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2019 年度 実績報告書

予測性適応制御を実現する小脳神経回路網の機能理解と実機制御への応用

研究課題

研究課題/領域番号 16H02901
研究機関中部大学

研究代表者

平田 豊  中部大学, 工学部, 教授 (30329669)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード視運動性眼球運動 / 速度蓄積機構 / 運動学習 / 予測性制御 / 魚類
研究実績の概要

本研究の目的は,我々の脳で実現される予測性適応運動制御の神経機構を理解し,それを工学的に実現して,ロボットや医療機器等の実機制御に応用することにあった.本研究では,次の4つのレベルの研究を進め,この目的の達成を目指した.1) 行動,2) 神経細胞活動,3) 神経ネットワーク,4) 工学応用. 1)では,金魚を用いた視運動性眼球運動(OKR)周期同調実験を実施した.OKRの周期同調は1997年にMash & Bakerにより報告された予測性眼球運動であり,関連する神経経路の理解度の高さや現象の定量化のしやすさなどから,予測性運動制御の神経機構を探る上での好例と考えられている.2)では,金魚の周期同調学習前・ 中・後の小脳神経細胞活動を計測した.3)では,小脳神経回路を陽に記述したOKRモデルの構築と,周期同調学習シミュレーション解析を行った.4)では,小脳の数理モデルを実時間動作可能なように簡略化し,予測性適応制御コントローラとしての応用可能性を吟味した.

1)と2)に関する成果をまとめ2018年11月に学術論文としてJournal of Neuroscience誌に発表した.3)に関する成果は,2019年7月に国際会議Annual Computational Neuroscience Meeting(Barcelona)に採択され,発表した.4)に関する成果は,その一部が2020年7月にIEEE Engineering in Medicine and Biology Conference (ONLINE)に採択され,発表済みである.現在4)に関する全ての成果を学術論文としてまとめ,投稿準備を進めている.

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] Washington University/University of Washington/New York University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Washington University/University of Washington/New York University
  • [国際共同研究] Brandenburg University of Technology(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Brandenburg University of Technology
  • [雑誌論文] Lightweight convolutional neural network for image processing method for gaze estimation and eye movement event detection2020

    • 著者名/発表者名
      Emoto, J., Hirata, Y.
    • 雑誌名

      Information Processing Society of Japan Transaction on Bioinformatics

      巻: Vol.13 ページ: pp.7-15

    • DOI

      10.2197/ipsjtbio.13.7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vestibulo-ocular reflex characteristics during unidirectional translational whole-body vibration without head restriction2019

    • 著者名/発表者名
      Sugawara, T., Sakai, H., Hirata, Y.
    • 雑誌名

      Ergonomics

      巻: Vol.83 ページ: pp.91-100

    • DOI

      10.1080/00140139.2019.1683616

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 点滅視覚刺激の呈示時における金魚の視蓋神経細胞の追随性2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木柚子,三木俊太郎,船瀬新王,内匠逸,藤原清悦,平田 豊
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 第55巻第9号 ページ: pp.545-551

    • DOI

      10.9746/sicetr.55.545

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 魚類のOKR:予測性OKRの獲得・維持における小脳の役割2019

    • 著者名/発表者名
      平田 豊
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 8月号 ページ: pp.943-946

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 心拍と呼吸により誘発される前庭動眼反射と覚醒度の関係性評価2020

    • 著者名/発表者名
      山中都史美,平田 豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [学会発表] 多重同心円交差特徴量によるサッカード眼球運動のリアルタイム高精度検出法の提案と評価2020

    • 著者名/発表者名
      白井芳宜,平田 豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [学会発表] Predictive accommodation control in humans.2019

    • 著者名/発表者名
      Umemoto, S., Hirata, Y.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] A neural mechanism for predictive optokinetic eye movement.2019

    • 著者名/発表者名
      Pinzon, R., Miki, S., Hirata, Y.
    • 学会等名
      28th Annual Computational Neuroscience Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of context dependency in VOR motor learning using artificial cerebellum.2019

    • 著者名/発表者名
      Takatori, S., Inagaki, K., Hirata, Y.
    • 学会等名
      28th Annual Computational Neuroscience Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Tilt-Translation ambiguity problem in normal and cerebellectomized goldfish evaluated by the vestibulo-ocular reflex.2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata, Y., Nakano, M.
    • 学会等名
      The 40th Annual Meeting of International Society for Gravitational Physiology
    • 国際学会
  • [学会発表] Predicitive eye movement control in fish and humans.2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata, Y., Miki, S., Matsuzawa, Y., Baker, R.
    • 学会等名
      The Satellite Meeting for Neural Control of Movement
    • 国際学会
  • [学会発表] Hyper-gravity promotes motor learning in goldfish and humans2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata, Y., Miura, S., Takagi, Y., Kashima, T., Urase, K., Miki, S.
    • 学会等名
      Frontiers in Physiology, Conference Abstract: 39th ISGP Meeting & ESA Life Sciences Meeting.
    • 国際学会
  • [学会発表] 小脳スパイキングニューラルネットワークモデルのFPGA実装2019

    • 著者名/発表者名
      進士裕介,奥野弘嗣,平田 豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [学会発表] 歩きスマートフォン操作が及ぼすVORパフォーマンスへの影響2019

    • 著者名/発表者名
      寺本智貴,山本雅也,平田 豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [学会発表] 人工小脳のFPGA実装とモータ適応制御への応用2019

    • 著者名/発表者名
      進士祐介,奥野弘嗣,平田 豊
    • 学会等名
      第13回Motor Control研究会
  • [学会発表] 人工小脳による並進・傾き運動識別の曖昧性解決における小脳信号処理機構の評価2019

    • 著者名/発表者名
      稲垣圭一郎,中根聖也,平田 豊
    • 学会等名
      第36回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] 人工小脳モデルによる文脈依存型VOR運動学習シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      高取昇悟,稲垣圭一郎,平田 豊
    • 学会等名
      第36回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] 未来を予測して目を動かす人と魚 ーVRを用いた脳内眼球運動速度蓄積機構との関係評価ー2019

    • 著者名/発表者名
      平田 豊
    • 学会等名
      映像情報メディア学会ヒューマンインフォメーション研究会・日本バーチャルリアリティ学会VR心理学研究会合同研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Acquisition and maintenance of predictive optokinetic response require the cerebellum and the velocity storage mechanism.2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata, Y.
    • 学会等名
      The Kyoto Symposium on the Eye and Head Movement Control Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 運動制御の神経基盤.眼球運動システム2019

    • 著者名/発表者名
      平田 豊
    • 学会等名
      Motor Control研究会冬季講習
    • 招待講演
  • [備考] The Neural Cybernetics Laboratory

    • URL

      https://sites.google.com/view/nclab/

  • [産業財産権] Eye movement measuring device and eye movement analysis system2019

    • 発明者名
      Yutaka Hirata 他
    • 権利者名
      Chubu University 他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      US 10,874,357 B2
    • 外国

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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