機能的結合に基づく神経情報ダイナミクス・デコーディング

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19200018
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 感性情報学・ソフトコンピューティング
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 工藤 卓 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (10344110)
• 研究分担者: 林 勲 関西大学, 総合情報学部, 教授 (70258078)
• 連携研究者: 細川 千絵 (独)産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 研究員 (60435766)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• キーワード: 複雑系 / T-ノルム / 神経知能工学 / BMI / 神経情報コード

研究概要

本研究により、神経回路網活動パターンの動的変化を捉える手法を動的クラスタリングとファジィ演算子を応用して開発し、経回路網のもつ回路性の履歴性を発見した。また、ファジィ演算子を応用した神経結合パターン論理性の推定を行う新規手法を確立し、そのプログラムを開発してその有効性を確認した。これは神経細胞間の機能的結合パターンの規則性や論理性をT-ノルム,T-コノルム演算子を用いて抽出し、その時間変化を特長量として神経結合パターン論理性を見積もる手法である。神経ネットワークの刺激依存状態変異の持続時間に関する知見を応用して逐次実行のクラスタリング解析手法を開発し、ダイナミクス・デコーディングを行うプログラムの開発を行った。さらに、分散培養系に外界と相互作用する媒体としてLEGO Mindstorm NXTを用いて構成した小型移動ロボットを接続し、センサからの入力を培養系にフィードバックするシステムを開発した。このニューロ・ロボットシステムは神経デコーディングの実証実験用のプラットホームとして有用である。

研究成果

• [雑誌論文] Vitroid-the robot system with an interface between a living neuronal network and outer world (2011)
  • 著者名/発表者名: S.N.Kudoh, M.Tokuda, A.Kiyohara, C.Hosokawa, T.taguchi, I.Hayashi
  • 雑誌名: Int.J.Mechatronics and Manufacturing Systems, Inderscience publishers 4(2) ページ: 135-149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of electrical stimulation on autonomous electrical activity in a cultured rat hippocampal neuronal network (2011)
  • 著者名/発表者名: Ai Kiyohara, Takahisa Taguchi, Suguru N.Kudoh
  • 雑誌名: EEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, Wiley 6(2) ページ: 163-167, DOI:10.1002/tee.20639
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paradigms representing the relationship between the inner of a brain and the outer world (2010)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, Ai Kiyohara, Minori Tokuda, Takahisa Taguchi
  • 雑誌名: EEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, Wiley 6(1) ページ: 51-57, DOI:10.1002/tee.20606
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-channel fabrication by femtosecond laser to arrange neuronal cells on multi-electrode arrays (2010)
  • 著者名/発表者名: Chie Hosokawa, Suguru N.Kudoh, Mariko Suzuki, Ai Kiyohara, Yoichiroh Hosokawa, Kazunori Okano, Hiroshi Masuhara, Takahisa Taguchi
  • 雑誌名: Appl Phys A, Springer 101 ページ: 423-428, DOI10.1007/s00339-010-5836-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分散培養系において「クオリアが生じる可能性」についての考察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,清原藍,田口隆久
  • 雑誌名: 電気学会(電気学会論文誌C(電子・情報・システム)) 129-C(1) ページ: 32-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分散培養系における自発性活動電位と誘導活動電位との関係性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清原藍,田口隆久,工藤卓
  • 雑誌名: 電気学会(電気学会論文誌C(電子・情報・システム)) Volume 129-C(10) ページ: 1815-1821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond laser modification of living neuronal network (2008)
  • 著者名/発表者名: Chie Hosokawa, Suguru N.Kudoh, Ai Kiyohara, Yoichiroh Hosokawa, Kazunori Okano, Hiroshi Masuhara, Takahisa Taguchi
  • 雑誌名: Springer(Appl.phys.A) 93 ページ: 57-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resynchronization in neuronal network divided by femtosecond laser processing (2008)
  • 著者名/発表者名: Chie Hosokawa, Suguru N.Kudoh, Ai Kiyohara, Takahisa Taguchi
  • 雑誌名: Lippincott Williams & Wilkins(Neuroreport) vol.19,No.7 ページ: 771-775
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biomodeling system-Interaction Between Living Neuronal Network and Outer World (2007)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, Chie Hosokawa, Ai Kiyohara, Takahisa Taguchi, Isao Hayashi
  • 雑誌名: 富士技術出版社(Journal of Robotics and Mechatronics) Vol.19,No.5 ページ: 592-600
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分散培養神経回路網に於けるシナプス機能的結合の不均一分布 (2007)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,清原藍,田口隆久
  • 雑誌名: 電気学会(電気学会論文誌C(電子・情報・システム)) 127-C(10) ページ: 1611-1618
  • 査読あり
• [学会発表] Fuzzy Bio-Interface : Logicality of Living Neuronal Network and Control of Fuzzy Bio-Robot System (2011)
  • 著者名/発表者名: Isao Hayashi, Megumi Kiyotoki, Ai Kiyohara, Minori Tokuda, Suguru N.Kudoh
  • 学会等名: Proc.of World Conference on Soft Computing (WConSC2011)
  • 発表場所: San Francisco, U.S.A.
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] In Vitro Logicality for Neuro-Robot Hybrid (2011)
  • 著者名/発表者名: Isao Hayashi, Megumi Kiyotoki, Ai Kiyohara, Minori Tokuda, Suguru N.Kudoh
  • 学会等名: Proc.of the fifteenth International Conference on Cognitive and Neural Systems (ICCNS2011)(84)
  • 発表場所: Boston, U.S.A.
  • 年月日: 2011-05-14
• [学会発表] A Measure of Localization of Brain Activity for the Motion Aperture Problem Using Electroencephalograms (2011)
  • 著者名/発表者名: Isao Hayashi, Hisashi Toyoshima, Takahiro Yamanoi
  • 学会等名: Proc.of the 11th Annual Meeting of Vision Sciences Society (VSS2011)(No.53-407 242)
  • 発表場所: Naple, U.S.A.
  • 年月日: 2011-05-10
• [学会発表] Fuzzy Bio-interface : Can fuzzy set be an interface with brain? (2011)
  • 著者名/発表者名: 林勲, 工藤卓
  • 学会等名: Proc.of the 22nd Midwest Artificial Intelligence and Cognitive Science Conference (MAICS2011)(Omron Plenary Lecture 2-6)
  • 発表場所: Cincinnati, U.S.A.
  • 年月日: 2011-04-16
• [学会発表] Neuro-robot with autonomous activity in the neuronal circuit (2010)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, N.FUJIWARA, H.ITO, M.TOKUDA, C.HOSOKAWA
  • 学会等名: Sociatyneuroscience 40th annual meeting
  • 発表場所: San Diego Convention Center, U.S.A
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Kwansei Gakuin University, Japan, 細川千絵, 工藤卓, Memory on a Chip (2010)
  • 著者名/発表者名: Hidekatsu Ito
  • 学会等名: Proc.IEEE International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science 2010 (MHS2010)
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2010-11-08
• [学会発表] 探索型特徴抽出によるBCIの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口洋平,工藤卓
  • 学会等名: 第25回 生体・生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] 関階層クラスタリングによる神経回路網活動パターンの解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中西亮太,伊東嗣功,藤原直彦,工藤卓
  • 学会等名: 第25回 生体・生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] クラスタリングによる神経活動パターンのダイナミクス解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井上裕一朗,藤原直彦,伊東嗣功,工藤卓
  • 学会等名: 第25回 生体・生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] テンプレートマッチングを用いたニューロ・ロボットによる培養神経回路網と外界の相互作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 藤原直彦,工藤卓
  • 学会等名: 平成22年電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2010-09-02
• [学会発表] 刺激応答履歴性を利用したニューロ・ロボット (2010)
  • 著者名/発表者名: 徳田農,細川千絵,工藤卓
  • 学会等名: 平成22年電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2010-09-02
• [学会発表] 環境と相互作用する培養神経回路網～神経科学とニューロ・ロボ (2010)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓
  • 学会等名: ティクス先端医療バイオロボティクスセミナー
  • 発表場所: 名古屋大学 東山インキュベーション(招待公園)
  • 年月日: 2010-07-30
• [学会発表] Acquisition of Logicality in Living Neuronal Networks and its Operation to Fuzzy Bio-Robot System (2010)
  • 著者名/発表者名: Isao Hayashi, Megumi Kiyotoki, Ai Kiyohara, Minori Tokuda, Suguru N.Kudoh
  • 学会等名: Proc.of 2010 IEEE International Conference on Fuzzy Systems (FUZZ-IEEE2010) in 2010 IEEE World Congress on Computational Intelligence (WCCI2010)(543-549)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2010-07-22
• [学会発表] Neuro-Robot Vitroid, with simple coupling approach (2010)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, Naohiko Fujiwara, Hidekatsu Ito, Minori Tokuda, Ai Kiyohar
  • 学会等名: 7th Int.Meeting on Substrate-Integrated Microelectrode Arrays
  • 発表場所: Friedrich-List-Halle, Reutlingen, Germany
  • 年月日: 2010-07-01
• [学会発表] The dynamics of the evoked activity and the spontaneous activity in the cultured rat hippocampus neurons (2009)
  • 著者名/発表者名: 清原藍,田口隆久,工藤卓
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] Autonomous modification of the network activity in dissociated rat hippocampal neurons (2009)
  • 著者名/発表者名: 清原藍,田口隆久,工藤卓
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2009-10-24
• [学会発表] The network dynamics and spontaneous activity in dissociated rat hippocampal culture (2009)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓
  • 学会等名: Neuroscience 2009, SfN's 39th annual meeting
  • 発表場所: McCormick Place, Chicago
  • 年月日: 2009-10-19
• [学会発表] 試験管としてのニューロ・ロボット"Vitroid"(生物と機械の融合-バイオロボティクス-,シンポジウム) (2009)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,清原藍,徳田農,細川千絵,田口隆久
  • 学会等名: 第61回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 名古屋大学,名古屋(招待講演)
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] 分散培養系における神経回路網の自律調整機構と一過性の活動抑制 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清原藍,田口隆久,工藤卓
  • 学会等名: 第24回生体・生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] Self-organization of the cultured neuronal network and dynamics of the evoked activity (2009)
  • 著者名/発表者名: 清原藍,田口隆久,工藤卓
  • 学会等名: 第32回神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] ファジィ演算子による神経培養細胞の活動電位解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 林勲,清時愛,清原藍,田口隆久,工藤卓
  • 学会等名: 第25回ファジィシステムシンポジウム講演論文集(1B3-01)
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2009-07-14
• [学会発表] ロボットを用いた生体神経回路網の身体性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,徳田農,清原藍,細川千絵,田口隆久,林勲
  • 学会等名: 計測自動制御学会第9回システムインテグレーション部会講演論文集(1063-1064)
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] A Robust Pattern of Neuronal Response to Outer Phenomena in "Vitroid" (2008)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, Minori Tokuda, Ai Kiyohara, Chie Hosokawa, Takahisa Taguchi, Isao Hayashi
  • 学会等名: the Hybrid Neuro-Robot, Proc.of the Joint 4th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 9th International Symposium on Advanced Intelligent Systems (SCIS&ISIS2008)(269-274)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2008-09-18
• [学会発表] ニューロ・ロボットにおけるin vitro学習 (2008)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,徳田農,清原藍,田口隆久,林勲
  • 学会等名: 第24回ファジィシステムシンポジウム講演論文集(204-207)
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] Vitroid-A Robot with Link between Living Neuronal Network in Vitro and Robot Body (2008)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, Minori Tokuda, Ai Kiyohara, Chie Hosokawa, Takahisa Taguchi, Isao Hayashi
  • 学会等名: Proc.of 2008 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA2008)(WC3-5)
  • 発表場所: Takamatsu, Japan
  • 年月日: 2008-08-08
• [学会発表] 外界と相互作用しながら自己組織化する培養神経回路網 (2008)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,徳田農,清原藍,細川千絵,林勲、田口隆久
  • 学会等名: 日本比較生理学会第30回大会
  • 発表場所: 北海道大学 理学部,札幌(招待講演)
  • 年月日: 2008-07-19
• [学会発表] Neuronal Responces to Sensor Inputs in the Miniature Neuro-Robot Hybrid (2008)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, Minori Tokuda, Ai Kiyohara, Isao Hayashi, Chie Hosokawa, Takahisa Taguchi
  • 学会等名: Proc.of the 6th International Meeting on Substrate-Integrated Micro Electrode Arrays (MEA2008)(33-36)
  • 発表場所: Reutlingen, Germany
  • 年月日: 2008-07-10
• [学会発表] Vitroid-"試験管"としてのニューロ・ロボット ハイブリッド (2008)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,徳田農,清原藍,細川千絵,林勲,田口隆久
  • 学会等名: 日本知能情報ファジィ学会北海道支部セミナー
  • 発表場所: 北海学園大学 工学部,札幌(招待講演)
  • 年月日: 2008-05-15
• [学会発表] 分散培養系に於ける神経活動の不均一分布(招待講演) (2007)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜,横浜
  • 年月日: 2007-12-21
• [学会発表] Interaction between living neuronal network and outer world by programmable multisite stimulation system (2007)
  • 著者名/発表者名: Suguru N.Kudoh, Ai Kiyohara, Chie Hosokawa, Takahisa Taguchi, Isao Hayashi
  • 学会等名: Proc of the 2007 IEEE International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science (MHS2007)(44-49)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2007-11-12
• [学会発表] Learning and Memory in Living Neuronal Networks Connected to Moving Robot (2007)
  • 著者名/発表者名: Isao Hayashi, Takahisa Taguchi, Suguru N.Kudoh
  • 学会等名: Proc.of 8th International Symposium on advanced Intelligent Systems (ISIS2007)(79-81)
  • 発表場所: Sokcho, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2007-09-05
• [学会発表] 生体表現システム:ファジィ推論を用いた培養神経細胞における適応学習の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 林勲,徳田農,清原藍,田口隆久,工藤卓
  • 学会等名: 第23回ファジィシステムシンポジウム講演論文集(565-570)
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2007-08-29
• [学会発表] 培養神経細胞による外界認知の試み (2007)
  • 著者名/発表者名: 清原藍,工藤卓,徳田農,細川千絵,田口隆久,林勲
  • 学会等名: 第17回インテリジェント・システム・シンポジウム講演論文集(123-128)
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2007-08-10
• [学会発表] Biologically Inspired Model:脳神経・知覚・ロボティクスによるハイブリッドシステムを目指して (2007)
  • 著者名/発表者名: 林勲,山ノ井高洋,工藤卓
  • 学会等名: 第17回インテリジェント・システム・シンポジウム講演論文集(1-6)
  • 発表場所: 名古屋(特別講演)
  • 年月日: 2007-08-10
• [図書] 医療応用バイオロボティクスへの発展Medical Bio 5月号(第7巻第3号) (2010)
  • 著者名/発表者名: 工藤卓,細川千絵
  • 総ページ数: 36-39
• [図書] 神経回路網の身体性:分散培養系神経回路網ロボット スキルと組織(椹木哲夫(編))(第8章) (2010)
  • 著者名/発表者名: 林勲,工藤卓
  • 総ページ数: 175-193
  • 出版者: 国際高等研究所
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://hsi.ksc.kwansei.ac.jp/~snkudoh/
• [備考]
  • URL: http://www.kcn.res.kutc.kansai-u.ac.jp/~ihaya/