Quantitative Modeling for the Neural Basis of Mathematical Ability
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20K07718
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 51010:Basic brain sciences-related
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| Research Institution | Teikyo University (2022-2023)
National Institute of Information and Communications Technology (2020) |
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Principal Investigator |
中井 智也 帝京大学, 先端総合研究機構, 客員研究員 (60781250)
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| Project Period (FY) |
2022-01-04 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 数学 / 人工ニューラルネット / fMRI / 頭頂間溝 / MRI / 機械学習 / ニューラルネット / 人工知能 / 符号化モデル |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、数学能力の神経基盤を、以下の段階を経て明らかにする:
（1）数学能力の脳機能モデルとしてのニューラルネットワークモデルを構築する。
（2）実験参加者が数学課題実行中のMRI計測を行う。課題内容からニューラルネットワークにより抽出した特徴量と脳活動の多変量線形回帰により符号化モデルを構築し、各特徴量の脳情報表現を検討する。
（3）脳活動の予測精度を元に、複数のニューラルネットワークモデルのうちヒトの脳機能に最 も近似したモデルを調査する。
（4）構築した符号化モデルの一部の構造を崩すことにより、仮想的な脳機能への影響をシミュレートする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ヒトが数学を生み出し、計算を実施する際の脳情報処理に関する定量的モデルを構築することである。その目的のため、昨年度まで主に脳機能データに基づく研究を実施していた。それに対し、今年度は背後にある理論研究に焦点を当てた。
まず、理論言語学の専門家である松本大貴博士と共同研究を実施し、言語理論における統語解析が他の記号システムである数学に対して応用した。単純な足し算や引き算などに加え、記号代数や微分積分などの数式表現に関しても言語と同様の理論が適用できることを示した。この結果はCognitive Psychology誌に発表された(Matsumoto & Nakai, Cognitive Psychology 2023)。
さらに、フランスのリヨン神経科学研究センターのJerome Prado博士との国際共同研究により、最新の機械学習技術を利用して脳データから数学能力や言語能力の個人差、学習の効果および学習障害を予測する研究に関する総説論文を執筆し、PsyArXivに公開した(Nakai & Prado, PsyArXiv 2023)。この研究は現在国際誌において査読中である。
また、昨年度までに得られた数学に関する脳機能モデル研究を他の認知機能との関係を含めて拡張するため、脳情報通信融合研究センターにおいて、43名の被験者を対象として文章理解課題と数式計算課題を実施している最中の脳活動を測定した。現在そのデータを解析中である。
日本神経回路学会およびヒト脳イメージング研究会におけるポスター発表、およびフランスのLaPsyDE研究所において招待講演を行うことを通じ、昨年度までの成果を広く専門家に紹介した。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
