ブレインデコーディングに基づくヒト意思決定過程の神経基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 24300114
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石井 信 京都大学, 情報学研究科, 教授 (90294280)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2012年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: 意思決定 / ブレインデコーディング / ブレインマシンインターフェース / 非侵襲脳活動計測 / 強化学習

研究成果の概要

環境状態が部分的に見えるようにした迷路課題を用いて、前頭－頭頂葉の機能的核磁気共鳴(fMRI)活動から「次に現れるシーンの推論」の脳内表現の解読に成功した。多人数にわたるfMRI活動データに対して深層学習を用いて、ヒトがいかなるタスクを行っているのか解読する解読器を開発し、その特徴量の可視化を進めた。また、ナビゲーションに応用可能な空間注意課題を用いて、脳波計測に基づくオンラインデコーディングシステムを構築した。安静時脳活動を用いて実験参加者間の脳内表現の違いを吸収することができた。

研究成果

• [雑誌論文] The state-of-the-art in handling occlusions for visual object tracking. (2015)
  • 著者名/発表者名: Meshigi, K., & Ishii, S.
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Information & Systems 巻: 印刷中
  • NAID: 130005086162
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Learning a common dictionary for subject-transfer decoding with resting calibration (2015)
  • 著者名/発表者名: Morioka, H., Kanemura, A., Hirayama, J., Shikauchi, M., Ogawa, T., Ikeda, S., Kawanabe, M., and Ishii, S.
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 111 ページ: 167-178
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2015.02.015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A computational model of afterimage rotation in the peripheral drift illusion based on retinal ON/OFF responses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, Y., Ishii, S., & Urakubo, H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 12 ページ: e115464-e115464
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0115464
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 状態非依存の方策を用いた新しい強化学習手法の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野大智, 前田新一, 石井信.
  • 雑誌名: システム制御情報学会論文誌 巻: 27 号: 8 ページ: 327-332
  • DOI: 10.5687/iscie.27.327
  • NAID: 130004707732
  • ISSN: 1342-5668, 2185-811X
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 潜在空間モデリングによる時系列からの再構成. (2014)
  • 著者名/発表者名: 平山淳一郎, 石井信.
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌 巻: 97 ページ: 399-404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decoding spatial attention by using cortical currents estimated from electroencephalography with near-infrared spectroscopy prior information (2014)
  • 著者名/発表者名: Morioka, H., Kanemura, A., Morimoto, S., Yoshioka, T., Oba, S., Kawanabe, M., and Ishii, S.
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 90 ページ: 128-139
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2013.12.035
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Asymptotic analysis of value prediction in well-specified and misspecified model (2012)
  • 著者名/発表者名: Ueno, T., Maeda, S., Ishii, S.
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 31 ページ: 88-92
  • 査読あり
• [雑誌論文] Astate-space modeling approach for localization of focal current sources from ME (2012)
  • 著者名/発表者名: Fukushima M, Yamashita O, Kanemura A, Ishii S, Kawato M, Sato MA.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 巻: 59 ページ: 1561-1571
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-dimensional feature representation for instrument identification (2012)
  • 著者名/発表者名: Ihara, M., Maeda, S., Ikeda, K., Ishii, S.,
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integation 巻: 5 ページ: 249-258
  • NAID: 10031140141
  • 査読あり
• [学会発表] Principal sensitivity analysis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Koyamada, S., Nakae, K., Koyama, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: Pacific-Asia conference on knowledge discovery and data mining
  • 発表場所: Ho Chi Minh( Vietnam)
  • 年月日: 2015-05-19 – 2015-05-22
• [学会発表] Detecting representation of the view expectation in mPFC and posterior parietal cortex. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shikauchi, Y. & Ishii, S.
  • 学会等名: Computational and Systems Neuroscience (Cosyne) 2015
  • 発表場所: Salt Lake City（The United States of America）
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-08
• [学会発表] Data-driven brain decoding techniques. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • 発表場所: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-02-25 – 2015-02-27
  • 招待講演
• [学会発表] Knowledge discovery for nonlinear classifier in functional neuroimaging. (2015)
  • 著者名/発表者名: Koyamada, S., Shikauchi, Y., Nakae, K., Koyama, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • 発表場所: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-02-25 – 2015-02-27
• [学会発表] A study on knowledge acquisition with artificial neural networks. (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyato, T., Oba, S., & Ishii, S.
  • 学会等名: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • 発表場所: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-02-25 – 2015-02-27
• [学会発表] Subject-transfer decoding by learning a common dictionary from multisubject dataset. (2015)
  • 著者名/発表者名: Morioka, H., Kanemura, A., Hirayama, J., Shikauchi, M., Ogawa, T., Ikeda, S., Kawanabe, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: 10th AEARU Workshop on Computer Science and Web Technology
  • 発表場所: 筑波大学国際会議室（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-02-25 – 2015-02-27
• [学会発表] Data-driven brain computer interface in real environments. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: The 3rd International Winter Conference on Brain-Computer Interface
  • 発表場所: Gangwon Province (South Korea)
  • 年月日: 2015-01-12 – 2015-01-14
  • 招待講演
• [学会発表] Robust representation of the view expectation during active navigation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shikauchi, Y., & Ishii, S.
  • 学会等名: 第15回脳と心のメカニズム冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート（北海道虻田郡）
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] Construction of subject-independent brain decoders for human fMRI with deep learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Koyamada, S., Shikauchi, Y., Nakae, K., & Ishii, S.
  • 学会等名: International Conference on Data Mining, Internet Computing, and Big Data
  • 発表場所: Kuala Lumpur(Malaysia)
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [学会発表] Decoding daily-life bahavioral signatures in the real environment: portable NIRS signal using behavior labels. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T., Gupta, K. P., Yano, K., Abdur-Rahim, J. A., Morioka, H., Hirayama, J., Yamaguchi, S., Ishikawa, A., Inoue, Y., Kawanabe, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Subject-independent BM through sparse learning of spatial bases common across sessions and subjects. (2014)
  • 著者名/発表者名: Morioka, H., Kanemura, A., Hirayama, J., Shikauchi, M., Ogawa, T., Ikeda, S., Kawanabe, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Learning the subject independent discriminative features from the large-scale fMRI database. (2014)
  • 著者名/発表者名: Koyamada, S., Shikauchi, Y., Nakae, K., & Ishii, S.
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 機械学習を用いた脳波からの情動反応の 読み取り (2014)
  • 著者名/発表者名: 安田 恒, 石井 信, 大須 理英子.
  • 学会等名: 日本心理学会
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] データベースに基づくブレイン・マシン・インターフェース. (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井 信.
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会サテライトシンポジウム「脳情報の産業応用に向けた動向と社会 基盤整備」
  • 発表場所: TKP横浜ガーデンシティ（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] 脳内で予測された次時刻シーンのデコーディング (2013)
  • 著者名/発表者名: 鹿内友美, 石井信
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティグ研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京)
  • 年月日: 2013-03-15
• [学会発表] Network-based BMI : toward brain machine interface in real envionments (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S
  • 学会等名: IPAM Workshop on Multimodal Neuroimaging
  • 発表場所: University of California, Los Angeles (アメリカ)(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-07
• [学会発表] 経路積分強化学習による猫ひねり運動の制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中野太智, 前田新一, 石井信
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティグ研究会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2013-01-24
• [学会発表] 協調行動学習における非定常性の重要性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田和明洋, 前田新一, 石井信
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティグ研究会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2013-01-24
• [学会発表] NIRSを事前情報としEEGから推定された皮質電流からの空間注意のデコーディング (2013)
  • 著者名/発表者名: 森岡博史
  • 学会等名: 第13回脳と心のメカニズム冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート(北海道)
  • 年月日: 2013-01-09
• [学会発表] 三次元ナビゲーション環境におけるシーン予測のデコーディング (2013)
  • 著者名/発表者名: 鹿内友美
  • 学会等名: 第13回脳と心のメカニズム冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート(北海道)
  • 年月日: 2013-01-09
• [学会発表] Control of a free-falling cat by policy-based reinforcement learning (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakano, D., Maeda, S. -i., Ishii, S
  • 学会等名: International Conference on Artificial Neural Networks
  • 発表場所: ローザンヌ大学(スイス)
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] Modeling and simulation of neuronal morphology (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: Okinawa Computational Neuroscience Course
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology (沖縄県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-06-13
• [学会発表] 状態非依存の方策を用いた新しい強化学習手法の提案
  • 著者名/発表者名: 中野 太智, 前田 新一, 石井 信
  • 学会等名: 第57回システム制御情報学会研究発表講演会
  • 発表場所: 兵庫県民会館 （兵庫県）
• [学会発表] 吸収係数のエネルギー依存性を考慮したX線CTアルゴリズムの提案
  • 著者名/発表者名: 吉川 大悟, 前田 新一, 石井 信
  • 学会等名: 第57回システム制御情報学会研究発表講演会
  • 発表場所: 兵庫県民会館 （兵庫県）
• [学会発表] 脳磁図を用いた日常動作における手先の動きの再構成 (Decoding hand movements in everyday activities from magnetoencephalography)
  • 著者名/発表者名: 平山 淳一郎, 鹿内 友美, 中村 泰, 前田 新一, 竹之内 高志, 兼村 厚範, 川鍋 一晃, 石井 信
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都国際会館 (京都府)
• [学会発表] NIRSを事前情報としEEGから推定された皮質電流からの空間注意のデコーディング (Decoding of spatial attention from cortical currents estimated from EEG with NIRS prior)
  • 著者名/発表者名: 森岡 博史, 兼村 厚範, 森本 智志, 吉岡 琢, 川鍋 一晃, 石井 信
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都国際会館 (京都府)
• [学会発表] 意思決定に関わるシーン予測のデコーディング (Decoding scene prediction associated with decision making)
  • 著者名/発表者名: 鹿内 友美, 石井 信
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都国際会館 (京都府)
• [学会発表] 心的な視標運動追跡課題遂行中のMEGデータにおける脳活動とアーチファクトの分離 (Source separation of cortical and extra-brain source activities in real MEG data during covert pursuit eye movements)
  • 著者名/発表者名: 森重 健一, 吉岡 琢, 石井 信, 佐藤 雅昭, 川人 光男
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都国際会館 (京都府)
• [学会発表] 硬式テニス運動想像時の熟練者と初心者の脳活動の違い (Differences in brain activity between tennis experts and novices during motor imagery)
  • 著者名/発表者名: 山下 歩, 石井 信, 今水 寛
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都国際会館 (京都府)
• [学会発表] 意思決定における報酬と痛みの主観的価値の統合に関するfMRI研究 (Integration of appetitive and aversive values in decision making: An fMRI study)
  • 著者名/発表者名: 丸山 雅紀, 吉田 和子, 石井 信, Ben Seymour
  • 学会等名: Neuro2013
  • 発表場所: 京都国際会館 (京都府)
• [学会発表] Brain machine interface and decoding in mobile environments
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: Modeling Neural Activity: Statistics, Dynamical Systems, and Networks
  • 発表場所: Kauai Resort Marriott (アメリカ)
  • 招待講演
• [学会発表] System identification of cellular information processing
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: IEEEEMBC Workshop on Systems Biology of Cellular Signaling
  • 発表場所: Osaka International Convention Center (大阪府)
  • 招待講演
• [学会発表] Prediction was predictable from human brain activity in frontal-parietal cortex
  • 著者名/発表者名: Shikauchi, Y., Ishii, S.
  • 学会等名: CNS 2013
  • 発表場所: University of Paris Descartes (フランス)
• [学会発表] Fast approximation method for Gaussian process regression using hash function for non-uniformly distributed data
  • 著者名/発表者名: Okadome, Y., Nakamura, Y., Shikauchi, Y., Ishii, S., & Ishiguro, H.
  • 学会等名: 23rd International Conference on Artificial Neural Networks
  • 発表場所: Technical University of Sofia (ブルガリア)
• [学会発表] ベイズ法に基づく顕微鏡画像超解像
  • 著者名/発表者名: 石井 信
  • 学会等名: 第22回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 東京大学 （東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] fMRI 脳活動から prior belief を読み出す
  • 著者名/発表者名: 鹿内 友美, 石井 信
  • 学会等名: 脳と心のメカニズム 第14回 冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート （北海道）
• [学会発表] 大規模fMRIデータベースからの脳活動表現の学習
  • 著者名/発表者名: 小山田 創哲, 鹿内 友美, 石井 信
  • 学会等名: 脳と心のメカニズム 第14回 冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート （北海道）
• [学会発表] Deep Neural Netを用いた脳波デコーディング
  • 著者名/発表者名: 宮戸 岳, 大羽 成征, 森岡 博史, 石井 信
  • 学会等名: 脳と心のメカニズム 第14回 冬のワークショップークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート （北海道）
• [学会発表] BMIによるヘリコプター操縦のための相互学習
  • 著者名/発表者名: 櫻井 俊輔, 大羽 成征, 石井 信
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学 (東京都)
• [学会発表] 不完全情報ゲームに対する階層化したモンテカルロ探索とそのぷよぷよへの適用
  • 著者名/発表者名: 大月 龍, 前田 新一, 石井 信
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学 (東京都)
• [学会発表] 遮蔽識別付きベイズ追跡器を用いたカラー画像と深度画像からの複数特徴量の統合
  • 著者名/発表者名: メシギ クロシ, 前田 新一, 大羽 成征, 石井 信
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学 (東京都)
• [学会発表] 構造化階層的隠れマルコフモデルとスケルトンデータを用いた行動認識
  • 著者名/発表者名: 澤田 智治, 前田 新一, 石井 信
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学 (東京都)
• [学会発表] A system identification-based approach to neural system
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: Nagoya International Symposium on Neural Circuit
  • 発表場所: Nagoya University (愛知県)
  • 招待講演
• [備考] 研究代表者（石井信）ホームページ
  • URL: http://ishiilab.jp/member/ishii/publications/