B02 身体変容への超適応のモデル化

研究概要

koike
B02 研究代表者
小池 康晴

本研究では、主に超適応機構の生体構造の再構成の観点から、身体変容に伴う運動の再獲得メカニズムのモデル化の研究を行う。(A02を中心に研究を行っているサルの)筋再配置のような大規模な身体変容に対して、神経系は制御系の最適化と学習を繰り返すことで運動の適応を行う。人や動物の実験から、このような神経系の変化の過程で筋シナジーの再構成(生体構造の再構成による超適応)を伴う不連続的な変化を生じる例が報告されている。構造の再構成は身体と環境との相互作用を最適化及び学習する過程で自律的に行われると予想される。

本研究項目では、この再構成の過程を(1)仮想手術、(2)脳情報デコーディング、(3)筋骨格シミュレーションを通して数理モデル化する。(1)「仮想手術」による長期的な身体変容の解析:人の筋活動と手先力の関係を(筋骨格モデルを)用いて計算し、被験者が発生した力の方向と、画面上で実現される力の方向の関係を変化させることで身体変容を仮想的に実現する。小さな変異を連続的に加えることで、長期的な身体変容を生じさせ、その影響を詳細に調べる。(2)脳情報デコーディングによる再構成則過程の解明:仮想手術と筋再配置実験で得られた動作-筋電-脳波の活動情報を元に、筋電図から筋シナジー解析によるシナジーの構造変化、脳波から信号源推定によって変化を生じる脳の部位の特定とその機能を明らかにする。(3)筋再配置の筋骨格シミュレーション:サルの筋配置を基にした筋骨格系のモデルを構築し、到達・把持運動をシミュレートする。力学モデル上で筋再配置を行い、機械学習を基に筋再配置後の運動再獲得を実現する。学習制御系における制御構造の変化と筋再配置実験及び脳情報デコーディングで推定された神経構造の変化の過程を比較することで、構造の再構成がどのような学習メカニズムで生じるのかを明らかにする。

研究組織

研究代表者 小池 康晴 東京工業大学 科学技術創成研究院 教授
研究分担者 舩戸 徹郎 電気通信大学 大学院情報理工学研究科 准教授
研究協力者 吉村 奈津江 東京工業大学 科学技術創成研究院 准教授
柳原 大 東京大学 大学院総合文化研究科 教授
青井 伸也 京都大学 大学院工学研究科 講師
土屋 和雄 京都大学 大学院工学研究科 名誉教授