潜在的運動における学習適応メカニズムの解明と計算モデル構築

• 研究領域: 人工知能と脳科学の対照と融合
• 研究課題/領域番号: 16H06566
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所
• 研究代表者: 五味 裕章 日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所, 人間情報研究部, 上席特別研究員 (40396164)
• 研究分担者: 竹村 文 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (90357418)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 93,990千円 (直接経費: 72,300千円、間接経費: 21,690千円); 2020年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円); 2019年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2018年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2017年度: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2016年度: 26,780千円 (直接経費: 20,600千円、間接経費: 6,180千円)
• キーワード: 脳運動制御 / 感覚運動情報処理 / 反射応答 / 階層的感覚運動制御 / 潜在的情報処理 / 随意運動 / 視覚情報処理 / 潜在的感覚運動情報処理 / 視覚運動解析 / モジュレーション / 学習・適応メカニズム / 文脈依存性 / 脳・神経科学 / 視覚運動情報処理 / マンマシンインタフェース / 外界インタラクション

研究成果の概要

本課題では、視覚や体性感覚情報から無意識に体が反応する潜在的運動応答までの脳情報処理を解明し、脳型情報処理のロボットなどに生かす基礎知見を得ることを目的とした。学際的なアプローチにより、様々な運動における情報処理の側面（計算目的、処理方法）と、神経情報処理の側面（脳のどこで何を計算しているか）を検討し、従来、「意識」や「随意性」が関与すると考えられていた、環境や状況に対応するための比較的高度な情報処理プロセスも、実は優れた潜在的情報処理プロセスによって支えられていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で明らかにした潜在的感覚運動メカニズムに関する知見は、複雑な環境の中で人間がいとも簡単にスムーズに動き外界とインタラクションするかを詳細に理解していくことに貢献する。また新たに示した階層性情報処理の仕組みは、脳疾患などによる運動障害の診断やリハビリにつなげる上で有益と考える。さらに、シーケンシャルな情報処理のためにぎこちない動きしかできなかった従来型のロボット制御を改善し、ロボットが様々な環境に応じてスムーズで適応的に素早く動けるようにするための新たな設計原理に結びつくことも期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] University College London/Institute of Cognitive Neuroscience(英国)
• [国際共同研究] University College London/Inst. Cognitive Neuroscience(英国)
• [国際共同研究] University College London, ICN(United Kingdom)
• [雑誌論文] Seeing motion of controlled object improves grip timing in adults with autism spectrum condition: evidence for use of inverse dynamics in motor control (2021)
  • 著者名/発表者名: Takamuku Shinya、Ohta Haruhisa、Kanai Chieko、de C. Hamilton Antonia F.、Gomi Hiroaki
  • 雑誌名: Experimental Brain Research 巻: 239 号: 4 ページ: 1047-1059
  • DOI: 10.1007/s00221-021-06046-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On Stopping Voluntary Muscle Relaxations and Contractions: Evidence for Shared Control Mechanisms and Muscle State-Specific Active Breaking (2020)
  • 著者名/発表者名: De Havas Jack、Ito Sho、Gomi Hiroaki
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 号: 31 ページ: 6035-6048
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0002-20.2020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Somatosensory evoked potentials that index lateral inhibition are modulated according to the mode of perceptual processing: comparing or combining multi-digit tactile motion (2020)
  • 著者名/発表者名: Arslanova Irena、Wang Keying、Gomi Hiroaki、Haggard Patrick
  • 雑誌名: Cognitive Neuroscience 巻: online 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1080/17588928.2020.1839403
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visually-updated hand state estimates modulate the proprioceptive reflex independently of motor task requirements (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Sho、Gomi Hiroaki
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.52380
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct temporal developments of visual motion and position representations for multi-stream visuomotor coordination (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda Hiroshi、Abekawa Naotoshi、Ito Sho、Gomi Hiroaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48535-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Better grip force control by attending to the controlled object: Evidence for direct force estimation from visual motion (2019)
  • 著者名/発表者名: Takamuku Shinya、Gomi Hiroaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-019-49359-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Disentangling the Visual, Motor and Representational Effects of Vestibular Input (2018)
  • 著者名/発表者名: Abekawa Naotoshi, Elisa R. Ferre, Maria Gallagher, Hiroaki Gomi，Patrick Haggard
  • 雑誌名: Cortex 巻: 104 ページ: 46-57
  • DOI: 10.1016/j.cortex.2018.04.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Faster You Decide, the More Accurate Localization Is Possible: Position Representation of “Curveball Illusion” in Perception and Eye Movements (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda Hiroshi, Naotoshi Abekawa, Hiroaki Gomi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 8 ページ: e0201610-e0201610
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0201610
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Typical use of inverse dynamics in perceiving motion in autistic adults: Exploring computational principles of perception and action (2018)
  • 著者名/発表者名: Takamuku Shinya、Forbes Paul A. G.、Hamilton Antonia F. de C.、Gomi Hiroaki
  • 雑誌名: Autism Research 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 1062-1075
  • DOI: 10.1002/aur.1961
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low gain servo control during the Kohnstamm phenomenon reveals dissociation between low-level control mechanisms for involuntary versus voluntary arm movements (2018)
  • 著者名/発表者名: Jack De Havas, Sho Ito, Patrick Haggard, Hiroaki Gomi
  • 雑誌名: Frontiers in Behavioral Neuroscience 巻: 発刊中
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2018.00113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ヒトは視覚運動から自己運動を抽出するためにどのような情報を使うか？ ～ 機械学習による統計的関係性の記述と内部表現の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村大樹, 五味裕章
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
• [学会発表] Postural instability context implicitly enhances visually-induced reflexive reaching control without explicit assistance of voluntary action (2021)
  • 著者名/発表者名: Gomi H, Abekawa N
  • 学会等名: Neural Control of Movement 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Brain responses to tactile oddballs are modulated by illusory pulling direction (2020)
  • 著者名/発表者名: De Havas J, Ito S, Gomi H
  • 学会等名: Federation of European Neuroscience Societies Forum
  • 国際学会
• [学会発表] Functional roles of visual motion for hand reaching movement - New lines of evidence dissociate posture related and target related responses - (2020)
  • 著者名/発表者名: Gomi H, Abekawa N, Ueda H
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Spatiotemporal processing of visual motion for generating quick ocular and manual responses examined by convolutional neural network (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura D, Gomi H
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Effects of cerebral/cerebellum lesions on short-latency manual responses in monkeys (2020)
  • 著者名/発表者名: Takemura A, Nakamura D, Abekawa N, Gomi H
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Deficits in short-latency manual responses after chemical lesions in monkey cortical area MST (2020)
  • 著者名/発表者名: Takemura A, Abekawa N, Nakamura D, Gomi H
  • 学会等名: The 30th Annual Meeting of the Japan Neural Network Society
• [学会発表] 伸張反射は多感覚統合を介した身体状態の不確かさに応じて調整される (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤翔, 五味裕章
  • 学会等名: The 30th Annual Meeting of the Japan Neural Network Society
• [学会発表] Learning and retrieving motor memories depending on gaze-reach coordination (2019)
  • 著者名/発表者名: Abekawa N, Gomi H
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple motor memories depending on foveal and peripheral reaching (2019)
  • 著者名/発表者名: Abekawa N, Gomi H
  • 学会等名: Neural Control of Movement
  • 国際学会
• [学会発表] Different learning and generalization for reaching movements in foveal and peripheral vision (2019)
  • 著者名/発表者名: Abekawa N, Ito S, Gomi H
  • 学会等名: Motor Learning and Motor Control (MLMC)
  • 国際学会
• [学会発表] The inhibition of voluntary muscle relaxations depends on similar mechanisms to the inhibition of muscle contractions (2019)
  • 著者名/発表者名: De Havas J, Ito S, Gomi H
  • 学会等名: Neural Control of Movement
  • 国際学会
• [学会発表] Predictive setup of implicit sensorimotor processing according to tasks and environments (2019)
  • 著者名/発表者名: Gomi H
  • 学会等名: Neural Control of Movement
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Decomposition of manual and ocular following responses into the direct and interaction components (2019)
  • 著者名/発表者名: Gomi H, Abekawa N
  • 学会等名: Europian Conference on Visual Perception
  • 国際学会
• [学会発表] Synthetic modeling of human visual motion analysis for generating quick ocular and manual responses (2019)
  • 著者名/発表者名: Gomi H, Nakamura D
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Online modulation of proprioceptive reflex gain depending on uncertainty in multisensory state estimation (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Gomi H
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Spatiotemporal tuning of ocular following response can be acquired by statistical machine learning of visual images during daily self-movements (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura D, Gomi H
  • 学会等名: Neural Control of Movement
  • 国際学会
• [学会発表] Visual feedback of object motion improves grip control but disrupts arm control in adults with ASC (2019)
  • 著者名/発表者名: Takamuku S, Ohta H, Kanai C, Gomi H
  • 学会等名: Neural Control of Movement
  • 国際学会
• [学会発表] Distinct temporal frequency-dependent modulations of direct and indirect visual motion effects on reaching adjustments (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda H, Abekawa N, Ito S, Gomi H
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] ２つの視覚運動応答の時間周波数特性が示す視覚運動情報処理のメカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 上田大志, 伊藤翔, 安部川直稔, 五味裕章
  • 学会等名: 第13回モーターコントロール研究会
• [学会発表] What kind of analysis can be obtained by CNN from the statistical relationship between sequential images and self-motion? (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村大樹, 五味裕章
  • 学会等名: 第29回日本神経回路学会大会
• [学会発表] Contribution of internal models on sensorimotor control (2018)
  • 著者名/発表者名: Gomi H
  • 学会等名: The 75th Fujihara Seminar “The Cerebellum as a CNS hub; from its evolution to therapeutic strategies”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Specificities of manual and ocular following responses and natural statistics of optic flow induced by body movements (2018)
  • 著者名/発表者名: Gomi H, Nakamura D
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会
• [学会発表] Difference in eye-hand coordination forms distinct motor memories in implicit visuomotor adaptation (2018)
  • 著者名/発表者名: Abekawa N, Gomi H
  • 学会等名: JNNS Satellite Workshop "Analysis and Synthesis for Human/Artificial Cognition and Behaviour"
  • 国際学会
• [学会発表] Why can we correct reaching action so quickly? - Hypotheses and new examinations of implicit visuomotor process - (2018)
  • 著者名/発表者名: Gomi H
  • 学会等名: JNNS Satellite Workshop "Analysis and Synthesis for Human/Artificial Cognition and Behaviour"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multimodal contribution to body state representation for generating proprioceptive reflexes (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Gomi H
  • 学会等名: JNNS Satellite Workshop "Analysis and Synthesis for Human/Artificial Cognition and Behaviour"
  • 国際学会
• [学会発表] Statistical analysis of optic flow induced by body motion characterizing OFR and MFR (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura D, Gomi H
  • 学会等名: JNNS Satellite Workshop "Analysis and Synthesis for Human/Artificial Cognition and Behaviour"
  • 国際学会
• [学会発表] Low sensitivities of walking speed adjustment and self‐motion velocity perception to dense optic flow (2018)
  • 著者名/発表者名: Takamuku S, Gomi H
  • 学会等名: JNNS Satellite Workshop "Analysis and Synthesis for Human/Artificial Cognition and Behaviour"
  • 国際学会
• [学会発表] Different eye-hand coordination forms distinct motor memories in visuomotor adaptation (2018)
  • 著者名/発表者名: Abekawa N, Gomi H
  • 学会等名: Neuroscience2018, Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] The inhibition of voluntary muscle relaxations depends on similar mechanisms to the inhibition of muscle contractions (2018)
  • 著者名/発表者名: De Havas J, Ito S, Gomi H
  • 学会等名: Neuroscience2018, Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Increase in density of optic flow deteriorates self-motion velocity perception and decreases implicit adjustments of walking speed (2018)
  • 著者名/発表者名: Takamuku S, Gomi H
  • 学会等名: Neuroscience2018, Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] マカクサルにおけるMST 野不活化による短潜時腕応答への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹村 文, 安部川直稔, 五味裕章
  • 学会等名: 日本視覚学会2018年夏季大会
• [学会発表] Output Modality Dependent Visual Motion Analysis in the Brain (2018)
  • 著者名/発表者名: Gomi H
  • 学会等名: Brain and AI symposium by Korea Society of Brain and Nerve
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Implicit visuomotor control and its effect on self-awareness (2018)
  • 著者名/発表者名: Gomi H
  • 学会等名: Workshop on mechanism of brain and mind
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] , Impact of changes in visual feedback on long-latency stretch reflex during visually guided movement (2017)
  • 著者名/発表者名: Sho Ito, Hiroaki Gomi
  • 学会等名: 第16回 脳と心のメカニズム 冬のワークショップ
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2017-01-11
• [学会発表] Inverse dynamics computation in adults with autism - Examination based on perceptual biases (2017)
  • 著者名/発表者名: Takamuku S, Forbes P, Hamilton A, Gomi H
  • 学会等名: 第16回 脳と心のメカニズム 冬のワークショップ
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2017-01-11
• [学会発表] 姿勢環境に応じて修飾される反射性視覚腕応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 安部川直稔, 五味裕章
  • 学会等名: 第40回 日本神経科学大会
• [学会発表] 視覚反転フィードバックへの適応が長潜時伸張反射に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤翔, 五味裕章
  • 学会等名: 第40回 日本神経科学大会
• [学会発表] オプティックフローに基づく歩行速度調節は距離推定に依存する (2017)
  • 著者名/発表者名: 高椋慎也, 永澤知幸, 五味裕章
  • 学会等名: 第40回 日本神経科学大会
• [学会発表] Automatic adjustment of walking speed by optic flow benefits from binocular vision (2017)
  • 著者名/発表者名: Takamuku S, Nagasawa T, Gomi H
  • 学会等名: Neuroscience 2017 (SfN)
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal development of an interaction effect between internal motion and contour signals of drifting target on reaching adjustment (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda H, Abekawa N, Gomi H
  • 学会等名: Neuroscience2017 (SfN)
  • 国際学会
• [学会発表] Rotated visual feedback of self-movement affects long-latency stretch reflex. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Gomi H
  • 学会等名: Neuroscience2017 (SfN)
  • 国際学会
• [学会発表] Modulation difference in visuomotor responses in implicit and explicit motor tasks depending on postural stability (2017)
  • 著者名/発表者名: Abekawa N, Gomi H
  • 学会等名: Neuroscience2017 (SfN)
  • 国際学会
• [備考] 伸張反射の調整に、視覚による身体情報が関与していることを世界で初めて発見
  • URL: https://www.ntt.co.jp/news2020/2006/200601a.html
• [備考] 巧みで素早い運動を支える脳内情報処理 ─視覚的な身体情報による伸張反射の調整
  • URL: https://journal.ntt.co.jp/article/6683
• [備考] 巧みで素早い運動を支える脳の中の身体表現 ─手の位置推定の不確かさは伸張反射を調節する
  • URL: https://www.kecl.ntt.co.jp/openhouse/2020/exhibition30/index.html
• [備考] 意識より賢い無意識 ─環境に応じた顕在・潜在的視覚運動応答の調節
  • URL: https://www.kecl.ntt.co.jp/openhouse/2020/exhibition31/index.html