環境に適したベイズ推定を行う神経基盤の理論的解明

• 研究課題/領域番号: 10J04910
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 感性情報学・ソフトコンピューティング
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 瀧山 健 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 運動学習 / ニューラルネットワーク / 脳卒中 / リハビリテーション / 両腕運動 / 神経細胞の冗長性 / 冗長なニューラルネットワークモデル / ベイズ統計 / スイッチング状態空間モデル / 状態遷移

研究概要

脳卒中とは急激に発祥した脳血管障害であり、日本国内では3番目、アメリカ国内では最も症例数が多い症状である。そのため、多くの研究が効果的な脳卒中リハビリテーション(以下リハビリ)を追究している。特に、脳卒中により生じる麻痺のうち、上肢に生じる麻痺から完全に回復できる患者は33%程度しかおらず、効果的な上肢リハビリの提唱が求められている。
通常の脳卒中リハビリは、麻痺した腕のみを動かす集中訓練である。一方、特定の患者は健常に動く腕を同時に動かす両腕リハビリが有効であることが報告されている。しかしながら、どのような条件を満たせば両腕リハビリが有効なのか、という問いは未解決なままであった。
申請者は脳卒中運動野モデルを解析し、右半球の一次運動野、左半球の一次運動野間の結合強度が強い患者のみ両腕リハビリが有効である、という理論予測を提唱した。近年、脳の異なる領野間の結合強度は脳活動計測から推定可能であり、今後は実際の脳卒中患者さんを対象とした実証が必要となる。

研究成果

• [雑誌論文] Recovery in Stroke Rehabilitation through the Rotation of Preferred Directions Induced by Bimanual Movements: A Computational Study (2012)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama and Masato Okada
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7(5)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Image Segmentation and Restoration Using Switching State-Space Model and Variational Bayesian Method. (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hasegawa, Ken Takiyama, Masato Okada, Seiji Miyoshi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 81 号: 9 ページ: 094802-094802
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.094802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Maximization of learning speed in the motor cortex due to neuronal redundancy (2012)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 8 号: 1 ページ: e1002348-e1002348
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002348
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of Hidden Structures in Nonstationary Spike Trains (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 雑誌名: Neural Computation 巻: 23 ページ: 1-29
  • 査読あり
• [雑誌論文] Switching state space model for simultaneously estimating state transitions and nonstationary firing rates (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 雑誌名: Advances in Neural Information Processing Systems 巻: 23(to be published)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inference in alpha rhythm phase and amplitude mode on Markov random to using belief nrooaeation from electroencenhalograms (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Naruse, Ken Takiyama, Masato Okada, Tsutomu Murata
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 82(1)
  • 査読あり
• [学会発表] Recovery in Stroke Rehabilitation through the Rotation of Preferred Directions Induced by Bimanual Movements : A Computational Study (2012)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama and Masato Okada
  • 学会等名: Annual meeting of Society for Neurosciece (SfN2012)
  • 発表場所: New Orleans, US
  • 年月日: 2012-10-14
• [学会発表] Recovery in Stroke Rehabilitation through the Rotation of Preferred Directions Induced by Bimanual Movements : A Computational Study (2012)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama and Masato Okada
  • 学会等名: 日本神経科学学会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋市
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] 両手運動により誘発される最適方位の回転は、脳卒中回復過程を促進する-計算論研究- (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健, 岡田真人
  • 学会等名: 日本神経回路学会
  • 発表場所: 名古屋工業大学、名古屋市
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] 両手運動により誘発される最適方位の回転は、脳卒中回復過程を促進する-計算論研究- (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健, 岡田真人
  • 学会等名: 第6回Motor Control研究会
  • 発表場所: 生理学研究所、岡崎市
  • 年月日: 2012-06-23
• [学会発表] 神経細胞の冗長性は学習速度を最大化する (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健、岡田真人
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学、西宮市
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] 両手運動により誘発される一次運動野ニューロンの最適方位の回転は、脳卒中回復過程を促進する～計算論研究～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健、岡田真人
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: はこだて未来大学、函館市
  • 年月日: 2012-01-26
• [学会発表] Maximization of learning speed in the motor cortex due to neuronal redundancy (2012)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama
  • 学会等名: Workshop for Young Neuroscientists in Japan-France Joint Symposium on Neural Dynamics and Plasticity
  • 発表場所: 京都大学、京都市
  • 年月日: 2012-01-11
• [学会発表] Maximization of learning speed in the motor cortex due to neuronal redundancy (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 学会等名: 日本神経回路学会
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学、国頭郡
  • 年月日: 2011-12-15
• [学会発表] 非定常なスパイク列から隠れた構造と機能を読み取る (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健
  • 学会等名: 非線形動力学セミナー
  • 発表場所: 京都大学,京都市(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-05
• [学会発表] Maximization of learning speed in the motor cortex due to neuronal redundancy (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 学会等名: Annual meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Washington, D.C., US
  • 年月日: 2011-11-15
• [学会発表] Maximization of learning speed in the motor cortex due to neuronal redundancy (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 学会等名: 日本神経科学学会
  • 発表場所: 神戸国際コンベンションセンター、神戸市
  • 年月日: 2011-07-21
• [学会発表] 運動学習への数理モデル的アプローチ-神経科学の理解から臨床応用を目指して- (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健
  • 学会等名: 知能化医療システム研究会
  • 発表場所: 笠岡第一病院、笠岡市(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] 神経細胞の冗長性は運動学習の学習速度を最大化する (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健、岡田真人
  • 学会等名: 第5回日本モーターコントロール研究会
  • 発表場所: 生理学研究所、岡崎市
  • 年月日: 2011-06-18
• [学会発表] Maximization of learning speed in motor cortex due to neuron redundancy (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 学会等名: Japan.German Joint Workshop
  • 発表場所: Okinawa, Japan, OIST
  • 年月日: 2011-03-03
• [学会発表] Maximization of learning speed in motor cortex due to neuron redundancy (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 学会等名: Computational System Neuroscience 2011
  • 発表場所: Salt Lake City, USA
  • 年月日: 2011-02-15
• [学会発表] 神経細胞の冗長性は運動学習の速度を最大化する (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健, 岡田真人
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-01-24
• [学会発表] Switching state space model for simultaneously estimating state transitions and nonstationary firinging rates (2010)
  • 著者名/発表者名: Ken Takiyama, Masato Okada
  • 学会等名: Neural Information Processing Systems 2010
  • 発表場所: Vancouver, B.C., Canada
  • 年月日: 2010-10-08
• [学会発表] スイッチング状態空間モデルによる神経状態遷移,神経状態数,非定常発火率の同時推定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 瀧山健, 岡田真人
  • 学会等名: Neuro 2010
  • 発表場所: 神戸コンベンショナルセンター
  • 年月日: 2010-09-02
• [備考]
  • URL: https://sites.google.com/site/takiyama1106/
• [備考]
  • URL: http://mns.k.u-tokyo.ac.jp/~takiyama/
• [備考]
  • URL: http://mns.k.u-tokyo.ac,jp/~takiyama/