2019 Fiscal Year Annual Research Report
潜在的運動における学習適応メカニズムの解明と計算モデル構築
| Project Area | Correspondence and Fusion of Artificial Intelligence and Brain Science |
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| Project/Area Number |
16H06566
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| Research Institution | NTT Communication Science Laboratories |
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Principal Investigator |
五味 裕章 日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所, 人間情報研究部, 上席特別研究員 (40396164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹村 文 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (90357418)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 潜在的感覚運動情報処理 / 視覚運動解析 / モジュレーション / 学習・適応メカニズム / 文脈依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，感覚情報によって無意識に駆動される「潜在的な感覚運動生成」の情報処理のプロセスを明らかにし，随意的・潜在的運動の統合学習モデルに結び付ける基礎知見を明らかにすることを目標としている．
視覚運動誘発性の腕応答(MFR)に関しては，「姿勢外乱に対する腕運動修正」という作業仮説に基づき，映像から直接自己運動（6自由度運動速度）を推定する深層ネットワークを用いた構成的検討を引き続き行った．学習の汎化性を高め，自己運動推定精度の向上に成功し，視覚情報から身体運動を推定することがMFRの特徴である低空間・高時間周波数特性を生み出す原因であるとする説が支持された． これとは別に，MFRに使われる視覚運動情報処理が，ターゲット位置表現のシフトに使われているかを指標到達運動実験的により検討した．その結果，視覚運動が，腕運動に直接的に与える影響と，位置表象を介して間接的に与える影響を分離することに成功し，間接的影響は応答初期成分に含まれないことを見出した．この結果は，従来提唱されていた仮説を覆すものであり， Scientific Reportsに掲載された．
感覚情報の予測過程と誤差の帰属過程に関しては，オプティックフローに基づく無意識的な歩行速度の調節の現象の検討を進めた．また，視覚的な動き情報から力覚を知覚するプロセスに関して，逆モデル仮説を支持する実験結果がえられ，Scientific Reports に出版した．
視覚フィードバックが体性感覚情報処理に与える影響を調べた研究では，視覚フィードバックと体性感覚と齟齬および視覚フィードバック消失により長潜時の伸張反射の減少が見られ，また伸張反射の変化と運動分散が逆相関したことから，身体状態推定の不確かさにより反射ゲインが調節されていることが新たに示された．本結果は，英論文誌eLifeに掲載され，プレスリリースに選択された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
潜在的な短潜時運動応答を引き起こす脳の視覚運動解析の特性獲得を理解するめの構成的検討では，学習汎化性の問題を克服し，人間で計測されたMFRの特性が生ずるメカニズムの解明に一歩近づいた．論文化の方向性が見えてきており，様々な解析を進めている．また，実験的に潜在的な視覚運動情報処理を解明していく研究でも2件の成果が論文採択され，他の研究もまとめの段階に入ってきている．さまざまな潜在応答と知覚とのインタラクションや階層的情報処理メカニズムを解明していく方向で，新たな実験検討も進めている．霊長類による電気生理実験は，課題訓練，運動解析などを行っており，特定エリア不活化実験・細胞記録実験へ進めていく予定である．また，領域内外での議論も活発に行ない，人間で研究されてきた視覚情報処理のロボット制御への応用検討，スポーツ科学でみられる視覚運動系で起こる現象のメカニズム解明に加え，共著レビュー論文を目指した議論なども行ってきた．このように，脳の持つ階層的情報処理を理解する研究を，他分野に応用する道を探る研究も展開しており，新学術としての新分野開拓に進捗が見られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
感覚情報によって無意識に駆動される「潜在的な感覚運動生成」の情報処理のプロセスとして，視覚情報により駆動や変化する運動学的現象のメカニズム解明を進め，構成的モデル構築を含めこれまでに興味深い結果が得られ，いくつかの論文が採択された．今後，追加の論文化に加え，次の３点を強化させて研究推進を図る．
１．脳視覚運動解析メカニズムの構成的検討：視覚―運動生成情報処理の構成的検討に関して，これまで改良してきた手法をもとに，論文化に向けてさらなる解析を進める．特に，視覚運動解析に関係する神経細胞表現が身体運動とどのように関係するかを構成的手法から解明していくことを狙う．また，動物を用いた電気生理実験研究も加速し，視覚運動から腕運動が生成される脳情報処理経路の同定，細胞情報表現の理解を目指す． さらに別の角度から，視覚―運動変換学習についての新たな知見をまとめていく．
２．他プロジェクトとの戦略的交流推進：これまでに，視覚運動系のスポーツ応用的側面に視点をおく他の研究プロジェクト（CREST）と協力し，視覚運動を運動生成に利用する脳情報処理メカニズムの仮説を検証してきたが，引き続きこれを発展させる研究を進める． また，本新学術研究のロボット研究チームと，視覚運動制御の有効性，体性感覚反射の有効性に関して，ロボットによる具体的課題による実証的検証の方向性で検討する．さらに，領域内プロジェクトで脳の感覚運動系に関する階層的情報処理に関するレビュー論文執筆を行い，新たな研究の土台作りに関する議論を展開する．
３．他モダリティへの拡張：潜在的な情報処理における帰属問題を検討する題材として，振動刺激に対する感覚情報処理に関する研究を始め，脳波解析などを行っている．外部刺激による感覚情報，運動情報から運動生成や知覚が生ずる現象を通して，潜在的運動の外部要因へ帰属するメカニズムに関する検討を進めていく．
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