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2020 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, 講師 (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 – 2022-03-31
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.

2020年度は,COVID-19のパンデミックのため,計画していた海外共同研究者の研究室における動物実験(上記レベル1と2)を実施できなかった.また,国内の代表者と分担者の研究室においても大学入構規制により動物実験の実施については若干の制約を受けたが,その他のレベルの研究については概ね計画通りに進んだ.レベル1, 2に関する主に代表者の研究室で実施した研究成果の一部は,2020年4月に学術論文としてScientific Reports誌に発表した.レベル1に関する主に分担者 小野の研究室で実施された研究成果の一部は,2021年4月に学術論文としてPhysiological Reports誌に発表した.レベル3に関する成果は,2020年12月に日本神経回路学会全国大会(ONLINE)において発表した(発表した大学院生が大会奨励賞を受賞).レベル4に関する成果は,2021年3月に電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会(ONLINE)において発表し,現在学術論文として投稿準備中である.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

昨年度計画していた海外共同研究者の研究室における動物実験が未実施のため.

今後の研究の推進方策

COVID-19のパンデミック収束後,海外共同研究者の研究室を訪問し,計画していた動物実験を実施する.この結果をこれまでに代表者ならびに分担者による国内共同研究の成果と統合することにより,本研究の当初の目的(種横断的な予測性OKR適応制御の行動特性と神経機構解明)達成を目指す.

次年度使用額が生じた理由

2020年度はCOVID-19のパンデミックのため,海外共同研究者の研究室における共同実験を実施できず,そのための旅費を次年度使用額として繰り越した.パンデミックが収束次第,海外での共同実験を実施する計画であり,そのための旅費として使用する.

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 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 (11件) (うち国際学会 4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] Velocity storage mechanism drives a cerebellar clock for predictive eye velocity control2020

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

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 6944

    • DOI

      10.1038/s41598-020-63641-0

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Functional Organization of Cerebellar Feed-Back Loops and Plasticity of Influences on Vestibular Function, In Reference Module in Neuroscience and Biobehavioral Psychology2020

    • 著者名/発表者名
      Blazquez, P, Hirata, Y., Pastor, A.
    • 雑誌名

      Elsevier

      巻: 6 ページ: pp.389-413

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-809324-5.24222-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Distributed memory consolidation of vestibulo-ocular reflex gains acquired by a frequency competitive visual-vestibular mismatch paradigm.2021

    • 著者名/発表者名
      Ikeda, T., Baker, R., Hirata, Y.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience Global Connectome
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of vocabulary acquisition by pupillary response.2021

    • 著者名/発表者名
      Hirata, T., Mishima, K., Fukaya, K., Hirata, Y.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience Global Connectome
    • 国際学会
  • [学会発表] 小脳・脳幹コネクトームに基づく神経回路モデルによる前庭神経切断が中枢速度蓄積機構に与える影響予測2021

    • 著者名/発表者名
      進士裕介,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] 異なる動物種における予測的視運動性眼球運動獲得可否と中枢速度蓄積機構容量の関係評価2021

    • 著者名/発表者名
      山中都史美, Hernandeza, R., Blazquez, P., 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] Artificial cerebellum running on an FPGA.2020

    • 著者名/発表者名
      Shinji, Y., Okuno, H., Hirata, Y.
    • 学会等名
      Proc. IEEE EMBC 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of sleepiness by the vestibulo-ocular reflex induced by heartbeat and respiration.2020

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka, T., Hirata, Y.
    • 学会等名
      Proc. IEEE EMBC 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 予測姓焦点調節の獲得と維持2020

    • 著者名/発表者名
      梅本峻矢,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
  • [学会発表] 不随意性自発頭部運動により誘発される前庭動眼反射を用いた覚醒度評価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] 瞳孔応答を指標とした日本人英語学習者の単語理解度評価2020

    • 著者名/発表者名
      平田貴士,三島浩路,深谷圭助,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] 小脳・脳幹コネクトームに基づく視運動性眼球運動の神経回路モデル2020

    • 著者名/発表者名
      進士裕介,平田 豊
    • 学会等名
      第30回日本神経回路学会全国大会
  • [学会発表] FPGA実装した人工小脳によるモータ適応制御2020

    • 著者名/発表者名
      進士裕介,奥野弘嗣,平田 豊
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • [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

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公開日: 2021-12-27  

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