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-1-

はじめに
本研究センターは，脳・神経科学に関係する情報⼯学，⽣体医⼯学，⼈間⼯学，ロボット⼯学，光科学との連携を通じて，医療や福祉の現場で必要となる⽀援技術の研究・開発や，これらの分野を担う研究者，技術者などの⼈材育成を図ることにより，福祉テクノロジー研究分野における世界的な教育・研究拠点を⽬指して活動しています．2018-19 年度の成果としては次のようなトピックスが挙げられます．
光計測基礎技術開発グループは，ホタル⽣物発光を応⽤したイメージング材料技術の開発と実⽤化を進め，世界最⻑波⻑材料となる 760nm の“GeKiaka”の創製に成功しました．⽣体脳解析研究グルー
プにおいては，ヒト，動物を対象として脳⾎管新⽣の⽣理学的メカニズムの解明に関する新知⾒を提⽰しました．また，運動機能福祉技術開発グループでは，これらの知⾒に関連する新技術の開発を進め，聴覚検査システム，ワイヤー牽引駆動⽅式による多⾃由度義⼿システム，⾮接触バイタルサインの計測技術，誤嚥リスク評価システムの構築に成功しました．理論神経科学研究グループは，スパイ
キングニューロンモデル，選択性ニューロンの⾏動制御モデル，スパイクベース強化学習アルゴリズ
ムの実装法，視覚計算理論などの新しい理路構築に成功しています．このように，全グループの成果の推進によって，科学的エビデンスに裏付けられた新しいシステムによる診断装置やリハビリテーションテクノロジーを社会に提供することが推進されています．
また，基盤研究に⼤きな役割を果たしている動物実験研究の質・量的な向上を⽬的として，学内の管理体制（研究設備センター動物実験⽀援部⾨の設置）を強化すると共に，新規に拡充した動物飼養保管施設を設置しました．これによって，センター内及び学内のより多様なニーズに応じた動物実験研究の実施が可能となりました．このように研究実施の環境が強化されたことによる研究成果が期待されます．
本報告書は，各研究者の活動をともに，2018-19 年度の成果をまとめたものです．本研究センター
は 2019 年 4 ⽉より，脳科学ライフサポートセンター(2013-2018)から脳・医⼯学研究センター(Center for Neuroscience and Biomedical Engineering: CNBE)へと改名し，神経科学あるいは脳情報学、およびそれらを⼯学的に応⽤した研究拠点としての⽴場を明確にいたしました。今後はより
連携・協働を重視した活動を実施する所存であります．引き続き当研究センターの活動にご理解とご⽀援をお願い致します.
2020 年 5 ⽉
センター⻑ 狩野 豊

-1-

メンバー

2020.5.1 現在

研究センター教員︓
狩野 豊
教授 センター⻑
正本 和⼈
教授 副センター⻑
安藤 創⼀
准教授
岡⽥ 英孝
教授
樫森 与志樹 教授
⼩池 卓⼆
教授
⼩泉 憲裕
准教授
佐藤 俊治
准教授
姜 銀来
准教授
庄野 逸
教授
孫 光鎬
助教
⽥中 繁
特任教授
東郷 俊太
助教
仲村 厚志
助教
牧 昌次郎
准教授
松⽥ 信爾
准教授
宮脇 陽⼀
教授
⼭﨑 匡
准教授
横井 浩史
教授
客員教員
⼭⽥ 幸⽣
丹⽻ 治樹
中村 整
⼩林 孝嘉
⾼⼭ 真⼀郎
⼭村 修
星 詳⼦
瀧⽥ 正寿
神作 憲司
兪 ⽂偉
加藤 ⿓
呂 宝糧
⾼⽊ 岳彦
曹 其新
陳 衛東
楊 俊友
孫 柏⻘
荒牧 勇
⻩ 強
段 峰
Nguyen Vu Trung
原⽥ ⻯彦

電気通信⼤学・名誉教授
電気通信⼤学・名誉教授
電気通信⼤学・名誉教授
東京⼤学・名誉教授
社会福祉法⼈⽇本⼼⾝障害児協会 島⽥療育センター 副院⻑
福井⼤学医学部 地域医療推進講座 講師
浜松医科⼤学・光尖端医学教育研究センター 教授
産業技術総合研究所 ⼈間情報研究部⾨ ⾝体適応⽀援⼯学研究グループ・主任研究員
獨協医科⼤学 医学部 ⽣理学(⽣体情報)講座 主任教授
千葉⼤学 フロンティア医⼯学センター 教授
横浜国⽴⼤学 ⼤学院⼯学研究院システムの創⽣部⾨ 准教授
上海交通⼤学 Shanghai Education Commission ディレクター
国⽴成育医療研究センター 臓器・運動器病態外科部 整形外科 診療部⻑
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University Professor
Institute of Medical Robotics, Shanghai Jiao Tong University Dean
School of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology Professor
School of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology Professor
中京⼤学 スポーツ科学部 教授
北京理⼯⼤学 知能ロボティクス研究所 教授
南開⼤学⼤学院⼯学研究科 教授
National Hospital of Tropical Diseases, Hanoi, Vietnam Vice Director
国際医療福祉⼤学 教授

-2-

⽬

次

光計測基礎技術開発グループ -----------------------------------牧、仲村

4

⽣体脳解析研究グループ ---------------------------------------正本、宮脇、庄野、松⽥，安藤

9

運動機能福祉技術開発グループ ---------------------------------⼩池、横井、狩野、岡⽥、⼩泉、姜、孫、東郷

20

理論神経科学研究グループ ------------------------------------樫森、⽥中、⼭﨑、佐藤39

特任・客員教員⼭⽥，丹⽻---------------------------------------

49

スプリングスクール-------------------------------------

53

セミナー

-------------------------------------

55

-3-

光計測基礎技術開発グループ （牧，仲村）
⽣体機能が持つ可塑性，⾃⼰回復，再⽣能⼒を評価するための新規光プローブの開発基礎研究，及び光を⽤いたイメージング技術，多次元画像解析に関する教育研究を推進する．
牧 昌次郎 准教授 （東 6-827）
専⾨分野︓ 有機合成，⽣物有機化学
研究テーマ︓ホタル⽣物発光型 in vivo イメ
ージング⽤標識材料の創製
メッセージ︓光イメージングは，ライフサ
イエンスの基盤技術であり，ライフサイエ
ンスのレベルを決めると⾔われています．
私たちは，⾼い技術レベルに留まらず，実⽤的標識材料の開発を追求しています．アカルミネとトケオニ
は，既に実⽤化（市販）されています．

仲村 厚志 助教 （東６－639）
専⾨分野︓神経科学，⽣化学
研究テーマ︓体内時計メカニズムの解明，invivo イメージングシステムの開発
メッセージ︓ホタル発光遺伝⼦導⼊マウスを⽤いて，体内時計の仕組みの解明を⽬指しています．また，牧研究室と共同で，新しい in vivo
イメージングシステムの開発を試みています．

-4-2018 牧 昌次郎 研究室 http://www.firefly.pc.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
当研究室では，ホタル⽣物発光を応⽤したイメージング材料技術の開発と実⽤化を⾏っている．⼈⼯⻑波⻑発光基質 (lmax= 675 nm)として既に”AkaLumine”（和光純薬⼯業株式会社︓販売終了），“TokeOni”（シグマ・アルドリッチ社），”AkaLumine-HCl”（和光純薬⼯業株式会社）の研究成果を世界的に社会実装してきた．特に“TokeOni”は世界的に利⽤され，⽣体内深部可視化⽤標識材料として，デファクトスタンダードとなっている．しかし“TokeOni”は塩酸塩のため，投与後⽣体内が酸性になることが実⽤上の課題とされていた．そこで，塩酸塩ではなく，“TokeOni”と同等の⻑波⻑を⽰す“SeMpai”(lmax= 675 nm)の創製を⾏い，2018 年 11 ⽉に⽶国シグマ・アルドリッチ社から市販を⾏なった．
Shojiro Maki Laboratory http://www.firefly.pc.uec.ac.jp/
Summary (April, 2018–March, 2019)
Our laboratory worked on the research and development of an in vivo imaging probe involving fireflybioluminescence. We have developed three products that are currently available on the market “AkaLumine,”“AkaLumine-HCl” (Wako Pure Chemical Ind., Ltd. Currently Wako Pure Chemical Corporation), and “TokeOni”(Sigma Aldrich, Merck group). However, because TokeOni is based on an HCl salt, it creates acidic conditions in
the experimental animal body which can cause practical problems for users. Therefore, we designed “SeMpai,”
which has similar near infrared luminescence (lmax = 675 nm) and does not include HCl. “SeMpai” is currently
available from Sigma Aldrich and it was introduced in the market in November 2018.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements
1. Tomoya Fujikawa, Takuya Uehara, Minoru Yamaji, Takuya Kanetomo, Takayuki Ishida, Shojiro Maki, and2.

3.

Takashi Hirano*, “Structure-fluorescence relationship of push-pull 2-phenylbenzothiazole derivatives
designed based on the firefly lightemitter,” Tetrahedron Letters, 2018, 59 (14), 1431-1434. (IF: 2.26)
Yuma Ikeda, Tsuyoshi Saitoh, Kazuki Niwa, Takahiro Nakajima, Nobuo Kitada, Shojiro A. Maki, MoritoshiSato, Daniel Citterio, Shigeru Nishiyama, and Koji Suzuki, “An Allylated Firefly Luciferin Analogue with
Luciferase Specific Response in Living Cells,” Chemical Communications (Chem. Commun.), 2018, 54,
1774-1777. (IF: 6.16)
岩野 智，牧 昌次郎，宮脇 敦史，「In vivo ⽣物発光イメージングのすゝめ」，実験医学（株式会社 ⽺⼟社），第３６巻・第１９号，3273-3281, (2018)-5-

2019 牧 昌次郎 研究室 http://www.firefly.pc.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
当研究室では，ホタル⽣物発光を応⽤したイメージング材料技術の開発と実⽤化を⾏っている．⼈⼯⻑波⻑発光基質 (lmax= ca. 675 nm)として既に３つの研究成果を世界的に社会実装してきた．
これらは市販材料としては，世界最⻑波⻑であるが，論⽂としては Promega Corporation から，約 740
nm の技術が Nat. Commun. 2018, 9, 132.に投稿されていた．そこで鋭意研究を進めることで，これを上回る 760nm の“GeKiaka”の創製に成功した．これにより名実ともに，電気通信⼤学が世界最⻑波⻑材料を⼿にすることができた．
Shojiro Maki Laboratory

http://www.firefly.pc.uec.ac.jp/

Summary (April, 2019–March, 2020)
Our laboratory worked on the research and development of an in vivo imaging probe utilizing fireflybioluminescence. We have developed three near infrared luciferins and have released these in the market.
Although these three have the longest luminescent wavenumber among the commercially available luciferin
analogues, a product with a much greater wavenumber (lmax = ca. 740 nm) has been reported in Nat. Commun.
2018, 9, 132, by Promega Corporation. We attempted to develop a near infrared product with a wavenumber
greater than this. We finally developed “GeKiaka,” which was invented in UEC and has the longest luminescentwavenumber (lmax = ca. 760 nm) among the luciferin analogues, both in the literature and market.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements
1. Ryohei Saito, Takahiro Kuchimaru, Shoko Higashi, Shijia W. Lu, Masahiro Kiyama, Satoshi Iwano, Rika
Obata, Takashi Hirano, Shinae Kizaka-Kondoh, Shojiro A. Maki*, “Synthesis and luminescence properties ofnear-infrared N-heterocyclic luciferin analogues for in vivo optical imaging,” Bulletin of the Chemical Societyof Japan, 2019, 92 (3), 608-618. (IF: 4.43)
2. Yusuke Takahashi, Takuya Uehara, Chihiro Matsuhashi, Minoru Yamaji, Toshiki MUTAI, Isao Yoshikawa,
Hirohiko Houjou, Kota Kitagawa, Tomoyoshi Suenobu, Shojiro Maki, Takashi Hirano, “Spectroscopic
properties of push-pull 2-(4-carboxyphenyl)-6-dimethylaminobenzothiazole derivatives in solution and thesolid state,” Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2019, 376, 324-332. (IF: 3.261)
3. Rena Misawa, Chihiro Matsuhashi, Minoru Yamaji, Toshiki Mutai, Isao Yoshikawa, Hirohiko Houjou,
Keiichi Noguchi, Shojiro Maki, Takashi Hirano, “Halogen-substituent effect on the spectroscopic propertiesof 2- phenyl- 6- dimethylaminobenzothiazoles,” Tetrahedron Letters, 2019, 60, 1702-1705. (IF: 2.26)
4. Matsuhashi, Chihiro; Ueno, Takuya; Uekusa, Hidehiro; Sato-Tomita, Ayana; Ichiyanagi, Kouhei; Maki,
Shojiro; Hirano, Takashi, “Isomeric Difference in the Crystalline-state Chemiluminescence Property of an
Adamantylideneadamantane 1,2-Dioxetane with a Phthahlimide Chromophore,” Chemical Communications(Chem. Commun.) 2020, 56, 3369-3372. (IF: 6.16)

5. 牧 昌次郎「⽣体内深部可視化を可能とするホタル⽣物発光型⻑波⻑発光材料」，実験医学別冊発光イメージング実験ガイド（株式会社 ⽺⼟社）
，発展編第 1 章, (2019)

6. 岩野 智，牧 昌次郎，宮脇 敦史，「動物にやさしい in vivo ⽣物発光イメージング」，実験医学

別冊発光イメージング実験ガイド（株式会社 ⽺⼟社）
，発展編第 2 章, (2019)
7. 岩野 智，牧 昌次郎，宮脇 敦史,「ライフサイエンス指向のホタル発光進化研究〜⾼感度 invivo ⽣物発光イメージング技術 AkaBLI〜」，⽣体の科学（医学書院），第７０巻・第３号，244-251(2019)-6-2018 仲村 厚志 研究室

http://kaeru.pc.uec.ac.jp/

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
ホタルルシフェリン誘導体，アカルミネ及びトケオニは，ヘモグロビンなどの吸収を受けにくい近⾚外領域に発光ピークをもつため，これまで⽣体深部の in vivo イメージング実験で成果をあげている．
⼀⽅で，これらの試薬をマウスに投与すると，ホタルルシフェラーゼ遺伝⼦を導⼊していないにもかかわらず肝臓に発光が検出される現象が観察されている．本研究では，この現象の解明を⽬指し，まず肝臓発光量が増減する条件を検討した．雌雄の別を検討した結果，雄が⾼い値で発光することが判明した．また，⼀⽇の中での測定時刻を⽐較すると，夜に測定した際に⾼い値を⽰した．
Atsushi NAKAMURA Laboratory

http://kaeru.pc.uec.ac.jp/

Summary (April, 2018 - March, 2019)
Since firefly luciferin analogues, AkaLumine and TokeOni have luminescence peaks in the near infrared region,
which is difficult to be absorbed by hemoglobin and water, they have been successful in in vivo imaging
experiments in the deep part of the body. On the other hand, it has been observed that when these reagents areadministered to mice, luminescence is detected in the liver even though the firefly luciferase gene has not been
introduced. In this study, to investigate this phenomenon, we first examined the conditions under which theluminescence of the liver increases and decreases. As a result of examining the sex differences, higher
luminescence was found in the male mouse liver. Moreover, when the time of measurement was examined, highluminescence was detected at night.

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2019 仲村 厚志 研究室

http://kaeru.pc.uec.ac.jp/

研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
1. これまでに，2 つのリポカリン遺伝⼦（lp1 と lp2）の発現をイモリの嗅覚上⽪で確認した．これらの遺伝⼦の組換えタンパク質（それぞれ Cp-Lip1 および Cp-Lip2）は，さまざまな匂い物質に対して⾼い親和性を⽰し，匂い物質結合タンパク質（OBP）のように機能することを⽰唆している．ただし，OBP の⽣理学的機能は⼀般に，明らかになったとは⾔えない．本年度は，イモリの嗅覚受
容細胞の電気⽣理学的応答に対する Cp-Lip1 の効果を調べた． 様々な濃度の Cp-Lip1（0〜5 µM）
を，Cp-Lip1 に⾮常に親和性の⾼い匂い物質と混合した場合，インパルス数は濃度依存的に増加した． この Cp-Lip1 によるインパルス増加は，匂い物質のより低い濃度範囲でより顕著に⾒られた．これらの結果は，Cp-Lip1 が，嗅覚細胞の低い濃度の匂い物質感受性を増強させることにより，動物が⾮常に低濃度の匂い物質を検出できることを強く⽰唆している．
2. ホタルルシフェリン誘導体，アカルミネ及びトケオニをマウスに投与すると，ホタルルシフェラーゼ遺伝⼦を導⼊していないにもかかわらず肝臓に発光が検出される現象が観察されている．2019
年度では，この現象に関わる酵素の精製を⽬指し，肝臓のすり潰し液（ホモジェネート）でも発光が観察される条件を⾒出した．
Atsushi NAKAMURA Laboratory

http://kaeru.pc.uec.ac.jp/

Summary (April, 2019 - March, 2020)
1. Previously, we have detected the expression of 2 lipocalin genes (lp1 and lp2) in the olfactory epithelium of
the Japanese newt Cynops pyrrhogaster. Recombinant proteins of these genes (Cp-Lip1 and Cp-Lip2,
respectively) exhibited high affinities to various odorants, suggesting that they work like the odorant-binding
proteins (OBPs). However, the physiological functions of OBP generally remain inconclusive. Here, we
examined the effect of Cp-Lip1 on the electrophysiological responses of newt olfactory receptor cells. Whenvarious concentration (0–5 µM) of Cp-Lip1 was mixed with the stimulus solution of odorants highly
affinitive to Cp-Lip1, the impulse frequency increased in a concentration-dependent manner. The increase by
Cp-Lip1 was seen more evidently at lower concentration ranges of stimulus odorants. These results strongly
suggest that Cp-Lip1 broadens the sensitivity of the olfactory cells toward the lower concentration ofodorants, by which animals can detect very low concentration of odorants.
2. It has been observed that when the firefly luciferin analogues, AkaLumine and TokeOni were administered tomice, luminescence was detected in the liver even though the firefly luciferase gene was not introduced. In
2019, we aimed to purify the enzyme involved in this phenomenon and found the conditions under whichluminescence was observed even in the liver homogenate.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Nakamura T, Noumi Y, Yamakawa H, Nakamura A, Wen D, Li X, Geng X, Sawada K, Iwasa T.
Enhancement of the Olfactory Response by Lipocalin Cp-Lip1 in Newt Olfactory Receptor Cells. Chem
Senses. 2019 Jul; 40: 523-533 Impact Factor (IF 2.336) 2019 年 7 ⽉-8-⽣体脳解析研究グループ （正本，宮脇，庄野，松⽥，安藤）

外界刺激に対する細胞機能の解析研究，及び運動刺激による局所的・全脳的な⽣体多細胞のイメージング技術の開発及び解析，また BMI を⽤いた運動制御と脳活動のモニタリングに関する教育研究を推進する．
正本 和⼈ 教授（副センター⻑）（東 4-830）
専⾨分野︓ 脳計測科学・⽣体医⽤⼯学・神経⾎管⼯学
研究テーマ︓ 神経⾎管連関・⽣体光イメージング・脳微⼩循環・酸素輸送・光遺伝学
メッセージ︓神経⾎管連関という研究分野で，脳の病気に対する治療・予防法の確
⽴と脳の活動を簡易的にモニターするための「脳活計」の開発研究を⾏っています．
1. Thinning

2. Segmentation

3. Quantification of cap. length
length(μm)
200

1. Reconstruction

2. Quantification of cap. diameter

150

diameter
(μm)
12

100

50
0

6

0

宮脇 陽⼀ 教授 （東４-620）
専⾨分野︓計算論的神経科学，⾮侵襲脳活動計測（fMRI, MEG, EEG）
研究テーマ︓脳神経系における情報処理原理の計算論的理解とその⼯学的応⽤．具体的には，感覚・知覚や運動機能に対応する脳活動
計測実験，機械学習を⽤いた脳活動データ解
析，ブレイン－マシン・インタフェース，コ
ンピュータ・ビジョン，医⽤⽣体⼯学など
メッセージ︓私たちの研究室では，ヒトの知覚および⽣理データの計算論的解析を通して，⾼等⽣物⼀般における知的な情報処理システムの普遍原理を探求し，その知⾒を実社会へと還元することを⽬指しています．

庄野 逸 教授 （⻄ 3-313）
専⾨分野︓機械学習, 画像処理研究テーマ︓医⽤画像に基づいた画像診断⽀援，Bayes ア
プローチに基づいた画像再構
成メッセージ︓ディープラーニ
ングなどの機械学習に基づいた医⽤画像の診断⽀援や, 医⽤画像の再構成を主なテーマとして取り扱っています．

-9-松⽥ 信爾 准教授 （東６-７１６）
専⾨分野︓ 神経科学・細胞⽣物学
研究テーマ︓ シナプス可塑性の分⼦機構の解明と制御⽅法の開発
メッセージ︓記憶や学習の細胞レベ
ルの基盤と考えられている神経細胞のシナプス可塑性の分⼦メカニズムを解明し，さらに，その制御⽅法の開発を⽬指して研究を⾏っています．

安藤 創⼀ 准教授 （東１-４０１）
専⾨分野︓ 健康・スポーツ科学，運動⽣理学
研究テーマ︓ 運動と認知
⾻格筋への電気刺激，VR 運動
メッセージ︓ “⾝体を動かすとヒトの脳や筋では何が起こるのか︖”という疑問に対して，様々なイメージ
ング機器（PET, MRI など）を⽤いて検討しています．
研究の最終⽬標は，健康の維持・増進やスポーツのパフォーマンス向上につながるエビデンスを提供し，それを実践することです．

- 10 -

2018 正本 和⼈ 研究室 http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
脳卒中後に脳微⼩⾎管を再構築することを⽬的とし，脳微⼩⾎管の新⽣を⽣体外からとらえるためのPET マーカーに関して放射線医学総合研究所との共同研究により評価し論⽂発表した[1]．またセンター内共同研究の成果として，狩野研究室の堀⽥先⽣の論⽂発表[2]に関してラット筋微⼩⾎管のイメー
ジング実験に貢献した[2]．国際共著論⽂として，世界脳循環代謝学会の学会誌である Journal of
Cerebral Blood Flow and Metabolism に光を⽤いた脳⾎流の操作と画像化に関する総説をまとめた[3]．ラット⼤脳における広範囲な⾎管拡張には⾎管系のギャップジャンクションが関与していることを指導
学⽣の佐々⽊君らが⾒出し，東京都⻑寿健康医療センターとの共同成果として論⽂発表した[4]．このほか，国内誌に 3 本の解説論⽂を執筆し，8 件の国際学会発表（うち 2 件は招待講演[5,6]）および 16
件の国内学会（うち 2 件は招待講演）での発表をおこなった．
Masamoto Kazuto Laboratory http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
Reconstructing functional neurovascular unit is key to treat and recover brain functions in the stroke patients. To
allow for monitoring repair of brain microvessels, we investigated a cerebral angiognesis marker for PET imaging
as a joint study with the National Institute of Radiological Sciences [1]. In addition, as a result of the internal
collaboration within the center, we contributed to the in vivo microscopic imaging experiments in the studies by
Dr. Hotta and Kano’s laboratory [2]. Also, a review paper on optical imaging and regulation of cerebral blood flow
was published in the Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, which is an official journal of theInternational Society on Cerebral Blood Flow and Metabolism [3]. One of the graduate students, Mr. Sasaki andco-workers found that gap junctions in the vascular cells are involved in neurovascular coupling in the rat cortex,
and this result was published with a team of Drs. Watanabe and Hotta in the Tokyo Metropolitan Health andLongevity Medical Center [4]. In this year, my laboratory published three commentary papers in the domestic
journal, and presented 8 papers in the international conferences (two of which were invited [5,6]) and 16 in thedomestic conferences (two of which were invited).
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Kanno I, Seki C, Takuwa H, Jin ZH, Boturyn D, Dumy P, Furukawa T, Saga T, Ito H, Masamoto K. Positronemission tomography of cerebral angiogenesis and TSPO expression in a mouse model of chronic hypoxia. J
Cereb Blood Flow Metab. 38(4):687-696. doi: 10.1177/0271678X16689800. [IF: 6.040] 2018 年 4 ⽉
2. Hotta K, Behnke BJ, Masamoto K, Shimotsu R, Onodera N, Yamaguchi A, Poole DC, Kano Y. Microvascularpermeability of skeletal muscle after eccentric contraction-induced muscle injury: in vivo imaging using twophoton laser scanning microscopy. J Appl Physiol (1985). 125(2):369-380. doi:
10.1152/japplphysiol.00046.2018. [IF: 3.056] 2018 年 8 ⽉
3. Masamoto K, Vazquez A. Optical imaging and modulation of neurovascular responses. J Cereb Blood Flow
Metab. 38(12):2057-2072. doi: 10.1177/0271678X18803372. [IF: 6.040] 2018 年 12 ⽉
4. Watanabe N, Sasaki S, Masamoto K, Hotta H. Vascular Gap Junctions Contribute to Forepaw StimulationInduced Vasodilation Differentially in the Pial and Penetrating Arteries in Isoflurane-Anesthetized Rats. Front
Mol Neurosci. 11:446. doi: 10.3389/fnmol.2018.00446. [IF: 3.720] 2018 年 12 ⽉
5. Masamoto K: Quantification of microscopic 3D cell structures in in vivo animal brains. Japan-US Technical
Information Exchange Forum on BLAST INJURY (JUFBI) 2018, (2018.5.9) Keio Plaza hotel in Shinjuku(Tokyo)
6. Masamoto K: Stability and plasticity of the neurovascular unit. (2018.7.18) Korean Brain Research Institute,
Daegu, Republic of Korea- 11 -

2019 正本 和⼈ 研究室 http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
本年度は 3 つの主なプロジェクトに焦点を当てた︓i）成⼈⼤脳における脳⾎管新⽣の⽣理学的メカニ
ズムを解明すること，ii）⽪質神経活動によって誘発される脳微⼩循環の⽣理学的反応を正確に測定すること，iii）神経系の機能的可塑性における神経⾎管連関の役割をさらに深く理解すること．最初のプ
ロジェクトでは，慢性低酸素環境下におけるグリアと脳微⼩⾎管のリモデリングに関する 4D イメージングを実験マウスを⽤いて実施し，ミクログリアが新しく形成された微⼩⾎管と既存の⽑細⾎管の接続に積極的に関与していることを⾒出した． 2 番⽬のプロジェクトでは，Matlab ベースのソフトウェアを作成し，機能活性化中に反復撮像した 2 光⼦顕微鏡の⼤規模データを⽤いて脳⽑細⾎管の応答を⾼い精度で評価した．得られた結果についてはいくつかの国際会議で発表した[2-4]． 3 つ⽬は，慶應
義塾⼤学医学部との共同研究により，オプトジェネティクスを⽤いて脳⾎流を制御する実験を実施した．得られたデータは，組織委員会のメンバーを務める Brain 2019 サテライトワークショップ[4]において発表し，原稿の執筆に取り組んでいる．このほか，国内誌に 2 つの解説論⽂を発表し，国際会議
で 11 件（うち 3 件は招待講演[2-4]），国内会議で 15 件（うち 6 件は招待講演）の論⽂を発表した．
Masamoto Kazuto Laboratory http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
We have focused on three main projects: i) To elucidate the physiological mechanisms of cerebral angiogenesis in
the adult brains, ii) To accurately measure the physiological responses of cerebral microcirculation induced bycortical neural activity iii) To understand the role of neurovascular coupling on functional plasticity in central
nervous system. For the first project, we conducted 4D imaging of glia and microvascular remodeling during
chronic hypoxia, and found that microglia may actively contribute to the connection of newly-formed
microvessels with the existing capillaries. For the second project, Matlab-base software was created, and capillary
responses were determined using big data of repeated two-photon microscopy during functional activation. The
preliminary results were presented at the international conferences [2-4]. For the third one, optogenetic
manipulation of blood flow via neural and glial activation were established by a collaborative work with researchgroups of Keio University School of Medicine. The obtained data were presented at the Brain 2019 satellite
workshop which I served as a member of the organizing committee [4], and now we’re working on writing themanuscript. In this year, my laboratory published two other commentary papers in the domestic journal, andpresented 11 papers at the international conferences (three of which were invited [2-4]) and 15 domestic
conferences (six of which were invited).
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Unekawa M, Tomita Y, Toriumi H, Osada T, Masamoto K, Kawaguchi H, Izawa Y, Itoh Y, Kanno I, Suzuki N,
Nakahara J. Spatiotemporal dynamics of red blood cells in capillaries in layer I of the cerebral cortex andchanges in arterial diameter during cortical spreading depression and response to hypercapnia in anesthetized
mice. Microcirculation. 26(6):e12552. [IF: 2.679] 2019 年 8 ⽉
2. Masamoto K: Cellular imaging of the neurovascular unit. Brain & Brain PET 2019 Symposium Hot
Techniques in Neuroimaging of Cerebrovascular Diseases, Pacifico Yokohama (Kanagawa) 2019 年 7 ⽉
3. Masamoto K: Optical imaging and modulation of cerebral microcirculation. Brain & Brain PET 2019,
Pacifico Yokohama (Kanagawa) 2019 年 7 ⽉
4. Masamoto K: Activity-induced changes in cerebral microcirculation. Brain 2019 Satellite Workshop
Advances in Multi-Scale Neuroimaging of Blood Flow and Metabolism in relation to Brain Activity,
Sungkyunkwan University, Suwon (Republic of Korea) 2019 年 7 ⽉- 12 -

2018 宮脇 陽⼀ 研究室

http://www.cns.mi.uec.ac.jp

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度は以下の研究成果を得た．１）脳磁場信号源解析において発⽣する「情報拡散」現象を発⾒し，その定量化を⾏った成果を論⽂として公刊した．脳磁場信号源解析と多変量解析を組み合わせた
ときに⽣じうる偽陽性的な解釈に警鐘をならし，その影響を初めて⾒積もった知⾒として⾼い評価を得ている．２）⾃然画像観察時の眼球運動を計測・解析し，どのような画像特徴量に対して視線が向けられるのかを明らかにした．注視における時間的優先性の概念を提唱し，⾼次視覚特徴との関連性を明らかにした．３）グリア細胞の形態特徴を深層ニューラルネットワークモデルで解析することにより，グリア細胞が低酸素状態にあるかどうかを⾼精度で予測することに成功した．細胞形態と病態との連関を明らかにした成果として⾼く評価された．４）触覚による物体形状認識時の脳活動を計測
し，触覚を通した物体情報の表現の脳内遷移過程を解析した．本研究が評価され，発表学⽣に対しIEEE より Young Researcher Award が授与された．
Yoichi MIYAWAKI Laboratory http://www.cns.mi.uec.ac.jp
Summary (April, 2018 - March, 2019)
We obtained the following research results in FY2018. 1) We discovered the “information spreading”
phenomenon and the results were published as an original paper successfully. It has been highly evaluated as anovel finding and quantification of a possibility of false positiveness that occurs when source localization ofmagnetoencephalography signals and its multivariate pattern analysis are combined. 2) We measured and analyzed
eye movements during natural image observation, and clarified what image features attract the human gaze. We
proposed the concept of temporal priority in gaze and clarified its relationship with higher-order visual features. 3)
By analyzing morphological features of glial cells using a deep neural network model, we succeeded in predicting
whether the glial cells are in a hypoxic state with high accuracy. The results were highly evaluated as aclarification of the relationship between cellular morphology and pathological conditions. 4) We measured thebrain activity for tactile recognition of object shapes and analyzed transition processes of representation of object
information received by tactile sensation. The student received the IEEE Young Researcher Award for thepresentation of the results.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Masashi Sato, Okito Yamashita, Masa-aki Sato, Yoichi Miyawaki, “Information spreading by a combinationof MEG source estimation and multivariate pattern classification,” PLoS ONE 13(6): e0198806 (2018).
2. Kazuaki Akamatsu, Yoichi Miyawaki, “Temporal priority of gaze during natural scene viewing,” Vision
Sciences Society 2018, St. Pete Beach, Florida, USA, May 18-23, 2018.
3. 衞藤祥太, 中⾕裕教, 宮脇陽⼀, “実物体の触⼒覚形状認識時における脳内情報表現部位の遷移,” ニューロコンピューティング研究会，電気通信⼤学，2019 年 3 ⽉ 4-6 ⽇．【IEEE Young ResearcherAward 受賞】
4. 渡邉莉菜, ⻄野智博, ⾚松和昌, 宮脇陽⼀, “深層畳み込みニューラルネットワークを⽤いて⽣成し5.

6.

た⾼次画像特徴への視線の誘引,” ⽇本視覚学会 2019 年冬季⼤会，神奈川⼤学，2019 年 1 ⽉ 29-31⽇．
⻄野智博, ⽥中草介, 新タ雅啓, 須貸拓⾺, 正本和⼈, 宮脇陽⼀, “Deep Convolutional Neural
Network を⽤いた低酸素順応下におけるアストロサイト形態の経時変化の解析,” 第２２回酸素ダイナミクス研究会, 電気通信⼤学, 2018 年 9 ⽉ 22 ⽇.
⾚松和昌，⻄野智博, 宮脇陽⼀, “⾃然光景画像観察時の注視を駆動する⾼次画像特徴量の普遍性の研究,” ⽇本視覚学会 2018 年夏季⼤会，つくば市⽂部科学省研究交流センター，2018 年 8 ⽉ 1-3
⽇．

- 13 -

2019 宮脇 陽⼀ 研究室 http://www.cns.mi.uec.ac.jp
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年度は以下の研究成果を得た．１）⽂脈情報を排し，画像特徴量のみを制御した抽象的な画像パッチを⽤いた場合でも，視線は⾼次特徴量に優先的に向けられることを発⾒した．この成果により，発表学⽣は当該分野でも最も権威ある国際会議において Student Travel Awards を受賞した．２）拡張⾝体に対する知覚，⾏動，脳活動の変容を調査する研究に着⼿し，拡張⾝体装着後の知覚と⾏動を体系的に評価する実験⼿法を確⽴した．３）情報拡散現象を抑制するための脳磁場信号源推定⼿法として構造化スパースモデリングに着⼿し，シミュレーションの上では効率的に情報拡散を減少させることに成功した．

Yoichi MIYAWAKI Laboratory http://www.cns.mi.uec.ac.jp
Summary (April, 2019 - March, 2020)
We obtained the following research results in FY2018. 1) We discovered that the human gaze is preferentiallydirected to higher-order image features even if abstract image patches are used without contextual information.
For this achievement, the presenting student received Student Travel Awards from the most prestigious
international conference in the field. 2) We have started investigating changes in perception, behavior, and brain
activity for an augmented body, and established an experimental methodology to systematically evaluate
perception and behavior after adapting to the augmented body. 3) We have started structured sparse modeling as asource estimation method for magnetoencephalography signals to suppress information spreading phenomenon,and succeeded in reducing information spreading efficiently in a numerical simulation.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Rina Watanabe, Tomohiro Nishino, Kazuaki Akamatsu, Yoichi Miyawaki, “Gaze attraction toward higherorder image features generated by deep,” Vision Sciences Society 2019, St. Pete Beach, Florida, USA, May
17-22, 2019. 【VSS2019 Students Travel Awards 受賞】
2. 梅沢昂平，鈴⽊悠汰，Gowrishankar Ganesh，宮脇陽⼀，“拡張⾝体部位に対する⾃⼰⾝体所有感の3.

⾏動指標を⽤いた評価，”第 11 回多感覚研究会，⽴教⼤学，東京都，2019 年 12 ⽉ 14-15 ⽇．
宮脇陽⼀，佐藤匡，“脳磁場信号源推定における情報拡散現象，” 最新の EEG/MEG 研究と電流源

4.

推定法の現在地，ATR，京都府，2019 年 11 ⽉ 26-27 ⽇．
⽯橋直樹，⾚松和昌，韮澤駿，宮脇陽⼀，“脳磁場信号源推定への構造化スパースモデリングの適⽤および評価,” 最新の EEG/MEG 研究と電流源推定法の現在地，ATR，京都府，2019 年 11 ⽉ 2627 ⽇．

6.

⽯橋直樹，⾚松和昌，宮脇陽⼀，“脳磁場解析における構造化スパースモデリングの適⽤および評
価,” 第 22 回情報論的学習理論ワークショップ（IBIS 2019），ウインクあいち，愛知県，2019 年 11
⽉ 20-23 ⽇．
⽯橋直樹，⾚松和昌，宮脇陽⼀，“構造化スパースモデリングを⽤いた脳磁場信号源推定の評価,”

7.

第 3 回ヒト脳イメージング研究会，⽟川⼤学，2019 年 9 ⽉ 6-7 ⽇．
梅沢昂平，鈴⽊悠汰，Gowrishankar Ganesh，宮脇陽⼀，“拡張⾝体部位に対する⾃⼰⾝体所有感獲5.

得の⾏動実験的証明,”Motor Control 研究会，東京⼤学弥⽣講堂，2019 年 8 ⽉ 23-25 ⽇．

- 14 -

2018 庄野 逸 研究室 http://daemon.inf.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度は次の⼆つのテーマの研究を⾏った．1) 深層畳み込み神経回路(CNN)モデルと初期視覚野にみられる情報表現の⽐較を⾏った．この結果，CNN における⽬的関数の最適化は，特徴マップと呼ばれる特徴抽出機構に対してある種の順序性を持つ表現を要求とすることが判ってきた．これは，或る⽅位のエッジ抽出ユニットには，近傍に類似したエッジ⽅位を抽出するユニットが配置されているほうが望ましいことを意味し，視覚野カラム構造の連続性に対応するものと考えている． 2)医⽤画像認
識課題を題材として，スパースモデリングをベースとした特徴選択⼿法の開発を⾏った．この課題では画像テクスチャを扱うため特徴量として画像統計量を⽤いた．この結果として，特徴量の中から有効なものを選択することが可能になり，疾病の病態説明も可能であることがわかってきた．また⼀部の認識困難な病態においては，有効な特徴量が存在せず，新たな特徴の探索が必要であることも分かってきた．

Hayaru SHOUNO Laboratory

http://daemon.inf.uec.ac.jp/

Summary (April 2018 - March 2019)
In FY2018, we focused on two research themes. 1) We compared information representations between a deep
convolutional neural network (CNN) and the primary visual cortex. As a result, we found that the optimizationof the objective function in CNN requires an expression with a specific order ability for the feature extraction
mechanism called the feature maps. For example, when there exists an edge detector that has a preferred direction,
it is desired that the neighbor units have similar preferred directions. We consider this ordering corresponds to thecontinuity of the column structure in the visual cortex. 2) We developed a feature selection method based onsparse modeling for medical image recognition issues. In this problem, image statistics were used as features tohandle image textures. As a result, we succeeded in selecting useful features for several diseases, which can
explain the pathology of the disease. Moreover, we found some hard to classify criteria has no striking features.
From these results, we should search for another feature representation for these diseases.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Aiga Suzuki, Hidenori Sakanashi, Shoji Kido, Hayaru Shouno, Feature Representation Analysis of Deep
Convolutional Neural Network using Two-stage Feature Transfer―An Application for Diffuse Lung Disease
Classification,情報処理学会論⽂誌数理モデル化と応⽤（TOM）, Vol.11, No. 3, pp.74 – 83 (2018)
2. Alejandra Sanchez, Mariko Nakano, Henrik Tunnermann, Toya Teramoto, Hayaru Shouno, Mosquito Larva
Classification based on a Convolution Neural Network, Int’l Conference on Parallel Distributed Processing
Techniques and Applications (PDPTA) 2018, Vol.1, pp.320-325, Jul. (2018)
3. 寺元 陶冶，庄野 逸，VGG モデルの視覚野的解釈における解析の検討，電⼦情報通信学会ニュー
ロコンピューティング研究会，NC2018-88, pp.239-244, Mar.(2019)
4. 寺元 陶冶，庄野 逸，SVCCA を⽤いた異なるデータセットで訓練された DCNN の類似性測定，電⼦情報通信学会ニューロコンピューティング研究会，NC2018-40, pp.11-16, Jan.(2019)，【IEEEYoung Researcher Award 受賞】
5. びまん性肺疾患診断における階層的特徴選択アプローチ，遠藤 瑛泰，永⽥ 賢⼆，⽊⼾ 尚治，庄野 逸，情報処理学会数理モデル化と問題解決研究会 MPS118-33, pp.1-6, Jun.(2018) 【MPS 研究会
ベストプレゼンテーション賞受賞】- 15 -

2019 庄野 逸 研究室 http://daemon.inf.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年度は変数選択と呼ばれる特徴選択⼿法を軸に研究を⾏った．2018 年度の研究においてはマルコフチェーンモンテカルロ(MCMC)法に基づいた特徴選択⼿法を導⼊したが，この⼿法は時間がかかる⽅式であるため，より簡素で効率の良い⼿法の確⽴を⽬指した．我々は LASSO (Least Shrinkage andSelection Operator) と呼ばれる⼿法を並列・アンサンブル化した Bolasso (Bootstrapping LASSO) と呼ばれる⼿法に着⽬し，これをびまん性肺疾患画像識別の特徴選択⼿法に導⼊した．LASSO は計算が⾼速である反⾯，特徴選択を過剰に⾒積もりすぎる傾向があり調整が難しいが，Bolasso を⽤いることで，2018 年度の特徴選択⼿法と⼀致する選択結果を得ることに成功している．

Hayaru SHOUNO Laboratory

http://daemon.inf.uec.ac.jp/

Summary (April 2018 - March 2019)

In FY2019, we conducted research based on a feature selection method called variable selection. In theprevious work in FY2018, we introduced a feature selection method based on the Markov Chain Monte
Carlo (MCMC) method, but since this method requires a lot of computational resources, we aimed toestablish a simpler and more efficient way. We focused on a technique called LASSO (Least Shrinkage andSelection Operator) in a parallel ensemble. This method is called Bolasso (Bootstrapping LASSO). We
introduced the Bolasso into the feature selection method of diffuse lung disease image identification. As aresult of the previous work of FY2018, we found the LASSO is fast but tends to overestimate the feature. In
contrast, by use of the Bolasso in feature selection, we found it gives the same result of feature selection byuse of MCMC.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. 遠藤 瑛泰 , 永⽥ 賢⼆ , ⽊⼾ 尚治 , 庄野 逸，Bolasso を⽤いたびまん性肺疾患画像の特徴選択，情報処
2.
3.
4.

理学会論⽂誌数理モデル化と応⽤（TOM）,12(3), 68-77 (2019)奥村 直裕，庄野 逸，TV 正則化と辞書学習を⽤いた OS-EM 法における PET 画像再構成，⽇本医⽤画像⼯学会誌，37(5), 217-229 (2019) https://doi.org/10.11409/mit.37.217
川島 貴⼤ , 庄野 逸，ベイズ的変数選択に基づく分光スペクトル分解，情報処理学会論⽂誌数理モデル
化と応⽤（TOM）,12(2),34-43 (2019)
Hideo Terada, Hayaru Shouno, B-DCGAN: Evaluation of Binarized DCGAN for FPGA, In Proc. International
Conference on Neural Information Processing (ICONIP2019), Lecture Notes in Computer Science 11953, pp.55-64,(2019)

5.

Takahiro Kawashima, Hayaru Shouno, Fast Bayesian Restoration of Poisson Corruputed Images with INLA, Int’lConference on Parallel Distributed Processing Techniques and Applications(PDPTA) 2019, Vol.1 pp.109-114,(2019)- 16 -

2018 松⽥ 信爾 研究室 http://www.matsuda-lab.es.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
私は，AMPA 受容体のエンドサイトーシスと記憶・学習との関連性を直接的に解明することを⽬的として，エンドサイトーシスを光によって制御する技術開発を⾏ってきた．シナプス可塑性の 1 つである⻑期抑圧（LTD）は AMPA 受容体のクラスリン依存性エンドサイトーシスによって引き起こされることが知られている．2018 年度までに，私はエンドソームに光依存性のプロトンポンプを発現させ，光によってその機能を制御することで LTD の誘導を阻害することに成功し，またこの技術を⽤いて⼩脳 LTD を光によって阻害した場合，運動学習に異常が⽣じることを⽰す結果も得てた．これらの結果を neuron 誌に発表した．さらに LTP の誘導に必須の役割を果たすリソソームに光駆動性プロトンポン
プを発現させることにも成功している．

Shinji Matsuda Laboratory http://www.matsuda-lab.es.uec.ac.jp/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
Although it is well established that the LTD is induced by the clathrin mediated endocytosis of AMPA receptors, it
was unknown how clathrin can be recruited to the postsynaptica site by neuronal activities. We have developed the
new technique to control the induction of LTD by light stimulation in order to directly examine the relationshipbetween synaptic plasticity and learning. We have also generated knock in mouse, whose cerebellar LTD can beblocked by light stimulation. By using this mouse, we have examined whether the motor learning such as OKR
could be affected by the light stimulation to the cerebellum. The results indicated that the light stimulation
significantly reduced the motor learning efficiency of the knock in mouse, although these mice can normally learn
the OKR in the absence of light stimulations. These results indicated that the cerebellar LTD plays critical roles
for certain kinds of motor learning. We have published these results in Neuron. We also generated the light driven
proton pump which can targeted to lysosome which play essential roles for LTP induction.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Kakegawa W, Katoh A, Narumi S, Miura E, Motohashi J, Takahashi A, Kohda K, Fukazawa Y, Yuzaki M,
Matsuda S. Optogenetic Control of Synaptic AMPA Receptor Endocytosis Reveals Roles of LTD in Motor
Learning.. Neuron. 2018 Vol 99(5) 985-998. Impact Factor (IF 14.043) 2018 年 9 ⽉
2. Xie MJ, Ishikawa Y, Yagi H, Iguchi T, Oka Y1, Kuroda K, Iwata K, Kiyonari H, Matsuda S, Matsuzaki H,
Yuzaki M, Fukazawa Y, Sato M1. PIP3-Phldb2 is crucial for LTP regulating synaptic NMDA and AMPA
receptor density and PSD95 turnover. Scientific Reports. 2018 Vol 9(1) e4305. Impact Factor (IF 4.011)
2019 年 3 ⽉
3. Matsuda S, Kakegawa W, Yuzaki M. PhotonSABER: new tool shedding light on endocytosis and learning
mechanisms in vivo. Commun Integr Biol. 2019 Vol 12(1) 34-37. Impact Factor (IF unregistered journal)
2019 年 3 ⽉- 17 -

2019 松⽥ 信爾 研究室 http://www.matsuda-lab.es.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
私は，2018 年度に AMPA 受容体のエンドサイトーシスと記憶・学習を直接的に制御することを，エンドサイトーシスを光によって阻害する技術を⽤いて明らかにした．さらに LTP の誘導に必須の役割を果たすリソソームに光駆動性プロトンポンプを発現させることにも成功している．2019 年度にはこのプロトンポンプを海⾺神経細胞に発現させ，⻑期増強（LTP）誘導時の AMPA 受容体のエキソサイト
ーシスを光依存的に制御できるか否かを解析した．その結果，光を照射していない状態では LTP 誘導
刺激に対して正常に細胞表⾯の AMPA 受容体の数が増⼤しエキソサイトーシスが引き起こされている
ことが明らかになた．⼀⽅光を照射した条件では LTP 誘導刺激依存的な AMPA 受容体のエキソサイト
ーシスが阻害されていることが明らかとなった．現在このプロトンポンプを組み込んだ遺伝⼦改変マウスを作成中である．
Shinji Matsuda Laboratory http://www.matsuda-lab.es.uec.ac.jp/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In 2018, we reported that the cerebellar LTD plays critical roles for certain kinds of motor learning in Neuron. We
also generated the light driven proton pump which can targeted to lysosome which play essential roles for longterm potentiation (LTP) induction. Our results indicated that the lysosomal exocytosis is required for the LTP
induction in hippocampal neurons. In 2019, we expressed lysosomal proton pump in cultured hippocampal
neurons and examined whether the light stimulation can regulate the LTP induction. In the dark environment, LTP
inducing stimulation enhances the amount of cell surface AMPA receptor. On the other hand, in the lightenvironment, identical LTP inducing stimulation did not change the amount of cell surface AMPA receptors. We
also confirmed that the lysosomal exocytosis is inhibited by the light stimulation. Now we have started to generatelysosomal light driven proton pump knock in mice to directly examine the relationship between LTP and brain
function in vivo.

主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1.

掛川渉，松⽥信爾，柚﨑通介. ⼩脳学習における⻑期抑圧 LTD）の役割 Clinical Neuroscience.
2019 Vol 37 919-925. Impact Factor (IF unregistered journal) 2019 年 8 ⽉- 18 -

2019 安藤 創⼀ 研究室

https://www.sports.lab.uec.ac.jp/

研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
⼀過性の運動がヒトの認知パフォーマンスを向上させることは広く知られているが，なぜ運動により認知パフォーマンスが向上するのかについては明らかになっていない．そこで 2019 年には，⾻格筋の収縮に伴う⽣理的変化が認知パフォーマンスを向上させる要因であるかを明らかにするために，⾻格筋への電気刺激が認知パフォーマンスを向上させるかどうかを検証した．実験参加者は 20 分間の電気刺激または随意運動の前後に認知課題を⾏った．実験条件は，電気刺激条件，⼼拍数（HR）を⼀致させた随意運動条件（HR ⼀致条件），主観的運動強度（RPE）を⼀致させた随意運動条件（RPE ⼀致条件）の 3 条件とした．その結果，電気刺激条件と HR ⼀致条件と⽐較して，RPE ⼀致条件においてより⼤きな認知パフォーマンスの向上がみられた．この結果から，⾻格筋の収縮に伴う⽣理的変化だけ
では認知パフォーマンスは⼗分に向上しないことが明らかとなった．
Soichi ANDO Laboratory

https://www.sports.lab.uec.ac.jp/

Summary (April, 2019 - March, 2020)
It has been suggested that acute exercise improves cognitive performance. However, physiological mechanisms
underlying cognitive improvement remain to be elucidated. Electrical muscle stimulation (EMS) can inducemuscle contraction without central command and motor intention. Therefore, in 2019 we examined the effects ofmuscle contraction induced by EMS on cognitive performance, and clarified whether physiological changes
induced by muscle contraction contribute to cognitive improvement. The participants performed cognitive tasks
before and after 20 min EMS or voluntary exercise. They conducted three types of exercise conditions; EMS
condition, heart rate (HR)-matched voluntary exercise, and ratings of perceived exertion (RPE)-matched voluntary
exercise conditions. We observed that RPE-matched exercise improved cognitive performance to a greater extent
as compared with EMS and HR-matched exercise. The present results suggest that physiological changes inducedby muscle contraction alone do not improve cognitive performance sufficiently.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Komiyama T, Tanoue Y, Sudo M, Costello JT, Uehara Y, Higaki Y, Ando S. Cognitive Impairment during
High-Intensity Exercise: Influence of Cerebral Blood Flow. Med Sci Sports Exerc. 2020 Mar;52(3):561-568.
(IF 4.478) 2020 年 3 ⽉
2.

3.

Ando S, Komiyama T, Sudo M, Higaki Y, Ishida K, Costello JT, Katayama K. The interactive effects of acuteexercise and hypoxia on cognitive performance: A narrative review. Scand J Med Sci Sports. 2020
Mar;30(3):384-398. (IF 3.631) 2020 年 3 ⽉
Sudo M, Ando S. Effects of Acute Stretching on Cognitive Function and Mood States of Physically Inactive

4.

Young Adults. Percept Mot Skills. 2020 Feb;127(1):142-153. (IF 1.049) 2020 年 2 ⽉
Ogoh S, Hashimoto T, Ando S. Does Exercise Improve False Episodic Memory in Dementia? J Clin Med.

5.

2019 Nov 1;8(11):1829. (IF 5.688) 2019 年 11 ⽉
Tomiga Y, Ito A, Sudo M, Ando S, Eshima H, Sakai K, Nakashima S, Uehara Y, Tanaka H, Soejima H, Higaki

6.
7.

Y. One week, but not 12 hours, of cast immobilization alters promotor DNA methylation patterns in the nNOS
gene in mouse skeletal muscle. J Physiol. 2019 Nov;597(21):5145-5159. (IF 4.950) 2019 年 11 ⽉
Akagi R, Tonotsuka M, Horie R, Hirata K, Ando S. Effect of acute eye fatigue on cognition for young
females: a pilot study. PeerJ. 2019 Oct 29;7:e7978. (IF 2.353) 2019 年 10 ⽉
Williams TB, Corbett J, McMorris T, Young JS, Dicks M, Ando S, Thelwell RC, Tipton MJ, Costello JT.
Cognitive performance is associated with cerebral oxygenation and peripheral oxygen saturation, but not
plasma catecholamines, during graded normobaric hypoxia. Exp Physiol. 2019 Sep;104(9):1384-1397. (IF2.624) 2019 年 9 ⽉- 19 -

運動機能福祉技術開発グループ （⼩池，横井，狩野，岡⽥，⼩泉，姜，孫，東郷）
各種運動機能の計測，運動制御モデルによる脳活動への波及効果の検討，運動制御技術の開発研究，
及び脳活動のモニタリングに基づいた各種リハビリテーション福祉に関する教育研究を推進する．
⼩池 卓⼆ 教授（東 4-729）
専⾨分野︓ 医⽤⽣体⼯学，機械⼒学，計測・制御
研究テーマ︓ 埋め込み型⾻導補聴器の開発，⽿⼩⾻可動性計測，聴覚のモデル化，副⿐腔内視鏡⼿術リスク低減システム，胎児の聴⼒スクリーニング
メッセージ︓主として⽿⿐咽喉科
領域の医⼯連携研究を⾏っています．具体的には，聴覚器官をモデ
ル化し，その振動を解析することで，⽿疾患のメカニズムの解明やその効果的治療法の提案を⾏っています．また，診断装置・治療装置の開発も⾏っています．

横井 浩史 教授（東 4-602）
専⾨分野︓ リハビリテーション科学・福祉⼯学，知能機械学・機械システム
研究テーマ︓ 個性適応型筋電義⼿の開発，表⾯筋電位からの運動推定 ，ブレイン
マシンインターフェース，相互適応，筋電義⼿，fMRI，パターン認識
メッセージ︓医療・福祉の現場で必要となる⽀援技術の研究開発や，これらの分野を担う研究者，技術者，医療従事者の育成を図り，ライフサポート研究分野における世界的な教育・研究拠点を⽬指すことを⽬的としています．

狩野 豊 教授（センター⻑）（東 6-907）
専⾨分野︓スポーツ科学，運動⽣理学
研究テーマ︓筋収縮と in vivo バイオイメージング，筋機能とカルシウムイオンチャ
ネル，酸素環境（⾼圧⾼酸素，低酸素）と⾻格筋の適応メッセージ︓筋疲労，筋損傷，筋萎縮(加齢,糖尿病)のメカニズムを探求しています．

- 20 -

岡⽥ 英孝 教授 （東 1-407）
専⾨分野︓ スポーツ科学，ヒューマンバイオメカニクス
研究テーマ︓ ⾝体運動のキネマティクス・キネティクス解析，アスリートの⾝体部
分慣性特性，ロコモーションにおける下肢の動作と筋機能
メッセージ︓モーションキャプチャ，映像，各種センサを⽤いてヒトの⾝体運動を⼒学的に計測・解析しています．歩⾏動作の加齢度評
価やアスリートの合理的な運動技術の解明を⽬指して研究を⾏っています．

姜 銀来 准教授 （東４-6３１）
専⾨分野︓知能ロボティクス,福祉⼯学，ソフトコンピューティング
研究テーマ︓ 歩⾏解析と歩⾏⽀
援，⽣体順応型⽣体電気信号計
測・解析法
メッセージ︓室内移動⽀援や⽣体信号の計測・解析の研究とその実⽤化を⾏っています．研究・開発.・試験・実⽤のパートナーはいつでも歓迎です．

⼩泉 憲裕 准教授 （東４-６２４）
専⾨分野︓医療ロボティクス，超⾳波診断・治療ロボット，医デジ化研究テーマ︓医デジ化による超⾼精度な超⾳波診断・治療の実現
メッセージ︓IT 技術，なかでもロ
ボット技術を医療分野に展開して質の⾼い医療機器を効率よく⽣み出すための⽅法論を医⼯融合の学術基盤として確⽴できればと期待しています．

- 21 -

孫 光鎬 助教 （⻄２-２０７）
専⾨分野︓⾮接触⽣体計測，⽣体信号処理，医⽤⽣体⼯学
研究テーマ︓⾮接触⽣体計測技術を活⽤した感染症スクリーニングシステム・在宅健康モニタリングシステム（睡眠とストレス評価）・動物 TPR の計測システムの実⽤化開発
メッセージ︓⼩型マイクロ波レーダーや熱画像サーモグラフィ等の⽣体センサーを⽤いたバイタル
サイン（⼼拍数・呼吸数・体温）⾮接触計測に関する研究を⾏っています．

東郷俊太 助教 （東４̶６０４）
専⾨分野︓ロボティクス，計算論的神経科学
研究テーマ︓筋電肩義⼿の開発，ヒトの多筋・多関節制御メカニズムの解明，⽣体信号のシナジー解析
メッセージ︓ヒトの脳が冗⻑な⾝体をどのように制御しているのかに興味を持ち，⼼理物理実験などの⾏動実験
と計算論に基づいて問題へアプローチしています．また，得られた知⾒をヒト-機械協調システ
ムへの開発へと応⽤する研究も⾏っています．

- 22 -

2018 ⼩池 卓⼆ 研究室 研究室 http://www.bio.mce.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度では，末梢聴覚系の数値解析として内⽿における振動の機械―電気変換機構について解析を⾏った．機械―電気変換機構に重要な役割をもつ有⽑細胞をモデル化し，内⽿におけるイオン流動を解析するとともに，有⽑細胞の能動性を起源とすると考えられている⽿⾳響放射の発⽣機序についても解析を⾏い，その発⽣源の推定を⾏った．また，中⽿疾患を術中に診断するための計測装置を開発
し，動物および献体実験により，その有⽤性を⽰した．更に，胎児の聴覚検査システムの開発を⾏い，胎児の聴覚発達時期の推定を⾏った．植込み型⾻導補聴器の振動⼦および駆動回路の設計も⾏い，補聴システムの仕様を決定した．

Takuji KOIKE Laboratory
Summary (April, 2018 - March, 2019)
In 2018, we analyzed the mechano-electrical transduction mechanism of vibration in the inner ear as a numericalanalysis of the auditory periphery. The hair cells, which play an important role in the mechanical-electricaltransduction mechanism, are modeled, and ion flow in the inner ear was analyzed. The generation mechanism ofotoacoustic emissions, which is thought to originate from the activity of hair cells, was also analyzed, and thesource was estimated. In addition, we developed a measuring device for intraoperative diagnosis of middle ear
disease, and showed its usefulness through animal and cadaver experiments. Furthermore, we developed a hearing
test system for fetus and estimated the period of hearing development in the fetus. The transducer and drive circuitof the implantable bone conduction hearing aid were also designed, and the spec of the hearing aid system wasdetermined.

主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Sinyoung Lee and Takuji Koike, Simulation of mechano-electrical transduction in the cochlea consideringbasilar membrane vibration and the ionic current of the inner hair cells, AIP Conference Proceedings 1965(1),doi.org/10.1063/1.5038458 (2018)
2. Takuji Koike, and Sinyoung Lee, Relationship between the levels of DP components and non-active portionsof the basilar membrane: Simulation using human cochlear finite-element model, AIP Conference
Proceedings 1965(1), doi.org/10.1063/1.5038534 (2018)
3.

4.
5.

Takuji Koike, Yuuka Irie, Ryo Ebine, Takaaki Fujishiro, Sho Kanzaki, Chee Sze Keat, Takenobu Higo, Kenji
Ohoyama, Masaaki Hayashi, Hajime Ikegami, Development of Intra-operative Assessment System for
Ossicular Mobility and Middle Ear Transfer Function, Hearing Research, 378, 139-148 (2019)
doi.org/10.1016/j.heares.2018.11.007 (IF=2.82)
⼩池卓⼆，李 信英，コンピュータシミュレーションによる蝸⽜振動の可視化－基底板上における
歪成分⽿⾳響放射の解析－，Audiology Japan, vol. 6, No. 1-6, (2018)
出願番号︓特願 2019-029407 発明の名称︓振動による害⾍防除及び作物受粉の⽅法 発明者︓⾼梨琢磨，⼩池卓⼆，他 13 名 出願⼈︓国⽴研究開発法⼈森林研究・整備機構，国⽴⼤学法⼈電気通信⼤学，東北特殊鋼株式会社，宮城県，国⽴⼤学法⼈ 琉球⼤学，神奈川県，兵庫県，- 23 -

2019 ⼩池 卓⼆ 研究室 研究室 http://www.bio.mce.uec.ac.jp/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年度では，中⽿振動系の数値解析モデルの改良を⾏い，⿎膜や⽿⼩⾻の振動解析を⾏った．中⽿疾患による可動性変化の特徴を明らかにし，診断プロトコルの提⾔を⾏った．この業績(1)により，25回⽇本⽿科学会奨励賞（臨床部⾨）を受賞した．また，中⽿疾患を術中に診断するための計測装置の改良を⾏い，聴⼒と⽿⼩⾻可動性との間に相関があることを定量的に⽰した．更にこの計測システムの特許化を⾏った．更に，胎児の聴覚検査システムにより得られたデータ解析を⾏い，妊娠後 2〜3 か
⽉の胎児の⾳波に誘発される⼼拍数の変化を詳細に解析し，胎児の聴覚検査実施に適した時期とその⽅法について提案を⾏った．

Takuji KOIKE Laboratory
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In 2019, we improved the numerical analysis model of the middle ear and analyzed the vibration of the eardrum
and ossicles. The characteristics of changes in mobility of the ossicles due to middle ear disease were clarified,and a diagnostic protocol was proposed. This work (1) got the 25th Japan Otological Society Incentive Award(clinical category). In addition, we improved the measuring device for intraoperative diagnosis of middle ear
disease, and quantitatively showed that there is a correlation between hearing level and ossicular mobility. We
patented this measurement system. In addition, we analyze the data obtained by the fetal hearing test system. Thechanges in the heart rate induced by the sound waves of the fetus 2-3 months after pregnancy were analyzed indetail, and suitable period for the fetal hearing test and its method were proposed.

主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. 李 信英，神崎 晶，⼩池 卓⼆，数値解析に基づいた⽿⼩⾻固着部位判定法の検討，Otology
2.

3.

Japan, 29-2, 154-161 (2019)（25 回⽇本⽿科学会奨励賞<臨床部⾨>受賞）
Remi Hibiya-Motegi, Marina Nakayama, Rina Matsuoka, Jun Takeda, Shuko Nojiri, Atsuo Itakura, Takuji
Koike, Katsuhisa Ikeda, Use of sound-elicited fetal heart rate accelerations to assess fetal hearing in thesecond and third trimester, International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology, 133, in press (2020)
特許登録番号︓ 特許第 6596141 （2019/10/04） 基礎出願番号︓特願 2018-142976（2018/07/30）
早期審査 出願番号︓ 特願 2018-216058 （2018/11/16） PCT 出願 出願番号︓
PCT/JP2018/042525 （2018/11/16） 移⾏国︓⽶国，中国，欧州
移⾏予定国︓韓国
発明の名称︓ 中⽿伝⾳特性評価システム，中⽿伝⾳特性評価⽅法，および計測プローブ 発明者︓⼩池卓⼆，⼊江 優花，神崎 晶，徐 世傑，肥後 武展，林 正晃 出願⼈︓国⽴⼤学法⼈電気通信
⼤学，第⼀医科株式会社，学校法⼈慶應義塾，有限会社メカノトランスフォーマ，株式会社リーデンス- 24 -

2018 横井 浩史 研究室

http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
当研究室では，サイボーグ技術の開発を⽬指して，福祉機器への応⽤展開を⽬指した取り組みを⾏ってきている．そこでの課題は，義⼿の機構部，制御部，外装などの設計開発と利⽤者への適⽤実験，
および，電気刺激装置を⽤いた運動器リハビリテーションへの応⽤など，多岐にわたるメカトロニクスやロボット⼯学系の技術により構成される．2018 年度は，超弾性グローブを⽤いた筋電義⼿の外装の開発と⽣体信号を⽤いた⼿部義⼿や幼児⽤義⼿の開発に成功し，論⽂の公表に⾄った．これらの研究成果は，国⽴成育医療研究センターの協⼒を得て⾏われたものである．また，関連する知財の申請と取得にも成功し，これらの市場展開を⽬指して，電気通信⼤学より技術移転契約を締結し，ベンチ
ャー会社による製品開発に着⼿した．
Yokoi Laboratory URL http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
The aim of our lab is developing a cyborg technology for the welfare applications. The cyborg technology consistsof multiple directions of mechatronics and robotics issues those are robot hand mechanics design and production,
control theory and software development, outer devices and covering gloves or sleeves, and usability evaluation
for the usage based on experiment for amputee. Furthermore, the issues of functional rehabilitation of sensory
motor system of impairment is another target. For this purpose, the functional electrical stimulation system with
25 channels of electrodes has been developed which is able to select any combinations of electrodes pair ofcathode and anode. In 2018, the scientific papers are published as summary of the research results as followings;
the super elastic rubber has been applied for producing outer glove for the EMG(electromyography) prosthetic
hand, the development of mechanics and controller for the pursual prosthetic hand and small hand for congenital
defect, these activities are obtained under the collaboration with the national center for child health anddevelopment. The intellectual properties of those research activities are translated for the venture companies basedon the contract of technological transfer with the University of Electr-Communitions, and started to set up the
production systems.
学術雑誌等に発表した論⽂
1. Yoshiko Yabuki, Kazumasa Tanahashi, Yasuhiro Mouri, Yuta Murai, Shunta Togo, Ryu Kato, Yinlai Jiang,
Hiroshi Yokoi, "Development of new cosmetic gloves for myoelectric prosthetic hand using superelastic
rubber," Robotics and Autonomous Systems, Vol.111, pp.31-43, 2019. doi: 10.1016/j.robot.2018.09.004
2. Yutaro Hiyoshi, Yuta Murai, Yoshiko Yabuki, Kenichi Takahana, Soichiro Morishita, Yinlai Jiang, Shunta
Togo, Shinichiro Takayama, Hiroshi Yokoi, "Development of a parent wireless assistive interface for3.

myoelectric prosthetic hands for children," Frontiers in Neurorobotics, Vol.12, No.48, 2018. doi:
10.3389/fnbot.2018.00048
⾕ 直⾏，姜 銀来，東郷 俊太，横井 浩史，“握⼒把握・精密把握における安定把持のための筋電
義⼿⽤関節屈伸機構の開発”，⽇本ロボット学会誌，Vol.37，No.2，pp.168–178，2019．

特許
1. 秋場 猛，横井 浩史，電気刺激装置，トレーニング装置，および電気刺激⽅法，システム・インス
ツルメンツ株式会社 , 国⽴⼤学法⼈電気通信⼤学，特許第 6429255 号，2018 年 11 ⽉ 9 ⽇．
2. 横井 浩史，⽯原 正博，指部残存機能を利⽤した義指屈伸機構，国⽴⼤学法⼈電気通信⼤学，特許第 6371064 号，2018 年 7 ⽉ 20 ⽇．
3. 佐藤 佑樹，鈴⽊ 美奈⼦，横井 浩史，加藤 ⿓，中村 達弘，森下 壮⼀郎，電気刺激システム及び計測システム，国⽴⼤学法⼈電気通信⼤学，特許第 6351250 号．2018 年 6 ⽉ 15 ⽇

- 25 -

2019 横井 浩史 研究室 http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
当研究室では，サイボーグ技術の開発を⽬指して，福祉機器への応⽤展開を⽬指した取り組みを⾏ってきている．そこでの課題は，義⼿の機構部，制御部，外装などの設計開発と利⽤者への適⽤実験，
および，電気刺激装置を⽤いた運動器リハビリテーションへの応⽤などにより構成される．２０１９
年度は，ワイヤー牽引駆動⽅式による多⾃由度義⼿の機構部の開発に成功し，論⽂の公表に⾄った．
これらの研究成果は，中国科学院深圳先端技術研究所（Shenzhen Institute of Advanced
Technology:SIAT）の協⼒を得て⾏われたものである．また，関連する知財の申請と取得も継続的に⾏い，これらの市場展開を⽬指した取り組みを⾏っている．
Yokoi Laboratory URL http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
The aim of our lab is developing a cyborg technology for the welfare applications. The cyborg technology consistsof multiple directions of mechatronics and robotics issues those are robot hand mechanics design and production,
control theory and software development, outer devices and covering gloves or sleeves, and usability evaluation
for the usage based on experiment for amputee. Furthermore, the issues of functional rehabilitation of sensory
motor system of impairment is another target. For this purpose, the functional electrical stimulation system with
25 channels of electrodes has been developed which is able to select any combinations of electrodes pair ofcathode and anode. In 2019, the scientific papers are published as summary of the research results as followings;
the smart robotic hand design and development using wire tendon driven control system, these activities are
obtained under the collaboration with the SIAT (Shenzhen Institute of Advanced Technology). The intellectual
properties of those research activities are continued to translated for the venture companies based on the contractof technological transfer with the University of Electr-Communitions, and has been increasing productions andapproaching for the market.
学術雑誌等に発表した論⽂
1.
Xiaobei Jing, Xu Yong, Yinlai Jiang, Guanglin Li, Hiroshi Yokoi, "Anthropomorphic Prosthetic Hand with
Combination of Light Weight and Diversiform Motions", Applied Sciences, 2019, 9(20), 4203, 2019.
2.
Xu Yong, Xiaobei Jing, Xinyu Wu, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi, "Design and Implementation of Arch
Function for Adaptive Multi-Finger Prosthetic Hand," Sensors, 2019, 19(16), 3539, 2019.
3.
Yusuke Yamanoi, Yosuke Ogiri, Ryu Kato, "EMG-based Posture Classification Using a Convolutional
Neural Network for a Myoelectric Hand," Biomedical Signal Processing and Control, 2020, vol.55, 2020.
4.
村井 雄太，⽮吹 佳⼦，⽯原 正博，⾼⽊ 岳彦，髙⼭ 真⼀郎，東郷 俊太，加藤 ⿓，姜 銀来，
横井 浩史，”残存指を利⽤できる⼿部筋電義⼿システムの開発 －設計⼿法の提案と試作 －”，バイオメカニズム学会誌，2019, Vol.43，No.2，pp.124–133，2019．
特許
1.
2.
3.

横井 浩史 , 景 暁蓓 , 雍 旭 , ⽮吹 佳⼦ , 東郷 俊太 , 姜 銀来，ワイヤ駆動装置，国⽴⼤学法
⼈電気通信⼤学，特願 2019-208742, 2019/11/19
横井 浩史，⽮吹 佳⼦，東郷 俊太，姜 銀来，棚橋 ⼀将，⼭野井 佑介，３Ｄ薄型 Wrist 関節機構，国⽴⼤学法⼈電気通信⼤学，株式会社タナック，特願 2019-164917，2019/9/10
横井 浩史，姜 銀来，東郷 俊太，村井 雄太，君塚 進，⽯ 源康，筋電センサ及び電極部材，国⽴⼤学法⼈電気通信⼤学， 特願 2019-105592．2019/06/05- 26 -

2018 狩野 豊 研究室

http://www.ecc.es.uec.ac.jp/index.html

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度では in vivo バイオイメージングならびに酸素クエンチング⽣体モデルを⽤いて，以下の知⾒を得た．1. 筋収縮時の低酸素環境レベルが筋肥⼤シグナル伝達と運動能⼒を⾼めるための⽣体適応における影響を調べた．その結果， 酸素分圧レベルは ribosomal protein S6 のリン酸化を惹起して，筋肥⼤反応を増強することが明らかにされた．2. 微⼩⾎管透過性を 4 次元画像分析で評価できる 2 光⼦レーザー⾛査型顕微鏡を⽤いて，⾻格筋微⼩循環の透過性を評価する in vivo イメージング技術を開発した． in vivo イメージングと組織学的分析を組み合わせることによって，筋損傷時の微⼩⾎管透過性の
時間的プロファイルが解明され，筋細胞 VEGF 発現が透過性と関与することが⽰された．3. 40°C の熱
ストレスは温度感受性 TRP チャネル（TRPV1）のリン酸化によって，筋細胞質内のカルシウムイオンを蓄積する⼀⽅，活動電位刺激は TRPV1 の脱リン酸化による TRPV1 チャネルの抑制を導くことを解明した．
Yutaka KANO Laboratory

http://www.ecc.es.uec.ac.jp/englishver2.htm

Summary (April, 2018 - March, 2019)
In 2018 year, we obtained the following findings using in vivo bioimaging and oxygen quenching models.1. We
investigated the effects of low microvascular O2 partial pressures during contractions on muscle hypertrophic
signaling and key elements in the muscle adaptation for increasing exercise capacity. The reduced microvascularO2 enhanced ribosomal protein S6 phosphorylation and potentiated the hypertrophic response. 2.This investigation
employed a novel in vivo imaging technique for skeletal muscle microcirculation using two-photon laser scanningmicroscopy that enabled microvascular permeability to be assessed by four-dimensional image analysis. By
combining in vivo imaging and histological analysis, we found the temporal profile of microvascular
hyperpermeability to be related to that of eccentric contraction-induced skeletal muscle injury and pronounced
novel myocyte VEGF expression. 3.Heat stress at 40°C drives a myoplasmic [Ca2+]i accumulation in concert withtransient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) phosphorylation. However, muscle contraction caused TRPV1channel deactivation by dephosphorylation of TRPV1. TRPV1 inactivation via isometric contraction(s) permits
maintenance of [Ca2+]i homeostasis even under high imposed muscle temperature.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Nakajima T, Koide S, Yasuda T, Hasegawa T, Yamasoba T, Obi S, Toyoda S, Nakamura F, Inoue T, Poole
DC, Kano Y. Muscle hypertrophy following blood flow-restricted, low-force isometric electrical stimulationin rat tibialis anterior: role for muscle hypoxia. J Appl Physiol. 2018 Jul 1;125(1):134-145. (IF 3.256) 2018
年7⽉
2.

3.

Eshima H, Poole DC, Kano Y. Mitochondrial calcium regulation during and following contractions inskeletal muscle. J Physical Fitness and Sports Med. 2018 Jul 25;7(4):205-211. (IF unregistered journal) 2018
年7⽉
Hotta K, Behnke BJ, Masamoto K, Shimotsu R, Onodera N, Yamaguchi A, Poole DC, Kano Y.

4.

Microvascular permeability of skeletal muscle after eccentric contraction-induced muscle injury: in vivo
imaging using two-photon laser scanning microscopy. J Appl Physiol. 2018 Aug 1;125(2):369-380. (IF3.256) 2018 年 8 ⽉
Ikegami R, Eshima H, Mashio T, Ishiguro T, Hoshino D, Poole DC, Kano Y. Accumulation of intramyocyte
TRPV1-mediated calcium during heat stress is inhibited by concomitant muscle contractions. J Appl Physiol.
2019 Mar 1;126(3):691-698. (IF 3.256) 2019 年 3 ⽉- 27 -

2019 狩野 豊 研究室

http://www.ecc.es.uec.ac.jp/index.html

研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年では，in vivo カルシウムイメージング⼿法を⽤いて，筋収縮によるカルシウムイオン(Ca2+)の流⼊経路や性差について研究を実施した．筋細胞質内 Ca2+の増加はタンパク質の分解と合成率の変化を引き起こす可能性のある細胞内シグナル伝達メカニズムを構成する．エキセントリック収縮（ECC）
は ECC 後により⼤きなストレッチを受けた遠位部領域において⾼い Ca2+増加を誘発した．このような選択的な Ca2+増加は，筋細胞の損傷および回復適応プロセスに関する重要な機構である．また，マウスの速筋線維におけるミトコンドリア Ca2+処理特性について，性差の違いを調べた．その結果，雌マ
ウスは雄マウス⾻格筋よりも，ミトコンドリアによる Ca2+取り込み能⼒が⾼く，これは，筋原線維間のミトコンドリア体積密度が⾼いことによって説明できることを明らかにした．これらの結果は，筋肥⼤，筋損傷，筋疲労などに認められる性差の要因を⽰唆する．
Yutaka KANO Laboratory

http://www.ecc.es.uec.ac.jp/englishver2.htm

Summary (April, 2019 - March, 2020)
In 2019, we performed studies on Ca2+ influx pathways and sex differences due to muscle contractions by in vivo
Ca2+ imaging method. Myoplasmic Ca2+ increases constitute intracellular signaling mechanism that can inducechanges in protein degradation and synthesis. Eccentric contraction (ECC) protocols did induce a greater Ca2+
increase in the distal muscle region that underwent greater stretch post-ECC. These findings that selectively
manipulate and measure Ca2+ accumulation may yield crucial mechanistic insights into myocyte damage andadaptation processes. Also, we investigated sex differences in mitochondrial Ca2+ handling properties in mousefast-twitch skeletal muscle. This investigation presents evidence that female versus male fast-twitch muscle
exhibits a greater mitochondrial Ca2+ uptake capability that is partly conferred by the higher intermyofibrillar
mitochondrial volume density. The results of this study suggest the factors of sex differences observed in muscle
hypertrophy, muscle damage, and muscle fatigue.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Tabuchi A, Eshima H, Tanaka Y, Nogami S, Inoue N, Sudo M, Okada H, Poole DC, Kano Y. Regional
differences in Ca (2+) entry along the proximal-middle-distal muscle axis during eccentric contractions in rat
skeletal muscle. J Appl Physiol. 2019 Sep 1;127(3):828-837. (IF 3.256) 2019 年 9 ⽉
2.

3.

4.

5.

Hirai DM, Craig JC, Colburn TD, Eshima H, Kano Y, Musch TI, Poole DC. Skeletal muscle interstitial Po(2)kinetics during recovery from contractions. J Appl Physiol. 2019 Oct 1;127(4):930-939. (IF 3.256) 2019 年
10 ⽉
Kitaoka Y, Watanabe D, Nonaka Y, Yagishita K, Kano Y, Hoshino D. Effects of clenbuterol administration on
mitochondrial morphology and its regulatory proteins in rat skeletal muscle. Physiol Rep. 2019
Oct;7(19):e14266. (IF unregistered journal) 2019 年 10 ⽉
Kodama S, Ohta M, Ikeda K, Kano Y, Miyamoto Y, Osten W, Takeda M, Watanabe E. Three-dimensional
microscopic imaging through scattering media based on in-line phase-shift digital holography. Appl Opt.
2019 Dec 1;58(34):G345-G350. (IF 1.973) 2019 年 12 ⽉
Watanabe D, Hatakeyama K, Ikegami R, Eshima H, Yagishita K, Poole DC, Kano Y. Sex differences inmitochondrial Ca(2+) handling in mouse fast-twitch skeletal muscle in vivo. J Appl Physiol. 2020 Feb
1;128(2):241-251. (IF 3.256) 2020 年 2 ⽉- 28 -

2018 岡⽥ 英孝 研究室

http://www.hb.mce.uec.ac.jp/index.html

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度は，TOF を⽤いたマーカーレスモーションキャプチャの精度検証および機械学習を⽤いた
歩⾏中の接地・離地時刻の検出について研究を⾏った．TOF カメラを⽤いたマーカーレス計測の歩⾏動
作解析への応⽤可能性と適⽤限界を検証した結果，歩⾏動作の計測では，下腿より下⽅の関節点⾃動認
識の精度が低く，床⾯に近い部分では特に精度が悪いことが明らかになった．⼀⽅，股関節⾓度およびステップ⻑などの時空間変数における計測精度は⾼く，これらの計測には⼗分適⽤可能であることが⽰された．ロジスティック回帰分析を⽤いて歩⾏中の接地および離地時刻の⾃動検出モデルを作成し，キ
ネマティクス情報からの接地および離地時刻の検出精度などを検証した．通常のビデオカメラ（60 fps）
を⽤いた⽬視検出の誤差以内での検出率は，接地時刻 97%，離地時刻 100 %と⾼く，接地および離地時
刻検出における本モデルの有⽤性が⽰された．
Hidetaka OKADA Laboratory

http://www.hb.mce.uec.ac.jp/index.html

Summary (April, 2018 - March, 2019)
In 2018, we conducted a study on accuracy verification of markerless motion capture using TOF and on detectionof heel strike and toe-off timing during walking using machine learning. As a result of verifying the applicability
and the limit of application of markerless measurement using a TOF camera to gait motion analysis, the accuracyof the automatic recognition of the body landmark below the shank was low because of the difficulty of identification
between the body segment and the floor surface. On the other hand, the measurement accuracy of hip joint angle
and spatiotemporal variables such as step length was high. It was shown that markerless motion capture with a TOF
camera could be sufficiently applied to these measurements. Using logistic regression analysis, an automatic
detection model of heel strike and toe-off timing during gait was developed. The detection accuracy of them fromkinematic variables was verified. The detection rate within the error of visual detection using a normal video camera(60 fps) was as high as 97% for the heel strike timing and 100% for the toe-off timing. It suggested the usefulnessof this model in detecting the heal strike and the toe-off timing during gait.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. 坪井良紀, 岡⽥英孝, サッカーのインステップキックにおける下肢の 3 次元動作解析, 第 39 回バイオメカニズム学術講演会, 2018 年 11 ⽉ 10 ⽇, つくば市
2. 池⼭克⾏, 廣⽥幹太, 岡⽥英孝, ランニングの余裕度評価に関する動作学的研究, 第 39 回バイオメカニズム学術講演会, 2018 年 11 ⽉ 11 ⽇, つくば市
3. 岡⽥英孝, 映像を⽤いた⾝体運動の解析, 映像情報メディア学会 メディア⼯学研究会/スポーツ
情報処理時限研究会, 2018 年 12 ⽉ 17 ⽇，調布市
4. 岡⽥英孝, ランニングエコノミーと下肢動作・下肢筋活動, ランニング学研究, 30(1), 115-122,
2019.
5. 井筒紫乃, 岡⽥英孝, 川⽥裕次郎, 上村明, 秋元恵美, 這い這いの動作様式におけるパターン分類について, フューチャーアスレティックス, 7, 29-30, 2019.

- 29 -

2019 岡⽥ 英孝 研究室

http://www.hb.mce.uec.ac.jp/index.html

研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年度は，⾝体部分の近位から遠位へと⼒学的エネルギーを伝達し，遠位端の速度を増加させていく運動連鎖のメカニズムを明らかにするため，サッカーのインステップキックにおける下肢のエナジー
フロー解析を⾏った．利き⾜と⾮利き⾜の違い，鍛錬者と⾮鍛錬者の違い，努⼒度合いの違いにより，キックしたボール初速度が異なるが，これらとエナジーフローの関係について検討した．近位から遠位へ伝達されるエネルギーのほとんどが関節⼒パワーによるものであるが，⼤腿近位ではセグメントトル
クパワーによる仕事の流⼊も⼤きいことなどが明らかになった．
また，複数の⾛速度における⾛動作を計測し，⻑距離⾛パフォーマンスレベルおよび⾛速度と⾛動作の関係について検証し，得られた⾛動作データから動作逸脱度に基づいて⻑距離⾛動作の評価法を作成した．
ランナーの 5000m の⾃⼰記録と選択された動作の逸脱度との間に有意な相関関係が認められた．
本評価法を⽤いることで，⾛動作から⻑距離⾛パフォーマンスレベルを予測できることが⽰唆された．
Hidetaka OKADA Laboratory

http://www.hb.mce.uec.ac.jp/index.html

Summary (April, 2019 - March, 2020)
In 2019, mechanical energy flow analysis between the lower limbs during the instep kick of soccer was conducted
to clarify the mechanism of the kinematic chain that increases the velocity of the distal end. The initial velocity of
the kicked ball differed depending on the difference between the dominant and non-dominant feet, the difference
between the experienced and the non-experienced, and the difference among the effort levels. The relationshipbetween the initial ball velocity and the energy flow was examined. Most of the energy transferred from the proximal
to the distal was due to the joint force power. However, it was clarified that the energy inflow due to the segment
torque power was also large in the proximal end of the thigh. We also conducted the study on the running motion at
the various running speeds to examine the relationship between the long-distance running performance level andthe running motion regardless of running speed. We developed the evaluation method of long-distance runningmotion based on the motion deviation from the elite runners. A significant correlation was found between therunner's 5000 m personal best record and the deviations of the selected kinematics. It was suggested that the longdistance running performance level can be predicted from the running motion deviations by using our method.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Tsuboi Y, and Okada, H, Energy flow analysis between lower limb segments during the instep kick in soccer,
The XXVIIth Congress of the International Society of Biomechanics, August 2, 2019, Calgary, Canada
2. Tabuchi A, Eshima H, Tanaka Y, Nogami S, Inoue N, Sudo M, Okada H, Poole DC, Kano Y. Regional
differences in Ca (2+) entry along the proximal-middle-distal muscle axis during eccentric contractions in rat
skeletal muscle. J Appl Physiol. 2019 Sep 1;127(3):828-837. (IF 3.256) 2019 年 9 ⽉
3. 坪井良紀, 川合健介, 岡⽥英孝, インステップキックにおける下肢セグメント間のエナジーフロー
4.

解析, 第 40 回バイオメカニズム学術講演会, 2019 年 11 ⽉ 30 ⽇, 春⽇井市
池⼭克⾏, ⽥頭森治, 岡⽥英孝, 広瀬泰輔, ⻄出仁明, ⼭⽥洋, 両⾓速, ⾛速度および⾛能⼒が⻑距
離ランナーの⾛動作に及ぼす影響, 第 40 回バイオメカニズム学術講演会, 2019 年 12 ⽉ 1 ⽇, 春⽇
井市- 30 -

2018 ⼩泉 憲裕 研究室

http://www.medigit.mi.uec.ac.jp/

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
われわれの研究室では，医療技能の技術化・デジタル化（医デジ化）により医療技能をデジタル機能関数として機器側にとり込み，医療機器システム上で医療技能を⾼度・最適化するためのロボット
機構・制御・画像処理・アルゴリズムの分野を開拓する．このうち，当該年度は，深層学習技術を援⽤して能動的に運動する臓器内の患部を抽出・追従・モニタリングするロボット・ビジョン技術を新規に提案した．これに関連して第 17 回⽇本超⾳波治療研究会（JSTU2018）において本研究プロジェク
トに関する研究成果発表を⾏ない，最優秀演題賞，学⽣研究奨励賞，ベストポスター賞をそれぞれ受賞した．また，JST イノベーションジャパン（８⽉３０，３１⽇，東京ビッグサイト）に出展し，本プ
ロジェクトに関する記事が⽇刊⼯業新聞等，複数のメディアに掲載された．

Koizumi Norihiro Laboratory http://www.medigit.mi.uec.ac.jp/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
In our laboratory, the robot mechanism for incorporating medical skills into the device side as a digitalized
function , and reconstructing the medical professional skills on the robotic system utilizing mechanism
technology, control technology, image processing algorithm technology. In this year, we proposed a new robotic
servoing technology for extracting, following, and monitoring the affected part in the organ that actively moves byusing deep learning technology. In connection with this, at the 17th Japan Society for Ultrasonic Therapy(JSTU2018), we presented our research results on this research project and received the Best Presentation Award,
Student Research Encouragement Award, and Best Poster Award respectively. In addition, we exhibited at JST
Innovation Japan (August 30, 31st, Tokyo Big Sight), and articles on this project were published in multiple media
such as Nikkan Kogyo Shimbun.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1.
Yudai Sasaki, Fumio Eura, Kento Kobayashi, Ryosuke Kondo, Kyohei Tomita, Yu Nishiyama, Hiroyuki
Tsukihara, Naoki Matumoto and Norihiro Koizumi, Development of Compact Portable Ultrasound Robot
for Home Healthcare, The Journal of Engineering (JoE), Vol.2019, No.14, pp.495-499, https://digitallibrary.theiet.org/content/journals/10.1049/joe.2018.9406, 2019. 2019 年 2 ⽉
2.

3.

4.

5.

Tsubasa Imaizumi, Norihiro Koizumi, Ryosuke Kondo, Yu Nishiyama, Naoki Matsumoto, Automatic
Fascia Extraction and Classification for Measurement of Muscle Layer Thickness, Proc. of 2018 15th
International Conference on Ubiquitous Robots (UR2018), Hawaii Convention Center, Hawai'i, USA, June
27-30, 2018. 2018 年 6 ⽉
Akihide Otsuka, Norihiro Koizumi, Izumu Hosoi, Hiroyuki Tsukihara, Yu Nishiyama, "Method forExtracting Acoustic Shadows to Construct an Organ Composite Model in Ultrasound Images," Proc. of2018 15th International Conference on Ubiquitous Robots (UR2018), Hawaii Convention Center, Hawai'i,USA, June 27-30, 2018 年 6 ⽉
Ryosuke Kondo, Norihiro Koizumi, Yu Nishiyama, Naoki Matsumoto and Kazushi Numata, "Out-of-Plane
Motion Detection System Using Convolutional Neural Network for US-guided Radiofrequency Ablation
Therapy," Proc. of 2018 15th International Conference on Ubiquitous Robots (UR2018), Hawaii
Convention Center, Hawai'i, USA, June 27-30, 2018 年 6 ⽉
⼩泉憲裕, ⻄⼭ 悠, 近藤亮祐, 冨⽥恭平, 江浦史⽣, 沼⽥和司, "⽣体内運動追跡装置，⽣体内運動
追跡⽅法およびプログラム", 出願番号（⽶国）︓US15/867302, 2018.1.10 出願, 特許番号（⽶国）︓10,535,159, 2020.1.14 登録.

- 31 -

2019 ⼩泉 憲裕 研究室

http://www.medigit.mi.uec.ac.jp/

研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
われわれの研究室では，医療技能の技術化・デジタル化（医デジ化）により医療技能をデジタル機能関数として機器側にとり込み，医療機器システム上で医療技能を⾼度・最適化するためのロボット
機構・制御・画像処理・アルゴリズムの分野を開拓する．このうち，当該年度は，深層学習技術を援⽤して能動的に運動する臓器内の患部を抽出・追従・モニタリングするロボット機構・制御・画像処理・アルゴリズム技術を新規に提案した．これに関連して第 25 回ロボティクスシンポジアににおいて本研究プロジェクトに関する研究成果発表を⾏ない，学⽣研究奨励賞を受賞した．また，国際ロボット展（１２⽉１８-２１⽇，東京ビッグサイト）に出展，⽇刊⼯業新聞に⼤林製作所と共同開発中の「AI 撮影システム」に関する記事が掲載された．
Koizumi Norihiro Laboratory http://www.medigit.mi.uec.ac.jp/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In our laboratory, the robot mechanism for incorporating medical skills into the device side as a digitalized
function , and reconstructing the medical professional skills on the robotic system utilizing mechanism
technology, control technology, image processing algorithm technology. Among them, this year, we proposed anovel robot vision technology that extracts, tracks, and monitors the affected area in an organ that actively moves
by using deep learning technology. In relation to this, we presented the research results on this research project atthe 25th Robotics Symposia and received the Student Research Incentive Award. Also, at the International Robot
Exhibition (December 18-21, Tokyo Big Sight), an article about "AI medical imaging system", which is jointly
developed with Obayashi Manufacturing, was published in Nikkan Kogyo Shimbun.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1.
Katsuyuki Sanga, Kazushi Numata, Hiromi Nihonmatsu, Katsuaki Ogushi, Hiroyuki Fukuda, Makoto
Chuma, Hiroshi Hashimoto, Norihiro Koizumi, Shin Maeda, Use of intra-procedural fusion imaging

2.

3.

4.

5.

combining contrast-enhanced ultrasound using a perflubutane-based contrast agent and auto sweep threedimensional ultrasound for guiding radiofrequency ablation and evaluating its efficacy in patients with
hepatocellular carcinoma, International Journal of Hyperthermia (IJH), Vol.37, No.1, pp.202-211, 2020.
https://doi.org/10.1080/02656736.2020.1729422 IF=3.6 2020 年 2 ⽉
Riki Igarashi, Norihiro Koizumi, Yu Nishiyama, Kyohei Tomita, Yuka Shigenari, Sunao Shoji,
Sagittal alignment in an MR-TRUS fusion biopsy using only the prostate contour in the axial image,ROBOMECH Journal, Vol.7, No.1, 2020. https://doi.org/10.1186/s40648-020-0155-9 IF=1.2
⼩泉憲裕, ⻄⼭ 悠, 江浦史⽣,今泉⾶翔, ⼤塚研秀, 佐々⽊雄⼤, 重成佑⾹, 五⼗嵐⽴樹, 草原健太,
⼩林賢⼈, ⽉原弘之, 松本直樹, ⼩川眞広, "医デジ化の⼿法・効果と社会的インパクト," 精密⼯学
会誌, Vol.85, No.9, pp.749-752, 2019. https://doi.org/10.2493/jjspe.85.749. 2019 年 9 ⽉
Yudai Sasaki, Fumio Eura, Kento Kobayashi, Ryosuke Kondo, Kyohei Tomita, Yu Nishiyama, Hiroyuki
Tsukihara, Naoki Matsumoto, and Norihiro Koizumi, "Automatic Diagnosis by Compact Portable
Ultrasound Robot : State Estimation of Internal Organs with Steady-State Kalman Filter," Proc. of 2019
IEEE Healthcare Innovations and Point of Care Technologies Conference (HI-POCT) , Paper No. 1009,
Bethesda, Maryland, USA, 2019.11.20-22, http://doi.org/10.1109/HI-POCT45284.2019.8962758. 2019 年
12 ⽉
⼩泉憲裕, 五⼗嵐⽴樹, 冨⽥恭平, ⼩泉憲裕, ⻄⼭悠, ⾮侵襲超⾳波診断治療統合システムにおける CNN を⽤いた患部追従⼿法に関する検証, 第 25 回ロボティクスシンポジア, 1A3, 2020 年 3 ⽉,
学⽣奨励賞受賞- 32 -

2018 姜 銀来 研究室

http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度では，（１）ワイヤ⼲渉駆動型関節モジュールの理論構築を⾏い，実⽤性の⾼い２，３⾃由度
関節モジュールの分類と⽐較を⾏った．関節モジュールを⽤いた擬⼈化ロボットアームの制御システ
ムを 2 種類（ロボットビジョンに基づく⾃動制御と⼈の腕によるマスタースレーブ制御）を開発した．ワイヤの弛みと断線の課題を解決するために，振動を利⽤したワイヤ張⼒の可能性を調べた．
（２）機能的電気刺激を⽤いたリハビリテーションに伴う筋疲労を軽減するために，関節⾓に基づいてモーターポイントを追従するように刺激電極を切り替える新たな刺激⽅法を提案し，有効性を検証した．
（３）歩⾏⽀援機の安全性と知能化を向上させるために，近接覚センサにより計測された歩⾏器と下肢との距離を⽤いた利⽤者の歩容解析法を構築し，歩容を考慮した歩⾏⽀援機の制御法を提案した．
Yinlai JIANG Laboratory

http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/

Summary (April, 2018 - March, 2019)
In 2018, (1) we established the theory on the modularization of coupled tendon-driven joints, and classified andcompared the practical 2 and 3-DoF (Degrees of Freedom) joint modules. Two control methods, automatic control
based on robot vision and master-slave control with a human arm, were developed for the anthropomorphic robot
arm composed of 3 joint modules. (2) A stimulation electrode switching strategy based on joint angle wasproposed to track the movement of muscle motor point during muscle contraction induced by functional electricalstimulation during rehabilitation. The muscle fatigue reduction effect of motor point tracking stimulation was
validated with healthy subjects. (3) To improve the safety and intelligence of a walking support machine, wedeveloped a gait analysis method using proximity sensors that measure the distance between the lower limbs andthe walker, and proposed a running control method considering the gait of the user.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. ⾕直⾏，姜銀来，東郷俊太，横井浩史，握⼒把握・精密把握における安定把持のための筋電義⼿⽤
関節屈伸機構の開発，⽇本ロボット学会誌，Vol.37，No.2，pp.168–178，2019．(IF unregistered)2019 年 3 ⽉．
2. Yoshiko Yabuki, Kazumasa Tanahashi, Yasuhiro Mouri, Yuta Murai, Shunta Togo, Ryu Kato, Yinlai Jiang andHiroshi Yokoi, Development of New Cosmetic Gloves for Myoelectric Prosthetic Hand using Superelastic
Rubber, Robotics and Autonomous Systems, Vol. 111, pp.31-43, January 2019. (IF 2.928) 2019 年 1 ⽉．
3.

4.

Wenyang Li, Peng Chen, Dianchun Bai, Xiaoxiao Zhu, Shunta Togo, Hiroshi Yokoi, and Yinlai Jiang, Designof a 2 Motor 2 Degrees-of-Freedom Coupled Tendon-driven Joint Module, 2018 IEEE/RSJ International
Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pp.943-948, 2018. (IF unregistered) 2018 年 10 ⽉．
Yutaro Hiyoshi, Yuta Murai, Yoshiko Yabuki, Kenichi Takahana, Soichiro Morishita, Yinlai Jiang, Shunta

5.

Togo, Shinichiro Takayama, Hiroshi Yokoi, "Development of a parent wireless assistive interface formyoelectric prosthetic hands for children," Frontiers in Neurorobotics. 12(48), 2018. (IF 2.486) 2018 年 8⽉．
Wentao Sun, Jinying Zhu, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi, Qiang Huang, One-Channel Surface EMG
Decomposition for Force Estimation, Frontiers in Neurorobotics, 12:20, 2018. (IF 2.486) 2018 年 5 ⽉．

- 33 -

2019 姜 銀来 研究室

http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/

研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年では，（１）ワイヤ⼲渉駆動のワイヤの断線と弛みの課題を解決するために，重量 3g 以下の⼩型ワイヤ張⼒センサを開発した．それを⽤いたワイヤ張⼒⾃動調整機構により，ワイヤ⼲渉駆動の位
置精度を維持できることが確かめられた．双碗のマスタースレーブ制御を開発した．
（２）機能的電気刺激におけるモーターポイント追従の密度と精度を⾼めるために，肘関節に連動した上腕⼆頭筋のモーターポイント追従刺激装置を開発した．
（３）近接覚センサを⽤いた⾜の相対速度計測と RGBD カメラを⽤いた⾜⾓度計測により，歩⾏⽀援機の利⽤者の⽅向および速度の制御意図を⾃動的に検出する⽅法を開発した．４）義⼿の筋電制御における切断者の残存筋への依存を減らすために，筋電信号と⽪膚・筋電センサ間圧⼒を同時に計測できるセンサを開発した．
Yinlai JIANG Laboratory http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In 2019, (1) to solve the problems of breaking and slack of tendons in coupled tendon-driven mechanism, wedeveloped a miniatured tension sensor that weighted less than 3 g. Experimental results showed that automatic
tendon tension adjustment with the tension sensor maintained the position precision of the tendon-driven joint. A
dual arm master-slave control was also developed. (2) A motor point tracking device for biceps brachii wasdesigned to improve the tracking density and accuracy based on the relationship between the elbow joint angle
and the motor point position of biceps brachii. (3) Automatic detection of a user’s direction and velocity intention
to control the walking support machine was realized based on the relative velocity measured with proximity
sensors and the foot angles measured with a RGBD camera. (4) A sensor that simultaneously measures
myoelectric signals and the pressure between skin and the sensor circuit board was developed for myoelectric
control to reduce the dependency on the residual muscles of the amputee.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. 君塚進，⽇吉祐太郎，叶鶴松，⽥中洋平，東郷俊太，姜銀来，横井浩史︓体幹部の表⾯筋電位を⽤いた直感操作型肩義⼿システムの開発，バイオメカニズム学会誌，Vol.43. No.4，pp. 248-255, 2019.
(IF unregistered journal) 2019 年 9 ⽉
2. Shunta Togo, Yuta Murai, Yinlai Jiang and Hiroshi Yokoi, Development of an sEMG sensor composed of
two-layered conductive silicone with different carbon concentrations, Scientific Reports, vol. 9, p. 13996,
2019. (IF 4.122) 2019 年 9 ⽉
3.

4.

Xiaobei Jing, Xu Yong, Yinlai Jiang, Guanglin Li, and Hiroshi Yokoi, "Anthropomorphic Prosthetic Hand
with Combination of Light Weight and Diversiform Motions," Applied Sciences, vol. 9, no.20, 4203, 2019.
(IF 2.217) 2019 年 8 ⽉
Xu Yong, Xiaobei Jing, Xinyu Wu, Yinlai Jiang, and Hiroshi Yokoi, "Design and Implementation of Arch

5.

Function for Adaptive Multi-Finger Prosthetic Hand," Sensors, vol. 19, 3539, 2019. (IF 3.031) 2019 年 8 ⽉
Yina Wang, Wenqiu Xiong, Junyou Yang, Yinlai Jiang, Shuoyu Wang, A Robust Feedback Path Tracking
Control Algorithm for an Indoor Carrier Robot Considering Energy Optimization. Energies , 12, 2010, 2019.
(IF 2.707)2019 年 5 ⽉- 34 -

2018 孫 光鎬 研究室

https://sun-melab.com/

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
マイクロ波レーダーなどの⽣体センサーよる⾮接触バイタルサインの計測技術を活⽤し，「感染症の疑いがある患者の検出システム」，「うつ病診断のための⾃律神経指標⾮接触測定によるストレス評価シ
ステム」，「超⾼齢化社会に向けた在宅健康モニタリングシステム」分野に焦点を当て，医⽤機器の実⽤化の研究開発を⾏っている．2018 年度では，より感染症スクリーニングシステムの実⽤化を⽬指し，空港検疫で使⽤されている⾚外線・CMOS カメラを⽤いて，⾮接触でバイタルサインである呼吸数・⼼拍数・体温を測定し，画像処理により感染症をスクリーニングするシステムの開発を提案した．
Guanghao Sun Laboratory

https://cargocollective.com/guanghao_sun

Summary (April, 2018 - March, 2019)
Due to the most competitive advantage in allowing users fully unconstrained, noncontact bio-measurement
technology will play a vital role in future clinical practice. Guanghao SUN Laboratory focus on developing novel
medical devices based on noncontact bio-measurement technology, such as, infection screening system, homehealthcare monitoring system, and etc. To promote the widespread use of infection screening system, we havebeen working on systems with minimum hardware requirements to achieve a system that is more suitable for realworld settings. The most reliable solution is to enhance the functionality of the conventional infrared
thermography systems that are already installed at international airports. By incorporating the latest advances inimage processing techniques, these infrared thermography systems can acquire thermal and visible images
together by integrating visible and thermal cameras. In this study, we used high image and temperature resolution
infrared thermography that combines visible and thermal images to acquire multiple vital sign measurements fromfacial images using remote sensing. The benefit of this approach is that it only requires a CMOS camera that is
equipped with IRT rather than a large-scale system.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. Takemi Matsui, Satoshi Suzuki, Guanghao Sun, and Eddie Ng Yin Kwee. Sensors and Data Processing
2.

Techniques for Future Medicine. Journal of Sensors, Article ID 1210609, (IF 2.024) 2018
Sumiyakhand Dagdanpurev, Guanghao Sun, Toshikazu Shinba, Mai Kobayashi, Nobutoshi Kariya,
Lodoiravsal Choimaa, Suvdaa Batsuuri, Seokjin Kim, Satoshi Suzuki and Takemi Matsui. Development andclinical application of a novel autonomic transient response-based screening system for major depressive

4.

disorder using a fingertip photoplethysmographic sensor. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology,
6(64), (IF 5.122) 2018
Takemi Matsui, Toshikazu Shinba, and Guanghao Sun. The development of a novel high-precision major
depressive disorder screening system using transient autonomic responses induced by dual mental tasks.
Journal of Medical Engineering of Technology, 42(2), 121-127, (IF NA) 2018.
Guanghao Sun, Takemi Matsui, Yasuyuki Watai, Seokjin Kim, Tetsuo Kirimoto, Satoshi Suzuki and Yukiya

5.

Hakozaki. Vital-SCOPE: Design and Evaluation of a Smart Vital Signs Monitor for Simultaneous
Measurement of Pulse Rate, Respiratory Rate, and Body Temperature for Patient Monitoring. Journal of
Sensors, Article ID 4371872, (IF 2.024) 2018.
⽣体信号成分検出装置，検出⽅法および記録媒体．特願 2018-168053，20183.

- 35 -

2019 孫 光鎬 研究室

https://sun-melab.com/

研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
本研究グループはこれまで，うつ病で認められる⾃律神経失調症状に着⽬し，精神負荷（乱数発⽣課
題）前・中・後の⼼拍変動（HRV）指標がうつ病において変化することを報告してきた．2019 年度では，複数の異なる状態で計測された HRV 指標を，多変量判別分析法の⼀種であるロジスティック判別
分析を⽤いて⼀元的に評価して，診断精度の評価と重症度(オッズ)を求める⽅法の有効性を分析した．
ロジスティック判別分析の説明変数としては，HRV 指標の内，精神負荷の前・中・後の副交感神経指標（HF），交感神経指標（LF/HF），および⼼拍数（HR）を⽤いた．44 名の未投薬のうつ病患者（静岡済⽣会総合病院・精神科外来）と 47 名の健常者を対象に精神負荷前中後の HRV 指標を計測し，ロジスティック判別分析を⾏ったところ，30 年以上の臨床経験を持つ精神科医の診断結果をリファレンスとした時 Sensitivity が 80%であった．本⼿法は判別だけでなく，91 名を⼀つの指標(オッズ)により序列化することが可能で，オッズが⼤きい領域と⼩さい領域には誤判別は認められなかった．本提案法
は，⼼拍変動指標値による客観的なうつ病診断法として期待される．
Guanghao Sun Laboratory

https://cargocollective.com/guanghao_sun

Summary (April, 2018 - March, 2019)
Heart rate variability (HRV) has been intensively studied as a promising biological marker of major depressive disorder(MDD). Our previous study confirmed that autonomic activity and reactivity in depression revealed by HRV during rest andmental task (MT) conditions can be used as diagnostic measures and in clinical evaluation. In this study, logistic regression
analysis (LRA) was utilized for the classification and prediction of MDD based on HRV data obtained in an MT paradigm.
Power spectral analysis of HRV on R–R intervals before, during, and after an MT (random number generation) was performed
in 44 drug-naïve patients with MDD and 47 healthy control subjects at Department of Psychiatry in Shizuoka Saiseikai
General Hospital. Logit scores of LRA determined by HRV indices and heart rates discriminated patients with MDD fromhealthy subjects. The high frequency (HF) component of HRV and the ratio of the low frequency (LF) component to the HF
component (LF/HF) correspond to parasympathetic and sympathovagal balance, respectively. The LRA achieved a sensitivity
and specificity of 80.0 and 79.0%, respectively, at an optimum cutoff logit score (0.28). Misclassifications occurred only when
the logit score was close to the cutoff score. Logit scores also correlated significantly with subjective self-rating depression
scale scores (p < 0.05). HRV indices recorded during a MT may be an objective tool for screening patients with MDD in
psychiatric practice. The proposed method appears promising for not only objective and rapid MDD screening but also
evaluation of its severity.

主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1.

2.

3.

4.

5.
6.

7.

8.

Guanghao Sun, Tanaka Yosuke, Kiyono Ken, Hashimoto Kenichi, Takase Bonpei, Liu He, Kirimoto Tetsuo, Matsui
Takemi. Non-contact monitoring of heart rate variability using medical radar for the evaluation of dynamic changes inautonomic nervous activity during a head-up tilt test. Journal of Medical Engineering & Technology, 43(7), 411-417, (IFNA) 2019
Cuong V. Nguyen, Truong Le Quang, Trung Nguyen Vu, Hoi Le Thi, Kinh Nguyen Van, Thanh Han Trong, Tuan Do
Trong, Guanghao Sun, Koichiro Ishisbashi. A non-contact infection screening system using medical radar and Linuxembedded FPGA: implementation and preliminary validation. Informatics in Medicine Unlocked, 16, 100225, (IF NA)
2019
Pham Thanh Hiep, Nguyen Nhu Thang, Guanghao Sun, Nguyen Huy Hoang. Proposal of Hierarchical Topology andSpatial reuse superframe for Enhancing Throughput of Cluster-based WBAN. ETRI Journal, 41(5), 648-657, (IF 0.861)
2019
He Liu, Deyun Chen, Guanghao Sun. Detection of Fetal ECG R Wave from Single-Lead Abdominal ECG Using a
Combination of RR Time-Series Smoothing and Template-Matching Approach. IEEE Access, 7, 66633 - 66643, (IF4.098)2019
Yu Yao, Guanghao Sun, Tetsuo Kirimoto and Michael Schiek. Extracting Cardiac Information from Medical Radar
Using Locally Projective Adaptive Signal Separation. Frontiers in Physiology, (IF 3.201) 2019
Sumiyakhand Dagdanpurev, Shigeto Abe, Guanghao Sun, Hidekazu Nishimura, Lodoiravsal Choimaa, Yukiya
Hakozaki, Takemi Matsui. A novel machine-learning-based infection screening system via 2013-2017 seasonal influenza
patients' vital signs as training datasets. Journal of Infection, 78(5), 409-421, (IF 5.099) 2019.
Guanghao Sun, Masakazu Okada, Rin Nakamura, Taro Matsuo, Tetsuo Kirimoto, Yukiya Hakozaki, Takemi Matsui.
Twenty-Four-Hour Continuous and Remote Monitoring of Respiratory Rate Using a Medical Radar System for the
Early Detection of Pneumonia in Symptomatic Elderly Bedridden Hospitalized Patients. Clinical Case Reports, 7(1), 8386, (IF NA) 2019.
⾮接触バイタルサイン計測装置，⾮接触バイタルサイン計測⽅法およびプログラム．特願 2019-104201，
2019.

- 36 -

2018 東郷俊太 研究室 http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度には以下の研究成果を得た．1. ASD 患者の多指間協調運動を調べた結果，薬指に強い依存があること及びそれが症状の重さと相関することが明らかとなった．2. ヒトの到達運動の制御モデルから考案された繰り返し仮想軌道制御法が，未知の⼒場へ適応可能であること，剛性パラメータを調整することで，ヒトの適応と同じ時間スケールでの適応が可能であることが明らかとなった．3. 鯖江市の企業との共同研究の結果，チタン製で頑健な幼児⽤筋電義⼿を開発した．4. 筋電肩義⼿を制御するための多チャンネル筋電センサシステムを構築した．また，⾃動制御のための MR デバイスを⽤いた筋電肩義⼿制御システムの構築を開始した．5. 8 つのモータ出⼒が⼲渉し，直駆動の 8 倍の⼒を発揮可
能な 8 軸ワイヤ⼲渉ロボットアームを設計した．6. 複数の指先⼒が⼲渉する，シリコーンを⽤いたソ
フトフィンガーを開発し，ピンチ⼒の増加を実験で確認した．
Shunta TOGO Laboratory http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
In the 2018 year, we achieved the following research results. 1. We measured and analyzed the multi-digit
coordination of ASD patients. The results showed that ASD groups strongly depended on the ring finger and thedependence correlated with a degree of symptom. 2. We demonstrated that the repetitive virtual trajectory control
could adapt an unknown force field with a similar time scale as the human in the simulation experiments. 3. Our
team consisting of Togo laboratory and a company in Sabae city developed an EMG prosthetic hand for infants
with high rigidity made of titanium. 4. Multi-channel EMG sensor system for the myoelectric shoulder
disarticulation prosthesis control as developed. Moreover, we started to develop an auto-control system for the
myoelectric shoulder disarticulation prosthesis by using a Mixture Reality device. 5. We designed a robot arm
with a coupled eight tendons-driven mechanism that can output eight times of joint torque than that in the direct
motor drive structure. 6. We developed a soft finger with a coupled tendon-driven mechanism made of silicone,and empirically showed a double increase of the pinch force.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. ⾕ 直⾏，姜 銀来，東郷 俊太，横井 浩史，“握⼒把握・精密把握における安定把持のための筋電
義⼿⽤関節屈伸機構の開発”，⽇本ロボット学会誌，Vol.37，No.2，pp.168–178，2019．
2. Togo S, Itahashi T, Hashimoto R, Cai C, Kanai C, Kato N and Imamizu H, “Fourth finger dependence ofhigh-functioning autism spectrum disorder in multi-digit force coordination,” Scientific Reports, Vol.9,
No.1737, pp.1–11, 2019. doi:10.1038/s41598-018-38421-6 [IF: 4.011] *the top 100 neuroscience Scientific
Reports papers in 2019
3. Yabuki Y, Tanahashi K, Mouri Y, Murai Y, Togo S, Kato R, Jiang Y and Yokoi H, “Development of newcosmetic gloves for myoelectric prosthetic hand using super elastic rubber”, Robotics and Autonomous
Systems, Vol.111, pp.31–43, 2019. doi:10.1016/j.robot.2018.09.004 [IF: 2.638]
4. Hiyoshi Y, Murai Y, Yabuki Y, Takahana K, Morishita S, Jiang Y, Togo S and Yokoi H, “Development of aparent wireless assistive interface of myoelectric prosthetic hands for children,” Frontiers in Neurorobotics,
Vol.12, No.48, pp.1–12, 2018. doi:10.3389/fnbot.2018.00048 [IF: 2.606]
解説︓3 件 特許︓2 件
国際会議発表︓12 件
国内会議発表︓10 件- 37 -

2019 東郷 俊太 研究室 http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年度には以下の研究成果を得た．1. ⾻（末節⾻），⽖，⾁，⽪膚の構造を持つ⼈⼯指を開発した．⼈⼯指の末節⾻の⾮対称性が精密把持に与える影響を調べた結果，⾮対称群の⽅が対照群に⽐べて⾼い引き抜き⼒，⻑い把持時間を⽰した．2. 鯖江市の企業との共同研究の結果，ジェネレーティブ
デザインを適⽤することによって，チタン製でありながら軽量で頑健な成⼈⽤筋電義⼿を開発した．
3. MR デバイスによって周囲の環境および使⽤者の視線を計測し，⽬標への到達軌道の計画を⾃動化する肩義⼿制御システムを構築した．実験の結果，特に早い到達動作において従来法よりも有意に到達把持運動のパフォーマンスが向上したことを⽰した． 4. 前年度に設計した 8 軸⼲渉機構のロボット実機を開発した．結果，理論どおりに８つのアクチュエータ出⼒を⼲渉させた上で各関節を独⽴して駆動できることを⽰した． 5. ⾼応答性の振動⼦を⽤いた筋電肩義⼿のための感覚フィードバックシステ
ムを開発した．
Shunta TOGO Laboratory http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In the 2019 year, we achieved the following research results. 1. We developed artificial fingertip consisting ofanthropomorphic bone (distal phalanx), nail, subcutaneous tissue, and skin. As a result of the experiments
examining an effect of the asymmetric property of the distal phalanx of our developed artificial fingertip on theability of precision grasping, the asymmetric group showed a significantly higher maximum drawing force andlonger holding time than the symmetric group. 2. Our team consisting of Togo laboratory and a company in Sabae
city developed an EMG prosthetic hand for an adult with lightweight and high rigidity made of titanium by using
a generative design method. 3. We developed a control system of the myoelectric shoulder disarticulation
prosthesis that measures the environment around the user and line of sight of the user by an MR device andautomatically plans a trajectory of reaching movement toward a target. The performance of the reach to grasp
movements was improved by the proposed method than the conventional method, especially in rapid movements.
4. We developed an actual robot with a coupled eight tendons-driven mechanism. We empirically demonstrated
that each joint could independently move even with coupled eight tendons. 5. We developed a sensory feedback
system for the myoelectric shoulder disarticulation prosthesis by using a high responsive haptic reactor.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. 君塚 進，⽇吉 祐太郎，叶 鶴松，⽥中 洋平，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“体幹部の表⾯
筋電位を⽤いた直感操作型肩義⼿システムの開発”，バイオメカニズム学会誌，Vol.43，No.4，
pp.248–255，2019．
2.

3.

Togo S, Murai Y, Jiang Y and Yokoi H, “Development of an sEMG sensor composed of two-layered
conductive silicone with different carbon concentrations,” Scientific Reports, Vol. 9, No. 13996, pp. 1–10,
2019. doi:10.1038/s41598-019-50112-4 [IF: 4.011]
村井 雄太，⽮吹 佳⼦，⽯原 正博，⾼⽊ 岳彦，⾼⼭ 真⼀郎，東郷 俊太，加藤 ⿓，姜 銀来，

横井 浩史，“残存指を利⽤できる⼿部筋電義⼿システムの開発 ― 設計⼿法の提案と試作 ―”，バイオメカニズム学会誌，Vol.43，No.2，pp.124–133，2019．
4. 東郷 俊太，横井 浩史，姜 銀来，⽮吹 佳⼦，村井 雄太，⼭野井 佑介，“筋電義⼿の社会実装研究”，⽇本ロボット学会誌，Vol. 38, No.2，pp.127–130，2020 他 1 件
特許︓3 件 国際会議発表︓8 件 国内会議発表︓8 件- 38 -

理論神経科学研究グループ （樫森，⽥中，⼭﨑，佐藤）
脳神経系に関する細胞レベルまたはネットワークレベルでの数理モデルを構築し，次世代 ⼈⼯知能の開発とニューロリハビリテーションへの⼯学的応⽤を⽬指して，脳の構造・機能・可塑性を理 解するための教育研究を推進する．

樫森与志樹 教授 （東 6-726）
専⾨分野︓神経科学，⽣物物理
研究テーマ︓感覚系（視覚，聴覚，味覚など）の情報処理機構，⽣物システムの動的秩序創発のメカニズム
メッセージ︓脳や⽣物集団がもつ動的秩序構
造に興味を持ち，相転移，臨界現象，同期，カオスなどの⾮線形物理の概念に基づき数理モデルにより研究を⾏っています．

⽥中 繁 特任教授 （本館 513）
専⾨分野︓神経科学・理論神経科学・理論物理学
研究テーマ︓視覚野の⽣後発達，視覚・聴覚・時間感覚に関する脳情報表現と処理，作動記憶，意識・
注意メッセージ︓
脳の構造形成，可塑性，機能の解明を⽬指した理論
研究を⾏っています．

⼭﨑 匡 准教授 （⻄ 4-610）
専⾨分野: 神経科学・数値シミュレーション・⼈⼯知能
研究テーマ: 脳神経系の数理モデル化と数値シミュレーション・脳型⼈⼯知能の開発メッセージ: 脳が何をどのように計算しているのかを解明するために，脳神経回路を精緻にコンピュータ上に再現し，数値シミュレーションによってその挙動を検証する研究を⾏っています．また脳と同じ原理で動作する⼈⼯知能の開発や，それを⽤いたロボット制御の研究も⾏っています．

- 39 -

佐藤俊治 准教授 （⻄１0-４２１）
専⾨分野︓視覚情報処理，計算論的神経科学，視覚⼼理，視覚シミュレーション
研究テーマ︓⼯学的観点による視覚情報処理の解明と性質の調査
メッセージ︓普段何気なく⾏っている「⾒る」機能を解明し，応⽤することを⽬指しています．⼿段は理論・実験・シミュ#2#1
レーション，対象としては錯視・⾊や運#19
動知覚・⽴体視・外界像認識など多岐にわたります．

- 40 -

2018 樫森 与志喜 研究室 http://www.klb.es.uec.ac.jp
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度は, ⼤規模な神経系の計算システムを開発するため，ゲーミンググラフィックカードとアクセレレーターボードからなる GPU 計算システムを作成し，その性能や特性評価を⾏った．この研究では，GPU 計算は CPU 計算に⽐べて⼗分速く，単精度計算は倍精度計算と⽐較して⼗分な精度の計算が可能であることを⽰した．ただし，カオスを⽣じる神経系は異なる結果を与える．もう⼀つの研究として，視覚系での遅延カテゴリー化タスクにおけるワーキングメモリ形成のメカニズムを研究した．
我々は，V4, 下側頭葉，前頭前野のニューラルネットワークからなる神経システムのモデルを作成
し，前頭前野でのカテゴリー情報が，この部位の閾値の異なるニューロンによって作られる弱く相互
作⽤した２つの動的アトラクタによって表現されることを⽰した．さらに，前頭前野から下側頭葉へのトップダウンによってカテゴリー境界付近の視覚図形に対する識別精度が向上することを⾒出した．
Yoshiki Kashimori Laboratory

http://www. klb.es.uec.ac.jp

Summary (April, 2018 - March, 2019)
In 2018 year, we developed computer programs of neuronal simulations for the computing systems that consistedof a gaming graphics card with new architecture (the NVIDIA GTX 1080) and an accelerator board using a GPU(theNVIDIATeslaK20C). Our results showed that the computing systems were able to perform simulation of alarge number of neurons faster than CPU-based systems. We also showed that the simulation results of single
precision were accurate enough compared with those of double precision, but chaotic neuronal response
calculated by a GPU using single precision was prominently different from that calculated by a CPU using
double precision. In addition, we investigated the neural mechanism underlying working memory in a delayed
match-to-category task. We developed a network model of visual system that consisted of networks of V4, IT,
and PFC. We showed that category information in PFC is represented by two dynamical attractors weakly linked,
resulting from the difference in firing thresholds of PFC neurons. Furthermore, we showed that top-down signal
from PFC to IT improves the ability of PFC neurons to categorize the mixed images that are closer to a categoryboundary.

主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. K. Fujita, S. Okuno, Y. Kashimori, Evaluation of the computational efficacy in GPU-accelerated simulations
2.

of spiking neurons. Computing, 2018 100, 907-926. Impact Factor (IF 2.063) 2018 年 7 ⽉
Y. Abe, K. Fujita, Y. Kashimori, Visual and category representations shaped by the interaction between
inferior and prefrontal cortices, Cognitive Computation, 2018 10(5), 687-702. Impact Factor (IF 4.287) 2018年9⽉

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2019 樫森 与志喜 研究室 http://www.klb.es.uec.ac.jp
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年度は，弱電気⿂の定位⾏動における物体形状認識の神経機構を探るため，様々な形状を持つ物
体の回転によって⽣じる⿂の体表⾯上の電場歪みを計算するモデルを提案した．この歪みは，形状によらず Gauss 型の分布を⽰したが，最⼤振幅，半値幅，ピーク位置は物体の回転に伴う形状依存性を⽰した．もう⼀つの研究は，ラットの匂い識別タスクにおける期待や予測の⽣成メカニズムの研究である．この⽣成には，眼窩前頭⽪質(OFC)，扁桃核(ABL)が関与していることが実験で⽰されている．
本研究では，ABL, OFC のモデルを作成し，報酬⾏動の期待形成にかかわる OFC と ABL のそれぞれの機能的役割を⽣み出すメカニズムを提案した．また，OFC のキュー選択性ニューロンの⾏動制御における２つの機能を提案した．さらに，我々のモデルは，ABL, OFC の損傷にともなう実験結果をうまく説明した．
Yoshiki Kashimori Laboratory http://www.klb.es.uec.ac.jp
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In 2019 year, to elucidate what features of an electric image represent the object’s shape, we developed acomputational model that can predict electric images produced by the rotation of differently shaped objects. We
showed that differently shaped objects of a fixed arrangement generated similar Gaussian electric images,
irrespective of their shapes. We also found that the features of an electric image such as the peak amplitude, halfmaximum width, and peak position exhibited the angle-dependent variations characteristic to object rotation,
depending on object shapes and lateral distances. In addition, we investigated the neural mechanism underlying
the outcome expectation in an odor discrimination task. To elucidate how basolateral amygdala (ABL) andorbitofrontal cortex (OFC) play their functional roles in a reward learning of the task, we presented the neuralmechanisms underlying the rapid formation of cue–outcome association in ABL and late behavioral adaptation
mediated by OFC. Moreover, we offered 2 functions of cue-selective neurons in OFC: one is that the activation ofcue-selective neurons transmits value information to decision area to guide behavior and another is that persistentactivity of cue-selective neurons evokes a weak activity of taste-sensitive OFC neurons, leading to cue-outcome
expectation. Our model further accounted for ABL and OFC responses caused by lesions of these areas.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. K. Fujita, Y. Kashimori, Representation of object's shape by multiple images in electrolocation. Biological
Cybernetics, 2019, 113(3), 239-255. Impact Factor (IF 1.305) 2019 年 5 ⽉
2. K. Takei, K. Fujita, Y. Kashimori, A neural mechanism of cue-outcome expectancy generated by theinteraction between orbitofrontal cortex and amygdala. Chemical Senses. 2020, 45(1), 15-26. Impact Factor(IF 2.336) 2020 年 1 ⽉- 42 -

2018 ⽥中 繁 研究室 http://tanaka-lab.net/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
2018 年度は，Hodgkin-Huxley ニューロンモデルを⽤いて⼤脳⽪質ネットワークを構築し，睡眠時に現れる⾃発的神経活動の理論的研究を実施した．モデルでは，興奮性と抑制性のニューロンおよび，電位依存性の K+チャンネル，開⼝放出に伴う⼩胞の枯渇効果も取り⼊れることにより，双安定な静⽌膜電位の周期的遷移を実現し，これによってニューロンが⽰す発⽕頻度の低周波振動現象を再現した．
また，発達脳におけるシナプスの構造的可塑性は NMDA チャネルの開⼝だけではなく，ニューロンの活動電位の逆伝播も同時に⽣起することと，逆伝播と同期せずに NMDA チャネルが開⼝したときにはシナプスの刈込が⽣じると仮定してモデルを再構築した．その結果，シナプス数に適度なバランスが保たれ，サイズの揃った等⽅位ドメインが形成されるようになり，ネコやマカクの視覚野で観察される⽅位マップがよく再現された．

Shigeru Tanaka Laboratory 研究室 URL http://tanaka-lab.net/en/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
In 2018 fiscal year, we theoretically studied spontaneous activities of neurons in the cerebral cortex, building aneural network composed of the Hodgkin-Huxley neuron model. We realized the periodic transition between UP
and DOWN bi-stable resting potentials of model pyramidal cells, implementing excitatory and inhibitory
connections, voltage-dependent K+ channels, and exhaustion of transmitter vesicles after high frequency
exocytosis. The simulation reproduced the low-frequency oscillatory firing of neurons, as observed in the sleep
state. In addition, refining our self-organization model based on the assumption that the coincidence of NMDAR
activation with back-propagating action potential (bAP) induces synapse stabilization, whereas NMDAR
activation in the absence of bAP leads to synaptic pruning during postnatal development, we successfully
reproduced orientation maps with iso-orientation domains with similar sizes, as observed in the primary visualcortex of cats and macaques.

- 43 -

2019 ⽥中 繁 研究室 http://tanaka-lab.net/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
2019 年度は，スパイキングニューロンモデルを⽤いて視覚野神経回路を再構成した．このモデルに基
づくシミュレーションは，視野上の距離，最適⽅位の差，刺激⽅法に依存した発⽕のみならず，両脳半球間にまたがるニューロンペアにおける同期現象をも⽰すことができ，Engel ら（1990）による電気⽣理実験の結果を再現した．さらに，2018 年度に活動依存性の⾃⼰組織化数理モデルのシミュレーシ
ョンを実⾏したところ，視覚野の⽅位選択性に関する臨界期プロファイルを⽰すことに成功し，我々が 2009 年に報告したネコ⼀次視覚野における臨界期プロファイルを定性的かつ定量的に再現することができた．本研究成果は，現在学術雑誌において審査中である．
Shigeru Tanaka Laboratory http://tanaka-lab.net/en/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In 2019 fiscal year, we reconstructed the visual cortical neuronal network using the Izhikevich neuronmodel. Simulations based this model showed synchronized firing at neuron pairs between the left and right visual
cortices as well as synchronization within a hemisphere, which depends on the distance in the visual field,
difference in preferred orientations, and the way of visual stimulation. All these simulation results showed
excellent agreement with findings from electrophysiological recording by Engel et al. (1990). Furthermore,
Simulation of the self-organization model refined last fiscal year successfully showed the sensitive period profilefor orientation plasticity. It was demonstrated that this profile fits not only qualitatively but also quantitatively
with the sensitivity profile that we obtained from optical imaging in cat primary visual cortex. The paper on thisstudy is now under reviewing in an academic journal.

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2018 ⼭﨑 匡 研究室 https://NumericalBrain.Org/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
理論神経科学の研究として，⼩脳回路で強化学習を⾏う枠組みを提唱した．また，多数の学習器からなる並列学習の利⽤法として，多関節アームの学習制御⼿法を開発した．⼀⽅，⾼性能神経計算の研
究として，「京」コンピュータ全ノードを⽤いたヒトスケール⼩脳シミュレーションを達成した．また，JAMSTEC のスパコン「暁光」を⽤いてサルスケール⼩脳のリアルタイムシミュレーションを実施した．さらに，⼤脳基底核のスパイキングネットワークモデルを構築した．
YAMAZAKI Tadashi Laboratory https://NumericalBrain.Org/en/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
In theoretical neuroscience research, we proposed a framework of reinforcement learning by the cerebellar circuit.
We also proposed a parallel learning principle for adaptive control of multi-joint robot arms. In high-performance
neurocomputing research, we achieved a human-scale cerebellar model simulation composed of 68 billion spiking
neurons. We also carried out realtime simulation of a monkey-scale cerebellar model with 8 billion spiking
neurons on JAMSTEC Gyoukou. Furthermore, we built a spiking network model of the basal ganglia.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)(招待講演・シンポジウム主催)
1. ⼭﨑 匡. 神経回路シミュレーション. 「⾃律機械と市⺠をつなぐ責任概念の策定」 公開シンポジ
ウム. 2018 年 6 ⽉ 16 ⽇, 東洋⼤, 東京.
2. ⼭﨑 匡, 五⼗嵐 潤. シンポジウム「スパコンは神経科学をいかにして加速するか: エクサフロッ
プス時代に向けて」第 41 回⽇本神経科学学会全国⼤会, 2018 年 7 ⽉ 26-29 ⽇, 神⼾.
3. Tadashi Yamazaki. Computer simulation of a monkey-scale cerebellum with 8 billion spiking neurons in
realtime and its applications. 75th Fujihara Seminar “Cerebellum as a CNS Hub”, 2018 年 12 ⽉ 1-4 ⽇, 東京医科⻭科⼤学, 東京.
4. Tadashi Yamazaki. Large-scale simulation of the little brain. RIKEN Workshop on Neuromorphic Computing.
2019 年 3 ⽉ 11-13 ⽇, 理研, 神⼾(メディア掲載)
5.

理研計算科学研究センター 「計算科学の世界 No.17」 研究室にようこそ︕. 2018 年 10 ⽉ 19 ⽇

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2019 ⼭﨑 匡 研究室 https://NumericalBrain.Org/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
理論神経科学の研究として，⼩脳強化学習のスパイキングネットワークによる実装に取り組んだ．また，完全にスパイクベースの強化学習アルゴリズムの実装法について検討した．⾼性能神経計算の研究として，空間形状を持つニューロンモデルの⾼性能シミュレーション技術を検討し，特に陽解法による救解法を実装して性能を評価した．また，Human Brain Projet との共同研究で，⼩脳 Scaffold モデ
ルの GPU によるリアルタイムシミュレーションを実現した．
YAMAZAKI Tadashi Laboratory https://NumericalBrain.Org/en
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In theoretical neuroscience research, we worked on implementation of our cerebellar reinforcement learningalgorithm by a spiking network model. We also examined implementations of purely spike-based reinforcement
learning algorithms. In high-performance neurocomputing research, we studied numerical methods for solving
partial differential equations that describe the dynamics of neurons with spatial structure. We also worked with
Human Brain Project on realtime simulation of a cerebellar scaffold model using GPUs.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)(書籍・論⽂)1. ⼭浦洋, ⼭﨑匡, ⼩脳, AI 辞典 第 3 版, 近代科学社, 2019 年 12 ⽉ 21 ⽇.
2.

3.

Jun Igarashi, Hiroshi Yamaura, Tadashi Yamazaki. Large-scale simulation of a layered cortical sheet of
spiking network model using a tile partitioning method. Frontiers in Neuroinformatics, 13, 72, 2019. (IF =2.68)
Daisuke Ichimura, Tadashi Yamazaki. A Pathological Condition Affects Motor Modules in a Bipedal

4.

Locomotion Model. Frontiers in Neurorobotics 13, 79, 2019. (IF = 3.00)
Tadashi Yamazaki, William Lennon. Revisiting a theory of cerebellar cortex. Neuroscience Research,

148(2019):1-8, 2019. (IF = 2.071)(チュートリアル開催)
5. Tadashi Yamazaki, Jun Igarashi. Introduction to High-Performance Neurocomputing. Tutorial T-1.
Computational Neuroscience (CNS*2019), July 13-17, 2019, Barcelona, Spain.

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2018 佐藤 俊治 研究室 https://human-informatics.jp/
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
新たに発⾒した錯視︔回転中⼼軸動揺錯視（Illusory Oscillation of the Central Rotation Axis: 錯視コンテスト受賞作品）を観察したときの視覚特性を⼼理物理実験により詳細に測定した．この実験結果を説明する視覚計算理論について考察した．左右±90 度から視覚刺激を提⽰できるシステムや，VR 機器を通じたより現実に近い視覚刺激提⽰装置を作成して様々な実験を⾏った．コントラストゲインコン
トロールを計算原理とした新たな視覚数理モデルを構築し，この数理モデルによって多くの錯視現象の説明が可能となった．
Shunji Satoh Laboratory https://human-informatics.jp/
Summary (April, 2018 - March, 2019)
We discovered a novel visual illusion: “Illusory Oscillation of the Central Rotation Axis, awarded by illusion
contest of Japan” and examined the visual properties through psychophysical experiments. Then we provided a
computational theory explaining for the illusory perception. Our team have started developing new devices from2018FY and software platforms in VR environment that enable to display various 2D/3D movies spanning 180
degrees of visual angles. Based on our contrast-gain theory of visual processing, we proposed a computational
neural network model which qualitatively accounts for many sort of visual illusions.

主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1.
出⽔花織, 佐藤俊治, “⻑さ・位置・⾓度知覚の偏⼼度依存性,” ⽇本視覚学会冬季⼤会, 2019 年 12.

⽉
鈴⽊悠介,佐藤俊治,中嶋 豊, “錯視的知覚⾊の臨界融合周波数,” ⽇本視覚学会冬季⼤会, 2019 年 1

3.

⽉
⼸倉和恵, 佐藤俊治, 中嶋 豊, “両眼視差と運動視差が拡張現実における⽴体映像の位置知覚に与4.
5.

える効果,” ⽇本視覚学会冬季⼤会, 2019 年 1 ⽉
佐藤好幸，渡辺貴⾏，佐藤俊治, “聴覚刺激による視覚刺激検出促進効果の⽔平視野全体における性質” 第 10 回多感覚研究会 2018 年 10 ⽉
中嶋豊，菊池雅⼤，佐藤俊治, “拡張現実映像に対する奥⾏き知覚特性,”⽇本⼼理学会第 82 回⼤会
2018 年 9 ⽉- 47 -

2019 佐藤 俊治 研究室 https://human-informatics.jp/
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
視覚研究のための新たな刺激装置デバイスの作成に取り掛かった．具体的には輝度の時間変化が完全な正弦波になる装置を作成した．この装置は 2 枚のディスプレイ，ハーフミラー，回転する偏光板から構成されている．現在，様々な視覚時間特性の詳細な測定を⾏っている．昨年度開発した VR 機器による視覚⼼理物理実験ソフトウェアを⽤いて，⾃⼰運動中の視知覚特性や観察⾓度に依存した⻑さ知覚特性を計測した．これらの実験を通じて，新たな視覚計算理論を構築した．そのほかにもいわゆる様々な⾊覚タイプ（⾊弱含む）を統⼀的に説明する計算理論などを構築した．

Shunji Satoh Laboratory https://human-informatics.jp/
Summary (April, 2019 - March, 2020)
In order to provide temporally flickering patterns in a “mathematically pure” sinusoidal change of illuminancelevel, we developed a new device that composes of two LCDs, a half mirror and rotating polarizer. Using the newdevice, we have examined temporal properties of visual system. We investigated vision properties of moving
objects during self-motion of human subjects, and length perception depending on the observation-angles between
the subjects and target objects. Software platform for VR devices developed from 2018FY were applied to various
experiments. Some computational theories were proposed to explain for the above experiments, and various typeof color perception including color blindness.

主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1.
Yutaka Nakajima, Shohei Kakuda, Shunji Satoh, “Illusory Oscillation of the Central Rotation Axis,” i2.

Perception, 10/ 4, 1-17, (IF 1.367) 2019 July
Zaem Zainal and Shunji Satoh, Best paper award of Japan Neural Networks Society, “A border-ownership3.

model based on computational electromagnetism, 2019 September
柳⽥悠介，佐藤俊治，策⼒⽊格，吉永努, “視覚数理モデルシミュレーションの⾼速化と錯視画像

4.

の探索,” 電⼦情報通信学ニューロコンピューティング研究会, 2020 年 3 ⽉
上村浩平，佐藤俊治, “不同視状態における奥⾏き運動知覚特性の測定,” ⽇本視覚学会冬季⼤会

5.

2020 年 1 ⽉
成⽥侑毅，佐藤俊治, “⾃⼰運動中の移動物体知覚特性の計測と計算論的考察,” 電⼦情報通信学会
ヒューマン情報処理研究会 2019 年 10 ⽉

- 48 -

2018 ⼭⽥幸⽣ 研究室

http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/old_html/index.html

研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
近⾚外光を⽤いた⽣体計測を主な研究テーマとしている．具体的には，（１）誤嚥の危険性を蛍光により診断する技術の研究開発，（２）近⾚外光の⽪膚内伝播に関する研究，（３）近⾚外分光法による⾮侵襲⾎糖値測定技術の研究開発，および，（４）マイクロ流路などを対象として，⽔溶液の温度と濃度分布を⾮接触で計測する技術の研究開発を⾏っている．
（１）は気道と⾷道の分岐部にある陥凹部である梨状窩に摂取した⾷物が滞留するか否かを判定する技術の開発であり，蛍光物質を混⼊した⾷物と
近⾚外蛍光プローブを⽤いて計測する．
（２）は⽪膚に⾮接触で照射した近⾚外光の反射光スペクトルを⽪膚内の光伝播シミュレーションにより解明する研究であり，（３）⾮侵襲⾎糖値測定技術の研究開発にも関連する．
（４）は⽔の近⾚外光に対する吸収スペクトルが⽔の温度や濃度により変化する性質を利⽤して逆に温度や濃度を⾮侵襲で計測する技術の開発である．
Yukio YAMADA Laboratory URL: http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/old_html/index.html
Summary (April, 2018 - March, 2019)
The major research topics of Yamada Lab. are in the field of medical and biological measurements using nearinfrared light, such as (1) detection of aspiration by the use of fluorescence in the near-infrared wavelength range,(2) near-infrared light propagation in the human skin, (3) noninvasive and continuous measurement of blood
glucose contents (BGC) using near-infrared spectroscopy (NIRS), and (4) noncontact measurement of temperatureand concentration distributions of aqueous solutions in microchannels. The first topic (1) is to develop a new
method for aspiration detection by use of fluorescence to examine whether food is trapped at the branch between
the trachea and esophagus, the pyriform sinus. Using food mixed with a fluorophore and a high-performance
fluorescence measurement instrument are used to detect the food residue at the pyriform sinus. The second topic(2) makes simulation of near-infrared light propagation in the skin consisting of three layers with different opticalproperties and investigates the effects of various parameters on the reflection spectra. The third topic (3) is closely
related to the second topic and exploits a new method to measure the BGC. The fourth topic (4) is the applicationof NIRS technology to industrial instruments.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)1.
（査読有り論⽂）N. Kakuta, K. Nishijima, V. C. Han, Y. Arakawa, K. Kondo, and Y. Yamada, “A nearinfrared temperature measurement technique for water surrounding an induction-heated small magnetic
sphere,” Journal of Visualized Experiments (JoVE), Vol. 134, Paper No. e57407, pp. 1 – 10 (2018). (Video3.

article) URL: https://www.jove.com/video/57407. (IF = 1.108) 2018 年 7 ⽉（査読有り論⽂）H. Yamashita, N. Kakuta, D. Kawashima and Y. Yamada, “Measurement of temperaturedependent diffusion coefficients of aqueous solutions by near-infrared simultaneous imaging of temperatureand concentration,” Biomedical Physics and Engineering Express, Vol. 4, Paper No. 035030, pp. 1 - 12(2018); (IF = 1.100) 2018 年 10 ⽉
（⼝頭発表）鈴⽊崇弘，⼭⽥幸⽣，丹⽻治樹，牧昌次郎，北⽥昇雄，⿑藤亮平，⼩池卓⼆，⻄村

4.

吾朗，道脇幸博，「誤嚥防⽌を⽬的とした近⾚外蛍光による咽頭残留検出法の開発︓検出可能深さ向上のための条件検討」，⽇本光学会 年次学術講演会 OPJ2018，2018 年 10 ⽉ 30 ⽇〜11 ⽉ 2⽇，東京都⽂京区．2018 年 10 ⽉
（⼝頭発表）⼩堀優太，桑原照，岡⽥和朗，湯浅友典，⼤⾕和也，岩下明暁，⼭⽥幸⽣，相津佳

2.

永，「近⾚外領域における⽪膚の反射吸光度の測定とシミュレーション」，近⾚外研究会 第 34 回
近⾚外光フォーラム，2018 年 11 ⽉ 11 ⽉ 20 ⽇〜22 ⽇，札幌市．
（Best Poster Award 受賞）2018 年
11 ⽉- 49 -

2019 ⼭⽥幸⽣ 研究室 http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/old_html/index.html
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
近⾚外光を⽤いた⽣体計測を主な研究テーマとしている．具体的には，（１）誤嚥の危険性を蛍光により診断する技術の研究開発，（２）近⾚外光の⽪膚内伝播に関する研究，（３）近⾚外分光法による⾮侵襲⾎糖値測定技術の研究開発，および，（４）マイクロ流路などを対象として，⽔溶液の温度と濃度分布を⾮接触で計測する技術の研究開発を⾏っている．
（１）は気道と⾷道の分岐部にある陥凹部である梨状窩に摂取した⾷物が滞留するか否かを判定する技術の開発であり，蛍光物質を混⼊した⾷物と
近⾚外蛍光プローブを⽤いて計測する．
（２）は⽪膚に⾮接触で照射した近⾚外光の反射光スペクトルを⽪膚内の光伝播シミュレーションにより解明する研究であり，（３）⾮侵襲⾎糖値測定技術の研究開発にも関連する．
Yukio YAMADA Laboratory URL: http://www.nvu.mi.uec.ac.jp/old_html/index.html
Summary (April, 2019 - March, 2020)
The major research topics of Yamada Lab. are in the field of medical and biological measurements using nearinfrared light, such as (1) detection of aspiration by the use of fluorescence in the near-infrared wavelength range,(2) near-infrared light propagation in the human skin, (3) noninvasive and continuous measurement of blood
glucose contents (BGC) using near-infrared spectroscopy (NIRS). The first topic (1) is to develop a new method
for aspiration detection by use of fluorescence to examine whether food is trapped at the branch between the
trachea and esophagus, the pyriform sinus. Using food mixed with a fluorophore and a high-performance
fluorescence measurement instrument are used to detect the food residue at the pyriform sinus. The second topic(2) makes simulation of near-infrared light propagation in the skin consisting of three layers with different opticalproperties and investigates the effects of various parameters on the reflection spectra. The third topic (3) is closely
related to the second topic and exploits a new method to measure the BGC.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
1. (Invited review paper) Y. Yamada, H. Suzuki and Y. Yamashita, “Time-Domain Near-Infrared Spectroscopy
and Imaging: A Review,” Applied Sciences, Vol. 9, Paper No. 1127, pp. 1 – 53 (2019) (IF = 2.408). 2019 年 4⽉
2. （査読有り論⽂）K. Sakatani, L. Hu, K. Oyama and Y. Yamada, “Effects of Aging, Cognitive Dysfunction,
Brain Atrophy on Hemoglobin Concentrations and Optical Pathlength at Rest in the Prefrontal Cortex: A
Time-Resolved Spectroscopy Study,” Applied Sciences, Vol. 9, Paper No. 2209, pp. 1 – 11 (2019). (IF =
3.
4.

5.

6.

2.408). 2019 年 5 ⽉（特許出願）「検出装置，検出⽅法，及び検出器」，⼭⽥幸⽣，⻄村吾朗，丹⽻治樹，牧昌次郎，道脇幸博，⼩池卓⼆，鈴⽊祟弘，⽥代剛⼤，特願 2019-132298（2019 年 7 ⽉ 17 ⽇出願）
．2019 年 7 ⽉（招待講演）丸尾勝彦，⼭⽥幸⽣，「近⾚外分光による⾮侵襲⾎糖測定-分光学的視点から⾒た⾮侵襲⾎糖測定技術-」，2019 年度⽇本分光学会年次講演会，2019 年 5 ⽉ 14-16 ⽇，京都府宇治市．
2019 年 5 ⽉（⼝頭発表）⽥代剛⼤，鈴⽊嵩弘，⼭⽥幸⽣，丹⽻治樹，牧昌次郎，北⽥昇雄，⿑藤亮平，⼩池卓⼆，道脇幸博，⻄村吾朗，「誤嚥検査のための近⾚外蛍光を⽤いた咽頭残留検出システムの開発」，
⽇本光学会 OPJ2019，2019 年 12 ⽉ 2 ⽇〜5 ⽇，⼤阪市．2019 年 12 ⽉
（⼝頭発表）岡⽥和朗，⽵⽥駿介，⼩⼭祥⽣，湯浅友典，⼤⾕和也，岩下明暁，⼭⽥幸⽣，相津佳
永，「⽪膚の近⾚外域反射吸光度シミュレーションにおける照明・検出条件および吸収・散乱条件の検討」，⽇本光学会 OPJ2019，2019 年 12 ⽉ 2 ⽇〜5 ⽇，⼤阪市．2019 年 12 ⽉

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2018 丹⽻ 治樹 研究室
研究のまとめ（2018 年 4 ⽉〜2019 年 3 ⽉）
近⾚外領域蛍光を利⽤した⾮侵襲性・誤嚥リスク検出システムの開発:
⾼齢者のおもな死因の⼀つは肺炎であり，その９割以上は誤嚥に起因する．すなわち摂取した⾷物が⾷道と気道の分岐部（喉頭腔の梨状窩）に残留し，本⼈の⾃覚無しに気管に流⼊することが誤嚥の原因とされている．したがって梨状窩での⾷物残留を検出することができれば，誤嚥の危険性を早期に検知することが可能となり，誤嚥防⽌に役⽴つ．そこで我々は⽣体透過性の⾼い近⾚外領域の蛍光を利⽤して梨状窩での⾷物残留を体外から検出する，⾮侵襲かつ簡便な誤嚥リスク検出システムの開発を進めている．今年度は梨状窩に貯留した⾷物を近⾚外蛍光で検出する模擬実験を⾏なった．その結果，厚さ 2 cm 程度のモデル組織を通して蛍光⾊素を含む試料からの近⾚外蛍光を検出できることが判明した．
Haruki NIWA Laboratory
Summary (April, 2018 - March, 2019)
Development of a non-invasive pulmonary aspiration risk detection system that utilizes near infrared (NIR)
biological optical window light:
One of the main causes of death among elderly people is pneumonia. More than 90% of pneumonia in elderly
people is caused by pulmonary aspiration (mis-swallowing). As a cause of pulmonary aspiration, it is reported thatingested food unconsciously remains in the junction of the esophagus and the trachea (piriform sinus located in
the laryngeal cavity) and flows into the trachea. If the remnant food residue in the piriform sinus can be detected
at an early stage, the risk of pulmonary aspiration can be detected, leading to the prevention of pulmonary
aspiration. We currently engage to develop a noninvasive and simple system for detecting food remains in thepiriform sinus using fluorescence in the NIR biological optical window light with high tissue permeability. In
2018, we performed model experiments for the detection of remnant food residue in the piriform sinus by utilizing
high tissue-permeable NIR region fluorescence. As a result, we found that NIR fluorescence from samples
containing a fluorescent dye could be detected through a biological tissue model of more than 2 cm thickness.

- 51 -

2019 丹⽻ 治樹 研究室
研究のまとめ（2019 年 4 ⽉〜2020 年 3 ⽉）
近⾚外線領域蛍光を利⽤した⾮侵襲性の誤嚥リスク検出システム開発研究の⼀環として，健常者ボラ
ンティアの梨状窩に残留した蛍光⾊素（ICG）含有ミルクからの蛍光検出実験を⾏った．健常者ボラン
ティアの喉表⾯に近⾚外光源と蛍光検出器を設置した状態で蛍光⾊素インドシアニングリーンン（ICG）含有ミルクを嚥下し，喉頭腔の梨状窩に貯留した ICG 含有ミルクからの蛍光検出を試みた．
その結果，我々が開発した NIR 蛍光検出システムは⼗分な強度で ICG 含有ミルクからの蛍光を⼈の喉表⾯で検出できることが確認できたので，誤嚥リスク評価システムとして特許出願した．
Haruki NIWA Laboratory
Summary (April, 2019 - March, 2020)
As part of the development of non-invasive aspiration risk detection system using near-infrared (NIR)
fluorescence, we attempted to detect the NIR fluorescence from fluorescent dye (ICG) containing milk remainedin the pyriform sinus of healthy volunteers. A near infrared light source and a fluorescence detector were placedon the throat surface of a healthy volunteer. Then the volunteer swallowed ICG-milk with measuring
fluorescence. As a result, our designed NIR fluorescence detecting system was found to be able to detect thefluorescence from the ICG-milk remained in piriform sinus of laryngeal cavity with sufficient intensity at thethroat surface. This fluorescence detection system was filed for a patent application.
主な研究業績（論⽂，特許など）Research achievements (published papers, patents, etc.)
特願 2019-132298︓検出装置，検出⽅法，及び検出器，発明者︓⼭⽥ 幸⽣，⻄村 吾朗，丹⽻ 治樹，牧 昌次郎，道脇 幸博，⼩池 卓⼆，鈴⽊ 祟弘，
⽥代 剛⼤
出願⼈︓電気通信⼤学，北海道⼤学，昭和⼤学
出願⽇︓2019/7/17- 52 -

⾼校⽣対象 BLSC スプリングスクール
募集ポスター- 53 -

2019 年 3 ⽉ 27 ⽇（⽔）〜28 ⽇（⽊）の 2 ⽇間，⾼校⽣を対象に，脳科学ライフサポート研究セン
ター スプリングスクール体験型授業（実験）を実施した．
１⽇コース体験授業を 2 テーマ⽤意した．各テーマとも同じ内容で 2 回，開講した．1 回の授業時間は4.5 時間とした．都内 8 校，都外 5 校から 22 名（述べ 28 名）が参加した． 参加者の所属⾼校と参加者数は以下の通り．渋⾕教育学園渋⾕⾼等学校（3 名），東京⼯業⼤学附属科学技術⾼等学校（3 名），
豊島岡⼥⼦学園⾼等学校（3 名），早稲⽥⾼等学校（2 名），筑波⼤学附属駒場⾼等学校（2 名），芝⾼等学校（１名），晃華学園⾼等学校（１名），東京⼤学教育学部附属中等教育学校（１名），桐光学園⾼等学校（神奈川県，2 名），⽇本⼤学習志野⾼等学校（千葉県，1 名），開智⾼等学校（埼⽟県，1 名），名
古屋⾼等学校（愛知県，1 名），きのくに⻘雲⾼校（和歌⼭県，1 名）．
概略を下記に⽰す．なお詳細は本研究センターのホームページに掲載されている（http://blsc.xsrv.jp/blsc-uec/wp-content/uploads/2019/04/SpringSchool_H30.pdf）．
テーマ 1︓脳が⾏っているような画像処理 AI を作ってみよう
・担当︓情報理⼯学研究科情報⼯学専攻 庄野逸教授
・実験内容︓脳が⾏なっているような⽂字を認識する AI をコンピュータ上で構築し，それを使って実際に⼿書き⽂字を読み取らせる実験を⾏った．
・実施場所︓⻄９号館 201 計算機実験室（CED）
・参加⼈数︓3 ⽉ 27 ⽇（⽔）9 名︔3 ⽉ 28 ⽇（⽊）8 名
テーマ 2︓モーションキャプチャーで⼈の動きを⾒てみよう
・担当︓情報理⼯学研究科機械知能システム学専攻 岡⽥英孝教授
・実験内容︓⾃分の⾝体の動きをモーションキャプチャーでとらえ，その動きを解析・評価する実験を⾏った．
・場所︓体育館 1 階実験計測室
・参加⼈数︓3 ⽉ 27 ⽇（⽔）5 名︔3 ⽉ 28 ⽇（⽊）6 名
Brain Science Inspired Life Support Research Center (BLSC) Spring School for high school students.
BLSC modified part of the hands-on training course for graduate students and designed contents of the spring
school easy for high school students to learn. The third BLSC Spring School was held for 2 days, Mar. 27(Wed.) and Mar. 28 (Thur.), 2019. Twenty-two high school students attended from Tokyo (16), Saitama (1),Kanagawa (2), Chiba (1), Aichi (1) and Wakayama (1) prefectures. In the Spring School, two hands-on
training course were offered. Each was 1-day course of 4.5 h, which were held twice. The students tackled
subjects at the forefront of brain science research, supported by the instructors and teaching assistants. The
titles of the lectures and experiments, schedules, and numbers of participants are as follows. Details of theSpring School are listed on the center's homepage.
（http://blsc.xsrv.jp/blsc-uec/wp-content/uploads/2019/04/SpringSchool_H30.pdf）● Title 1: Let’s construct image processing AI like brain do.
Instructor: Professor Hayaru Shono.
Contents: After brief learning of image recognition in brain and principle of image recognition with AI, students
constructed own image recognition AI for handwriting characters and evaluated their own AI system byrecognizing test characters.
Number of students: Mar. 27 (Wed.) , 9; Mar. 28 (Thur.) , 8.
● Title 2: Let's see your movement with motion-capture.
Instructor: Professor Hidetaka Okada.
Contents: After brief learning of principle of motion-capture, movement of students was measured with a motioncapture system and their movement characteristics were analyzed and evaluated.
Number of students: Mar. 27 (Wed.) , 5; Mar. 28 (Thur.) , 6.

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研究セミナー2018 年 4 ⽉から 2020 年 3 ⽉に開催されたセミナー⼀覧
このセミナーは定期的（毎⽉）に開催され，学内の教職員，学⽣をはじめ，学外にも HP を通じて通知され，多くの参加者を集めている．また，セミナー後には，各研究室の学⽣によるプレゼンテー
ションが⾏われ，研究活動を紹介し，研究室間の研究交流をはかっている．

- 55 -

⽇時︓第 63 回 2018 年 4 ⽉ 27 ⽇（⾦） 13:00-14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

橋本賢⼀（防衛医科⼤学校 集中治療部・講師）

司会︓

孫 光鎬 助教

題⽬︓

⼼臓突然死に関する低侵襲的な診断・予防について

概要︓

ガイドラインでは、侵襲的な電気⽣理学的検査(EPS)が⼼疾患における致死性不整脈による突然死リスク評価のゴールドスタンダードです。EPS での⼼室細動、⼼室頻拍などの致死性不整脈の誘発が植込み型除細動器(ICD)の⼿術適応根拠となります。⼀⽅、⾮侵襲的⼼臓突然死リスク検査項⽬として⼼室遅延電位(SAECG)、マイクロボルト T 波
オルタナンス(TWA)、⼼拍変動解析(HRV)及び⼼拍タービュランス(HRT)の有⽤性が報告されているものの EPS の代⽤には⾄っていないのが現状です。近年 Holter ⼼電図でも 24 時間の LP, TWA の評価が可能となり検査精度が⾼まりつつあります。本講演においては、Holter ⼼電図で計測可能なこれらの SAECG, TWA, HRV 及び HRT についてのレビューを⾏い、より低侵襲な⼼臓突然死リスク評価の可能性を探ります。⼀⽅、従来の ICD より低侵襲で合併症を低減することが期待されている完全⽪下植込み型除細動器(S-ICD)・着⽤型⾃動除細動器は実臨床での使⽤が広まっています。これらの新しいデバイスの適応及び up date な話題について触れます。

⽇時︓第 64 回 2018 年 5 ⽉ 18 ⽇（⾦） 13:00-14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

平野 誉(電気通信⼤学 ⼤学院情報理⼯学研究科 基盤理⼯学専攻・教授)

司会︓

丹⽻治樹 特任教授

題⽬︓ホタルの光の化学︓基礎と応⽤の最前線

概要︓

機能性物質の創製や新学問領域の開拓では、⽣物に学ぶ⽅法論は１つの重要なアプロー
チで、光を⽣みだす⽣物発光も科学の発展に⼤きく貢献してきました。多くの発光⽣物の光る機能は、ルシフェリン－ルシフェラーゼ反応と呼ばれる化学反応によって発揮されます。この化学反応は、反応に使われるルシフェリン分⼦数当りの光⼦の⽣成数(量⼦収率)が⾼く、様々な⾊の光を⽣みだし、点滅のような巧みな反応制御もなされる⾼機能な反応であり、基礎化学の視点でも魅⼒的な研究対象です。電通⼤は⽣物発光の基
礎化学と応⽤で世界をリードしています。本講演ではホタルの発光を例に、化学研究の歴史から最近の基礎と応⽤の研究の発展状況を解説し、科学の常識であるホタルの発光の仕組みと利⽤するための基礎の理解を助けたいと考えています。

⽇時︓第 65 回 2018 年 6 ⽉ 22 ⽇（⾦） 13:00-14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

佐藤俊治（電気通信⼤学・⼤学院情報理⼯学研究科 機械知能システム学専攻・准教
授）

司会︓

横井浩史 教授

題⽬︓中低次の視覚計算論と錯視- 56 -

概要︓

私は⼤学 4 年⽣時（23 年前）には視覚や脳には興味がなく，コンピュータビジョン，
特に⽂字認識装置に興味がありました．実際，⽂字認識の研究を始めたのですが当時はそして現在も認識率は 100％に到達していません．そもそも 100％とは何か︖⼀つは「ヒトの視覚系による情報処理結果と整合するか否か」が基準になるでしょう．したがって，「ヒトの視覚情報処理の性質や仕組みが分かれば⽬的が達成されるだろう．
」との思いから，視覚研究を始めました．しかしながら，視覚情報処理は⾮常に複雑であるため，⽂字認識に代表される⾼次視覚情報処理の記述や理解は進んでいません．本発表では私と指導学⽣が取り組んできた，中低次の視覚計算理論や数理モデルについて紹介します．また，ヒト視覚系とコンピュータビジョンの差である錯視やその数理モデルについても紹介します．

⽇時︓第 66 回 2018 年 7 ⽉ 12 ⽇（⽊）14:40 – 16:10

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

⾦ 尚宏（東京⼤学⼤学院・理学系研究科⽣物科学専攻・特任助教）

司会︓

仲村 厚志 助教

題⽬︓

⽣物時計のサイエンス︓時計遺伝⼦の働きから睡眠障害の理解まで

概要︓

私達の睡眠・覚醒リズムは約⼀⽇の⽣物時計 (概⽇時計) によって⽣み出されており、その基本的なメカニズムを担う時計遺伝⼦の発⾒は、2017 年のノーベル医学⽣理学賞の対象となりました。本分野は遺伝⼦と⾏動の因果関係が明瞭な神経科学領域であり、現状は社会応⽤への期待が⾼まっている研究フェーズです。私達はこれまで、概⽇時計の周期や振幅、時刻を制御する種々の化合物を⾒出し、時計の分⼦メカニズムを解明してきました。加えて本セミナーでは、⾮ 24 時間睡眠覚醒症候群を紹介します。本患者は、⽇毎に約⼀時間づつ睡眠覚醒サイクルが遅れていきますが、この病態に酷似した表現型を⽰す動物がヒト以外に⼀種のみ知られています。私達は、カリフォルニアマウス(Peromyscus californicus, ⼀夫⼀妻性げっ⻭類) の⽇本初のクローズドコロニーを樹⽴し、睡眠障害変異体 Free runner の解析を進めているところです。
参考⽂献︓(1) de Groot & Rusak. Neurosci Lett. 327, 203-7 (2002). (2) Kon
et al. Nat Cell Biol. 10, 1463-9 (2008). (3) Kon et al. Genes Dev. 28, 110110 (2014).

⽇時︓

第 67 回 2018 年 8 ⽉ 23 ⽇（⽊）13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 301 会議室

講師︓

硯川 潤（国⽴障害者リハビリテーションセンター研究所 福祉機器開発部・福祉機器
開発室⻑）

司会︓

東郷 俊太 助教

題⽬︓

ユーザ参加型ワークショップから学ぶ福祉機器開発⻁の巻

概要︓

福祉機器の開発は難しいとよく⾔われます．私⾃⾝，福祉機器開発に関わる研究者として，また，ユーザ当事者として，⽇々⾝に染みて実感しています．⼀⽅，現場の声をよく聞こう，といった攻略法も，漠然としていて実践が難しい・・・．そんな問題意識から，福祉機器開発の何がどう難しいのか︖現場の声ってそもそも何︖ということを，デザインワークショップの実践と分析を通して考察してきました．本セミナーでは，設計
⼯学やデザイン理論における知⾒の助けを借りながら，これまでの取り組みを，定量的な視点を交えつつご紹介します．こうすれば成功する，というよりは，失敗しないためにはこうしてみては，というポイントをお伝えできればと思います．

- 57 -

⽇時︓第 68 回 2018 年 10 ⽉ 19 ⽇（⾦）14:40 – 16:10

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

直井 望(国際基督教⼤学 教養学部 アーツ・サイエンス学科 ⼼理学・⾔語学デパートメント・准教授）

司会︓

⼭⽥ 幸⽣ 特任教授

題⽬︓functional Near-Infrared Spectroscopy を⽤いた周産期の脳機能発達についての検討

概要︓

functional Near-Infrared Spectroscopy（fNIRS）は，近⾚外分光法を⽤いて脳⾎流中の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの相対的な変化を計測することができる⽅法である。fNIRS は⾮侵襲的であり，拘束性が低く，計測中の騒⾳もないことから，乳幼児の脳活動の計測に適していると考えられ，近年研究の知⾒が蓄積されつつある。本講演では，fNIRS を⽤いて新⽣児の視覚，聴覚，触覚刺激の感覚処理に関連する
脳機能発達を評価した研究，満期産で出⽣した新⽣児と早期産児の⾳声刺激処理に関連する脳活動と脳部位間の機能的結合（functional connectivity）を⽐較した研究を紹介
し，周産期の脳機能発達について議論していきたい。

⽇時︓第 69 回 2018 年 11 ⽉ 1 ⽇（⽊）13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

池⽥和隆（公益財団法⼈ 東京都医学総合研究所 精神⾏動医学研究分野・分野⻑ 依
存性薬物プロジェクト・プロジェクトリーダー（参事研究員））

司会︓

牧 昌次郎 准教授

題⽬︓

依存性薬物の作⽤機序解明による脳機能の理解と医療応⽤

概要︓

依存性薬物は、依存症の原因となるとともに、鎮痛薬や睡眠薬、発達障害治療薬などとして医療に役⽴っています。依存性薬物の脳への作⽤機序を明らかにすることで、脳内報酬系、鎮痛経路、覚醒・睡眠機構、⾏動制御などの脳機能の理解が分⼦レベルで進む
とともに、医療の向上に繋がると期待されます。講演では特に、中枢薬開発における60 年ぶりの⼤発⾒と⾔われているケタミンによる難治性うつ病の治療効果や、鎮痛薬
作⽤個⼈差の遺伝的メカニズム、カリウムチャネル阻害による依存症治療の可能性などについて最新の研究成果を紹介します。

⽇時︓第 70 回 2018 年 12 ⽉ 20 ⽇（⽊）13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

星野 太佑（電気通信⼤学 基盤理⼯学専攻 共通教育 健康・スポーツ科学部会・准
教授）

司会︓

狩野 豊 教授

題⽬︓運動に対する⾻格筋の代謝応答とその適応

概要︓

定期的な運動は，⾻格筋の糖・脂質代謝能⼒の向上や筋量の増加などの適応を引き起こ- 58 -

します．⾻格筋の適応は，⼀過性運動後の遺伝⼦発現の変化（転写制御）やタンパク質
合成の活性化（翻訳制御）が繰り返されることによって引き起こされると考えられています．本講演では，運動による⾻格筋の適応をミトコンドリアの変化に着⽬して報告します．さらに，⼀過性の筋収縮後の代謝変化をメタボローム，トランスクリプトーム解析により明らかにした研究を報告します．

⽇時︓第 71 回 2019 年 1 ⽉ 23 ⽇（⽔）13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

渡邉 ⼤（京都⼤学 ⼤学院医学研究科 ⽣体情報科学講座・教授）

司会︓

⽥中 繁 教授

題⽬︓

意思決定・意思伝達の神経回路基盤解明への⽣物学的アプローチ

概要︓

⼤脳⽪質-基底核神経回路は様々な⾼次脳機能発現に中⼼的な役割を果たしていると考えられていますが、詳細なメカニズムについて不明な点が多い。その⼀因として、⼤脳⽪質および基底核が極めて多様な神経細胞サブタイプから構成されており、さらに各神
経細胞の興奮性や回路連絡は⼀定ではなく可塑的に変化することが挙げられます。したがって、その回路機構を理解するためには、単⼀細胞の精度で神経活動を計測し、さらに可塑性関連細胞内シグナルの動態やそれに伴う神経情報の推移を捉えることが重要です。本セミナーでは、⼤脳⽪質-基底核神経回路の機能解析を⽬的として開発したイメージング技術とともに、私達がこれまでに進めてきた意思決定・意思伝達に関する知⾒について紹介します。

⽇時︓第 72 回 2019 年 1 ⽉ 25 ⽇（⾦）13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

濱⻄ 伸治（仙台⾼等専⾨学校・機械システム⼯学科・准教授）

司会︓

⼩池 卓⼆ 教授

題⽬︓ゆりかごからグランド・ジェネレーションまで －聴覚のメカニクスを医療・福祉・ス
ポーツへ－

概要︓

この世に⽣を受けた私たちは，誰もが健康に育ち，若々しく年を重ね，そして豊かな知
識と経験を持ちながら⼈⽣を楽しみたいと願っています．そのような⼈⽣を過ごすために，私たちの体は，実に様々な⾼度な機能を協調させながらサポートしてくれています．本セミナーではその中でも“聴覚”に着⽬します．⾃⾝で聴こえを意思表⽰することができない⾚ちゃんに対し，聴こえをどのように診断するか︖⼦供から年配まで様々な世代で愛好者が多い剣道が聴覚に及ぼす意外な影響とは︖そして良好なコミュニケーシ
ョンを提供してくれる新しい補聴器とは︖これまでの⾃⾝の研究成果をご紹介しながら，ゆりかごからグランド・ジェネレーションまで⼈⽣を充実したものにするための“聴覚”の可能性を⼀緒に考えていきたいと思います．

⽇時︓第 73 回 2019 年 2 ⽉ 22 ⽇（⾦）13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室- 59 -

講師︓

管 ⼩荣 (GUAN Xiaorong)（南京理⼯⼤学機械⼯学科・准教授）

司会︓

姜 銀来 准教授

題⽬︓ウェアラブル四肢外⾻格ロボットの考察と重要技術に関する研究

概要︓

近年，ウェアラブル四肢外⾻格ロボット（Wearable Human Extremity Exoskeleton:
WHEE）の研究開発は注⽬を集め、多くの研究者が取り組んでいます。しかし、製品化されたものは殆どなく、WHEE の普及を妨げる課題を整理する必要があります。本セミ
ナーの前半では、これまでの WHEE の研究開発を、健常者の機能拡⼤と障害者の補助・回復との⼆つの観点から考察します。さらに、WHEE のキーテクノロジーである⽣体模倣機構の設計、動作意図の予測，制御戦略などを概観します。後半では、南京理⼯⼤学で⾏ってきた WHEE の研究開発を紹介します。私たちは WHEE の動きやすさと安
全性および軽量化を考慮した⽣体模倣機構の設計⽅法を確⽴しました。また、動作の柔軟性と補助効率を考慮した制御戦略を構築しました。これらの⽅法の有効性を⽰すために、WHEE の試作機を⽤いた実験結果を紹介します。

⽇時︓第 74 回 2019 年 3 ⽉ 8 ⽇（⾦）13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 4 号館 802 会議室

講師︓

Zoltan Ungvari (Professor, Reynolds Oklahoma Center on Aging, Dept. of
Geriatric Medicine, University of Oklahoma Health Sciences Center, Oklahoma
City, USA)

司会︓

正本和⼈教授題⽬︓Aging-induced neurovascular dysfunction: novel mechanisms（加齢による脳神経
⾎管の機能障害︓新しいメカニズム）

概要︓

加齢による脳機能の低下が、脳⾎管の障害や脳⾎流の低下に関係して⽣じていることが明らかになってきました。このような脳機能の低下を抑制し、⾼齢になっても正常な脳の機能を維持するために、運動や⾷事による間接的な、あるいは脳を直接活性させることで脳の⾎流を直接的に⾼める⽅法が有効とされています。本セミナーでは、脳の⾎流を調節する働きのなかでも、特に⾎管の形状や⽑細⾎管の⾎流を維持する内⽪細胞の働きに注⽬した神経⾎管変性の新しいメカニズムについて、⾎⾏⼒学的な側⾯を含めて講演します。
（Ungvari 先⽣は、現在オクラホマ⼤学の⽼化研究の教授であり、Journalof Gerontology: Biological Sciences, the American Journal of Physiology-Heartand Circulatory Physiology, GeroScience: the official journal of the American
Aging Association の Editor を務めています。195 本以上の original paper を publish
しており、Nature Review に掲載された最新の総説論⽂（Ungvari Z, et al.,Endothelial dysfunction and angiogenesis impairment in the ageing vasculature.
Nat. Rev. Cardiol. 2018 Sep;15(9):555-565.）を中⼼にご講演を頂きます。
）

⽇時︓第 75 回 2019 年 4 ⽉ 22 ⽇（⽉）13:30 – 15:00

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

⼩野 誠司（筑波⼤学体育系・准教授）

司会︓

岡⽥ 英孝 教授

題⽬︓眼球運動から読むアスリートの脳機能- 60 -

概要︓

様々なスポーツ場⾯では、ボールや相⼿の動きなど視覚対象に応じて適切な運動を実⾏する必要性があり、視覚を通して得られる感覚情報は運動の発現と調節に重要な役割を果たしています。特に、熟練した球技選⼿は眼や頭部の動きによる効果的な視覚探索⽅
略を⽤いて適切な視覚情報を獲得していると考えられています。このような視覚に基づ
くアスリートの卓越した情報処理能⼒は如何にして実現されているのでしょうか。これまでの研究において、眼球運動は視覚情報の影響を強く受けること、またその動的特性と脳機能との関連性が明らかにされていることから、上位中枢による視覚情報処理の特徴を調べるうえで有効な指標とされています。本講演では、アスリートの持つ眼球と頭部の動きを制御する脳機能の特徴についての研究を紹介します。

⽇時︓第 76 回 2019 年 5 ⽉ 10 ⽇（⾦）16:00 – 17:00

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

Zineb ABDERRAHMANE (École Nationale Supérieure dʼHydrauliqur, Blida,
Algeria.)

司会︓

宮脇 陽⼀ 教授

題⽬︓Haptic recognition of daily-life objects capable of dealing with data scarcity

概要︓

Recognizing surrounding objects is an important skill for the autonomy ofrobots performing in daily-life. Nowadays robots are equipped withsophisticated sensors imitating human sensing capabilities such as touch. This
allowed to integrate information about object texture, compliance and material
ensuing from robot-object physical interaction to the recognition . In this thesis,
we aim to exploit machine learning techniques to perform haptic recognition ofdaily life objects. The main challenge faced in this work is the scarcity of haptic
training data for all daily-life objects. This is due to the continuously growing
number of objects and the effort and time needed by the robot to physicallyinteract with each object for data collection. We solve this problem bydeveloping a haptic recognition framework capable of performing Zero-shot,
One-shot and Multi-shot Learning. We extend this framework by integrating
vision to enhance robots performance.

⽇時︓第 77 回 2019 年 5 ⽉ 31 ⽇ (⾦) 13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館 306 会議室

講師︓

太⽥ 聡史（理化学研究所 光量⼦⼯学研究センター画像情報処理研究チーム 専任研究員）

司会︓

⼭﨑 匡 准教授

題⽬︓

内⾻格ロボットスーツ(StillSuit)と⾼精度拡張/仮想現実(LVAR)を⽤いた認知・運動介
⼊による⼈間拡張

概要︓

私たちは産業技術総合研究所との共同研究において、認知・運動介⼊を実現するためのツールとして，⾼精度拡張／仮想現実(LVAR)と統合された内⾻格ロボットスーツ（StillSuit）を開発しています。その⽬的は，⽣物学的に合理的な介⼊による認知・運動機能の強化と回復（⽣物学的な⼈間拡張）をもって，⽇本の直⾯する超⾼齢化問題の解決に貢献することです。そのためには、脳機能と運動機能の統合的な理解が⽋かせません。内⾻格ロボットスーツ開発のための基礎データの収集の⼀環として，遺伝学と⽣- 61 -

体⼒学を組み合わせた新しい枠組みと，モデル⽣物から得られるディープデータをヒトに外挿する⽅法について紹介します。また将来展望として、脳計算モデルと神経筋⾻格
モデルを結合する⼿法についても議論したいと思います。

⽇時︓第 78 回 2019 年 6 ⽉ 14 ⽇ (⾦) 15:00 – 16:30

場所︓

電気通信⼤学 東 4 号館(学内マップ:11 番) 802 会議室

講師︓

饗場 篤 (東京⼤学 ⼤学院医学系研究科 附属疾患⽣命⼯学センター 教授)

司会︓

松⽥ 信爾 准教授

題⽬︓精神疾患モデル動物の作製と解析

概要︓

CRISPR/Cas9 システムを⽤いたゲノム編集技術により、動物に導⼊する遺伝⼦変異の種類や変異を導⼊する動物種の制約が⼤幅に少なくなりました。我々の研究室では 2 種の遺伝性疾患、22q11.2 ⽋失症候群および結節性硬化症に対するモデル動物の作製と解析を⾏っています。22q11.2 ⽋失症候群は、ヒト 22 番染⾊体の微細⽋失が原因で、患者の多くでは 45 の遺伝⼦の⽋失が⽣じ、約 30%が統合失調症を発症します。また、結節性硬化症は、TSC1 もしくは TSC2 遺伝⼦の変異が原因で、細胞増殖・成⻑に関与する mTOR 経路の活性化が⽣じ、⾼頻度で⾃閉スペクトラム症等の精神疾患を発症します。本講演では、変異動物を⽤いた精神疾患モデル動物の現状と課題について議論したいと考えています。

⽇時︓第 79 回 2019 年 7 ⽉ 9 ⽇ (⽕) 13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館(学内マップ:27 番) 306 室

講師︓

篠崎 隆志 (⼤阪⼤学 CiNet(脳情報通信融合研究センター) 研究員)

司会︓

庄野 逸 教授

題⽬︓畳み込みニューラルネットワークに⾒る脳の情報処理機構

概要︓

深層学習の基盤技術のひとつである畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional
Neural Network, 以下 CNN)は脳における情報処理機構をヒントに構成されたもので、従来の機械学習では困難であった、超多次元信号の解析可能な次元数への縮減を実現し、これによって⼈⼯知能技術の様々な対象への応⽤を可能としてきました。本講演では CNN の内部動作を、脳における視覚情報処理と対⽐させることによって、その情報処理過程における意義について明らかにします。さらに超⼤規模な CNN の実現のために、より脳に近い、逆⾏伝播誤差を⽤いない学習法についても紹介します。

⽇時︓第 80 回 2019 年 10 ⽉ 18 ⽇ (⾦) 13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館(学内マップ:27 番) 306 室

講師︓

⽜⽥ 享宏 (愛知医科⼤学 学際的痛みセンター、運動療育センター 教授)

司会︓

⼩泉 憲裕 准教授

題⽬︓

運動器疼痛と脳機能変化- 62 -

概要︓

痛みは脳で経験する不快な感覚と情動体験であると定義されています．すぐに治る痛み
であれば⽇常⽣活への影響は少ないですが、それが治らずに⻑引き治療抵抗性であるな
どすると直接的な局所の障害にとどまらず，痛みに伴う⾝体の障害が疼痛⾏動も相まって我々の⽣活を⼤きく変えてしまいます．
特に我々は⾮常に治療に難渋する複合性局所疼痛症候群（以下 CRPS）症例に着⽬し，その病態メカニズムについて研究を⾏ってきました．これまでの研究では，病期の⻑い
CRPS 患者では対側の視床の活動性が低下すること，疼痛部位に機械的な痛み刺激を加えた際にも視床の活動性の亢進が⾒られないことが明らかにされてきています．⼀⽅これらの患者では疼痛部位を触られているビデオを⾒る事で仮想的に痛みを経験させるだけでも⾮常に強い不快情動と前帯状回の活動を⽣じさせる事，アイトラッキングメガネ
を⽤いた研究ではこれらの患者では疼痛部位を視認せず避けたり，無視する傾向が観察されています．すなわち痛みは脳で記憶されたものでもあり，これらに伴う⾃動思考から⽣じる疼痛⾏動も 2 次性，3 次性に⾝体機能障害(不動からの廃⽤や関節拘縮，筋萎縮など)を引き起こすことになると考えられます．近年，帯状回から脊髄後⾓への神経伝達経路も指摘されてきており，情動系が感覚に影響していくことについても考慮する必要があります．
我々は基礎研究で不動化モデル動物を作成し，廃⽤に伴う中枢神経系の機能変化について注⽬し研究を進めてきましたが，廃⽤動物では脳の感覚野のみならず運動系でも変化が⽣じるという報告もあります．従って今後は脳機能制御という⾯からの治療戦略を考えていく必要があります．

⽇時︓第 81 回 2019 年 11 ⽉ 28 ⽇ (⽊) 13:30 – 15:00

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館(学内マップ:27 番) 306 室

講師︓

Gerard Marriott (Professor, Department of Bioengineering, UCBerkeley(University of California, Berkeley), USA)

司会︓

牧 昌次郎 准教授

題⽬︓

Engineering new hydrogels for multiplexed detection of disease biomarkers andfor passive release of medications

概要︓

I will present new findings from projects related to the engineering of hydrogels
to detect disease biomarkers for at-home diagnostic devices, and for passive
and long-term release of drugs to manage diseases of the eye. First, I introduce
a novel bead-based immunocomplex entrapment assay (ICEA) and a related
enzyme-linked ICEA (ELICEA) that allow for rapid and selective sequestrationand entrapment of disease biomarkers with minimal needs for user-intervention
and equipment. For example, in ICEA, target molecule-entrapment is achieved
simply by injecting a bond-cleaving buffer, while in ELICEA, one also injects achromogenic substrate. In both cases, sedimented beads generate brilliantly
colored or fluorescent signals whose intensity correlates linearly with theamount of biomarker in the sample. In proof-of-practice studies, we used ICEA
and ELICEA platforms to rapidly detect the kappa-light chain, a biomarker of theBence-Jones disease, which we detected at a concentration that would
correspond to an early stage of the disease. We also show the ICEA and ELICEA
platforms can be used for multiplexed detection of biomarkers within individual
beads. In the second part of my presentation, I will discuss a new type ofhydrogel for long-term release of drugs to the eye, including glaucoma. In thesestudies, we use betadine, an FDA-approved medication to bring about specificchemical reactions in the eye that lead to the formation of drug-entrappedhydrogel from fluid precursors. Further optimization of the composition andstructure of the hydrogel is used to delay the rate of drug release allowing
passive and sustained release of the medication for up to 30 days. At the end of
the therapy, the hydrogel is removed from the conjunctiva simply by bathing the- 63 -

eye in a dilute solution of cysteamine, which is also approved by the FDA tomanage ocular conditions.

⽇時︓

第 82 回 2019 年 11 ⽉ 29 ⽇ (⾦) 13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館(学内マップ:27 番) 306 室

講師︓

⽥中 尚樹 (東洋⼤学理⼯学部⽣体医⼯学科 教授)

司会︓

樫森 与志喜 教授

題⽬︓

因果性指標とその⽣体システムへの応⽤

概要︓

因果関係の概念は科学的研究にとって重要な概念の⼀つです．因果関係は，通常，緻密な計画に基づいた実験によって明らかにされます．⼀⽅，計画的な実験が容易でない場
合もあります．近年，計測データ（特に時系列データ）のみに基づいて因果関係を推定する研究が盛んに⾏われています．セミナーでは，代表的な因果性指標である Granger
因果性，Transfer entropy, Convergent cross mapping 等を概観し，これらをヒトおよびマウス⼤脳⽪質のネットワーク解析や脳⾎液量・⼼拍数・⾎圧等の揺らぎ関係解析等に応⽤した例を紹介します．

⽇時︓第 83 回 2019 年 12 ⽉ 5 ⽇ (⽊) 13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館(学内マップ:27 番) 306 室

講師︓

Nguyen Vu Trung (The Vice Director, National Hospital for Tropical Diseases,
Vietnam)

司会︓

孫 光鎬 助教

題⽬︓

Biomedical Engineering in Vietnam: Application and Future Collaboration

概要︓

Biomedical engineers work at the intersection of engineering, the life sciences
and healthcare. The BME take principles from applied science (including
mechanical, electrical, chemical and computer engineering) and physicalsciences (including physics, chemistry and mathematics) and apply them tobiology and medicine. Although the human body is a more complex systemthan even the most sophisticated machine, many of the same concepts that go
into building and programming a machine can be applied to biologicalstructures and diagnostic and therapeutic tools. A biomedical engineer issomeone who analyzes and designs solutions to problems in biology andmedicine, with the goal of improving the quality and effectiveness of patient
care.
There is an increasing demand for biomedical engineers, due largely because of
the general shift towards the everyday use of machinery and technology in all
aspects of life. Biological knowledge combined with engineering principles toaddress medical needs has greatly contributed to the development of both lifechanging and life-saving concepts and products such as: artificial organs;pacemakers; artificial hips; surgical robots; advanced prosthetics; and kidney
dialysis. Even, for some kinds of diseases like infectious diseases, there are still
a lot of needs for the BME to apply the technology for diagnosis, care andtreament for patients. Since infectious diseases progress fast and have somesimptom changes over the time. In addition, the possibility of transmission- 64 -

make the close contack risky for medical staffs and others. The application of
non-contact approches could be of trend for the future in medical settings andhome care.
Further more, in many LMIC, the medical training programs still lack thesubjects of BME, so that later on, in health care settings, even in the big or
national hospitals, there are not many biomedical engineers to take care of themachines, equipments.
In the future, the collaboration between the medical staffs and the biomedical
engineers is impactul association not only for training, research but also for
health care practices in order to bring the advances in technology for patientsand community.

⽇時︓第 84 回 2020 年 1 ⽉ 10 ⽇ (⾦) 13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館(学内マップ:27 番) 306 室

講師︓

Vasileios Tserolas (電気通信⼤学 脳・医⼯学研究センター 研究員)

司会︓

⽥中 繁 特任教授

題⽬︓

Spiking neural networks as a paradigm of artificial intelligence

概要︓

There is a long-lasting dream in creating artificial intelligence (AI). Todayʼs
artificial intelligence is not yet there. The approach of today is to implement
algorithms based on insights of human engineering. Hence, much effort isbeing invested into engineering new learning algorithms and information
processing systems. The hope is that a right set of algorithms will be eventuallycreated – making up a machine that will be able to learn on its own to theextent of becoming an AI. New general algorithms, once that could bring us
closer to AI, do not seem to come out easily from such efforts. Some of thebest general algorithms used today (e.g., deep learning) stem largely from1980ʼs. The current AI technologies can do very well some things that require
effort for a human (e.g., calculating prime numbers, searching databases) but
have difficulties doing things that are for humans easy (e.g., perceiving,walking, navigating through space). So, what can we do? Is there any
alternative or are we simply stuck with specialized AI?
For further developments of AI, we are in a need of using principles of biology
to a higher degree than what we have been able to do so far. The newdevelopments of AI must be based on a new theoretical approach on how
biology and brain work resulting in a radically new view on what the nature ofmental and cognitive operation is. Brains have evolved to control bodies in avery sophisticated way. Hence their abilities to quickly perceive theenvironment, rapidly detect statistical anomalies, control multiple degrees of
freedom in real time, accumulate knowledge from many modalities, self-wire(learn) to optimize future behavior. When an animal navigates in the world,
neurons can flexibly represent the position of the animal in a given
environment, the composition of the environment, the head direction, therunning speed, etc. These mental representations of the world are flexible anddynamic, determined and modulated by a range of environmental, behavioral,
and neural parameters. In a similar way, to create biological-like AI it isnecessary to mimic biology in respect to the levels of organization at which a
biological agent adapts to its environment.
A good model problem for that is the control of an autonomous robot. Spiking
neural networks (SNN) provide enormously rich expressing power but are noteasy to control and very likely a pile of research will need to go into that field
before first spiking chips will show amazing capabilities. Nevertheless, I believe- 65 -

that this is the right direction to go, in the long run.
⽇時︓第 85 回 2020 年 1 ⽉ 28 ⽇ (⽕) 13:00 – 14:30

場所︓

電気通信⼤学 東 3 号館(学内マップ:27 番) 306 室

講師︓

宮脇 陽⼀ (電気通信⼤学 情報理⼯学研究科 教授)

司会︓

佐藤 俊治 准教授

題⽬︓

超⾼磁場 MRI 信号の超⾼速計測 ― 海外研修・留学のススメ

概要︓

ヒト脳活動を⾼時空間分解能で計測し、解析する技術の開発は、ヒト脳における情報処
理原理の理解において極めて重要です。ヒト脳活動を最も⾼精細に計測することができる⽅法として fMRI が知られていますが、計測対象が⾎流であるため、⾼速な神経活動をとるうえで時間分解能が不⾜していると考えられています。こうしたこれまでの常識を打ち破るべく、私が現在挑戦している、超⾼磁場 fMRI 信号の超⾼速計測という新しい研究⼿法と最新の結果について紹介します。この研究を⾏うにあたって、アメリカ国
⽴衛⽣研究所（National Institutes of Health）に１年余り留学する機会を得ました。
この研究留学は、私の価値観を変⾰し、研究者としてのあり⽅を再考するうえで極めて⼤きな影響を与えるものでした。
本講演では、留学中に私が実施した実験結果の紹介とあわせて、あるいはそれよりも強調し、留学に⾄るまでの準備、現地での経験、今後の展開などをお話する予定です。きれいごとを抜きにした、ありのままの体験談としたい。海外での⽣活に少しでも興味のある教職員および学⽣はもちろん、興味が全く無い⽅にもぜひ来ていただき、私が思うところの「海外研修・留学のススメ」をお伝えできれば幸いです。

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