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2013 Fiscal Year Research-status Report

脳波計測と数理モデルによる可塑的脳活動の解析

Research Project

Project/Area Number 24560498
Research InstitutionThe University of Tokushima

Principal Investigator

長篠 博文  徳島大学, ヘルスバイオサイエンス研究部, 教授 (40035655)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 芥川 正武  徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 講師 (90294727)
Keywords国際研究者交流 / アメリカ合衆国 / システム工学 / 脳波 / 聴覚 / 耳鳴り / 数理モデル / 可塑性
Research Abstract

本研究は,脳活動システムの状態推定や脳活動状態の変化の数理モデルによる表現を目指して,脳波計測システム及び脳活動システムの可塑的数理モデルの構築を目的としている。具体的には,聴覚系における周期的刺激の想起や,耳鳴り音響療法治療過程,さらに二つの周期の協調タッピングの学習を対象として研究を進め,次の成果を得た。
1.周期的聴覚刺激(クリック音)の学習とその想起に関する脳波の解析を行い,一定の識別特性を得た。
2.耳鳴り音響療法治療過程における脳聴覚系神経活動変化を再現するため,前年度までの数理モデルを拡張して,聴覚系におけるトノトピー構造を簡略的に組み込んだモデルを構築した。神経細胞のモデルとしては,Integrate-and-Fire ニューロンモデルを用いた。耳鳴り音響療法における2つの主要な治療法であるマスカー療法とTRT (Tinnitus Retaraining Therapy) のそれぞれに対応する概念的なコンピュータ・シミュレーションを行い,良好な結果を得た。今後モデルを更に発展させることにより,治療過程の再現が可能であることが示唆された。
3.脳活動推定システムの性能を向上させるため,経験的モード分解を用いたHilbert Huang変換の手法を開発して,二つの周期の協調タッピングにおける脳部位間同期度を評価した。
4.二つの周期の協調タッピングの学習に関する数理モデルを多層パーセプトロンニューラルネットワークを用いて構築し,実験結果をある程度再現できた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1.周期的聴覚刺激(クリック音)の学習とその想起に関する脳波の解析を行い,一定の識別特性を得た。
2.耳鳴り音響療法治療過程における脳聴覚系神経活動変化を再現するため,前年度までの数理モデルを拡張して,聴覚系におけるトノトピー構造を簡略的に組み込んだモデルを構築した。神経細胞のモデルとしては,Integrate-and-Fire ニューロンモデルを用いた。耳鳴り音響療法における2つの主要な治療法であるマスカー療法とTRT (Tinnitus Retaraining Therapy) のそれぞれに対応する概念的なコンピュータ・シミュレーションを行い,良好な結果を得た。今後モデルを更に発展させることにより,治療過程の再現が可能であることが示唆された。
3.脳活動推定システムの性能を向上させるため,経験的モード分解を用いたHilbert Huang変換の手法を開発して,二つの周期の協調タッピングにおける脳部位間同期度を評価した。
4.二つの周期の協調タッピングの学習に関する数理モデルを多層パーセプトロンニューラルネットワークを用いて構築し,実験結果をある程度再現できた。

Strategy for Future Research Activity

1.経験的モード分解を用いて脳活動を推定するシステムを発展させ,具体的にはさまざまな条件下でのアルファ波発生を解析対象として研究を進める。
2.周期的タッピングの学習に関する数理モデルとして,昨年度とは異なる観点から,Integrate-and-Fire ニューロンモデルを用いた数理モデルを構築する。
3.耳鳴り音響療法治療過程における脳聴覚系神経活動変化を再現するため,前年度までの数理モデルを発展させて,聴覚系における更に詳細なトノトピー構造と階層構造組み込むとともに,神経細胞間の結合荷重をすべて可塑的に変化させるモデルを構築する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

アメリカ合衆国に居住する研究協力者との協議を平成26年3月に行う必要が生じた。この海外出張旅費を平成25年度の交付額から支出することにしたが,この支出が実際には平成26年度になったため生じたのが次年度使用額の大部分(301,040円)である。このため,残額(20,601円)では必要な物品の購入が不可能になったため,平成26年度の交付額と合わせて平成26年度に購入することとした。
次年度使用額は,平成26年3月に行った,アメリカ合衆国に居住する研究協力者との協議のための出張旅費,およびディスプレイ装置の代金の一部として使用する。

  • Research Products

    (13 results)

All 2013

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Spike-time-dependent plasticity of excitation and inhibition in a neuronal network model for tinnitus relief with sound therapy2013

    • Author(s)
      Hirofumi Nagashino, Yohsuke Kinouchi, Ali A. Danesh and Abhijit S. Pandya
    • Journal Title

      International Journal of Biology and Biomedical Engineering

      Volume: 6 Pages: 165-173

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A neuronal network model with simplified tonotopicity for tinnitus generation and its relief by sound therapy2013

    • Author(s)
      Hirofumi Nagashino, Yohsuke Kinouchi, Ali A. Danesh and Abhijit S. Pandya
    • Journal Title

      Proceedings of the 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS, Osaka, Japan, July 3-7, 2013

      Volume: 1 Pages: 5966-5969

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hilbert-Huang変換を用いた両手協調運動時の脳波同期度解析2013

    • Author(s)
      芥川正武,中平雄哉,榎本崇宏,加治芳雄,七條文雄,古川和彦,長篠博文,小中信典,木内陽介
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 113 Pages: 27-32

  • [Journal Article] ニューラルネットワークを用いた非線形システムの状態変化の指標化2013

    • Author(s)
      木内敬浩,芥川正武,榎本崇宏,長篠博文,小中信典,木内陽介
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 113 Pages: 33-36

  • [Journal Article] A computational model with plasticity for tinnitus generation and its relief by sound therapy2013

    • Author(s)
      Hirofumi Nagashino, Yohsuke Kinouchi, Ali A. Danesh and Abhijit S. Pandya
    • Journal Title

      Proceedings of The 24th International Conference on Modelling and Simulation, Banff, Canada, July 17-19, 2013

      Volume: 1 Pages: 39-44

    • DOI

      10.2316/P.2013.802-035

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A neuronal network model with STDP and homeostatic plasticity for tinnitus generation and its management by sound therapy2013

    • Author(s)
      Hirofumi Nagashino, Yohsuke Kinouchi, Ali A. Danesh and Abhijit S. Pandya
    • Journal Title

      Proceedings of The 4th International Conference on Bioscience and Bioinformatics, Chania, Crete Island, Greece, August 27-29, 2013

      Volume: 1 Pages: 134-139

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A neuronal network model with simplified tonotopicity for tinnitus generation and its management by sound therapy2013

    • Author(s)
      Hirofumi Nagashino, Yohsuke Kinouchi, Ali A. Danesh and Abhijit S. Pandya
    • Journal Title

      Proceedings of The 6th WSEAS International Conference on Biomedical Electronics and Biomedical Informatics, Baltimore, USA, September 17-19, 2013

      Volume: 1 Pages: 22-27

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ニューラルネットワークによる複数周波数リズムの学習2013

    • Author(s)
      江原清法,長篠博文
    • Organizer
      2013年度計測自動制御学会四国支部学術講演会
    • Place of Presentation
      香川大学工学部(香川県)
    • Year and Date
      20131129-20131129
  • [Presentation] 耳鳴り発生とその音響療法の数理モデル2013

    • Author(s)
      松尾将,長篠博文, 木内陽介, Ali A. Danesh and Abhijit S. Pandya
    • Organizer
      2013年度計測自動制御学会四国支部学術講演会
    • Place of Presentation
      香川大学工学部(香川県)
    • Year and Date
      20131129-20131129
  • [Presentation] 測定電極位置の偏在による脳内信号源推定精度の向上に関する研究2013

    • Author(s)
      大崎竜輝,芥川正武,榎本崇宏,加治芳雄,七條文雄,古川和彦,長篠博文,小中信典,木内陽介
    • Organizer
      平成25年度電気関係学会四国支部連合大会
    • Place of Presentation
      徳島大学工学部(徳島県)
    • Year and Date
      20130921-20130921
  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いた非線形システム解析に関する研究2013

    • Author(s)
      木内敬浩,芥川正武,榎本崇宏,長篠博文,小中信典,木内陽介
    • Organizer
      平成25年度電気関係学会四国支部連合大会
    • Place of Presentation
      徳島大学工学部(徳島県)
    • Year and Date
      20130921-20130921
  • [Presentation] Computational models for tinnitus generation and its management by sound therapy2013

    • Author(s)
      Hirofumi Nagashino
    • Organizer
      6th International Conference on Biomedical Electronics and Biomedical Informatics
    • Place of Presentation
      モーガン州立大学(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      20130917-20130919
    • Invited
  • [Presentation] Neural network models of sound therapy for tinnitus: audiologic perspectives2013

    • Author(s)
      Ali A. Danesh, Hirofumi Nagashino and Abhijit S. Pandya
    • Organizer
      25th Annual Convention of the American Academy of Audiology
    • Place of Presentation
      アナハイム・コンヴェンション・センター(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      20130403-20130406

URL: 

Published: 2015-05-28  

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