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意思決定・運動学習の共通原理・関係性の解明:統一理論モデルの構築を通じて

公募研究

研究領域予測と意思決定の脳内計算機構の解明による人間理解と応用
研究課題/領域番号 26120723
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
研究機関東京農工大学 (2015)
玉川大学 (2014)

研究代表者

瀧山 健  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40725933)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2015年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2014年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワード神経回路網モデル / 運動学習 / 片腕運動 / 両腕運動 / 価値関数 / 内部モデル / 意思決定 / 計算論的神経科学 / ニューラルネットワーク
研究実績の概要

本年度は1.モデルベース意思決定に必要な内部モデルを学習する神経回路網モデルの構築(Saito, Takiyama, Okada, 2015, JPSJ)、2.片腕運動と両腕運動の統一理論モデルの構築(Takiyama & Sakai, 2016, Sci Rep)、そして3.運動学習の統一理論モデル(Takiyama et al., 2015, Nature Communications)と価値関数との関連性の解明(瀧山、2016、日本神経回路学会誌[解説論文])に挑んだ。
1.モデルベース意思決定に必要な内部モデルを学習する神経回路網モデルの構築では、内部モデルを最適に学ぶ条件を理論的に導出し、さらに従来ベイズ理論により説明されてきた意思決定に関連する神経活動(Kim & Shadlen, 1999, Nat Neurosci)は、ベイズの枠組みを必要とせず単純な教師あり学習で説明できることを示した。
2. 同じ片腕運動を繰り返しトレーニングした後に両腕運動に切り替えるとき、片腕運動で獲得したトレーニング効果は両腕運動では60%程度しか反映されない(Nozaki et al., 2006, Nat Neurosci)。一方、様々な片腕運動を繰り返しトレーニングした後に両腕運動に切り替えるとき、片腕運動で獲得したトレーニング効果は両腕運動では100%程度反映される(Wang et al., 2013, PLoS One)。右腕と左腕とで同じ運動を行っている両腕運動に限定して、上記の実験結果を再現する条件を数学的に探り、片腕運動と両腕運動を同時に考慮できる新たなモデルを提案した。
3. 昨年度、"誤差の予測"を入力とする神経回路網モデルは運動学習に関する様々な現象を統一的に再現可能であることを示した。この誤差の予測の更新式を数試行先まで誤差を予測すると仮定することで、誤差の予測の更新式と価値関数の更新式とが全くの等価になることを示した。従って、運動学習と意思決定とで共通の枠組みで議論が可能であることを示唆した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] 運動学習の統一理論モデル -誤差の予測の重要性-2016

    • 著者名/発表者名
      瀧山 健
    • 雑誌名

      日本神経回路学会誌

      巻: 23(1) ページ: 14-34

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Balanced motor primitive can explain generalization of motor learning effects between unimanual and bimanual movements.2016

    • 著者名/発表者名
      Takiyama K & Sakai Y
    • 雑誌名

      Scientific reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 23331-23331

    • DOI

      10.1038/srep23331

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Estimation of state transition probabilities: a neural network model2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Saito, Ken Takiyama, Masato Okada
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan

      巻: 84 号: 12 ページ: 124801-124801

    • DOI

      10.7566/jpsj.84.124801

    • NAID

      40020679202

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Prospective errors determine motor learning.2015

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama, Masaya Hirashima, Daichi Nozaki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6 号: 1 ページ: 59251-12

    • DOI

      10.1038/ncomms6925

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sensorimotor transformation via sparse coding2015

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 号: 1 ページ: 96481-7

    • DOI

      10.1038/srep09648

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Context-dependent memory decay is evidence of effort minimization in motor learning: A computational study.2015

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama
    • 雑誌名

      Frontiers in Computational Neuroscience

      巻: 9(4) ページ: 1-10

    • DOI

      10.3389/fncom.2015.00004

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phase shifts in alpha-frequency rhythm detected in electroencephalograms influence reaction time2015

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Naruse, Ken Takiyama, Masato Okada, Hiroaki Umehara, Yutaka Sakaguchi
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 62 ページ: 47-51

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2014.07.012

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] スパースコーディングによる感覚運動変換2015

    • 著者名/発表者名
      瀧山 健
    • 学会等名
      都医学研プロジェクトセミナー
    • 発表場所
      東京都医学総合研究所(東京都世田谷区)
    • 年月日
      2015-10-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 運動学習の統一理論 -誤差の予測の重要性-2015

    • 著者名/発表者名
      瀧山 健
    • 学会等名
      ブレインウェア研究会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2015-08-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sensorimotor transformation via sparse coding2015

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama
    • 学会等名
      日本神経科学学会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Prospective errors determine motor learning: a step towards a unified model of motor learning2015

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama
    • 学会等名
      CiNet Friday Lunch Seminar
    • 発表場所
      脳情報通信融合研究センター(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-05-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 運動学習の統一理論 -誤差の予測の重要性-2015

    • 著者名/発表者名
      瀧山 健
    • 学会等名
      神奈川大学人間科学部 研究セミナー
    • 発表場所
      神奈川大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2015-05-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Prospective error determines motor learning: a step towards a unified model of motor learning2015

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama, Masaya Hirashima, Daichi Nozaki
    • 学会等名
      Conference on Systems Neuroscience and Rehabilitation (SNR2015)
    • 発表場所
      Tokorozawa, Saitama
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Modulation of preferred direction can unify motor learning in unimanual and bimanual movements2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama, Yutaka Sakai
    • 学会等名
      日本神経科学学会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜 (神奈川県)
    • 年月日
      2014-09-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Balanced motor primitive can unify motor learning effects in unimanual and bimanual movements2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama, Yutaka Sakai
    • 学会等名
      日本神経回路学会
    • 発表場所
      公立はこだて未来大学 (北海道)
    • 年月日
      2014-08-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Transfer of learning effects between unimanual and bimanual movements through modulation of preferred directions: a computational study2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Takiyama, Yutaka Sakai
    • 学会等名
      Annual conference of Neural Control of Movement (NCM)
    • 発表場所
      Amsterdam, Netherland
    • 年月日
      2014-04-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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