| 研究領域 | 非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解 |
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| 研究課題/領域番号 |
16H01614
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
野村 泰伸 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50283734)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2017年度)
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| 配分額 *注記 |
5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 運動制御 / 間欠制御 / 直立姿勢 / 強化学習 / 生体シミュレーション / 計算論的神経科学 / 姿勢制御 / 歩行制御 / ニューロメカニクス / 生体生命情報学 / 生体医工学 |
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| 研究実績の概要 |
我々はヒト直立姿勢・二足歩行に関して、身体関節の柔軟性を確保しつつ姿勢や運動を安定化する神経制御メカニズムとして、従来仮説である持続的スティッフネス制御とは異なる間欠制御仮説を提唱している。本研究はヒト直立姿勢の間欠制御の妥当性を示すことを目指した。本年度は、前年度に引き続き、倒立単振子モデルの姿勢を安定化するむだ時間を伴うフィードバック制御器の強化学習による獲得を対象とし、獲得される制御戦略および、安定化された立位姿勢のゆらぎ特性が、報酬関数および系のプロセスノイズ等にどのように依存するかを解析した。強化学習には一般的なQ学習を用いたが、むだ時間があるため、学習された制御器の出力の大きさが適当な条件を満たさない場合には立位姿勢の不安定化（時間遅れ誘引性不安定化）が発生し、系の動態（遷移確率行列）が急激に変化し得るため、一般的な線形システムの最適制御とは全く異なる制御器の獲得が生じることが明らかになった。報酬関数としては、(i)フィードバックトルクによる力学的エネルギーの消費、および(ii)振子の直立姿勢からの乖離というトレードオフの関係にある２つの事象に対して負の報酬を設定し、これらの重みを付き和を報酬関数とした。大きなフィードバックトルクは、エネルギー消費の増加と上述の不安定化を招くこと、フィードバックトルクが零の場合は、エネルギー消費が零であるにも関わらず状態空間内の特定の場所（安定多様体の近傍）では振子の状態は直立姿勢に接近する性質があることに起因して、振子の状態に非線形に依存して、フィードバックトルクを大きくしたり小さくしたり（零にする）ような、間欠制御器が獲得されることが明らかになった。さらに、学習の収束過程を力学系として見た場合、系には複数のアトラクタが存在し、学習の初期状態あるいはプロセスノイズの強度に依存して、異なる制御器が獲得されることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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