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2023 年度 実施状況報告書

触覚感知脳内モデルの構築と知能ロボットハンドへの適用に関する国際共同研究

研究課題

研究課題/領域番号 19KK0099
研究機関岡山大学

研究代表者

呉 景龍  岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 教授 (30294648)

研究分担者 田中 高志  岡山大学, 医学部, 客員研究員 (10745368)
高橋 智  岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 准教授 (20236277)
金澤 右  川崎医科大学, 医学部, 教授 (20243511)
呉 瓊  岡山大学, ヘルスシステム統合科学研究科, 客員研究員 (40762935)
研究期間 (年度) 2019-10-07 – 2025-03-31
キーワード触覚認知脳機能 / EEG / fMRI / 認知心理学 / 触覚形状知覚 / 触覚質感知覚 / 知能ロボットハンド / 医療福祉
研究実績の概要

医療福祉機器の製造と高品質製品の創造において、ロボットハンド技術への要求はますます高まっている。この技術は形状と質感を触覚で感知することができ、これは21世紀の高齢化社会に対処し、製品の高品質を追求する上で極めて重要である。しかし、現在、医療福祉行動と触覚の品質評価は、医師や職人の主観的な判断と経験に依存しており、形状や質感を正確に感知できるロボットハンド技術がまだ確立されていない。
本国際共同研究では、代表者および協力者は、形状と質感を感知できる知覚モデルを構築し、知覚が可能な知能ロボットハンド技術に挑戦している。この研究は、いままで米国国立衛生研究所とアリゾナ州立大学、中国の北京理工大学、首都医科大学、中国科学院深セン先進技術研究院、蘇州科学技術大学などとの共同研究を発展させた取り組みである。
今年の研究の焦点は、行動学の実験および脳波(EEG)実験と機能的磁気共鳴画像(fMRI)実験およびこれらのデータ解析を活用し、脳解剖学研究の成果を参考にして、触覚知覚の脳内モデルを構築することである。これらの国際共同研究では、まず、高い空間分解能と時間精度の触覚実験装置を使用して、手のひらの各部位を刺激し、触覚fMRI実験専用装置の時空間双方向の方法で脳内の触覚皮質面の活動信号を測定した。次に、手の部位と脳内活動部位の間の変換プロセスを総合的な手法を用いて解析した。また、行動学実験の設計とEEG技術などとを組み合わせて、触覚知覚に関連する脳神経メカニズムモデルを構築できた。
得られた研究成果は、国際ジャーナルで6件の英語論文が発表され、国内外の学術会議で13件の発表が行われた。

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

理由
本年度、いままで蓄積された研究成果を発展させて、そして自ら製作した高空間分解能と高時間精度の触覚実験装置を改良し、中国の北京理工大学、首都医科大学、中国科学院深セン先進技術研究院と共同で機能性磁気共鳴イメージング(fMRI)実験を設計でき、機械学習などのAI手法を用いてデータ解析と触覚知覚脳モデルの構築を精力的に推進してきた。同時に、EEG技術に基づく複数の脳神経メカニズムの研究も進展を遂げ、触覚の運動にしても感覚統合にしても、年齢や神経退行性疾患などの分野の研究についても、多くの関連研究成果が得られた。これらの研究成果は、国際ジャーナルで6件の英語論文が発表され、国内外の学術会議で13件の発表が行われた。以上の理由で、本課題はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今後の研究の推進方策としては、これまで得られた触覚認知脳機能に関する知見と応用成果に基づいて、触覚脳内モデルを提案し、形状と質感を感知できるロボットハンドへの応用を目指している。さらに、今年度の研究成果を活かして、米国、中国北京理工大学、首都医科大学、中国科学院深セン先進技術研究院、蘇州科学技術大学、京都大学などの研究機関との共同研究を推進し、共同研究の強化と若手研究者の育成に努め、国際的な研究ネットワークと新しい学際領域の形成を目指している。
具体的な研究課題としては、まず、fMRIを用いた触覚脳機能マッピング実験とデータ解析に関する国際共同研究を行い、脳解剖学と脳機能の観点からのモデル構築を共同で推進する。次に、提案された指間の距離と曲率情報が形状知覚の形成過程と、指間の能動と受動の二重触覚の行動情報が質感知覚の形成過程をどのように影響するかを調査し、形状知覚と質感知覚の関連性を明らかにする。最後に、脳内モデルの構築と知能ロボットハンドへの適用を行い、国際共同研究機関の人材資源とロボット試作・評価実験環境を活用して、知能ロボットハンドの試作・評価実験とブレインマシンインターフェースに関する研究を行う。
具体的な研究内容としては、代表者および共同研究者が取得したfMRI脳画像と脳解剖学の知見を統合し、手の部位から脳内活動部位への変換過程を探求する。さらに、脳内モデルの構築やブレインマシンインターフェース、知能ロボットハンドへの適用に関する研究を推進する。

次年度使用額が生じた理由

今年度は計画の最も重要な年であるため、国際間の協力交流はより多くなり、この使用額は国際間協力の旅費、研究費、学術論文発表、国際学会参加などの費用を使用する。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 オープンアクセス 6件、 査読あり 2件) 学会発表 (13件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Event-related potential evidence for tactile orientation processing in the human brain2024

    • 著者名/発表者名
      Yang Jiajia、Ren Rongxia、Yu Yinghua、Wang Wu、Tang Xiaoyu、Ejima Yoshimichi、Wu Jinglong
    • 雑誌名

      Experimental Brain Research

      巻: 242 ページ: 809~817

    • DOI

      10.1007/s00221-024-06783-1

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Difference in Haptic Softness Estimation using Pressing and Pinching2023

    • 著者名/発表者名
      Binyue Gao, Jiajia Yang, Yinghua Yu, Satoshi Takahashi, Yoshimichi Ejima and Jinglong Wu
    • 雑誌名

      BIO Web Conf.

      巻: 60 ページ: -

    • DOI

      10.1051/bioconf/20236002006

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spatial frequencies affect cuteness perception of infant faces.2023

    • 著者名/発表者名
      Zhou Mengni、Li Huazhi、Li Qingqing、Uehara Tsubasa、Yao Lichang、Yang Jiajia、Ejima Yoshimichi、Takahashi Satoshi、Wu Jinglong
    • 雑誌名

      Emotion

      巻: 23 ページ: 512~520

    • DOI

      10.1037/emo0001040

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Audiovisual n-Back Training Alters the Neural Processes of Working Memory and Audiovisual Integration: Evidence of Changes in ERPs2023

    • 著者名/発表者名
      Guo Ao、Yang Weiping、Yang Xiangfu、Lin Jinfei、Li Zimo、Ren Yanna、Yang Jiajia、Wu Jinglong
    • 雑誌名

      Brain Sciences

      巻: 13 ページ: 992~992

    • DOI

      10.3390/brainsci13070992

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Neural mechanisms of top-down divided and selective spatial attention in visual and auditory perception2023

    • 著者名/発表者名
      Guan Zhongtian、Lin Meng、Wu Qiong、Wu Jinglong、Chen Kewei、Han Hongbin、Chui Dehua、Zhang Xu、Li Chunlin
    • 雑誌名

      Brain Science Advances

      巻: 9 ページ: 95~113

    • DOI

      10.26599/BSA.2023.9050008

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Altered higher-order coupling between brain structure and function with embedded vector representations of connectomes in schizophrenia2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Bin、Guo Min、Pan Tingting、Li Zhifeng、Li Ying、Xiang Jie、Cui Xiaohong、Niu Yan、Yang Jiajia、Wu Jinglong、Liu Miaomiao、Li Dandan
    • 雑誌名

      Cerebral Cortex

      巻: 33 ページ: 5447~5456

    • DOI

      10.1093/cercor/bhac432

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 視覚によるシーン認識のカテゴリ依存性の分析2024

    • 著者名/発表者名
      別所祐太朗
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024 年冬季大会
  • [学会発表] シーン認識のカテゴリー依存性に与える色彩の影響2024

    • 著者名/発表者名
      古河勇誠
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024 年冬季大会
  • [学会発表] 物体認識に与えるクロスモーダルな事前情報の影響2024

    • 著者名/発表者名
      森田健次
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024 年冬季大会
  • [学会発表] 視覚認識 ERP 特性に与える事前言語情報の影響―言語レベル依存性の分析2024

    • 著者名/発表者名
      Huang Xiaoying
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024 年冬季大会
  • [学会発表] 事前視覚情報の聴覚的物体認識に与える影響の事象関連電位分析2024

    • 著者名/発表者名
      穗積政毅
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024 年冬季大会
  • [学会発表] 空間文脈効果のパターン依存性の事象関連電位による分析2024

    • 著者名/発表者名
      江原光祐
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024 年冬季大会
  • [学会発表] 事前聴覚情報の視覚的物体認識に与える影響の事象関連電位分析2024

    • 著者名/発表者名
      十川凌一
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024 年冬季大会
  • [学会発表] 視触覚方向識別が対象の時間知覚に与える影響の検討2024

    • 著者名/発表者名
      前田健太
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第62期総会・講演会
  • [学会発表] リズム知覚が指タッピング運動制御に与える影響の検討2024

    • 著者名/発表者名
      金野大助
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第62期総会・講演会
  • [学会発表] 課題の文脈が視触覚クロスモーダルな表面粗さと方向識別に与える影響2024

    • 著者名/発表者名
      有根元優輝
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第62期総会・講演会
  • [学会発表] A task-specific brain network involved in haptic three-dimension object recognition2023

    • 著者名/発表者名
      Chenyu Wang
    • 学会等名
      第7回ヒト脳イメージング研究会
  • [学会発表] The spatial distribution of tactile orientation processing: evidence from somatosensory ERP components2023

    • 著者名/発表者名
      Rongxia Ren
    • 学会等名
      第7回ヒト脳イメージング研究会
  • [学会発表] Different Brain Activity in Tactile Working Memory Across Varied Delay Times2023

    • 著者名/発表者名
      Nan Zhang
    • 学会等名
      第7回ヒト脳イメージング研究会
  • [図書] 知覚と認知の脳科学実践2023

    • 著者名/発表者名
      楊家家,山本洋紀,呉景龍,江島義道
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      複合医工学インスティ テュート

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公開日: 2024-12-25  

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