2020年秋学期 - 研究会Ａ / SEMINAR A
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A1101 研究会Ａ SEMINAR A |
研究プロジェクト科目 Research Seminars 4 単位 |
脳情報の計測と解析
Measurement and analysis of neural information
| 開催日程 | 秋学期 火曜日４時限,火曜日５時限 |
| 担当教員 | 青山 敦（アオヤマ アツシ） |
| 関連科目 |
前提科目（推奨）: C2033 前提科目（関連）: C2121,B6131,B6132,60420,C2126,C2092 |
| 授業形態 | 講義、ディスカッション、グループワーク、実験 |
| 履修者制限 | |
| 履修条件 | |
| 使用言語 | 日本語 |
| 連絡先 | aaoyama@sfc.keio.ac.jp |
| 授業ホームページ | http://brain.sfc.keio.ac.jp/ |
| 設置学部・研究科 | 総合政策・環境情報学部 |
| 大学院プロジェクト名 | |
| 大学院プロジェクトサブメンバー | |
| ゲストスピーカーの人数 | |
| 履修選抜・課題タイプ=テキスト登録可 | false |
| 履修選抜・選抜課題タイプ=ファイル登録可 | false |
| GIGAサティフィケート対象 | |
| 最終更新日 | 2020/07/06 02:54:16 |
研究会概要
目的・内容
*研究会*
本研究会は「脳情報学」を専門とする研究会であり，脳情報の計測と数理解析の観点から脳に関する基礎研究に触れると共に，脳情報の汎用化やVR/AR・メディア・健康等への応用を目指して研究していきます．近年，人間の脳活動を非侵襲に計測する様々な手法が出現し，人間の脳を客観的に調べることができるようになってきました．本研究会では，実際に *EEG* （脳波計／脳電図）・ *tES* （経頭蓋電気刺激法）・ *MEG* （脳磁界計測法／脳磁図）・ *MRI* （磁気共鳴画像法）等で得られたデータを用いて，未知の脳機能を調べる方法を学んでいくと共に， *卒業プロジェクト* や *学会発表* ， *論文発表* を目指して研究活動を進めていきます．
今期はオンラインではありますが，通常，研究活動においては，当研究室の保有する *64チャンネル全頭型EEG装置* ， *tES装置* ， *32チャンネルワイヤレスEEG装置* ， *16チャンネル簡易脳波計（OpenBCI）* を主に用いて，脳情報の取得と解析を行っていきます．必要に応じて，ヘッドマウントディスプレイとの同時計測や行動／生体計測，ハードウェア／ソフトウェア作りを行います．また条件を満たした希望者は，外部機関においてMEGやMRI等の計測に携わることも可能です．
*研究内容*
研究活動は，個人またはグループを主体とするプロジェクト制を取って進めていきます．具体的な研究内容は以下になりますが，更に詳細な情報については， [http://brain.sfc.keio.ac.jp/|研究室ウェブサイト] や [http://sface.sfc.keio.ac.jp/023-atsushi-aoyama.html|S-face] ， [https://www.sfc.keio.ac.jp/doc/sfc_pamphlet.pdf|学部パンフレット] をご覧下さい．
_感覚やその統合メカニズムの解明_
我々が知覚する全ての経験は，感覚情報として分散的に入力される実世界の断片を脳内で再構築したものに過ぎません．このとき，無意識のレベルにおいて情報の統合や補完が巧妙に行われることで，豊かな経験が生まれると考えられますが，その詳細はあまり分かっていません．究極的にはSF映画「マトリックス」の世界の体現を目指し，この内的世界を形成する *感覚統合機能* の解明や基盤となる *感覚機能* の解明を行っています．感覚統合機能に関しては，VRや特殊空間，錯覚等を用いて脳と環境の関係性を調べたり，人間の能力拡張を試みたり，違和感を調べたりしています．感覚機能に関しては， 五感（視覚・聴覚・触覚・嗅覚・味覚）や前庭感覚（重力感覚）等を調べたり，音楽聴取（和音）やテレビ視聴に対する脳活動を調べたりしています．
_マルチモーダルな脳情報の解読_
人間は，感覚入力を脳内で分析することで，複雑かつ多様な情報を獲得しています．本研究会では，このような情報の脳内表現を明らかにすると共に，脳データから情報の直接的な解読（ *神経デコーディング* ）を行っています．例えば，頭の中で音をイメージするだけで音楽を演奏したり，視対象の内容（動物か道具か，快か不快か）を脳データから読み取ったり，睡眠時の脳活動を解釈したりしています．また，実際の脳情報処理に根差した解読方法の考案やBMIへ繋がる技術開発も行っています．得られた知見は，脳情報通信の実現や抽象表現の評価技術の確立に繋がります．
_新しい脳情報の計測技術・解析技術の検討_
現在の脳計測手法にはいずれも長所と短所が存在し，その精度を支える現在の解析技術にも改良の余地があります．そのため，新たな脳計測技術と解析技術を創出することは今後の脳情報研究の発展にとって非常に重要です．計測技術に関しては，物理学（電磁気学，量子力学等）に基づいて新たな計測理論を検討したり，解析技術については，欠損した脳活動データの復元や脳活動源の推定精度の向上を試みています．
その他，海外大学との *国際共同研究* も積極的に行っています．これらに限らず，希望する研究テーマがあれば担当教員にご相談下さい．
*Kenkyukai*
We promote basic studies about ‘neural information science’ by measuring and analyzing neural information and apply the findings to generalization of brain information, VR/AR, media, health, and so on. Recent advances in non-invasive brain measurement techniques enable us to see the human brain objectively. We study how to clarify the brain mechanism using EEG (electroencephalography), tES (transcranial electrical stimulation), MEG (magnetoencephalography), and MRI (magnetic resonance imaging), and promote research to achieve not only good graduation projects but also conference presentations and journal publications.
Though the classes in this semester will be performed online, we mainly use the 64-channel whole-head EEG system, the tES system, the 32-channel wireless EEG system, and the 16-channel simple EEG system (OpenBCI) to acquire and to analyze neural information in research activity. We also perform simultaneous measurement with head mounted display and behavioral/biophysical measurement, and make hardware/software as needed. Anyone who meets the provided conditions can be involved in a research project using MEG and MRI installed in the other institution.
*Research contents*
We have a project system based on individual and group studies. Specifically, we are mainly working on the following topics. For more information, please visit [http://brain.sfc.keio.ac.jp/|our laboratory website], [http://sface.sfc.keio.ac.jp/023-atsushi-aoyama.html|the S-face] , and [https://www.sfc.keio.ac.jp/doc/sfc_pamphlet.pdf|the SFC pamphlet] .
_Clarification of sensory mechanisms and multisensory integration mechanisms_
Our all experiences are based on sensory information from an external environment. Though integration processes of sensory integration are considered to play an important role in producing rich experiences, little is known about the processes in details. Toward the achievement of a concept of a science fiction movie‘The Matrix’, we are working on the topics of sensory integration functions and sensory functions. As to the sensory integration functions, we use VR, unusual spaces, and illusions to see the relationship between brains and environments, to find a way to improve abilities of humans, and to examine a feeling of strangeness. Our targets of the sensory functions include vision, audition, touch, olfaction, and vestibular (gravity) sensation. Also, brain activity during listening to music (chords) and watching TV is analyzed.
_Neural decoding of multimodal information_
Humans acquire multimodal information by analyzing sensory information. We clarify neural representations of these information. Also, we decode meaningful information directly from the measured data. For example, we are trying to play music only by imagining it in his/her mind, to read visual perception related to animals/tools and pleasant/unpleasant, and to interpret brain activity during sleep. Moreover,we promote research on a method to decode brain information based on actual brain information processing, and develop a technology to connect with BMI.These are useful to achieve neural communication and evaluation of abstract contents.
_New techniques of measurement and analysis of brain information_
The current brain measurement techniques have advantages and disadvantages, and there is still room for improvement in the analysis techniques supporting the accuracy. Therefore, it is quite important to devise new techniques of measurement and analysis of brain information for further development of this research field. As for the measurement techniques, we study new theory of measurement based on physics such as electromagnetism and quantum mechanics.For the analysis techniques, we study restoration of the brain activity data or improvement of the estimation accuracy of brain activity sources.
We are collaborating with some universities abroad. If you have another research idea, please feel free to ask us.
評価方法
①研究会での発表と課題，②研究への取り組み（学会発表，サブプロジェクト活動なども含む），③出席（重視する，無断欠席は厳禁，オンラインでもとります），④研究会への貢献（発言頻度，研究会の活動への取り組みなど），⑤学期末発表会と抄録，に基づいて総合的に評価します．
1. Presentations and practices, 2. Research works, 3. Attendance, 4. Contribution to Kenkyukai, 5. A final presentation and an abstract
教材・参考文献
Mike X Cohen（著）．Analyzing Neural Time Series Data: Theory and Practice．The MIT Press，2014，600p．
Eric Kandel（著），James Schwartz（著），Thomas Jessell（著），Steven Siegelbaum（著），A.J. Hudspeth（著）．Principles of Neural Science, Fifth Edition．McGraw-Hill Professional，2012，1760p．
Mark Lutz（著）．Learning Python．Oreilly & Associates Inc，2013，1540p．
宮内哲 (著), 星詳子 (著), 菅野巖 (著), 栗城眞也 (著), 徳野博信 (編集)．脳のイメージング．2016, 256p., （ブレインサイエンス・レクチャー3）．
開一夫 (編), 金山範明 (編), 河内山隆紀 (その他), 松本敦 (その他), 宮腰誠 (その他)．脳波解析入門: EEGLABとSPMを使いこなす．東京大学出版会，2016, 240p．
武田常広 (著)，電気情報通信学会 (編)．脳工学．コロナ社，2003，220p.，（電気情報通信レクチャーシリーズ，D-24）．
金澤一郎（監修），宮下保司（監修），Eric R. Kandel（原著），James H. Schwartz（原著），Steven A. Siegelbaum（原著），Thomas M. Jessell（原著），A. J. Hudspeth（原著）．カンデル神経科学．メディカルサイエンスインターナショナル，2014，1696p．
泰羅雅登（監修），中村克樹（監修），Neil R. Carlson（原著）．第4版カールソン神経科学テキスト 脳と行動．丸善出版，2013，820p．
加藤宏司（監修），後藤薫（監修），藤井聡（監修），山崎良彦（監修），マーク・F. ベアー（原著），マイケル・A. パラディーソ（原著），バリー・W. コノーズ（原著）．カラー版ベアーコノーズパラディーソ神経科学―脳の探求．西村書店，2007，686p．
高井信勝（著）．MATLAB入門．工学社，2002，215p．
関連プロジェクト
課題
脳に関連する論文の発表（Journal club）を授業内または課題として行います．論文は査読付英語論文を原則とします．4年生や長期履修者には，研究進捗状況の発表（Progress report）をして頂きます．また新規履修者に対しては，所定の課題（Psychtoolboxを用いた感覚刺激作り，Texによる文書作成など）を進めて頂きます．継続履修者に対しても，課題を出す場合があります．また学期末に発表会を実施します（抄録も提出）．
A journal club related to neuroscience is conducted in the class or as an assignment. Peer-reviewed international papers are highly recommended. Fourth-year and senior students are asked to report their progress of research instead of a journal club. Newcomers are encouraged to do some exercises (for example, to make sensory stimuli using Psychtoolbox and to make a document using Tex). Students who continue to join this Kenkyukai might also be requested to do exercises. A final presentation with an abstract is required to get a credit of this class.
来期の研究プロジェクトのテーマ予定
その他・留意事項
*研究活動について*
・脳計測実験などの研究活動の多くは，授業としての研究会の時間外にも行うことになります．そのため，脳に興味があり，研究主体の大学生活を考えている意欲の高い方を歓迎致します．
・学会発表や論文発表を目指して研究していきます．
ご不明な点は，上記連絡先までお問い合わせ下さい．
*About Research*
・Most of the research activity such as brain measurement is performed outside the period of Kenkyukai. Therefore, only the students who are eager to study neuroscience are accepted.
・We conduct research aiming to present at conferences and to publish journal papers.
Please feel free to ask us if you have any questions.