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2020 年度 実績報告書

神経科学の知見による教授戦略モデルに基づく学習支援エージェントの設計基盤の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K11584
研究機関早稲田大学

研究代表者

松居 辰則  早稲田大学, 人間科学学術院, 教授 (20247232)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード学習者の心的状態の推定 / 学習エージェント / 神経科学的知見 / 生体情報と機械学習 / レベル付き学習データの削減 / マインドフルネス状態 / 脳機能モデリング / 感情制御
研究実績の概要

本研究の目的は,神経科学的知見に基づいた,学習者の心的状態,およびその変化を表現するモデルを構築することであった.そして,これらの成果として,学習環境に適した教育エージェントの設計指針を示すことにあった.3年間の研究を通して以下のような研究成果を得ることができた.
・学習環境における表情認知過程を表現する神経科学の知見に基づく脳機能モデルの構築を目的に,ヒト型エージェントの表情動作速度の非典型性が表情認知に与える影響に関して各種実験を通して検討を行った.その成果を受けて,対応する脳機能の定性的モデルの構築を行った.シミュレーションを通して特定の条件下ではあるが,その妥当性を示すことができた.
・学習中の学習者の心的状態を推定するモデルの構築を行った.具体的には,学習中の学習者から多様な生体情報を取得し機械学習を用いて,喜びや退屈感等の9種類の感情を推定するモデルの構築と,より少ないデータで精度の高い学習が可能となるモデルの精錬化を行った.その結果,60%を超える心的状態の推定精度と,80%程度のラベル付き学習データの削減を実現した.
・マインドフルネス状態時の感情制御に関する脳機能モデルの構築を行った.学習時のより良い環境の構築に関する研究の一環としてマイドフルネス状態を取り上げ,マイドフルネス状態への推移過程の関するモデルを構築し,シミュレーションを通してその妥当を示した.
以上の研究により,学習者の心的状態,および状態の変化を表現するモデルを構築するための基盤を検討することができた.今後は,これらの成果を教育エージェントの内的モデルとして実装することにより学習環境に適した教育エージェントの実現が可能であると考えている.ただし,いずれの研究成果もモデル構築のための制約条件等,一般性を主張するまでには至っておらず,学習エージェントの設計指針としての整理は今後の課題である.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Explanation of emotion regulation mechanism of mindfulness using a brain function model2021

    • 著者名/発表者名
      Haruka Nakamura, Yoshimasa Tawatsuji, Siyuan Fang, Tatsunori Matsui
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 138 ページ: 198,214

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2021.01.02

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Human-centered artificial intelligence in education: Seeing the invisible through the visible2021

    • 著者名/発表者名
      Yang J.H. Stephen, Ogata Hiroaki, Matsui Tatsunori, Chen Nian-Shing
    • 雑誌名

      Computers and Education: Artificial Intelligence

      巻: 2 ページ: 1,5

    • DOI

      10.1016/j.caeai.2021.100008

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 生体情報による学習者個人の心的状態推定モデルの精度評価/解釈とラベリングコスト低減に関する実験的検討2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      人工知能学会 先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] e-learning学習者の感情状態の時系列変化と学習継続に関する心理状態の関係モデルの構築2020

    • 著者名/発表者名
      山本悠太, 小島一晃, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      教育システム情報学会 2020年度学生研究発表会
  • [学会発表] 生体情報を用いた学習者の心的状態推定モデルにおけるラベリングコスト削減の試み2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      教育システム情報学会 2020年度学生研究発表会
  • [学会発表] 生体情報を用いた学習者の心的状態推定モデル作成に対する教師なしドメイン適応によるラベリングコスト低減の試み,2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      電子情報通信学会 教育工学研究会
  • [学会発表] 脳機能モデルに基づくマインドフルネスの移行訓練の効果の説明2020

    • 著者名/発表者名
      中村遥佳, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      日本感性工学会 第22回日本感性工学会全国大会
  • [学会発表] 生体情報による個人に対応した機械学習モデルを作成するにあたって注意するべきこと2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      日本感性工学会 第22回日本感性工学会全国大会
  • [学会発表] 神経活動同期性に基づく道徳的対話における伝達感評価尺度の構築2020

    • 著者名/発表者名
      下田香織, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      教育システム情報学会 第45回全国大会
  • [学会発表] デバイスオントロジーに基づいた人型エージェントに対する予測誤差形成過程を説明する脳機能モデルの提案2020

    • 著者名/発表者名
      田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      人工知能学会 第34回全国大会
  • [学会発表] 脳機能モデルによる訓練の段階を考慮したマインドフルネス時の感情制御メカニズムの説明2020

    • 著者名/発表者名
      中村遥佳, 田和辻可昌, 松居辰則(早大)
    • 学会等名
      人工知能学会 第34回全国大会
  • [学会発表] オンデマンド授業視聴時の学習者個人の心的状態推定モデルの構築とその解釈の試み2020

    • 著者名/発表者名
      古澤嘉久, 田和辻可昌, 松居辰則:
    • 学会等名
      人工知能学会 第34回全国大会

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公開日: 2021-12-27  

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