject dataset. (2015)
  • Author(s): Morioka, H., Kanemura, A., Hirayama, J., Shikauchi, M., Ogawa, T., Ikeda, S., Kawanabe, M., & Ishii, S.
  • Organizer: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • Place of Presentation: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-02-25 – 2015-02-27
• [Presentation] Data-driven brain computer interface in real environments. (2015)
  • Author(s): Ishii, S.
  • Organizer: The 3rd International Winter Conference on Brain-Computer Interface
  • Place of Presentation: Gangwon Province (South Korea)
  • Year and Date: 2015-01-12 – 2015-01-14
  • Invited
• [Presentation] Robust representation of the view expectation during active navigation. (2015)
  • Author(s): Shikauchi, Y., & Ishii, S.
  • Organizer: 第15回脳と心のメカニズム冬のワークショップ
  • Place of Presentation: ルスツリゾート（北海道虻田郡）
  • Year and Date: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [Presentation] Construction of subject-independent brain decoders for human fMRI with deep learning. (2014)
  • Author(s): Koyamada, S., Shikauchi, Y., Nakae, K., & Ishii, S.
  • Organizer: International Conference on Data Mining, Internet Computing, and Big Data
  • Place of Presentation: Kuala Lumpur(Malaysia)
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [Presentation] Decoding daily-life bahavioral signatures in the real environment: portable NIRS signal using behavior labels. (2014)
  • Author(s): Ogawa, T., Gupta, K. P., Yano, K., Abdur-Rahim, J. A., Morioka, H., Hirayama, J., Yamaguchi, S., Ishikawa, A., Inoue, Y., Kawanabe, M., & Ishii, S.
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Subject-independent BM through sparse learning of spatial bases common across sessions and subjects. (2014)
  • Author(s): Morioka, H., Kanemura, A., Hirayama, J., Shikauchi, M., Ogawa, T., Ikeda, S., Kawanabe, M., & Ishii, S.
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Learning the subject independent discriminative features from the large-scale fMRI database. (2014)
  • Author(s): Koyamada, S., Shikauchi, Y., Nakae, K., & Ishii, S.
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 機械学習を用いた脳波からの情動反応の 読み取り (2014)
  • Author(s): 安田 恒, 石井 信, 大須 理英子.
  • Organizer: 日本心理学会
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [Presentation] データベースに基づくブレイン・マシン・インターフェース. (2014)
  • Author(s): 石井 信.
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会サテライトシンポジウム「脳情報の産業応用に向けた動向と社会 基盤整備」
  • Place of Presentation: TKP横浜ガーデンシティ（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Remarks] 研究代表者（石井信）ホームページ
  • URL: http://ishiilab.jp/member/ishii/publications/