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2018 年度 実施状況報告書

実機制御への応用を目指した予測性運動制御を実現する脳幹・小脳ループの神経機構理解

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0286
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)

研究分担者 加藤 明  東海大学, 医学部, 准教授 (70546746)
LEE Jaeryoung  中部大学, 工学部, 助教 (70736363)
小野 誠司  筑波大学, 体育系, 准教授 (70754753)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2021-03-31
キーワード予測性制御 / 眼球運動 / ロボット / 人工小脳
研究実績の概要

本研究では,動物に見られる予測性適応運動制御の神経機構を理解し,その工学的実現を目指す.具体的には,ほとんどの脊椎動物で観測される眼球運動である視運動性眼球運動(OKR)に着目し,ヒト,サル,マウス,ならびに金魚を対象として,種横断的にOKRの予測性適応制御の行動特性と神経機構を明らかにすることを目的とする.また,こうした予測性適応制御を実現する神経機構を人工脳として計算機上に実装し,制御コントローラとしてロボットの予測性適応制御に応用することにより,その工学的有効性を示すことを目的とする.
本研究では,国内外の共同研究チームにより,次の4つのレベルの研究を進め,上記目的の達成を目指す:① 行動,② 神経細胞活動,③ 神経ネットワーク,④ 工学応用.
2018年度は,研究代表者(平田)と分担者(Lee)が海外共同研究者の研究室(Washington University School of Medicine, Drs. Pablo Blazquez & Tatyana Yakusheva Lab)を3月に訪れ,サルとマウスを用いた実験環境(行動実験ならびに神経細胞活動計測実験)の整備と予備実験(行動実験)を実施した.また,並行して,分担者小野の研究室ではヒトを用いた行動実験環境を,分担者加藤の研究室では遺伝子改変マウスを用いた行動ならびに神経細胞活動計測実験環境の整備を進めた.研究代表者の研究室では,金魚を用いた行動ならびに神経細胞活動計測実験を進めるとともに,これらの実験データを再現可能な小脳と脳幹の間で形成される神経回路ループに関するモデルの構築と,シミュレーション解析・評価を実施した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

初年度は採択通知後の研究期間が短かったが,当初の計画通り,海外共同研究者の研究室においてサルとマウスを用いた本研究用の行動ならびに神経細胞活動計測実験環境の整備を終え,予備実験も開始できた.また,研究代表者ならびに研究分担者の研究室においても,当初の計画通り,ヒト,マウス,金魚を用いた行動・神経細胞活動計測実験のための種々の準備が整い,予備・本実験を実施できた.また,神経回路モデルについても最初のバージョン(これまでの金魚で得られたデータに基づくもの)が完成し,2019年7月に開催される国際会議(28th Annual Computational Neuroscience Meeting)において研究代表者が発表する予定である.これらの進捗を鑑み,「おおむね順調に進展している」ものと考えられる.

今後の研究の推進方策

今年度は9月に研究代表者ならびに分担者全員が海外共同研究者の研究室を訪れ,サルとマウスを用いた実験を実施する.また,国内では,研究代表者の研究室において,金魚を用いた実験を引き続き実施するとともに,神経回路モデルの改良を進める.分担者Leeの研究室では,工学応用のためのロボット制御用実験環境の整備を進める.分担者加藤の研究室では,マウスを用いた行動ならびに神経細胞活動計測に関する本実験を実施し,分担者小野の研究室では,ヒト(特に,アスリートと一般人)を用いた行動実験を実施する.この間,逐次新たなデータを基に議論を進め,神経回路モデルのアップデートとシミュレーション解析,ならびに工学応用実験への適用を進める.

次年度使用額が生じた理由

予算執行可能となってから年度末の各大学の予算執行締め切りまでの期間が短く,購入予定のもののうち納品が間に合わない実験装置等があったため.また,同様の理由により,研究分担者(小野,加藤)のスケジュール調整がうまくいかず,海外共同研究者の研究室を訪問し,共同実験をする機会を持てなかったため,旅費に関わる予算を繰り越した.

繰り越した予算は,上記購入予定であった物品の購入と,今年度の海外共同研究先への渡航期間の延長ならびに国内共同研究者の研究室相互訪問のための旅費として使用する.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件) 備考 (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] Cerebellar role in predictive eye velocity initiation and termination2018

    • 著者名/発表者名
      Miki, S., Baker, R., Hirata, Y.
    • 雑誌名

      Journal of Neuroscience

      巻: Vol.38, No.48 ページ: pp.10371-10383

    • DOI

      https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1375-18.2018

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 小脳除去手術が並進・傾き複合運動中の金魚の前庭動眼反射に与える影響の評価2019

    • 著者名/発表者名
      中野仁賀,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] Microsaccades predict spatial attention: Feature learning of microsaccade properties for oculo-feedback.2018

    • 著者名/発表者名
      Emoto, J., Hirata, Y.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship between predictive optokinetic behavior and velocity storage following vestibular neurectomy2018

    • 著者名/発表者名
      Miki, S., Baker, R., Hirata, Y.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] 過重力環境下と明るい視環境下における運動学習の促進:金魚眼球運動神経積分器適応と人リーチング運動プリズム適応の例2018

    • 著者名/発表者名
      平田 豊,加島崇史,高木悠喜,三浦祥平,浦瀬康平,三木俊太郎
    • 学会等名
      第64回宇宙航空環境医学会大会シンポジウム:過重力・低重力に対するヒトの反応
  • [学会発表] 前庭動眼反射と視運動性眼球運動ゲイン適応の非対称関係2018

    • 著者名/発表者名
      山中都史美, 進士裕介,池田拓未,松山将之,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] 眼球運動を指標としたTilt-Translation識別曖昧性評価2018

    • 著者名/発表者名
      中野仁賀, 平田豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [備考] The Neural Cybernetics Laboratory

    • URL

      http://bit.ly/hirata_nclab

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公開日: 2019-12-27  

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