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2023 年度 実施状況報告書

蝸牛の非線形特性を再現する自己適応的な小型・低消費電力サウンドプロセッサの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K21310
研究機関香川大学

研究代表者

武田 健太郎  香川大学, 創造工学部, 助教 (10964174)

研究期間 (年度) 2022-08-31 – 2025-03-31
キーワード人工内耳 / 非線形回路 / FPGA
研究実績の概要

人工内耳は聴覚系に障がいを抱える人々の聴覚を補助する人工感覚器の一つである。ヒトの聴覚系は強い非線形性を呈することが知られているが、現行の人工内耳は線形システムに基づいており、十分な性能を有しているとは言えない。そこで本研究では、聴覚系の非線形特性を再現する人工内耳のための自己適応的な小型・低消費電力サウンドプロセッサの設計と実装及び実機実験を行う。本研究は、既存手法との比較を通して提案人工内耳モデルが消費電力や回路実装の観点で優れていることを示すことを目的とし、より効率の良い人工内耳回路の開発へ向けた基礎研究と位置づけられる。
2023年度では、エルゴード的セルオートマトンで実装される内耳モデルが呈する二音抑制現象に関する研究に取り組んだ。二音抑制現象とは、異なる周波数成分を有する二音を聴取すると、片方の周波数成分の音に対する聴取レベルがもう片方の周波数成分の音によって抑制される非線形現象のことである。当該年度では、(1)内耳で起こることが知られている二音抑制現象についての知見の収集、(2)二音抑制現象を呈するエルゴード的セルオートマトン内耳モデルの設計と数値シミュレーション、(3)設計されたモデルの解析やパラメータ推定、(4)設計されたモデルの回路実装と回路実験、(5)回路実装されたモデルと従来モデルとの比較、を実施することができた。さらに、これらの結果を基に内耳の基底膜モデルの結合系の検討を開始することができた。

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

当該年度では、二音抑制現象を呈するエルゴード的セルオートマトン内耳モデルを提案し、提案内耳モデルが従来の内耳モデルに比べて高効率にハードウェア実装できることを示すことができた。また、前年度の成果と今年度の成果を学術論文として発表することができた。

今後の研究の推進方策

次年度は、これまでの研究で設計したエルゴード的セルオートマトン内耳モデルを結合することによって大規模な内耳モデルへ拡張することを検討する。先行研究において、非線形振動子の結合系による内耳モデルは単一の非線形振動子による内耳モデルよりも複合音の入力に対する特性をより精緻に表現できることが示されている。このような知見を参考にして、エルゴード的セルオートマトン内耳モデルを結合することで複合音入力に対するモデルの非線形特性の改善に取り組む。その後得られた結果をまとめ、学術論文誌へ投稿する。

次年度使用額が生じた理由

当該課題における2023年度の研究成果をまとめた論文を投稿する予定があるため、その投稿料や英文校正費に支出する必要がある。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] A Novel Ergodic Discrete Difference Equation Cochlear Model: Theoretical Analyses, Reproduction of Mammalian Nonlinear Sound Processing, and Comparison of Implementation2024

    • 著者名/発表者名
      Kubota Itsuki, Takeda Kentaro, Torikai Hiroyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs

      巻: 71 ページ: 877-881

    • DOI

      10.1109/TCSII.2023.3313491

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of pattern generation in non-periodic clock-driven unidirectionally coupled phase oscillators in a ring2023

    • 著者名/発表者名
      Takeda Kentaro
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 20 ページ: 20230055

    • DOI

      10.1587/elex.20.20230055

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A novel hardware-efficient liquid state machine of non-simultaneous CA-based neurons for spatio-temporal pattern recognition2023

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Takeda, Hiroyuki Torikai
    • 学会等名
      2023 International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN)
    • 国際学会
  • [学会発表] Unidirectionally coupled phase oscillators in a ring with random perturbation2023

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yoshioka, Ken'ichi Fujimoto, Kentaro Takeda
    • 学会等名
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA)
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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