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実データと進化モデルの融合による生態音響エージェントベース進化モデルの構築と応用

研究課題

研究課題/領域番号 21K12058
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61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

鈴木 麗璽  名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (20362296)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード生成モデル / エージェントベース進化モデル / 鳥類の鳴き声 / ロボット聴覚技術 / 生態音響学 / 人工生命 / 生態音響 / 生成系モデル
研究開始時の研究の概要

生成系機械学習モデルの豊かな表現力と構成論的進化モデルを融合した,生態音響エージェントベース進化モデルを構築し,フィールド調査とも連携して複雑な生態音響進化シナリオを探ることを目的とする.音声コミュニケーションの典型例として性選択による鳴き声の進化等を取り上げ,鳥類生態観測で収集した録音等から生物音声の音響構造を抽象化した潜在空間を作成する.これを進化モデルにおける遺伝子・表現型空間とし,実生態の複雑さを反映した形質進化を表現可能なモデルを構築する.仮想生態空間での空間的音響特性も盛り込む.進化実験で得られた音声を実フィールドでのプレイバック実験に適用することを通して,生態音響学に貢献する.

研究実績の概要

本年度は,前年度において予備的知見を得た,カリフォルニアに生息する野鳥であるホシワキアカトウヒチョウと,名大演習林のオオルリの鳴き声の生成モデルを洗練した上で,提案する生成鳴き声に基づく性選択モデルを構築して実験を行った.その結果,両鳴き声のモデルにおいて明瞭で複雑すぎない構造を持つ歌が選択されがちであることが示唆された.
次に,現地の野生個体に対する生成鳴き声のプレイバック実験を行った.ホシワキアカトウヒチョウに関しては,生成モデルにおいてオリジナルの音源がよく再現される潜在空間上の原点をはじめとして,次第に離れた位置にあるノイズが多く明瞭でない鳴き声を複数生成し利用した.その結果,生成鳴き声の明瞭さと野生個体のスピーカへの接近や鳴き返しの度合いに負の相関がありうることが判明した.特に,人間にとってはノイズに聞こえるほど明瞭でない音声であっても野生個体への弱い影響が示されたことは,生成モデルによる生成音が非明示的に自然生態に与える影響を示唆していると考えられる.オオルリについては,モデルで頻繁に選択された歌等を現地野生個体に再生し,HARKBirdによる二次元音源定位を用いて反応傾向を分析したところ,最も頻繁に選択された歌再生時に野生個体がスピーカから離れるなど,特徴的な反応を示す可能性が示唆されたが,より詳細な分析が必要である.
また,ロボット聴覚技術に基づく鳥類観測に関する研究を進め,観測技術の向上を図った.本課題の核となるアイデアである生成モデルと進化モデルの融合の考え方を発展させ,大規模言語モデルと進化モデルの融合の応用の検討を進め,協力行動に関する性格特性の進化モデルを構築した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前年度までの知見を踏まえ,提案する生成進化モデルと実フィールド実験の融合の試みを,オオルリとホシワキアカトウヒチョウの2種に関して試行できたことが大きな進展であった.ホシワキアカトウヒチョウに関しては,特に生成音の明瞭さが野生個体に与える影響について知見を得ることができ,オオルリに関しては,進化実験で頻繁に選択された歌の影響を示唆する知見を得た.また,これらの枠組みと試みを国内研究会予稿においてまとめられたのも成果である.同時に,本課題の核である生成モデルと進化モデルの融合の考え方を発展させ,大規模言語モデルと進化モデルの融合の応用の検討も進められたことも大きな成果である.

今後の研究の推進方策

得られた知見は予備的段階であるため,これらを補強する実験や分析を進める.具体的には,各種を対象として生成鳴き声のより洗練された構築法を検討する.進化実験やその結果を反映させたプレイバック実験を適宜継続し,知見を深め,全体をまとめあげる.さらには生成モデルと進化モデルの融合の発展についても検討を進める.

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 9件、 招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] University of California,Berkeley(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of California,Berkeley(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] ロボット聴覚技術で探る野外鳥類の鳴き声ダイナミクス2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木麗璽
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 8(2) ページ: 74-79

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] An evolutionary model of personality traits related to cooperative behavior using a large language model2024

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Reiji、Arita Takaya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14, 5989 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1038/s41598-024-55903-y

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Visualization and Auantification of Activities of Animal Vocalizationhs in Forest Species Using Robot Audition Techniques2023

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhao, Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno
    • 雑誌名

      Journal of Ecoacoustics

      巻: 7 号: 1 ページ: 2-2

    • DOI

      10.35995/jea7010002

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ロボット聴覚技術で探る野外鳥類の鳴き声ダイナミクス2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木麗璽
    • 雑誌名

      細胞

      巻: 55(8) ページ: 86-90

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Estimating the Soundscape Structure and Dynamics of Forest Bird Vocalizations in an Azimuth-Elevation Space Using a Microphone Array2023

    • 著者名/発表者名
      Reiji Suzuki, Koichiro Hayashi, Hideki Osaka, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai and Hiroshi G. Okuno
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 13(6) 号: 6 ページ: 3607-3607

    • DOI

      10.3390/app13063607

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 私のブックマーク:学習・コミュニケーション・言語の創発と進化に対する構成論的アプローチ2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木麗璽
    • 雑誌名

      人工知能

      巻: 37 号: 5 ページ: 661-671

    • DOI

      10.11517/jjsai.37.5_661

    • ISSN
      2188-2266, 2435-8614
    • 年月日
      2022-09-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 音声コミュニケーションの起源に対する仮想生物進化アプローチ2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木 麗璽、関 崚平、坂野 孝広、河合 恒輝、有田 隆也
    • 雑誌名

      人工知能

      巻: 37 号: 1 ページ: 35-42

    • DOI

      10.11517/jjsai.37.1_35

    • NAID

      130008139384

    • ISSN
      2188-2266, 2435-8614
    • 年月日
      2022-01-01
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-Invasive Monitoring of the Spatio-Temporal Dynamics of Vocalizations among Songbirds in a Semi Free-Flight Environment Using Robot Audition Techniques2021

    • 著者名/発表者名
      Sumitani Shinji、Suzuki Reiji、Arita Takaya、Nakadai Kazuhiro、Okuno Hiroshi G.
    • 雑誌名

      Birds

      巻: 2 号: 2 ページ: 158-172

    • DOI

      10.3390/birds2020012

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Utilizing Embedding Methods for Soundscape Analysis of Forest Animal Vocalization based on azimuth and elevation localization2024

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhao, Reiji Suzuki, Ryosuke Kojima, Takaya Arita and Kazuhiro Nakadai
    • 学会等名
      第64回AIチャレンジ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ロボット聴覚に基づくマルチスケール野外鳥類観測とこれから2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木麗璽
    • 学会等名
      第64回AIチャレンジ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 生成モデルに基づく形質表現を利用した鳥類の鳴き声に関する進化モデルとフィールド実験の融合の試み2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木麗璽, 古山諒, Zachary Harlow, 中臺一博, 有田隆也
    • 学会等名
      第63回AIチャレンジ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 鳥類の鳴き声行動の理解に対するロボット聴覚に基づく観測と生成進化モデル2023

    • 著者名/発表者名
      古山諒, 鈴木麗璽, 中臺一博, 有田隆也
    • 学会等名
      日本鳥学会 2023年度大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Visualization and Quantification of Forest Animal Vocalizations: Applying Robot Audition Techniques in Ecoacoustics2023

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhao, Reiji Suzuki, Takaya Arita and Kazuhiro Nakadai
    • 学会等名
      The XXVIII International 2023 Bioacoustics Congress (IBAC203)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A soundscape Analysis of Bird and Cicada Vocalizations based on Azimuth and Elevation Localization Using Robot Audition and Machine Learning Techniques2023

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhao, Reiji Suzuki, Ryosuke Kojima, and Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai
    • 学会等名
      28th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergence of the Spectral and Temporal Separation of Acoustic Niche in Coevolution of Artificial Creatures2023

    • 著者名/発表者名
      Masaya Hiramoto, Reiji Suzuki, and Takaya Arita
    • 学会等名
      28th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Extracting Bird Vocalizations from a Complex Natural Soundscape in Forests Using Robot Audition Techniques2023

    • 著者名/発表者名
      Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Zachary Harlow, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno
    • 学会等名
      2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations (SII2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A non-invasive framework for fine-scale observation of spatial-spectral-temporal patterns of bird vocalizations based on robot audition techniques2022

    • 著者名/発表者名
      Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Wada, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno
    • 学会等名
      International Ornithological Congress 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Modeling and Experimental Framework for Understanding Evolutionary and Ecological Roles of Acoustic Behavior Using a Generative Model2022

    • 著者名/発表者名
      Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Chihiro Ikeda and Takaya Arita
    • 学会等名
      ALIFE 2022: The 2022 Conference on Artificial Life (ALIFE2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 野外鳥類集団における音声相互作用分析のためのマイクロホンアレイに基づく自動観測の検討2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木麗璽, 炭谷晋司, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博
    • 学会等名
      日本鳥学会 2023年度大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Visualizing Soundscape of Animal Vocalizations in Forests Using Robot Audition Techniques2022

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhao, Reiji Suzuki, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno
    • 学会等名
      第57回AIチャレンジ研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Visualizing soundscapes and quantifying interspecific interactions in forest animal vocalizations using robot audition technology2022

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhao, Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno
    • 学会等名
      情報処理学会第84回全国大会論文集
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] The cultural evolution of memes based on communicative interactions in language among chatting agents using a generative model2022

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Hirata, Reiji Suzuki, Takaya Arita
    • 学会等名
      The 27th International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolution of Acoustic Signaling Generated by Movement of Artificial Creatures in Cooperative/Competitive Resource Acquisition Tasks2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Banno, Reiji Suzuki, Takaya Arita
    • 学会等名
      The 27th International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 音源定位技術を用いた野外鳥類の音声相互作用の分析手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木麗璽, 炭谷晋司, 松林志保, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博
    • 学会等名
      日本生態学会第69回大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 複数マイクアレイを用いたキンカチョウの時空間的発声パターンに基づく個体間相互作用の調査2021

    • 著者名/発表者名
      炭谷晋司, 鈴木麗璽, 有田 隆也, 和多和宏, 松林志保, 中臺一博, 奥乃博
    • 学会等名
      第58回人工知能学会 AIチャレンジ研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 鳴禽類のメスのさえずりの役割の理解に向けた音源定位手法の活用に関する一検討2021

    • 著者名/発表者名
      古山諒, 鈴木麗璽, 炭谷晋司, 有田隆也
    • 学会等名
      第58回人工知能学会 AIチャレンジ研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 野外での鳥類鳴き声観測のためのWebベース録音ユニットと可視化ツールの試作2021

    • 著者名/発表者名
      炭谷晋司, 大和祐介, 鈴木麗璽, 小島諒介, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博
    • 学会等名
      第39回日本ロボット学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Session: signal processing of animal vocalisations/AI/robotics" invited discussant2021

    • 著者名/発表者名
      Reiji Suzuki
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Vocal Interactivity in-and-between Humans
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 研究代表者Webページ

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 研究代表者Webページ

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 研究代表者Webページ

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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