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人工内耳におけるパルスレートと振幅が同時に変調された電気刺激波形の最適設計

研究課題

研究課題/領域番号 18K10692
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分59010:リハビリテーション科学関連
研究機関関東学院大学

研究代表者

簔 弘幸  関東学院大学, 理工学部, 教授 (50190715)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード聴覚神経補綴 / 不規則点過程 / 聴神経線維モデル / 計算機シミュレーション / 最大尤度推定 / von Mises分布 / 消費電力節約 / 聴覚系神経補綴 / 聴覚系電気刺激 / パルスレート・振幅同時変調 / 情報理論的尺度 / 自己励起型不規則点過程 / パルス状電気刺激波形 / 変調方式
研究成果の概要

本課題では、先ず、聴神経線維モデルを用いたシミュレーション実験を通じて、音響刺激に対するスパイク列の統計的性質を表すvon Mises型自己励起点過程の特徴量が電気刺激に対するスパイク列のそれらに一致するように、パルスレートと振幅が同時に変調された電気刺激波形の適切なパラメータが見出された。次に、電気刺激の消費エネルギー節約の観点で、ある特定のパルスレート変動幅において、より深い振幅変調度が適切なスパイク列の特徴量をもたらすことが見出された。それゆえ、消費エネルギーを抑えたパルスレート・振幅同時変調方式が、人工内耳の性能をより向上させるうえで重要な役割を果たすのではないかと期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題の研究成果の一部は、2019年に海外英文雑誌(Biological Cybernetics)に掲載されるとともに、2021年には国際会議(Society for Brain Mapping & Therapeutics 17th/18th Annual Congress, Los Angeles, CA, USA)のセッションAddressing Challenges in Cochlear Implants において招待講演として発表されており、これらのことは当該研究の学術的、社会的意義をいみじくも物語っている。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 10件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学アーバイン校(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Irvine(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of California, Irvine(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of California at Irvine(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 閾値未満の興奮性シナプス刺激が与えられた海馬ニューラルネットワークモデルにおける不規則なシナプスノイズによるθ-γ 位相振幅結合の生成2022

    • 著者名/発表者名
      森 亮介、簑 弘幸
    • 雑誌名

      生体医工学

      巻: 60 号: 1 ページ: 32-37

    • DOI

      10.11239/jsmbe.60.32

    • ISSN
      1347-443X, 1881-4379
    • 年月日
      2022-03-10
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pulse-frequency-dependent resonance in a population of pyramidal neuron models2022

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Mori, Hiroyuki Mino, and Dominique M. Durand
    • 雑誌名

      Biological Cybernetics

      巻: 116 号: 3 ページ: 363-375

    • DOI

      10.1007/s00422-022-00925-w

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Modeling of spike trains in auditory nerves with self-exciting point processes of the von Mises type2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mino
    • 雑誌名

      Biological Cybernetics

      巻: 113 号: 3 ページ: 347-356

    • DOI

      10.1007/s00422-019-00799-5

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高レートパルス状電気刺激による循環型ニューロンモデルでの閾値未満シナプス電流刺激の伝達強化2018

    • 著者名/発表者名
      森 亮介、簑 弘幸
    • 雑誌名

      生体医工学

      巻: 56 号: 4 ページ: 164-167

    • DOI

      10.11239/jsmbe.56.164

    • NAID

      130007605157

    • ISSN
      1347-443X, 1881-4379
    • 年月日
      2018-08-10
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Neural Modeling in Auditory Prostheses2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mino
    • 学会等名
      Society for Brain Mapping & Therapeutics 17th/18th Annual Congress
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Information rates of an anteroventral cochlear nucleus model in response to sinusoidally amplitude-modulated pulsatile electric stimuli2021

    • 著者名/発表者名
      Takeru Suzuki, and Hiroyuki Mino
    • 学会等名
      10th International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering, Virtual, 2021 May
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High frequency stimulation can enhance phase-amplitude coupling in a neural network model with a weak excitatory synaptic transmission2021

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Mori, Hiroyuki Mino, Naoki Ishikawa and Dominique M. Durand
    • 学会等名
      10th International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering. Virtual, 2021 May
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 閾値未満の興奮性シナプス刺激が与えられた海馬ニューラルネットワークモデルにおける不規則なシナプスノイズによるθ-γ位相振幅結合の生成2021

    • 著者名/発表者名
      森 亮介、簑 弘幸
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 振動共振による前腹側蝸牛神経核モデルでの閾値未満シナプス電流刺激の伝送強化2021

    • 著者名/発表者名
      石川 直輝、簑 弘幸
    • 学会等名
      日本生体医工学会専門別研究会 生体信号計測・解釈研究会(第65回), 2021年12月 Virtual
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] パーキンソン病における脳深部刺激療法でのパルス状波形の制御2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木 豪流、森 亮介、簑 弘幸
    • 学会等名
      日本生体医工学会専門別研究会 生体信号計測・解釈研究会(第65回), 2021年12月 Virtual
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 海馬ニューラルネットワークモデルにおける不規則なシナプスノイズによる θ-γ 位相振幅結合の生成2021

    • 著者名/発表者名
      森 亮介、簑 弘幸
    • 学会等名
      2021年度 統計数理研究所 共同研究集会「健康・医療情報学,生体計測・生体信号解析とその周辺2」 Virtual
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Statistical properties of neural spike trains in an auditory nerve fiber model stimulated by a simultaneous pulse rate- and amplitude-modulated (PRAM) waveform2020

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ishikawa and Hiroyuki Mino
    • 学会等名
      42nd Annual International Conference of the IEEE in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pulse Frequency-Dependent Resonance in a Population of Pyramidal Neuron Models with a Mixture of Sub- and Supra- Threshold Stimuli of Synaptic Weights2020

    • 著者名/発表者名
      Ryousuke Mori, Hiroyuki Mino, and Dominique M. Durand
    • 学会等名
      42nd Annual International Conference of the IEEE in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Encoding of sinusoidal information into the spike trains of auditory nerve fiber model with simultaneous rate- and amplitude-modulated pulsatile stimuli2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mino
    • 学会等名
      Journal Club Zoom Meeting at Center for Hearing Research, University of California, Irvine (Prof. F.G. Zeng, Director)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 自己励起点過程による視床腹側中間核での神経スパイク列のモデリング2020

    • 著者名/発表者名
      簑 弘幸、八名 和夫
    • 学会等名
      日本生体医工学会専門別研究会 生体信号計測・解釈研究会(第63回)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] レートと振幅が同時変調されたパルス状電気刺激波形に対する聴神経モデルの応答特性:パルスレート最大値の影響2020

    • 著者名/発表者名
      簑 弘幸
    • 学会等名
      統計数理研究所 共同研究集会「生体信号・イメージングデータ解析に基づく医療・健康データ科学の展開2」
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Information transmission in an auditory nerve fiber model stimulated by a simultaneous pulse rate- and amplitude-modulated (PRAM) waveform2019

    • 著者名/発表者名
      Yumeko Kawase and Hiroyuki Mino
    • 学会等名
      41st Annual International Conference of the IEEE in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High rate pulsatile stimuli can improve information transmission of sub-threshold stimuli in a hippocampal CA1 neural network model2019

    • 著者名/発表者名
      Ryousuke Mori, Hiroyuki Mino, and Dominique M. Durand
    • 学会等名
      41st Annual International Conference of the IEEE in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 音響刺激と電気刺激に対する聴神経線維モデルのスパイク応答の統計的性質:電気刺激波形設計への展開2019

    • 著者名/発表者名
      簑 弘幸
    • 学会等名
      第58回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 抑制性介在ニューロンが海馬 CA1 ニューラルネットワークモデルのスパイク間隔を遅延させる2019

    • 著者名/発表者名
      森 亮介、簑 弘幸
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] レートと振幅が同時変調されたパルス状電気刺激に対する聴神経モデルの応答特性:Neurogramによる検討2019

    • 著者名/発表者名
      簑 弘幸
    • 学会等名
      統計数理研究所 共同研究集会「生体信号・イメージングデータ解析に基づく医療・健康データ科学の展開2」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 自己励起点過程による神経の不応期特性の推定2019

    • 著者名/発表者名
      簑 弘幸、八名 和夫
    • 学会等名
      日本生体医工学会専門別研究会 生体信号計測・解釈研究会(第61回)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Statistical Properties of Neural Spike Trains in Response to Rate-Amplitude-Modulated Pulsatile Electric Stimuli in an Auditory Nerve Fiber Model2018

    • 著者名/発表者名
      Mako Iwasaki, Hiroyuki Mino
    • 学会等名
      40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High Rate Pulsatile Stimuli can Enhance the Detection of Sub-threshold Signals in a Hippocampal CA1 Neural Network Model2018

    • 著者名/発表者名
      Ryousuke Mori, Hiroyuki Mino, Minato Kawaguchi, Dominique M. Durand
    • 学会等名
      40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluating the estimation accuracy in random point processes for the analysis of neural spike trains2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Mino, Kazuo Yana
    • 学会等名
      第57回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 高レートパルス状電気刺激による循環型ニューロンモデルでの閾値未満シナプス電流刺激の伝達強化2018

    • 著者名/発表者名
      森 亮介、簑 弘幸
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 聴覚系神経補綴における最適電気刺激波形の設計2018

    • 著者名/発表者名
      簑 弘幸
    • 学会等名
      統計数理研究所 共同研究集会「生体信号・イメージングデータ解析に基づく医療・健康データ科学の展開」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] von Mises型自己励起点過程におけるパラメータの最尤推定:神経の不応期特性の推定2018

    • 著者名/発表者名
      簑 弘幸、八名 和夫
    • 学会等名
      日本生体医工学会専門別研究会 生体信号計測・解釈研究会(第59回)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] 関東学院大学理工学部人間医工学研究室

    • URL

      http://hst.kanto-gakuin.ac.jp/lab03.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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