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2018 年度 実施状況報告書

ヒト脳情報を統合した個性を有する人工知能システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K18141
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

研究代表者

西田 知史  国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報通信融合研究室, 研究員 (90751933)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード人工知能 / 機械学習 / 深層学習 / パターン認識 / 意味認知 / 感性 / 脳 / fMRI
研究実績の概要

映像視聴時の脳活動を計測するための機能的磁気共鳴画像法(fMRI)実験を実施し、予定より多くの67名の被験者から脳活動を取得した。予定より多く取得を行った理由は、脳活動の数理モデル化を用いて個人差を検証するにあたり、当初の予定より多量のデータが必要と判断したためである。また並行して、映像に対する認知ラベル付けを心理実験と外注サービスを利用して実施し、意味カテゴリラベルと感性評定ラベルを取得した。取得した脳活動と認知ラベルのペアデータに対して数理モデル化手法(符号化・復号化モデリング)を適用し、任意の映像入力から脳活動を予測する数理モデルと、予測した脳活動から認知ラベルを推定する数理モデルの学習を、被験者一人ひとりのデータに対して実施した。その結果、学習したモデルから構築した脳情報融合型パターン認識システム(NeuroAI)を用いることにより、任意の映像から認知ラベルを推定する問題において、高い精度を出せることが分かった。また、NeuroAIの推定精度は、既存の機械学習技術(例:深層学習)を用いた推定の精度よりも高いことが示され、人間の脳を介することで脳特有の情報表現が付加され、より人間らしい認知ラベルの推定問題において、精度向上をもたらすことが示唆された。これらの成果を、国際学会(Vision Science Society Annual Meeeting 2018)および国内学会(人工知能学会2018年全国大会)などにおいて発表し、聴衆から高い評価を得た。

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

研究計画で1年目から2年目半ばまでに予定していた内容を達成することができ、また脳活動計測においては予定していたよりも多くのデータを取得できたため、当初の計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

被験者ごとに構築したNeuroAIが推定した認知ラベルが、被験者一人ひとりの知覚の個人差を反映するか検証を行う。そのためには、同被験者から認知ラベルを取得するための心理実験の実施が必要となる。NeuroAIの構築手法においても精緻化を行い、さらなる精度向上も必要である。また、信頼性の高い検証のために、脳活動データを追加することも計画に含めている。さらに、意味カテゴリラベルと感性評定ラベルの推定にとどまらず、他の種類の認知ラベルの取得も行い、NeuroAIの応用範囲の拡張も試みる。

次年度使用額が生じた理由

前年度までに実施を終了していた別の外部資金で調達した装置を、想定以上に本研究で流用して利用できたため、予定使用額に対して特に物品費で余剰が生じた。繰り越した助成金は、翌年度分の助成金と合わせて、さらなる研究の加速のため、計算資源や実験装置などの物品購入のために利用を計画している。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Describing Semantic Representations of Brain Activity Evoked by Visual Stimuli2018

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Eri、Kobayashi Ichiro、Nishimoto Shinji、Nishida Satoshi、Asoh Hideki
    • 雑誌名

      Proceedings of 2018 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC)

      巻: - ページ: 576-583

    • DOI

      10.1109/SMC.2018.00107

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Decoding naturalistic experiences from human brain activity via distributed representations of words2018

    • 著者名/発表者名
      Nishida Satoshi、Nishimoto Shinji
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 180 ページ: 232~242

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2017.08.017

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 自然な知覚状況下におけるヒト脳内情報の可視化とその応用2019

    • 著者名/発表者名
      西田知史
    • 学会等名
      本田技術研究所 講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Brain decoding of human natural perception using statistical language modeling2019

    • 著者名/発表者名
      Nishida S
    • 学会等名
      The 5th CiNet Conference: Computation and representation in brains and machines
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳情報の可視化とその応用2019

    • 著者名/発表者名
      西田知史
    • 学会等名
      神戸大学計算科学教育センター遠隔講義 計算生命科学の基礎V 計算科学・データサイエンスと生命科学の融合 基礎から医療・創薬への応用まで
    • 招待講演
  • [学会発表] fMRI evidence for the disorganization of semantic representation in the schizophrenia brain2019

    • 著者名/発表者名
      Nishida S, Matsumoto Y, Yoshikawa N, Son S, Murakami A, Hayashi R, Takahashi H, Nishimoto S
    • 学会等名
      脳と心のメカニズム第19回冬のワークショップ
  • [学会発表] Modeling human visual responses with a U-shaped deep neural network for motion flow-field estimation2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Wada, Satoshi Nishida, Hiroshi Ando, Shinji Nishimoto
    • 学会等名
      2018 Conference on Cognitive Computational Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] U字型深層ニューラルネットワークを用いたヒト視覚応答のモデル化2018

    • 著者名/発表者名
      和田充史, 西田知史, 安藤広志, 西本伸志
    • 学会等名
      日本視覚学会2018年夏季大会
  • [学会発表] Genetic contributions to individuality of natural audio-visual experiences2018

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Toyoda, Satoshi Nishida, Chika Honda, Mikio Watanabe, Osaka Twin Research Group, Shinji Nishimoto
    • 学会等名
      Toward Understanding “INDIVIDUALITY“
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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