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神経科学の知見による教授戦略モデルに基づく学習支援エージェントの設計基盤の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K11584
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62030:学習支援システム関連
研究機関早稲田大学

研究代表者

松居 辰則  早稲田大学, 人間科学学術院, 教授 (20247232)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード学習者の心的状態の推定 / 学習支援エージェント / 神経科学的知見 / 生体計測と機械学習 / 脳機能モデリング / 感情制御 / マインドフルネス状態 / インタラクション / 学習エージェント / 生体情報と機械学習 / レベル付き学習データの削減 / 教師エージェント / 心的状態の予測モデル / 学習環境 / 表情認知過程 / 小脳 / 定性的脳機能モデル / 神経科学 / 教授戦略モデル / 心的状態の推定 / 人型エージェント
研究成果の概要

コンピュータによる学習支援システムにおいて優れた学習効果をあげるためにはシステムと学習者との適切なインタラクションの実現は重要な課題である.このインタラクションはコンピュータ上のエージェントを介して行うことが多いため,このエージェントの設計方法が重要な課題となる.特に,エージェントに学習者の知識理解状態のみならず心的状態も把握して最適なインタラクションを実現させることが必要である.本研究では,学習者の心的状態を把握するためのモデルを神経科学の知見に基づいて構築することを試みている.結果,限定的な範囲ではあるが,エージェントの設計指針につながるような知見を成果として得ることができた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,優れた人間教師の教授活動をシステムによって実現することを重要なコンセプトとしている.特に,教授行為による学習者の知識理解状態のみならず心的状態変化への影響を予測・評価するプロセスの足掛かりとなるモデルを構築することを目指してきている.これらの課題に対して,認知心理,生体計測と機械学習,神経科学の知見に基づき学際的手法によってモデル構築を実現した点は学術的意義が大きいものと考えられる.また,生体計測によって学習者の心的状態の推定を,比較的少ないサンプル数でも高精度に推定可能な手法を実現できた点は,今後の学習支援システムの新しい方向性を示すという点で社会的意義も大きいものと考えられる.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Explanation of emotion regulation mechanism of mindfulness using a brain function model2021

    • 著者名/発表者名
      Haruka Nakamura, Yoshimasa Tawatsuji, Siyuan Fang, Tatsunori Matsui
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 138 ページ: 198-214

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Human-centered artificial intelligence in education: Seeing the invisible through the visible2021

    • 著者名/発表者名
      Yang J.H. Stephen, Ogata Hiroaki, Matsui Tatsunori, Chen Nian-Shing
    • 雑誌名

      Computers and Education: Artificial Intelligence

      巻: 2 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1016/j.caeai.2021.100008

    • NAID

      120006954091

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ヒト型エージェントの表情動作速度の非典型性が表情認知に与える影響に関する実験的検討2019

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 松居辰則
    • 雑誌名

      教育システム情報学会論文誌

      巻: 36-4 ページ: 233-242

    • NAID

      130007729886

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生体情報を用いた学習者の心的状態推定と学習支援の試み2019

    • 著者名/発表者名
      松居辰則
    • 雑誌名

      教育システム情報学会論文誌

      巻: 36-2 ページ: 76-83

    • NAID

      130007632194

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 生体情報による学習者個人の心的状態推定モデルの精度評価/解釈とラベリングコスト低減に関する実験的検討2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      人工知能学会 先進的学習科学と工学研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] e-learning学習者の感情状態の時系列変化と学習継続に関する心理状態の関係モデルの構築2020

    • 著者名/発表者名
      山本悠太, 小島一晃, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      教育システム情報学会 2020年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生体情報を用いた学習者の心的状態推定モデルにおけるラベリングコスト削減の試み2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      教育システム情報学会 2020年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生体情報を用いた学習者の心的状態推定モデル作成に対する教師なしドメイン適応によるラベリングコスト低減の試み,2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      電子情報通信学会 教育工学研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 脳機能モデルに基づくマインドフルネスの移行訓練の効果の説明2020

    • 著者名/発表者名
      中村遥佳, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      日本感性工学会 第22回日本感性工学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生体情報による個人に対応した機械学習モデルを作成するにあたって注意するべきこと2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      日本感性工学会 第22回日本感性工学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 神経活動同期性に基づく道徳的対話における伝達感評価尺度の構築2020

    • 著者名/発表者名
      下田香織, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      教育システム情報学会 第45回全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] デバイスオントロジーに基づいた人型エージェントに対する予測誤差形成過程を説明する脳機能モデルの提案2020

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      人工知能学会 第34回全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 脳機能モデルによる訓練の段階を考慮したマインドフルネス時の感情制御メカニズムの説明2020

    • 著者名/発表者名
      中村遥佳, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      人工知能学会 第34回全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] オンデマンド授業視聴時の学習者個人の心的状態推定モデルの構築とその解釈の試み2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則:
    • 学会等名
      人工知能学会 第34回全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Conceptualization of IMS that Estimates Learners’ Mental States from Learners’ Physiological Information Using Deep Neural Network Algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsunori MATSUI, Yoshimasa TAWATSUJI, Siyuan Fang, Tatsuro UNO
    • 学会等名
      15th International Conference on Intelligent Tutoring System(ITS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 中村遥佳,田和辻可昌,松居辰則2019

    • 著者名/発表者名
      マインドフルネス時の感情制御メカニズムに関する脳機能モデルの構築
    • 学会等名
      第15回日本感性工学会春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳同期性に基づく道徳的対話における伝達感評価尺度の構築2019

    • 著者名/発表者名
      下田香織,田和辻可昌,松居辰則
    • 学会等名
      第15回日本感性工学会春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 非言語情報を伴う学習支援ロボットが創発する安心感と学習意欲に関する実験的検討2019

    • 著者名/発表者名
      志村友,田和辻可昌,松居辰則
    • 学会等名
      第15回日本感性工学会春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 学習支援ロボットの表情と身体動作が学習者に付与する「安心感」に関する実験的検討2019

    • 著者名/発表者名
      志村友,田和辻可昌,松居辰則
    • 学会等名
      人工知能学会第87回先進的学習科学と工学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 時系列情報を考慮したオンデマンド授業視聴時の学習者の心的状態推定モデルの提案,2019

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      人工知能学会第87回先進的学習科学と工学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 拡張デバイスオントロジーに基づいた定性的脳機能モデルの記述体系の構築の試み2019

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 中村遥佳, 松居辰則
    • 学会等名
      人工知能学会第13回汎用人工知能研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 学習者の心的状態を推定する機械学習器の解釈可能性を志向した分析的アプローチの提案2019

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第44回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳機能モデルによるマインドフルネス時の感情制御メカニズムの説明2019

    • 著者名/発表者名
      中村遥佳, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第29回日本神経回路学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 表情認知において神経細胞群が果たすロール概念の整理と構造的知見に基づいた帰納推論方法の検討2019

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      人工知能学会第12回汎用人工知能研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 学習者の心的状態推定モデルが獲得した潜在的分類観点と判断根拠抽出の試み2019

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      人工知能学会第86回先進的学習科学と工学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 評価理論に基づくマインドフルネス瞑想を起点とするポジティブ再評価誘発メカニズムに関する脳機能モデルの構築2019

    • 著者名/発表者名
      中村遥佳, 方思源, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第33回人工知能学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 解釈可能性をもたらすヒートマッフの変化に着目した過剰学習がCNNにもたらす影響の検討2019

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第33回人工知能学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 多因子モデルに基づく学習者の心的状態推定モデルの性能評価の試み2019

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 古澤嘉久, 松居辰則
    • 学会等名
      2019年度教育システム情報学会研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 安心感のある学習支援ロボットの振る舞いについての実験的検討2019

    • 著者名/発表者名
      志村 友,田和辻 可昌,松居 辰則
    • 学会等名
      HAIシンポジウム2018
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 定性ニューロンを用いた衝動性眼球運動を支える神経基盤の構造記述と挙動解析2018

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第32回人工知能学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた生体情報からの学習者の心的状態のリアルタイム推定と学習支援の試み2018

    • 著者名/発表者名
      宇野達朗, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第43回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 身体性を伴う直観的行動選択に関する脳の構造モデルの構築2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤透真, 田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第20回日本感性工学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト型エージェントの表情動作速度の非典型性が表情認知に与える影響に関する実験的検討2018

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 松居辰則
    • 学会等名
      第43回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 深層ニューラルネットワークを用いた学習者の生体情報からの心的状態推定モデルにおける中間層の可視化の試み2018

    • 著者名/発表者名
      松居辰則, 田和辻可昌
    • 学会等名
      電子情報通信学会教育工学研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Real-time estimation of learners’ mental states from learners’ physiological information using deep learning2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshimasa TAWATSUJI, Tatsuro UNO, Siyuan Fang, Tatsunori MATSUI
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Computers in Education
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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