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言語と音楽を介した能動的コミュニケーションの脳情報モデル構築

公募研究

研究領域共創的コミュニケーションのための言語進化学
研究課題/領域番号 20H05023
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
研究機関帝京大学 (2022-2023)
国立研究開発法人情報通信研究機構 (2020)

研究代表者

中井 智也  帝京大学, 先端総合研究機構, 客員研究員 (60781250)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードMRI / 言語 / 音楽 / 機械学習 / コミュニケーション / fMRI / 脳 / 計算モデル
研究開始時の研究の概要

本研究は言語と音楽を媒介としたコミュニケーションに共通する神経基盤を、以下の3段階を経て明らかにする:
(1)MRI装置外の会話担当者との自由会話を行わせ、その際の脳活動を MRI装置で測定する。会話内容から特徴量を抽出し、脳活動との関係を説明する符号化モデルを多変量線形回帰により構築する。
(2)MRI装置内でピアノを用いて音楽生成を行わせ、その際の脳活動を測定する。演奏内容から特徴量を抽出し、符号化モデルを構築する。
(3)音楽生成実験により構築したモデルを言語生成実験における脳活動の予測に利用し、また言語生成実験により構築したモデルを音楽生成実験における脳活動の予測に利用する。

研究実績の概要

本研究課題の目的は、ヒトが言語と音楽を介してコミュニケーションを行う能力に関して、認知神経科学の視点からその脳神経基盤を明らかにすることである。
その目的のため、令和5年度に、申請者はすでに取得済みの心理実験データおよび脳機能データを元に以下の解析を実施し、論文として公開した:
聴覚刺激に関する情動判断が言語によって変化する効果を検証するため、フランスのIRCAM研究所のJean-Julien Aucouturier博士らとともに国際共同研究を実施した。聴覚刺激に人工的に情動情報を加えた刺激を作成し、日本人およびフランス人被験者に判断させた。その結果、母語に加えられた情動情報の方がより正確に判断できることが明らかになった。この結果はPLOS ONE誌に発表された(Nakai et al., PLOS ONE 2023)。
理論言語学の専門家である松本大貴博士と共同研究を実施し、言語理論における統語解析が他の記号システムである数学に対して応用できることを示した。この結果はCognitive Psychology誌に発表された(Matsumoto & Nakai, Cognitive Psychology 2023)。本研究は新学術領域研究「共創言語進化」を通じて生まれた異分野融合研究という特色がある。
さらに、フランスのリヨン神経科学研究センターのJerome Prado博士との国際共同研究により、最新の機械学習技術を利用して言語能力等の個人差や学習の効果を予測する研究に関する総説論文を執筆し、PsyArXivに公開した(Nakai & Prado, PsyArXiv 2023)。この研究は現在国際誌において査読中である。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 4件、 オープンアクセス 11件、 査読あり 8件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Lyon Neuroscience Research Center(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] IRCAM(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Cortical representational geometry of diverse tasks reveals subject-specific and subjectinvariant cognitive structures2024

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai, Rieko Kubo, Shinji Nishimoto
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2024.01.26.577334

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] From brain to education through machine learning: Predicting literacy and numeracy skills from neuroimaging data2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai, Jerome Prado
    • 雑誌名

      PsyArXiv

      巻: -

    • DOI

      10.31234/osf.io/fwyza

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Syntactic theory of mathematical expressions2023

    • 著者名/発表者名
      Daiki Matsumoto, Tomoya Nakai 146
    • 雑誌名

      Cognitive Psychology

      巻: 146 ページ: 101606-101606

    • DOI

      10.1016/j.cogpsych.2023.101606

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Algorithmic voice transformations reveal the phonological basis of language-familiarity effects in cross-cultural emotion judgments2023

    • 著者名/発表者名
      Nakai Tomoya、Rachman Laura、Arias Sarah Pablo、Okanoya Kazuo、Aucouturier Jean-Julien
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 18 号: 5 ページ: e0285028-e0285028

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0285028

    • 関連する報告書
      2023 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] Quantitative modelling demonstrates format‐invariant representations of mathematical problems in the brain2023

    • 著者名/発表者名
      Nakai Tomoya、Nishimoto Shinji
    • 雑誌名

      European Journal of Neuroscience

      巻: 57 号: 6 ページ: 1003-1017

    • DOI

      10.1111/ejn.15925

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Artificial neural network modelling of the neural population code underlying mathematical operations2023

    • 著者名/発表者名
      Nakai Tomoya、Nishimoto Shinji
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 270 ページ: 119980-119980

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2023.119980

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Brain networks are decoupled from external stimuli during internal cognition2022

    • 著者名/発表者名
      Cohen Dror、Nakai Tomoya、Nishimoto Shinji
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 256 ページ: 119230-119230

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2022.119230

    • 関連する報告書
      2022 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] Representations and decodability of diverse cognitive functions are preserved across the human cortex, cerebellum, and subcortex2022

    • 著者名/発表者名
      Nakai Tomoya、Nishimoto Shinji
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1 ページ: 1245-1245

    • DOI

      10.1038/s42003-022-04221-y

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Correspondence of categorical and feature‐based representations of music in the human brain2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai , Naoko Koide‐Majima , Shinji Nishimoto
    • 雑誌名

      Brain and Behavior

      巻: e01936 号: 1 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1002/brb3.1936

    • 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
  • [雑誌論文] Distinct dimensions of emotion in the human brain and their representation on the cortical surface2020

    • 著者名/発表者名
      Naoko Koide-Majima, Tomoya Nakai, Shinji Nishimoto
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 222 ページ: 117258-117258

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2020.117258

    • 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
  • [雑誌論文] Convergence of modality invariance and attention selectivity in the cortical semantic circuit2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai, Hiroto Q. Yamaguchi, Shinji Nishimoto
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 160960 ページ: 1-42

    • DOI

      10.1101/2020.06.19.160960

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Brain networks are decoupled from external stimuli during internal cognition2020

    • 著者名/発表者名
      Dror Cohen, Tomoya Nakai, Shinji Nishimoto
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 427211 ページ: 1-38

    • DOI

      10.1101/2021.01.18.427211

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 記号接地から記号分離へ―数学学習による記号と地の変化―2023

    • 著者名/発表者名
      中井智也
    • 学会等名
      コミュニケーション&人間とは何か?セミナーシリーズ 第7回セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Computational approach to brain mechanisms of mathematical cognition2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai
    • 学会等名
      LaPsyDE; Scientific Focus
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Subject-invariant structures of multitask representations in the association cortices2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai, Rieko Kubo, Shinji Nishimoto
    • 学会等名
      第7回ヒト脳イメージング研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Exploring the neural population code of mathematical thought: insights from distributed representations in artificial neural networks2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai, Shinji Nishimoto
    • 学会等名
      第33回日本神経回路学会全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of over 100 tasks in the human cognitive space2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakai, Shinji Nishimoto
    • 学会等名
      The 12th FENS Forum of Neuroscience
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エンコーディングモデルによる多様な認知機能の脳内表現の可視化2020

    • 著者名/発表者名
      中井智也
    • 学会等名
      東海大学Onlineシンポジウム「様々な認知機能間・感情間・概念間の関係構造を神経科学的手法に基づいて明らかにする」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 複合的言語情報に関する脳内表現の定量的モデル化2020

    • 著者名/発表者名
      中井智也
    • 学会等名
      第7回共創言語進化セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 言語進化学の未来を共創する(第4・6章担当)2022

    • 著者名/発表者名
      岡ノ谷一夫、藤田耕司(編著)
    • 総ページ数
      326
    • 出版者
      ひつじ書房
    • ISBN
      4823411617
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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