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皮質脳波ビッグデータによる革新的人工知能の開発

公募研究

研究領域人工知能と脳科学の対照と融合
研究課題/領域番号 17H06032
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関大阪大学

研究代表者

柳澤 琢史  大阪大学, 高等共創研究院, 教授 (90533802)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2018年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2017年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワードBrain-Computer Interface / Deep neural network / ECoG / Big data / Closed-loop / MEG / 視覚認知機能 / 皮質脳波 / 人工知能 / ビッグデータ / フィードバック / ライフログ / neural decoding / 脳・神経 / 神経科学 / 情報工学
研究実績の概要

本研究課題では、自由行動下でのヒトの運動や視聴覚内容、コミュニケーションおよび思考内容を大量のライフログデータとして記録しつつ、これと同期して前頭葉・側頭葉・頭頂葉を中心として留置した頭蓋内電極から皮質脳波による高精度な脳信号を計測した。実際、各被験者につき10日程度の連続計測を50人以上施行し、のべ500日以上の同時計測データを取得した。また、計測されたビッグデータを教師信号として、Deep Neural Network(DNN)等の人工知能技術を用いて、脳信号からヒトの行動・思考・認知内容の全てを包括して予測するDecodingを行うことで、脳情報処理の解明を目指した。視覚情報についてはword2vecを用いて動画を意味空間のベクトルとすることで、脳活動と対応づけることに成功した。また同様に、Pre-trained VGG19に画像を入力し、中間層の反応をベクトルとすることで、大量な同期データをグラウンディングし、脳信号から推定できることを明らかにした。特に、VGG19の各層を用いて推定を行い、その精度を比較したところ、最終層を用いた場合に最も高い精度が得られた。人が認識する意味に対応する情報が最終層に表現されていることが示唆された。さらに、ヒトが新たな画像や動作を学習した場合の脳活動変化と、これに対応したDecoderの変化を比較した。具体的には脳磁図を用いて画像カテゴリを推定するdecoderを作成し、この出力に応じた画像を被験者にフィードバックした。被験者が画像を制御する訓練を行うことで、被験者の視覚認知機能が改善することが示された。一方、脳活動としてはFFAの活動に優位な変化がみられ、視覚性認知機能と脳活動の関係性が明らかになった。また、同様に皮質脳波を用いて画像を制御するシステムを開発し、新たな意思伝達技術となることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 7件、 招待講演 28件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] University of York(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Melbourne(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Melbourne University(Australia)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Automatic diagnosis of neurological diseases using MEG signals with a deep neural network.2019

    • 著者名/発表者名
      Aoe J, Fukuma R, Yanagisawa T, Harada T, Tanaka M, Kobayashi M, Inoue Y, Yamamoto S, Ohnishi Y, Kishima H.
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 9(1) 号: 1 ページ: 5057-5057

    • DOI

      10.1038/s41598-019-41500-x

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Real-Time Neurofeedback to Modulate β-Band Power in the Subthalamic Nucleus in Parkinson's Disease Patients2018

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Fukuma, Takufumi Yanagisawa, Masataka Tanaka, Fumiaki Yoshida, Koichi Hosomi, Satoru Oshino, Naoki Tani, and Haruhiko Kishima
    • 雑誌名

      eNeuro

      巻: 5 号: 6 ページ: 0246-18

    • DOI

      10.1523/eneuro.0246-18.2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] MEG–BMI to Control Phantom Limb Pain2018

    • 著者名/発表者名
      Takufumi Yanagisawa, Ryohei Fukuma, Ben Seymour, Koichi Hosomi, Haruhiko Kishima, Shimizu Takeshi, Yokoi Hiroshi, Hirata Masayuki, Yoshimine Toshiki, Kamitani Yukiyasu, Youichi Saitoh
    • 雑誌名

      Neurologia medico-chirurgica

      巻: 58 号: 8 ページ: 327-333

    • DOI

      10.2176/nmc.st.2018-0099

    • NAID

      130007433818

    • ISSN
      0470-8105, 1349-8029
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Training in Use of Brain-Machine Interface-Controlled Robotic Hand Improves Accuracy Decoding Two Types of Hand Movements. Front Neurosci.2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuma R, Yanagisawa T, Yokoi H, Hirata M, Yoshimine T, Saitoh Y, Kamitani Y, Kishima H.
    • 雑誌名

      Front Neurosci.

      巻: 12 ページ: 478-478

    • DOI

      10.3389/fnins.2018.00478

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Frequency-specific genetic influence on inferior parietal lobule activation commonly observed during action observation and execution2017

    • 著者名/発表者名
      Araki Toshihiko、Onishi Mai、Yanagisawa Takufumi、Hirata Masayuki、Watanabe Yoshiyuki、Ogata Soshiro、Hayakawa Kazuo、Honda Chika、Watanabe Mikio、Iwatani Yoshinori、Yorifuji Shiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 17660-17660

    • DOI

      10.1038/s41598-017-17662-x

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mapping ECoG channel contributions to trajectory and muscle activity prediction in human sensorimotor cortex2017

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Y., Yanagisawa T., Shin D., Kambara H., Yoshimura N., Tanaka M., Fukuma R., Kishima H., Hirata M., and Koike Y
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1038/srep45486

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] MEG/ECoG-BMIの臨床応用2019

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      理研産総研チャレンジ研究ワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳ビッグデータとAIの医療応用2019

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      JST/NSF/DATAIAシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AI診断の限界と可能性2019

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      CI学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Semantic decoding of visual stimulus using electrocorticogram and application for BCI2019

    • 著者名/発表者名
      Takufumi Yanagisawa
    • 学会等名
      CiNet Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳磁図ニューロフィードバックによる精神神経疾患の病態解明と治療法開発2019

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史、福間良平、Ben Seymour、細見晃一、田中将貴、貴島晴彦、神谷之康、齋藤洋一
    • 学会等名
      第35回日本脳電磁図トポグラフィ研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 皮質脳波ビッグデータによるNeural DecodingとBrain-Computer Interface2019

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史、福間良平、西本伸志、押野悟、神谷之康、貴島晴彦
    • 学会等名
      定位機能脳神経外科学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 皮質脳波を用いた視覚情報解読と意思伝達2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      次世代脳実行委員会企画、攻める脳科学;脳を見る・脳を変える
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳で機械を操るBMI技術の現状と未来2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      錦秀会医療・福祉フォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳波ビッグデータとAIの臨床応用2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      コンピュータ外科学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] BMI技術を応用した脳磁図・皮質脳波からの脳機能マッピング2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史、福間良平、西本伸志、中村優一郎、押野悟、神谷之康、貴島晴彦
    • 学会等名
      臨床神経生理学会、シンポジウム8;臨床脳機能マッピングupdate
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of an epilepsy diagnostic tool using deep neural network2018

    • 著者名/発表者名
      Takufumi Yanagisawa, Ryohei Fukuma, Shyota Yamamoto, Masataka Tanaka, Satoru Oshino, Tatsuya Harada, Haruhiko Kishima
    • 学会等名
      てんかん学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] BMI neurofeedbackによる幻肢痛の治療2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      第77回脳神経外科学会総会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Brain-Computer Interfaceの臨床応用2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      第41回IEEE EPS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Brain-Computer Interfaceの臨床応用と大脳皮質機能の解明2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      大脳皮質回路の機能原理を探る
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳磁図ビッグデータと深層学習を用いた新しい診断方法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史、福間良平、田中将貴、青江丈、山本祥太、原田達也、貴島晴彦
    • 学会等名
      第33回日本生体磁気学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 頭蓋内脳波によるてんかん発作の予測2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      MEIクラブ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 皮質脳波による視覚再構成BMI2018

    • 著者名/発表者名
      栁澤琢史
    • 学会等名
      感覚器研究 イニシアチブ・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Brain-machine interface to modulate cortical functions2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yanagisawa
    • 学会等名
      Biomedical engineering seminar
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MEG-BMIによる幻肢痛の制御2018

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史、福間良平、Ben Seymour、細見晃一 、貴島晴彦、吉峰俊樹、神谷之康、齋藤洋一
    • 学会等名
      定位機能脳神経外科学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MEGによるバイオマーカー探索とニューロフィードバック2018

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      MD-CNS障害研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Brain-Machine Interfaceによる幻肢痛治療2018

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      Interstellar研究交流会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MEG-BMIによる幻肢痛の病態解明と治療法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      第17回CRPS研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MEG-Neurofeedback for phantom limb pain2017

    • 著者名/発表者名
      Takufumi Yanagisawa, Ryohei Fukuma, Ben Seymour, Koichi Hosomi, Haruhiko Kishima, Toshiki Yoshimine, Yukiyasu Kamitani, Youichi Saitoh
    • 学会等名
      rtFIN
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MEGによる皮質可塑性障害の評価と制御2017

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史、福間良平、Ben Seymour、細見晃一、清水豪士、貴島晴彦、平田雅之、横井浩史、吉峰俊樹、神谷之康、齋藤洋一
    • 学会等名
      第28回小児脳機能研究会(臨床神経生理学会)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MEG-based BMI controlled the sensorimotor cortical plasticity and phantom limb pain2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yanagisawa, R. Fukuma, B. Seymour, K. Hosomi, H. Kishima, T. Shimizu, H. Yokoi, M. Hirata, T. Yoshimine, Y. Kamitani, Y. Saitoh
    • 学会等名
      rtFIN satellite symposium on brain-computer interface and neurofeedback
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳波のリズム異常と制御2017

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      ASCONE2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of an epilepsy diagnostic tool using artificial intelligence and cross-frequency coupling2017

    • 著者名/発表者名
      Takufumi Yanagisawa, Ryohei Fukuma, Kotaro Edakawa, Hideki Okada, Toshihiko Araki, Satoru Oshino, Maki Kobayashi, Masataka Tanaka, Shyota Yamamoto, Toshiki Yoshimine, Tatsuya Harada, Haruhiko Kishima
    • 学会等名
      脳神経外科学会総会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] BMI robotic hand controls phantom limb pain2017

    • 著者名/発表者名
      Takufumi Yanagisawa
    • 学会等名
      Yamada Symposium 2017 on neuroimaging of natural behaviors
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetoencephalographic-based brain machine interface robotic hand for controlling sensorimotor cortical plasticity and phantom limb pain2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yanagisawa, R. Fukuma, B. Seymour, K. Hosomi, H. Kishima, T. Shimizu, H. Yokoi, M. Hirata, T. Yoshimine, Y. Kamitani, Y. Saitoh
    • 学会等名
      ECCN
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Induction of sensorimotor plasticity altered pain in phantom limb patients with instructions to not move the phantom hand2017

    • 著者名/発表者名
      Takufumi Yanagisawa, Ryohei Fukuma, Ben Seymour, Koichi Hosomi, Haruhiko Kishima, Toshiki Yoshimine, Yukiyasu Kamitani, Youichi Saitoh
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 皮質可塑性の制御による幻肢痛の病態解明と治療2017

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史、福間良平、Ben Seymour、細見晃一、清水豪士、貴島晴彦、平田雅之、横井浩史、吉峰俊樹、神谷之康、齋藤洋一
    • 学会等名
      日本疼痛学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MEG-BMIによる幻肢痛の病態解明と治療2017

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 学会等名
      第25回東京臨床脳画像解析研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] 情報検索方法、情報検索装置、コンピュータプログラム2019

    • 発明者名
      西本伸志、柳澤琢史
    • 権利者名
      西本伸志、柳澤琢史
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-026363
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 想起画像推定装置、想起画像推定方法、制御プログラム、記録媒体2018

    • 発明者名
      栁澤琢史、福間良平、貴島晴彦、西本伸志
    • 権利者名
      栁澤琢史、福間良平、貴島晴彦、西本伸志
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-107185
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-12-27  

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