| 研究領域 | 生物ナビゲーションのシステム科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06536
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
橋本 浩一 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80228410)
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| 研究分担者 |
中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
丹羽 伸介 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (30714985)
鏡 慎吾 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (90361542)
荒井 翔悟 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80587874)
山口 明彦 東北大学, 情報科学研究科, 助教 (10625031)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | ログボット / システム同定 / 機械学習 / イメージング |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、ナビゲーションをシステム科学的手法により体系的に研究することを目的とする。ヒトや動物のさまざまなナビゲーションを数理モデルとして理解・解明し、将来的な予測や制御を目指す。ナビゲーションをナビ計測、ナビ分析、ナビ理解、ナビ検証のステップに分類し、ナビ計測のためのログボットの開発とナビ理解のためのシステム同定手法の開発を行う。
ログボットはGPS、カメラ、マイク、気圧計、加速度計などを搭載するオンボードコンピュータ搭載のロガーデバイスである。H30年度はログボットの改良を行い、イベント駆動機能の強化を実施した。搭載デバイス（主に加速度計）データをオンボード処理し、採餌行動を検出し、ビデオカメラを起動する試験において、高い確率で採餌が確認された。耐久性の改善を行い、屋外での利便性を高めた。
野外動物への装着を継続的に実施した。イベント駆動機能高度化のため、防水機能やより高度なプロセッサの搭載に向けて設計を行った。とくに、B01生態班、A02データ科学班と共同して、ログボットをオオミズナギドリに装着し、データ取得を試みた。
B02神経活動班との共同により、ロボット顕微鏡を用いて線虫の行動計測を行うとともに、行動解析結果に基づいて光による神経刺激を行うシステムを開発し、行動中の脳活動計測を実施した。さらに、A02データ科学班と共同し、複数種類の動物の行動から軌跡に異常を持つ個体群の分類を実施した。
言語解析手法を利用した移動軌跡の分析技術を開発し、ウミドリデータを解析した。また、3次元点群に基づく行動予測モデルの開発、位置姿勢推定手法の開発、対象追跡とプロジェクションマッピング手法の開発、群集行動解析モデルの開発などを実施した。
2光子顕微鏡イメージング、カルシウムイメージング、線虫ゲノム編集、遺伝子と成長遅延など、生命科学分野における重要な研究成果を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
H30年度は、ログボット試作機の装着実験を着実に実施している。イベント駆動機能を搭載し、加速度データの機械学習によるビデオ機能起動実験は良好な成績を残している。今後、ビデオ解析を行う予定である。
また、行動モデルの開発とモデルに基づく移動軌跡の異常検知を実施し、複数の動物種において検知可能であることを確認した。このモデルの性能確認の一環として、野外試験により、行動に基づくセンサ制御（イベント駆動）を実施した。
言語解析手法を利用した移動軌跡の分析技術、3次元点群に基づく行動予測モデル、位置姿勢推定手法、対象追跡とプロジェクションマッピング手法、群集行動解析モデル、水環境モニタリングセンサはログボットデバイス開発の基礎として重要な成果である。
2光子顕微鏡イメージング、カルシウムイメージング、線虫ゲノム編集、遺伝子と成長遅延などの成果は生命科学分野の重要な知見である。
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| 今後の研究の推進方策 |
ログボットの改良と生態行動計測応用に関し、イベント駆動実験を推進し、より広い種の動物で実施する。主に採餌行動の抽出を行い、採餌行動のビデオ解析を目指す。
B01生態班との共同により、多種類の動物にログボットを装着し、行動計測を行う。
A02データ科学班との共同により行動分類アルゴリズムを開発し、ナビゲーションシステムのモデリング手法を開拓する。
B02神経班との共同により、行動中の脳活動計測に取り組み、介入実験を実施する。
脳科学の観点からイメージング、遺伝子と行動・疾患表現に関する研究を推進し、領域研究推進のために計測、分析、理解、検証のサイクルを着実に実施する。
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