AI-based Cognitive Training and Monitoring System for Comprehensive Preventive Care by Local Older Adults and Their Families
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21K11329
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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 59010:Rehabilitation science-related
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| Research Institution | Tokyo National College of Technology |
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Principal Investigator |
北越 大輔 東京工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (50378238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 健太郎 杏林大学, 保健学部, 講師 (40612578)
鈴木 雅人 東京工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (50290721)
山下 晃弘 東京工業高等専門学校, 情報工学科, 准教授 (80589838)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 包括的介護予防 / 認知訓練 / 見守り / 対話エージェント / 深層強化学習 / ヒューマンエージェントインタラクション / 介護予防 / 機械学習 / 地域包括ケア / 強化学習 |
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| Outline of Research at the Start |
ICT機器（スマホ，タブレット等）と自宅に設置したセンサを用い，高齢者が要支援・要介護状態となることを予防する取組を，家族や地域を巻き込み継続的に実現可能とする包括的介護予防システムの構築を目指す．これまで個別に開発してきた認知訓練部，見守り部，対話エージェントの各々に改善や拡張を加えながら統合を図る．各部，各機能の有効性や，統合後のシステム利用を通した長期的・相乗的な介護予防効果について評価する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高齢者を対象に，ICT機器とセンサを用い，習慣的な認知訓練，エージェントとの対話を通した見守り，高齢者同士の見守り合いの実現に加え，認知訓練や対話，見守りに関するログデータとAI技術を活用した疾病予測や健康増進アドバイスの提供を通じ，高齢者同士，および高齢者とその家族が支え合う包括的な介護予防を実現する枠組の構築を目指す．
今年度は，並列して開発を進めている(1) 転倒予防システムの継続利用意欲と転倒予防効果向上を目指し，リズムの要素を導入した新たなゲームを提案したことに加え，(2) 認知訓練システムにおいては，利用者（高齢者）の生体情報にもとづく心身状態のより詳細な推定を通じたゲーム難易度調整機能の改良を図った．また，(3) 知的対話エージェントについては，利用者の嗜好をより詳細に把握すべく発話内容に関する確率モデルを導入した．
コロナ禍の下，2年連続で高齢者を対象とした実験を実施することは叶わなかったものの，各システムにおいて試作版を開発し，申請者所属機関の学生を対象とした予備実験の実施を通して，(1) 運動の実感や楽しさについては一定の評価が得られたものの，継続利用意欲については改善の余地があること，(2) ストレス（疲労度）を推定可能な特徴量の導入により，継続的なゲーム実施に貢献可能な環境が構築できたこと，(3) 確率モデルを用いた発話内容調整機構の適用を通して利用者の嗜好によりマッチした発話の実現が期待できる結果を確認した．
その一方，各システムの開発にあたり高齢者からの意見を得ることができなかったこと，および当初計画以上にシステムの開発・改善に時間を要したこと等から，一部実験では実施期間が確保できず実験データの十分な収集が叶わなかったことに加え，データの評価や結果に関する考察の面で，当初期待した内容・成果との乖離が生じた点が今年度の課題である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績の概要に記載のとおり，当該研究課題で提案するシステムの対象者は高齢者であり，本来，高齢者を対象とした実験を通してシステムの特性・性能を評価する必要があるものの，コロナ禍の影響で高齢者への対面でのシステム紹介や，高齢者に対するシステム試用による実験を通したデータ収集，性能評価等が困難な状況となり，比較的感染リスクの少ない，申請者所属機関の学生を主要な実験協力者とせざるを得なかったことが進捗に遅れが生じている要因である．加えて，実験協力者の選定の際にもコロナの影響が少なからずあり，当初予定より実験実施を先送りせざるを得なくなった点も進捗の悪化を助長した．
一方，今年度実施予定であった試作版知的対話エージェントの実装は昨年度完了済みであったため，エージェントの発話内容のさらなる改善を目指し，感情分析を通した適切な発話内容の選定機構に関する検討等に開発期間を割り当てることができた．
実験実施は当初予定より遅れたものの，学生を対象とした実験を通してシステムの使用感や新ゲームの印象，改良版難易度調整機構や発話内容調整機構の特徴，性能等について評価できた．しかしながら得られた意見はあくまで学生からのものであり，システムの実際の利用者である高齢者から評価を得られなかったことが，むしろ考察を難しくした面がある．システム開発段階でも，作業療法士資格を有する分担者や，介護老人保健施設スタッフ等からの助言を通して，システムの安全性や効果に関するコメントを得ながら改良に取り組んできたが，その段階で高齢者からの生の声を得られておらず，そういった点から，今年度の活動においても，利用者の嗜好や特性に十分にフィットしたシステム開発には至っていないと考えられる．
これらの点から，一部成果・進捗に関する好ましい成果は得られているものの，進捗状況としては当初想定より滞っていると判断せざるを得ない状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度末の時点で，近隣の保健福祉センターや老人会等，これまで連携してきた機関，組織との連絡をより密にとり，対面での実験実施が可能となった時点で協力依頼，実験実施，結果の評価を行えるよう準備を進めておくことを計画していたものの，実際には2年連続で実験実施が叶わない状況が続いてきた．
一方，研究期間3年目となる来年度は状況的に高齢者対象の実験実施が可能となる可能性が高く，感染症対策徹底の上，新ゲームを導入した転倒予防システム，生体情報活用を通した心身状態推定による難易度調整機構を実装した認知訓練システム，および発話内容選定機構を改良した知的対話エージェントの各々において，準備期間に余裕をもちながら高齢者対象の実験を再開していく予定である．加えて，包括的介護予防システムの実現に向けた各システムの統合についても検討を進め，統合システムの概要について高齢者からのフィードバックを得ながら具体的作業計画立案を進める．
しかしながら，当初の計画と比べてシステム開発や改善，実験実施を通した知見の蓄積という面では，現時点で十分な成果を得られていない．また，当初計画では初年度末の時点で高齢者への実験を実施し，成果を国内外の学会・研究会にて発表する予定であったが，高齢者に実際に利用していただいた結果・考察を踏まえて進める予定であった研究の次段階へも進むことができていない．
これに伴い，実験結果の評価・考察を踏まえて購入予定であった物品の購入費用や実験結果取りまとめ作業を依頼する予定であった学生への謝金，研究成果を国内外の学会・研究会にて発表するための旅費・宿泊費，研究成果を学術雑誌等に投稿し採録された際の掲載料等、諸々の予算に関して使用機会が失われ，当初予定していた研究期間での目標達成がやや難しい状況となっていることから，研究期間の1年延長手続きを申請し，当該研究課題の達成を目指す．
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
