神経計算学研究室<客員研究室>

沖縄を拠点に脳の機能を解き明かす

教員

  • 教授:銅谷 賢治

    教授:
    銅谷 賢治

  • 准教授:吉本 潤一郎

    准教授:
    吉本 潤一郎

E-mail { doya, juniti-y }[at] is.naist.jp

研究室概要

本研究室は、沖縄県恩納村の沖縄科学技術大学院大学(OIST)神経計算ユニットと連携して、脳の柔軟な学習機構の理論化、その神経回路と物質機構の実験的検証、ロボットによる行動学習と進化に関する研究を進めている。課程前半では、基幹研究室にて関連分野の基礎知識を習得し、課程後半からは、主に沖縄を拠点として各自の研究テーマを実施する。

ベイズ推定と強化学習

ベイズ推定と強化学習1 ベイズ推定と強化学習2

人間や動物、ロボットが、センサ信号から外界の状況を把握し、試行錯誤をもとに新たな行動を学習する機構を考える上で、ベイズ推定と強化学習は有力な理論的枠組である。

特に大脳皮質はベイズ推定に、大脳基底核は強化学習に関与していると考えられ、その実体の解明に向け行動学習中のヒトやラットの脳神経活動記録実験を行っている。

また、強化学習課題における報酬期待値、シナプス可塑性を担う細胞内シグナル伝達系、局所回路のシナプス結合性など、脳科学のさまざまなレベルで生じる隠れ変数やパラメタの同定問題に対して、ベイズ推定に基づく数理解法を開発し、理論的考察を実験結果と対応づけるための研究を行っている。

学習、進化とコミュニケーション

学習、進化とコミュニケーション1 学習、進化とコミュニケーション2

生物にとって自己保存と自己複製は最も基本的な要請であり、脳神経系、特に報酬系のデザインは、この2つの要請に密接に根ざしている。そのデザイン原理の理解に向け、電池パックの捕獲による自己保存と、プログラムのコピーによる自己複製が可能な移動ロボットを開発し、その多様な環境のもとでの適応に必要な学習と進化、コミュニケーションのメカニズムを探る実験を行っている。また小型で高い計算性能と多様なセンサ類を有するスマートフォンを利用したロボット開発も行っている。

機械学習によるうつ病サブタイプ診断とモデル化

機械学習によるうつ病サブタイプ診断とモデル化1 機械学習によるうつ病サブタイプ診断とモデル化2

うつ病は自殺や長期休職といった社会問題と密接に関係しており、その病態の本質的な解明が急務であるが、遺伝的背景や社会・環境要因が複雑に相互作用していると考えられ、それらが病状の進行や治療への応答性の予測を困難にしている。本研究では、うつ病患者や健常者の脳画像やバイオマーカーなど高次元のデータに対して機械学習法を応用することにより、その背後にある発症機構のサブタイプを同定し、それぞれに応じた診断基準と治療指針を導出することを目指す。

情動系神経基盤に関するインフォマティクス研究

情動は採食や危険回避など動物の基本行動と直結しており、それにはモノアミン系神経修飾物質が大変重要な役割を担っている。本研究では、リン酸化反応のデータベース構築を通じ、モノアミン系神経修飾物質によって作動する細胞内分子シグナル伝達の一端を明らかにすることを目指す。さらに、この結果に基づいた大脳基底核系の分子から回路を繋ぐ多階層シミュレーションを実施することにより、報酬信号によって修飾される動物行動学習の神経機構をシステムとして理解することを目指す。

研究設備

神経計算学研究室の研究設備
  • 32ch神経活動記録装置
  • 脳内ドーパミン・セロトニン計測装置
  • オプトジェネティクス神経刺激装置
  • 二光子励起顕微鏡下行動実験装置
  • 4足歩行ロボット集団「Spring Dogs」

共同研究・学会活動

  • 銅谷:OIST神経計算ユニット教授。Neural Networks誌 Co-Editor-in-Chief。Neural Computation, Frontiers in Neurorobotics各誌Editor 。日本神経回路学会理事。新学術領域研究「予測と意思決定」領域代表。
  • 吉本:OIST神経計算ユニットグループリーダー。IPSJバイオ情報学研究会幹事。IPSJ論文誌ジャーナル/JIP, IEICE和文論文誌各編集委員。