2019 年度〜 2023 年度
文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究（研究領域提案型）

身体–脳の機能不全を克服する
潜在的適応力のシステム論的理解
Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction:
Integrated empirical and system theoretical approaches

公募１期
v.1.1

領域略称名：超適応https://www.hyper-adapt.org

文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究（研究領域提案型）複合領域

身体–脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解
領域略称名 ： 超適応（領域番号8102）
設定期間 ： 令和元（2019）年度〜令和５（2023）年度
領域代表者 ： 太田 順（東京大学 大学院工学系研究科 人工物工学研究センター 教授）
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a Proposed Research Area)

Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction:
Integrated empirical and system theoretical approaches
Abbreviation: Hyper-adaptability (Project Number: 8102),
Research Term of Poject: FY2019–2023
Head Investigator: Jun Ota (Professor at RACE,  School of Engineering, The University of Tokyo)
Jun Ota

本領域の目的Purpose of the Research Project

未だかつてない速度で超高齢化が進む日本では、加齢に伴With coming of a super-aging society in Japan, we areう運動機能障害や高次脳機能の低下、さらには認知症、意facing the urgent problems of sensory-motor impair-

欲の低下、気分の障害、ひいては、極度の身体・脳機能の低下（フレイルティ）などが喫緊の問題となっている。健ments, declining higher-order brain functions, cognitive
impairment, loss of motivation, and mood disorders

康な生活を脅かすこれらの多くの深刻な問題の背後には、

caused by aging, and in turn extreme decline of bodily and neurological functions. All of these problems

加齢や障害によって変容する脳 – 身体システムに、我々自have a common source: inability to adapt appropri-

身が上手く「適応」できないという共通の問題が存在している。

ately to a brain-body system changed with aging andimpairments.
The human body has a high degree of redundancy.

人の身体、脳は例えば、「脊髄の損傷で片手が麻痺してFor example, “when a hand is paralyzed by a spinal cord

も、脳が発達の過程で喪失した同側運動野からの制御を再

injury, the ipsilateral motor cortex immediately joins its

度活性化して、麻痺した手を通常とは異なる神経経路で制御する [Isa, 2019]」等の高い冗長性を有している。
このような事実を踏まえて、我々は「超適応」の解明がcontrol by reactivating its pre-existing neural pathway,
which is normally suppressed and preserved in thecourse of development” (Isa, 2019).
In light of such facts, we believe that clarifying the

上述の「共通の問題」を解決に導くと考えている。これは、brain’s “hyper-adaptability” may resolve the abovemen-

従来の身体運動科学が扱ってきた「通常の適応」とは明らtioned issues.

かに異なる。

The goal of our research project is to elucidate

脳機能への障害に対する神経系の超適応原理を脳神経科

the neural and computational principles of hyperadaptability in which the brain manages impairment of

学とシステム工学の密な連携によってアプローチし、急性brain functions by linking neuroscience with systems／慢性の障害及び疾患やフレイルティの原理を包括的に理engineering in order to comprehensively understand

解することが本領域の目的である。

2 | HYPER-ADAPTABILITY

acute/chronic impairments and disorders, and the principle of frailty.

本領域の内容

Content of the Research Project

人は急性／慢性障害及び疾患や高齢化に伴うフレイルティ

When a person experiences acute/chronic impairmentの場合に、普段抑制されている神経ネットワークの脱抑制

or disorder due to aging, the brain reorganizes neuralや、進化や発達の過程で喪失していた潜在ネットワークの探索・動員等により、新たな神経ネットワークを作り直す。

networks by disinhibiting pre-existing neural networkthat is normally suppressed and searching for latent

我々は、この機能代償の過程を「生体構造の再構成」と呼but available network that has long been unutilized
through course of evolution and development. We

び、超適応を可能にする具体的な神経実体と考える。このcall this process of functional compensation as “recon-

再構成された神経ネットワークをうまく活用して運動機能を実現するためには、これを利用して、現状の脳・身体を

struction of neural structure”, i.e. a neural entity that
achieves hyper-adaptability. In order to implement
practical functions to this reconstituted neural network,

正しく認知し、適正な運動制御のための新しい制御系を獲

the network should acquire a new control policy of mo-得する必要がある。このためには、積極的に意欲をもって、

tor effectors based on precise recognition of the pres-

高コストな新規ネットワークを駆動し、認知 – 予測 – 予測
誤差処理の計算を反復しながら、このネットワークの利用を強化する必要がある。このような新たな制御空間で再び

ent states of the brain and the body. Here, the brain has
to activate the new network by repeatedly performing
neural computations and updates the network basedon prediction error. We call this learning cycle in a new

行動を適正化するための学習サイクルを、「行動遂行則の再control space as “reconstitution of sensorimotor control

編成」と呼び、超適応を可能にする神経計算原理と考える。

rules”, i.e. neural computation principle that enables

上記の一連の仮説を検証するためには脳神経科学の知見

hyper-adaptability.

が必須である。しかしながら実験解析的なボトムアップア

In order to verify the hypotheses described above,
knowledge of neuroscience is essential. However, with

プローチのみでは、神経ネットワークのシステム的挙動にonly the “bottom-up” approach relying on experiments

より発現する超適応の解明が困難である。そこで本領域でand analyses, it would be difficult to clarify hyper-

は、システム工学の構成論的数理モデル化技術と脳神経科学を融合した学際的アプローチを展開する（次頁図参照）。そadaptability that is manifested by systematic behaviorof a neural network. Therefore, we apply an interdisciplinary approach that integrates the mathematicalの融合技術基盤として、「ウィルスベクターや光・化学遺伝

modeling technology of systems engineering with

学的方法論、脳刺激法等の介入脳神経科学手法に、ロボッ

neuroscience (see figure on page 4). We adopt two

ト工学・Virtual Reality 技術によって感覚・運動情報を時間・空間的に統制できる実験系を融合することにより、脳new analytical approaches: (a) Robotic-interventional
neuroscience, i.e. combinatory use of well-controlled
robotic technologies and biological approaches of

活動と機能との因果性の検証を実現する」ロボティック介

viral vector, optogenetics, chemogenetics and brain

入脳神経科学法と、「これまでの精緻な脳神経科学研究によstimulation. This allows verification of cause-effect re-り得られた各領野の機能に関する知見を組み入れたモデルを構成し、その内部パラメータや領野間の関係をニューラ

lationship of neural activity and its generated functions
and behaviors. (b) Function-oriented neural encoding,which constitutes a model that may incorporate any

ルネットワーク等の柔軟な関数近似器で記述したり、統計

knowledge of brain functions into gray-box modeling的手法によりモデルの構造を推定したりするグレイボック

or hypothesizes the structure of a model based on sta-

スモデリングを行う」機能推定可能な脳情報デコーディン

tistical methods.

グ法という２つの新たな解析法を採用する。
HYPER-ADAPTABILITY | 3

超適応の科学

Science of hyper-adaptability

脳機能画像

ロボティクス

Functional neuroimaging

Robotics

神経生理学的実験

数理モデル

Neurophysiology

Mathematicalmodeling

脳神経科学

システム工学

Neuroscience

Systems engineering

領域の全体構成図
Whole constitution of the project

超適応： 現在用いている既存の神経系では対応しきれない脳や身体への障害に対して、脳が、進化や発達の過程で使われなくなった潜在的機能等を再構成しながら、新たな行動遂行則を獲得する過程を表すもの。

KeywordHyper-adaptability: Capability of central nervous system (brain and spinalcord) to manage impairment of sensory, motor and cognitive functions including
ageing-related ones, by reactivating and recruiting pre-existing, latent but available
network with being implemented by new computational principles and practical
functions.

4 | HYPER-ADAPTABILITY

期待される成果と意義

Expected Research Achievements
and Scientific Significance

本領域では以下の成果と意義が期待できる。

1) Systematization of “science of hyper-adaptability”
by elucidating its underlying neural mechanisms and１） 超適応の単なる現象論の記述を超えて、これを発動す
る神経メカニズムの解明と数理モデル化による「超適応の科学」という学問分野の体系化
２） 電気生理・脳イメージング・行動データなどのマルチ
モーダルな情報を統合して機能を記述できる数理モ
デル化手法（グレイボックスモデル）の構築
３） 構造変化や行動遂行則変化を統合した生存適応原理を説明可能とする理論構築

through its computational modelings2) Construction of mathematical modeling (gray-box
model), which can describe brain functions by integrating multi-modal experimental data such as electrophysiology, brain imaging, and behavior.
3) Construction of a comprehensive theory that can
explain adaptation principle from its neural entity to its
neural computation principle.

また、領域終了後に想定できる波及効果として「高次脳機能障害（認知症に代表される脳変性疾患や脳卒中）への新しい対処法の提案」や「高齢化に伴うフレイルティの 0 次予防法の提案」等が考えられる。

HYPER-ADAPTABILITY | 5

01 項目群
損傷や加齢に伴う大規模脳領域での脱抑制機構に関して、モノアミン修飾系に着目し、光遺伝学による因果性解析などを通して、「生体構造の再構成過程」を解明する。
01 group focuses on the monoamine system for brain disinhibition during neural damage and aging.
Our group studies the “reconstruction of neural structure” through causality analysis such as using
optogenetics.

A01

生体構造の再構成による超適応機構の解明と潜在適応力低下防止への挑戦
研究代表者 伊佐 正 京都大学 大学院医学研究科 教授

研究分担者 内藤 栄一 情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター 研究マネージャー
研究分担者 相澤 秀紀 広島大学 大学院医系科学研究科 教授
研究分担者 浅田 稔 大阪大学 先導的学際研究機構 特任教授

Elucidation of the hyper-adaptation mechanism byreconstruc­tion of bio-structure and challenges forprevention of decline in latent adaptive capacity

伊佐 正

内藤 栄一

相澤 秀紀

浅田 稔

Tadashi ISA

Eiichi NAITO

Hideki AIZAWA

Minoru ASADA

近藤 敏之

千葉 龍介

Toshiyuki
KONDO

Ryusuke
CHIBA

Principal investigator:
Tadashi ISA
Professor, Kyoto University

Funded co-investigators:
Eiichi NAITO
Research Manager, CiNet

Hideki AIZAWA
Professor, Hiroshima University

Minoru ASADASpecially Appointed Professor, Osaka University

中枢神経損傷や加齢による機能低下の際を代償するための超適応の基盤として広汎な神経回路の脱抑制があり、その背後にモノアミン汎性修飾系が関与するという我々の仮説
To compensate for the damage to the central nervous system or dysfunction with aging, the subjects may actively
exert the disinhibitory mechanism in the large-scaled neural network. We hypothesizing that the diffusely projecting
monoaminergic system underlies such disinhibition.

B01

生体構造の再構成に関わる潜在回路に基づく超適応メカニズムのモデル化研究代表者 近藤 敏之 東京農工大学 大学院工学研究院 教授
研究分担者 千葉 龍介 旭川医科大学 医学部 准教授

Systems modelling of hyper-adaptation mechanism
for reconstruction of neural structure
Principal investigator:
Toshiyuki KONDO
Professor, Tokyo University of Agriculture and Technology

Funded co-investigator:
Ryusuke CHIBA
Associate Professor, Asahikawa Medical University

構造変化を伴う超適応のモデル化に向けたシス
テム工学的アプローチ
Systems engineering approach toward modeling of hyper-adaptability with structuralchange6 | HYPER-ADAPTABILITY

02 項目群
脳の「生体構造の再構成過程」を、身体変容である急性・慢性の筋再配置による筋や筋シナジー変化を基に解析し、数理モデル化する。
02 group analyzes the changes in muscle synergy by acute and chronic tendon transfer, and constructs
a mathematical model for the “reconstruction of neural structure”.

A02

身体変容への超適応の神経機構の解明
研究代表者 関和彦

国立精神・神経医療研究センター 神経研究所 部長

Hyper-adaptability to altered musculoskeletal system:
cortical and subcortical mechanism

関和彦

Kazuhiko SEKI

Principal investigator:
Kazuhiko SEKI
Director, NCNP

上：筋再配置手術の概念図。筋再配置のような経験したことのない運動中の感覚予測誤差に対する脳の超適応過程を、神経細胞活動記録や筋電図記録（下左）、筋電図解析（シナジー解析）（下中央）、皮質活動記録（下右）などを通じて解明する。
Top: Conceptual diagram of muscle relocation surgery. We
will evaluate the process of hyper adaptation by recording
muscle activities (lower left), muscle synergy analysis (lower
middle), and the cortical activity (lower right).

B02

身体変容への超適応のモデル化研究代表者 小池 康晴 東京工業大学 科学技術創成研究院 教授

研究分担者 舩戸 徹郎 電気通信大学 大学院情報理工学研究科 准教授

Modeling of hyper-adaptability to altered musculoskeletal system

小池 康晴

舩戸 徹郎

Yasuharu
KOIKE

Tetsuro
FUNATO

Principal investigator:
Yasuharu KOIKE
Professor, Tokyo Institute of Technology

Funded co-investigator:
Tetsuro FUNATO
Associate Professor, The University of Electro-Communications

シナジーの再構成・学習過程のモデル化
Model of the reconstruction/learning process ofsynergies

HYPER-ADAPTABILITY | 7

03 項目群
身体認知・意欲が運動学習に与える影響を調べることで「行動遂行則の再編性」のメカニズムに迫る。身体認
知に介入して再編成を促進する技術を開発し、ロボティック介入リハビリテーションに応用する。
03 group approaches the mechanism of the “reconstitution of behavioral principle” by examining theeffects of cognition and motivation on motor learning. Our group develops a technology to intervene
in body cognition to promote reorganization, and applies it for robotic-interventional rehabilitation.

A03

超適応を促す身体認知・情動機構の解明
研究代表者 今水 寛 東京大学 大学院人文社会系研究科 教授

研究分担者 筒井 健一郎 東北大学 大学院生命科学研究科 教授

Mechanisms of body cognition and emotion inducing
hyper-adaptability
Principal investigator:
Hiroshi IMAMIZU

今水 寛

筒井健一郎

Hiroshi
IMAMIZU

Ken-Ichiro
TSUTSUI安Professor, The University of Tokyo

Funded co-investigator:
Ken-Ichiro TSUTSUIProfessor, Tohoku University

身体認知と意欲が、超適応を促進するメカニ
ズムの神経科学的理解
Understanding neural mechanisms inwhich body cognition and motivation facilitate “hyper-adaptability”

B03

認知・情動に着目した超適応現象のシステム論的理解と実現
研究代表者 淺間 一 東京大学 大学院工学系研究科 教授
研究分担者 井澤 淳 筑波大学 システム情報系 准教授
研究分担者 温研究分担者 安文 東京大学 大学院工学系研究科 特任准教授
琪 九州大学 大学院システム情報科学研究院 准教授

Systematic understanding and realization of hyper-adaptive
phenomena focusing on cognition and emotion
Principal investigator:
Hajime ASAMA
Professor, The University of Tokyo

Funded co-investigators:
Jun IZAWA
Associate Professor, University of Tsukuba

Wen WEN
Project Associate Professor, The University of Tokyo

Qi AN
Associate Professor, Kyushu University

認知・情動に着目した超適応現象のシステム論的解明と理解、およびそれに基づく新たなリハビリテーション手法の開発
Systematic understanding and realization of hyperadaptive phenomena focusing on cognition and emotion, and proposal of novel rehabilitation based on
hyper-adaptive phenomena

8 | HYPER-ADAPTABILITY

淺間 一

井澤 淳

温

Hajime ASAMA

Jun IZAWA

Wen WEN

文

Qi AN

琪

04 項目群
パーキンソン病等の神経変性疾患等による神経伝達物質の異常に着目し、「行動遂行則の再編成」メカニズムを解明する。
04 group focuses on the neurotransmitter abnormality caused by neurodegenerative diseases such as
Parkinson's disease, and approaches the mechanism of “reconstitution of behavioral principle”.

A04

神経伝達物質の異常に伴う超適応を誘発する脳活動ダイナミクスの変容研究代表者 高草木 薫 旭川医科大学 医学部 教授

研究分担者 花川 隆 京都大学 大学院医学研究科 教授

Alteration of brain dynamics as underlying mechanismsof hyper-adaptability in neurotransmitter disorders
Principal investigator:
Kaoru TAKAKUSAKI

高草木 薫

花川 隆

Kaoru
TAKAKUSAKI

Takashi
HANAKAWA

Professor, Asahikawa Medical University

Funded co-investigator:
Takashi HANAKAWA
Professor, Kyoto University

ドーパミン作動性コリン作動系および脳幹下行路の機能から観たパーキンソン病の姿勢変化の仮説メカニズム
Hypothetical mechanism of postural change in
Parkinson’s disease based on functions of dopaminergic and cholinergic systems, and brainstem descending tracts.

B04

姿勢制御における神経伝達物質の作用を考慮した超適応モデリング研究代表者 太田 順 東京大学 大学院工学系研究科 教授

研究分担者 四津 有人 東京大学 大学院工学系研究科 准教授

Modelling of hyper adaptability in human posturalcontrol considering the role of neurotransmitters

太田 順
Jun OTA

Principal investigator:
Jun OTA
Professor, The University of Tokyo

Funded co-investigator:
Arito YOZU
Associate Professor, The University of Tokyo

投薬・マルチタスクを利用した神経伝達物質の役割の検証
およびマルチタスク表現モデルの開発
Verification of the role of neurotransmitters using
medication and multitasking and the development ofa multitasking representation model

HYPER-ADAPTABILITY | 9

A05 公募班

A05 | Subscribed Reseatch Group

A05-01

脳卒中患者の上肢麻痺回復過程における超適応機構の解明
Elucidation of the hyper-adaptation mechanism of upper limb recovery instroke patients
研究代表者

出江 紳一
東北大学 医工学研究科 教授
Shin-ichi iZUMIProfessor, Tohoku University

脳卒中患者の上肢麻痺回復過程における超適応機構の解明
Elucidation of the hyper-adaptation mechanism of upper limb recovery in stroke
patients

A05-02不安障害と回復期にみられる霊長類辺縁皮質––線条体の神経振動の同期現象Synchronization of neural oscillation among primate limbic structures andthe striatum during recovery from anxiety like state.
研究代表者

雨森 賢一
京都大学 白眉センター 准教授
Kenichi AMEMORIAssociate Professor, Kyoto University

帯状束でつながる不安に関わると考えられる脳領野のネットワークと領野間のコヒーレ
ンス解析
Anxiety network consists of brain regionsthat are connected through cingulate
bundle and coherence analysis among
the brain regions.

A05-03

ヒト運動前野の超適応メカニズムの解明：皮質脳波からの電気的コネクトミクス研究
Mechanism of Hyper-Adaptivity of the human premotor area:
electrophysiological connectome analysis with electrocorticogram
研究代表者

松本 理器

神戸大学 大学院医学研究科 教授
Riki MATSUMOTO
Professor, Kobe University

ヒト運動前野の超適応メカニズムの解明 : 皮質脳波からの電気的コネクトミクス研究
Mechanism of Hyper-Adaptivity of thehuman premotor area: electrophysiological connectome analysis withelectrocorticogram

A05-04

パーキンソン病モデルにおける学習障害回復の基盤となる神経回路再編成メカニズム
Neural circuit rearrangement mechanisms underlying the recovery fromlearning deficits in Parkinson's disease model animals

研究代表者

小林 和人
福島県立医科大学
医学部 教授Kazuto KOBAYASHI
Professor, Fukushima
Medical University

黒質線条体系の損傷に基づくパーキンソン病モデルラットは、弁別学習の障害を示すが、試行の継続によりその障害は徐々に回復する。この学習障害回復の神経回路メカニズムを解明するために、回復過程における脳内神経活動の動態変化を小動物用 PET（positron emission tomography）技術を応用して全脳レベルで解析することに加え、経路選択的な神経回路操作技術により、中脳（腹側被蓋野：ventral tegmental area/VTA）から側坐核（nucleus
accumbens/NAc）へ投射するドーパミン神経系の役割の解明に迫る。
Model rats for Parkinson’s disease generated by degeneration of nigrostriatal dopamine neurons impairs the acquisition of sensory discrimination
learning, but the impairment is recovered gradually through the continuous trials. To understand this recovery mechanism, we will analyze a dynamic shift of neural activity at the whole brain level by using the positronemission tomography for small animals and aim to elucidate the role ofdopamine pathway originating from the ventral tegmental area (VTA) andprojecting to the nucleus accumbens (NAc) in the learning recovery.

10 | HYPER-ADAPTABILITY

A05-05

ヒト脳・脊髄 間接運動経路の活性化を最大化する脳刺激法の決定
Development of non-invasive brain stimulation techniques that can increase recruitmentof the corticospinal motor indirect pathway during acquisition of hand motor skills.

脳・脊髄機能画像法を開発した。この手法を用いることにより、右利きヒトにおいて利き手（右手）と左手（非利き手）の運動経路が異なることを示した。

研究代表者

Cortico-Spinal functional magnetic resonance imaging (cs-fMRI) techniques (leftpanel). We found preferential involvement of the corticospinal motor direct
and indirect pathway for the preferredand nonpreferred hand movement (rightpanel, in submission).

阿部 十也
国立精神・神経医療研究センター
脳病態統合イメージングセンター
Mitsunari ABE
Section Chief, NCNP

A05-06

脳内出血後のリハビリテーションによる運動回復に伴う運動調節
系変化の解析
Analysis of motor control system in the recovery of forelimb function byrehabilitation after intracerebral hemorrhage
脳出血後のリハビリテーションによる運動機能回復メカニズムの解析：
内包近傍の脳内出血 (ICH) 後の麻痺側集中使用 (FLU) により上肢巧緻機能が改善するが、小脳を介した運動調節系の適応メカニズムは明らかになっていない。ウイルスベクター二重感染法を用い、行動学的および電気生理学的な解析から、運動調節系の超適応変化を解析する。
研究代表者

飛田 秀樹
名古屋市立大学
大学院医学研究科 教授
Hideki HIDA
Professor, Nagoya City
University

Analysis of the recovery mechanism by forced-limb use after ICH:
Although forelimb motor function is improved by forced-limb use(FLU) after intracerebral hemorrhage (ICH) involving the switch tocortico-rubral pathway under damage of cortico-spinal pathway,
the adaptive mechanism of motor control system is unknown.
Using double-virus vector infection method, adaptive mechanism
in motor control system via cerebellum will be investigated frombehavioral and electrophysiological analysis.

A05-07

恐怖記憶による不適応状態からの超適応を支える脳領域間ネット
ワーク変化の制御機構
Regulatory mechanisms of inter-regional network changes
underlying hyper-adaptation from mal-adaptation state causedby fear memory.
研究代表者

宮脇 寛行
大阪市立大学
大学院医学研究科 助教

腹側海馬、扁桃体、前頭前野からの多領域
同時・大規模電気生理学記録

Hiroyuki MIYAWAKI

Simultaneous multi-regional large-scale
electrophysiology in the ventral hippocampus, amygdala, and prefrontal cortex.

Assistant Professor,
Osaka City University

A05-08

主体感（Sense of Agency）の精度向上による神経疾患・精神疾患における超適応の促通
Facilitating hyper-adaptation in neurological and psychiatric diseases
thorough improving precision on the sense of agency.
研究代表者

前田 貴記
慶應義塾大学 医学部 講師
Takaki MAEDA
Senior Assistant Professor,
Keio University

主体感（Sense of Agency）の精度向上による神経疾患・精神疾患における超適応の促通
Facilitating hyper-adaptation in neurological and psychiatric diseases thorough improving precision on the sense of agency

HYPER-ADAPTABILITY | 11

A05-09

抑制性ニューロンの観察・操作による巧緻性再獲得のメカニズム解明
The role of inhibitory neurons related to skilled hand movements after spinal
cord injury.
研究代表者

近藤 崇弘
慶應義塾大学 医学部 助教
Takahiro KONDO
Assistant Professor, Keio University

抑制性ニューロンの観察・操作による巧緻性
再獲得メカニズムの解明
The role of inhibitory neurons related toskilled hand movements after spinal cord
injury.

A05-11

脳刺激やモチベーション操作による障害側身体空間を志向する
神経回路の活性化
Activating preference network for affected side by neural and behavioral
modulation.
研究代表者

大須 理英子早稲田大学 人間科学学術院 教授
Rieko OSU
Professor, Waseda University

脳刺激やモチベーション操作による障害側
身体空間を志向する神経回路の活性化
Activating preference network for affected side by neural and behavioral
modulation.

A05-12

細胞外環境とシナプスコネクトによる超適応機能–– 脊髄損傷後の超回復とAIトレース––
Hyper-adaptability from inducing synapse connection and regulation of
extracelluar matrix. ––Spinal cord injury and AI-based motion capture––
研究代表者

武内 恒成
愛知医科大学 医学部 教授
Kosei TAKEUCHI
Professor, Aichi Medical University

脊髄損傷後の超回復を目指して、細胞外再生環境を制御と人為的シナプスコネクトによる回復 AI モーションキャプチャで解析する。
AI-based motion capture for Hyperadaptability from inducing synapse connection and regulation of extracelluar
matrix, in order to amelioration to spinal
cord injury.

A05-13

加齢と疾患による大脳基底核神経路の変遷と再構成を検証する
Reconstruction of Basal Ganglia by Aging and Neurodegenerative Disease
研究代表者

藤山 文乃
北海道大学
大学院医学研究院 教授
Fumino FUJIYAMA
Professor, Hokkaido University

膜移行性シグナルを付けたウイルスベクタを用いて明らかになった新しい大脳基底核ニューロン
Basal Ganglia neurons revealed by membrane targeting Sindbis virus

12 | HYPER-ADAPTABILITY

A05-14

超適応によって脳機能を回復させるための先進的基盤技術開発
Development of techniques to improve brain functions by using hyperadaptability
研究代表者

正水 芳人
理化学研究所脳神経科学研究センター
副チームリーダー
Yoshito MASAMIZU
Deputy Team Leader,
Center for Brain Science, RIKEN

超適応によって脳機能を回復させるための先進的基盤技術開発
Development of techniques to improvebrain functions by using hyper-adaptability

A05-16

脳損傷後に大脳両半球で生じる適応機構
Adaptive mechanism occurring in both hemispheres after unilateralbrain damage
研究代表者

肥後 範行
産業技術総合研究所
人間情報インタラクション研究部門
研究グループ長Noriyuki HIGOGroup Leader, AISTfNIRS（Functional Near-InfraredSpectroscopy）計測により示された内包（PIC）梗塞後の巧緻動作回復過程で生じる
大脳皮質の活動変化
Functional near-infrared-spectroscopybased measurement of changes in cortical activity in macaques during recovery
of manual dexterity after infarction in theposterior internal capsule (PIC).

A05-17

マーモセット半側空間無視モデルの確立と回路操作
Animal model of unilateral spatial neglect in marmosets
研究代表者

吉田 正俊

北海道大学
人間知・脳・AI 研究教育センター
特任准教授
Masatoshi YOSHIDASpecially Appointed Associate Professor,
Hokkaido University

マーモセット背側、腹側注意経路の推定
Estimation of the dorsal and ventral attention networks in marmosets

HYPER-ADAPTABILITY | 13

B05 公募班

B05 | Subscribed Reseatch Group

B05-01

深層強化学習における運動シナジー発現のメカニズムの解明
Elucidation of the mechanism of motor synergy emergence in deep reinforcement learning
研究代表者

林部 充宏

東北大学
大学院工学研究科 教授
Mitsuhiro HAYASHIBE
Professor, Tohoku University

リーチング運動において深層強化学習によりフィードバック制御からフィードフォワード制
御に切り替わり協調的な運動に変異している様子
Deep reinforcement learning switchesfrom feedback control to feedforward control and transforms into synergetic movement during reaching task

B05-02

閉ループ筋電気刺激外乱システムを用いた立位姿勢制御系適応能力の解明
Adaptation ability of human postural control system revealed by a closedloop electrical muscle stimulation system
研究代表者

野崎 大地

東京大学
大学院教育学研究科 教授

ヒト直立姿勢時の身体ダイナミクスを変容させる閉ループ型電気刺激システム

Daichi NOZAKI
Professor, The University of Tokyo

Closed-loop electrical stimulation system
to alter the body dynamics of humanstanding posture.

B05-03足部の進化的身体変容に対する二足歩行運動の超適応メカニ
ズム
Mechanism underlying the hyper-adaptation of bipedal locomotion to theevolutionary change of the foot.
研究代表者

荻原 直道
東京大学
大学院理学系研究科 教授

神経筋骨格モデルに基づく二足歩行シミュ
レーションによる超適応メカニズムの解明

Naomichi OGIHARA

Elucidating the mechanism underlying
the hyper-adaptation of bipedal locomotion through forward dynamic simulation
based on a neuro-musculoskeletal model.

Professor, The University of Tokyo

B05-04

超適応の解明に向けた脳状態空間表現の同定と非侵襲脳刺激による操作
Understanding neural manifold of the movements using human neuroimaging and non-invasive brain stimulation
研究代表者

南部 功夫

長岡技術科学大学
大学院電気電子情報工学専攻 准教授
Isao NAMBU
Associate Professor,
Nagaoka University of Technology

到達運動実験時の脳波計測と運動の低次元空間表現の解明
Understanding low-dimensional neuralrepresentation using electroencephalogram data during reaching movements

14 | HYPER-ADAPTABILITY

B05-05

写像間の変換推定にもとづく部分ダイナミクスの再利用を行う
運動学習モデルの開発
Development of motor learning model that can reuse partial dynamics
based on estimation of transformation between mappings
研究代表者

小林 祐一
静岡大学
大学院総合科学技術研究科
准教授
Yuichi KOBAYASHI
Associate Professor,
Shizuoka University

左右両腕の運動学習における部分
ダイナミクスの学習と写像間の変換の学習
Learning of partial dynamics andtransformation between mappings in motor learning of left andright arm.

B05-06

身体化されたロボットアームへのAIによる運動介入時の操作者
適応支援技術
Shared-control of teleoperated robot maintaining operator’s embodiment
under intervention of AI
研究代表者

長谷川 泰久名古屋大学
大学院工学研究科 教授
Yasuhisa HASEGAWA
Professor, Nagoya University

身体性を保持しながら、ロボットアームを協調操作するインタフェース
Interface for shared-control of a roboticarm maintaining operator’s embodiment

B05-07

ヒト立位姿勢の間欠制御の脳内メカニズムに関するシステム工学的研究
Systems engineering approach for understanding supraspinal mechanismsof the intermittent feedback control during human upright stance
研究代表者

野村 泰伸

大阪大学
大学院基礎工学研究科
教授
Taishin NOMURA
Professor, Osaka University

姿勢計測、運動関連脳波・筋電図計測、経頭蓋磁気刺激による皮質脊髄路興奮性の評価、経頭蓋反復磁気刺激による脳活動と身体運動の変調（ニューロモジュレーション）によるアプローチを統合することで、立位姿勢の間欠制御の脳内メ
カニズムの解明を目指す研究
Systems engineering approach for unveiling supuraspinal mechanisms of the intermittent postural control during upright standing by integrating postural responses,
EEG/EMG responses, TMS responses for evaluating corticospinal excitability, and rTMS-based neuromodulationsof those responses to mechanical perturbations.

B05-08

無限定環境への適応を可能にする動的状態空間強化学習モデル
A reinforcement learning model with dynamic state space that enables adaptation to indefinite environments
研究代表者

坂本 一寛
東北医科薬科大学
医学部 准教授
Kazuhiro SAKAMOTO
Associate Professor,
Tohoku Medical andPharmaceutical University

2 ターゲット探索課題での正解ペアの変更前後の動作の例。
被験者は 2 つの正解ターゲットを交互に見る（知識利用フェーズ）。正解ペアが変わると被験者はエラーの後、新しい正解ターゲットを探索する（探索フェーズ）。
Examples of behaviors before and after a valid-pairchange in two-target search task. The subject made alternate saccades to 2 valid targets (exploitation phase).
When the valid pair changed, the subject made an error
and began to search for new valid targets (exploration
phase).

HYPER-ADAPTABILITY | 15

B05-09

テイラーメード神経活動修飾法による注意機能改善がもたらす
高齢者の運動学習促進
Attention control training based on tailor-made neurofeedback system forfacilitating motor learning in elderly
研究代表者

櫻田 武
立命館大学 理工学部 助教
Takeshi SAKURADA
Assistant Professor,
Ritsumeikan University

高齢者の注意能力個人差に基づくテイラーメード
ニューロフィードバック訓練での関心領域設定
Tailor-made neurofeedback training system
based on individual elderly attentional ability

B05-10VRリハビリテーションにおける運動回復プロセスのモデル化とリハビリ戦略の最適化
Modeling of the motor recovery process and optimization of rehabilitation
strategy using VR
研究代表者

稲邑 哲也
国立情報学研究所
情報学プリンシプル研究系
准教授
Tetsunari INAMURA
Associate Professor, NII

1) 片麻痺などのリハビリに用いる運動の拡張提示における拡張係数の決定モデル、および 2) 身体保有感の確度と姿勢の関係のモデル化、を対象として、
刺激呈示とそのリアクションを VR で長期的に観察し、効果的なリハビリ戦略を決定する方法論を確立する。
The purpose of this study is to establish a methodology for determining effective rehabilitation
strategies by observing stimulus presentationand its reaction in VR, based on the following
two topics: 1) a model for determining the extension coefficient in the motion exaggeration
display for hemiplegia, and 2) modeling therelationship between the accuracy of a sense ofbody ownership and body posture.

B05-11筋骨格身体の急峻な変化を伴う発達初期における感覚– 運動ダイナミクスの超適応
Developmentalhyper-adaptability of sensorimotor dynamics
under rapid growth
研究代表者

金沢 星慶

東京大学
大学院情報理工学系研究科
特任助教
Hoshinori KANAZAWA
Research Assistant Professor,
The University of Tokyo

16 | HYPER-ADAPTABILITY

発達初期の自発運動時に生じている
感覚運動ダイナミクス
Sensorimotor interactions during
infantile spontaneous movements.

総括班
Management GroupX00

身体–脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解の総括研究
Administrative research on hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction

研究代表者
太田 順

東京大学 大学院工学系研究科 教授

研究分担者
舩戸 徹郎 電気通信大学 大学院情報理工学研究科 准教授
伊佐 正

京都大学 大学院医学研究科 教授

近藤 敏之 東京農工大学 大学院工学研究院 教授
研究協力者

Principal investigator:

内藤 栄一 情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター 研究マネージャー

Jun OTA
Professor, The University of Tokyo

相澤 秀紀 広島大学 大学院医系科学研究科 教授
関和彦 国立精神・神経医療研究センター 神経研究所 部長

今水 寛

東京大学 大学院人文社会系研究科 教授

筒井 健一郎 東北大学 大学院生命科学研究科 教授
高草木 薫 旭川医科大学 医学部 教授
花川 隆

京都大学 大学院医学研究科 教授

千葉 龍介 旭川医科大学 医学部 准教授

Funded co-investigators:
Tetsuro FUNATO
Associate Professor, The University of Electro-Communications

Tadashi ISA
Professor, Kyoto University

Toshiyuki KONDO
Professor, Tokyo University of Agriculture and Technology

小池 康晴 東京工業大学 科学技術創成研究院 教授

Co-investigators:

淺間 一東京大学 大学院工学系研究科 教授

Eiichi NAITO

井澤 淳

筑波大学 システム情報系 准教授

温文

東京大学 大学院工学系研究科 特任准教授

Professor, Hiroshima University

安琪

九州大学 大学院情報システム科学研究院 准教授

Kazuhiko SEKI

四津 有人 東京大学 大学院工学系研究科 准教授

Research Manager, CiNet

Hideki AIZAWA

Director, NCNP

Hiroshi IMAMIZU
Professor, The University of Tokyo

Ken-Ichiro TSUTSUIProfessor, Tohoku University

Kaoru TAKAKUSAKI
Professor, Asahikawa Medical University

Takashi HANAKAWA
Professor, Kyoto University

Ryusuke CHIBA
Associate Professor, Asahikawa Medical University

Yasuharu KOIKE
Professor, Tokyo Institute of Technology

Hajime ASAMA
Professor, The University of Tokyo

Jun IZAWA
Associate Professor, University of Tsukuba

Wen WEN
Project Associate Professor, The University of Tokyo

Qi AN
Associate Professor, Kyushu University

Arito YOZU
Associate Professor, The University of Tokyo

HYPER-ADAPTABILITY | 17

若手の会
Young Researchers Group

本領域では、脳神経科学的アプローチによる実験解析とシステム工学的アプローチによるモデル構成の連携研究により、神経の超適応原理に迫り、急性 / 慢性疾患やフレイルティの原理を包括的に理解することを目指している。
「超適応」という新しい学術領域を創設し、学問として体系化するためには、異分野融合の理念に精通して実践的に研究を推進できる若手研究者の育成が不可欠である。このため本領域では「若手の会」を組織し、若手研究者を中心としたチュートリアル講演会・ワークショッ
プ等の定期開催、海外関連研究機関との連携による若手
研究者の相互派遣による国際化促進など、領域全体でその活動を支援することで当該領域の将来を担う若手研究者の育成に当たる。

若手の会の活動実績
令和元年 11 月 21 日 若手の会キックオフミーティング
令和２年 01 月 26 日 超適応勉強会（東京都港区芝浦）
令和２年 03 月 26 〜 27 日 超適応勉強会（東京大学本郷キャンパス）
令和２年 07 月 18 日 EMBC2020 Workshop 企画（オンライン開催）
令和２年

Advanced Robotics 特集号企画

Young Researchers Group
This research area aims to understand the principlesof neural “hyper-adaptability” and the principles ofacute/chronic diseases and frailty through collaborative research between experimental analysis ofneuroscience and model-based analysis of systems
engineering. To create and systematize the new academic field of “hyper-adaptability”, it is essential tofoster young researchers who are familiar with theinterdisciplinary research of our area and who canpromote practical researches. For this purpose, we organize the “Young Researchers Group” to support theactivities of young researchers. Young Researchers
Group holds tutorial lectures and workshops regularly and promotes internationalization by exchanging
young researchers with overseas research institutes.
With these supports, we foster young researchers
who will be the future leaders of this area.

18 | HYPER-ADAPTABILITY

Contents
本領域の目的----------------------------------------------- 2
Purpose of the Research Project

本領域の内容----------------------------------------------- 3
Content of the Research Project

期待される成果と意義------------------------------------ 5
Expected Research Achievements and Scientific Significance01 項目群（A01 × B01）------------------------------- 6
A01–B01 | 01 Group

02 項目群（A02 × B02）------------------------------- 7
A02–B02 | 02 Group

03 項目群（A03 × B03）------------------------------- 8
A03–B03 | 03 Group04 項目群（A04 × B04）------------------------------- 9
A04–B04 | 04 Group

A05 公募班------------------------------------------------10
A05 | Subscribed Reseatch Group

B05 公募班------------------------------------------------14
B05 | Subscribed Reseatch Group

X00 総括班-----------------------------------------------17
X00 | Management Group

若手の会---------------------------------------------------18
Young Researchers GroupHYPER-ADAPTABILITY | 19

お問い合わせ先
Contact

科研費新学術領域「超適応」
領域代表：太田 順（東京大学 大学院工学系研究科 教授）
領域幹事：舩戸 徹郎（電気通信大学 大学院情報理工学研究科 准教授）
領域事務局 E-mail：office@hyper-adapt.org

HYPER-ADAPTABILITY
Director: Jun Ota (Professor, The University of Tokyo)
Secretariat: Tetsuro Funato(Associate Professor, The University of Electro-Communications)
Email: office@hyper-adapt.org

https://www.hyper-adapt.org
2021.01

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