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２期

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 arefacing the urgent problems of sensory-motor impairments, declining higher-order brain functions, cognitive
impairment, loss of motivation, and mood disorders
caused by aging, and in turn extreme decline of bodily and neurological functions. All of these problems
have a common source: inability to adapt appropriately to a brain-body system changed with aging andimpairments.

う運動機能障害や高次脳機能の低下、さらには認知症、意欲の低下、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、加齢や障害によって変容する脳 – 身体システムに、我々自身が上手く「適応」できないという共通の問題が存在している。
人の身体、脳は例えば、「脊髄の損傷で片手が麻痺しても、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」の解明が上述の「共通の問題」を解決に導くと考えている。これは、従来の身体運動科学が扱ってきた「通常の適応」とは明らかに異なる。
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
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／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解することが本領域の目的である。

2 | HYPER-ADAPTABILITY

The human body has a high degree of redundancy.
For example, “when a hand is paralyzed by a spinal cord
injury, the ipsilateral motor cortex immediately joins its
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 thebrain’s “hyper-adaptability” may resolve the abovementioned issues.
The goal of our research project is to elucidate
the neural and computational principles of hyperadaptability in which the brain manages impairment ofbrain functions by linking neuroscience with systems
engineering in order to comprehensively understandacute/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
or disorder due to aging, the brain reorganizes neuralnetworks by disinhibiting pre-existing neural networkthat is normally suppressed and searching for latent
but available network that has long been unutilized
through course of evolution and development. We
call this process of functional compensation as “reconstruction of neural structure”, i.e. a neural entity that
achieves hyper-adaptability. In order to implement
practical functions to this reconstituted neural network,
the network should acquire a new control policy of motor effectors based on precise recognition of the present 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 newcontrol space as “reconstitution of sensorimotor control
rules”, i.e. neural computation principle that enables
hyper-adaptability.

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
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。
我々は、この機能代償の過程を「生体構造の再構成」と呼び、超適応を可能にする具体的な神経実体と考える。この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得する必要がある。このためには、積極的に意欲をもって、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、「行動遂行則の再編成」と呼び、超適応を可能にする神経計算原理と考える。
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
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）。その融合技術基盤として、「ウィルスベクターや光・化学遺伝学的方法論、脳刺激法等の介入脳神経科学手法に、ロボッ
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
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
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

In order to verify the hypotheses described above,
knowledge of neuroscience is essential. However, with
only the “bottom-up” approach relying on experiments
and analyses, it would be difficult to clarify hyperadaptability that is manifested by systematic behaviorof a neural network. Therefore, we apply an interdisciplinary approach that integrates the mathematicalmodeling technology of systems engineering withneuroscience (see figure on page 4). We adopt two
new analytical approaches: (a) Robotic-interventional
neuroscience, i.e. combinatory use of well-controlled
robotic technologies and biological approaches ofviral vector, optogenetics, chemogenetics and brain
stimulation. This allows verification of cause-effect relationship of neural activity and its generated functions
and behaviors. (b) Function-oriented neural encoding,which constitutes a model that may incorporate any
knowledge of brain functions into gray-box modelingor hypothesizes the structure of a model based on statistical 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。

Keyword

4 | HYPER-ADAPTABILITY

Hyper-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.

期待される成果と意義

Expected Research Achievements

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 andthrough its computational modelings

１） 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

and Scientific Significance2) 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 室長
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

研究分担者 中野 英樹 京都橘大学 大学院健康科学研究科 准教授

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

Tadashi ISA

Eiichi NAITO

Hideki AIZAWA Minoru ASADA Hideki NAKANO

浅田 稔

中野 英樹

Principal investigator:
Professor, Kyoto University
Tadashi ISA
Funded co-investigators:
Director, CiNet
Eiichi NAITO
Professor, Hiroshima University
Hideki AIZAWA
Specially Appointed Professor, Osaka University
Minoru ASADA
Hideki NAKANO Associate Professor, Kyoto Tachibana 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
研究分担者 宮下 恵

東京農工大学 大学院工学研究院 助教

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:
Ryosuke CHIBA
Associate Professor, Asahikawa Medical University

Megumi MIYASHITA
Assistant Professor, Tokyo University of Agriculture and Technology

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 structuralchange.

6 | HYPER-ADAPTABILITY

近藤 敏之

千葉 龍介

宮下 恵

Toshiyuki
KONDO

Ryosuke
CHIBA

MegumiMIYASHITA

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 alteredmusculoskeletal 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

温 文

安 琪

Wen WEN

Qi AN

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 文
研究分担者 安 琪

東京大学 大学院工学系研究科 特任准教授
東京大学 大学院新領域創成科学研究科 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, The University of Tokyo

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

Hajime ASAMA Jun IZAWA

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（第２期）

A05 | Subscribed Reseatch Group - Second Term

A05-01

超適応現象を適切に強化する閉ループ脳刺激法
A closed-loop brain stimulation for reinforcing hyper-adaptability
研究代表者

竹内 雄一
北海道大学
大学院薬学研究院 准教授
Yuichi TAKEUCHI
Associate Professor,
Hokkaido University

標的脳状態の実時間検出をトリガーにした
報酬系脳領域刺激により、脳の適応的再構成を強化する。
A closed-loop control of brain network reorganization by time-targeted stimulationof the brain rewarding system.

A05-02

脳卒中患者の上肢回復過程における使用行動－身体意識－脳の変容機構の包括的理解
Comprehensive understanding of the mechanism of adaptive changes inbrain, body consciousness and arm use underlying 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

脳卒中患者の上肢回復過程における使用行
動－身体意識－脳の変容機構の包括的理解
Comprehensive understanding of themechanism of adaptive changes in brain,body consciousness and arm use underlying upper limb recovery in stroke patients.

A05-03

外部環境への適度な適応を実現する神経回路の解明
Elucidation of neural circuits for optimal adaptation to theexternal environment
研究代表者

木村 梨絵

東京大学
大学院医学系研究科 特任助教
Rie KIMURA
Specially Appointed AssistantProfessor, The University of Tokyo

ストレス負荷や発達障害の特性によって、視覚刺激のコントラスト変化に対する入力 - 出
力変換の適応がどのように修飾されるかを明らかにすることで、外部環境への“適度な適応”の神経基盤の理解を目指す。
Our study aims to understand the neuralbasis of optimal adaptation to the external environment by clarifying how the adaptation of the input-output relationshipto the changes in visual stimulus contrast
is influenced by mental stress and developmental disorders.

A05-04

適応行動を司る脳の単一学習則の提案と神経基盤検証
Neural substrate of unified learning theory for adaptive behavior
研究代表者

船水 章大
東京大学 定量生命科学研究所 講師
Akihiro FUNAMIZU
Lecturer, The University of Tokyo

脳の学習則仮説の提案（上）と マウスの行
動実験・神経活動計測・神経活動操作による仮説の検証（下）Hypotheses of learning theories in thebrain (top) and animal experiment ofmouse behavioral task, neural recording
and neural mani pulation for investigating the hypotheses (bottom).

10 | HYPER-ADAPTABILITY

A05-05

幼少期の多様な経験に基づく過剰な神経回路形成による加齢後の適応能力の拡大
Enhanced neuronal circuits for vocal learning with extensive experiences
during development
研究代表者

杉山（矢崎）陽子
沖縄科学技術大学院大学 臨界期の神経メカニズム研究ユニット 准教授／東京大学 ニューロインテリジェンス国際研究機構 特任准教授
Youko YAZAKI-SUGIYAMA
Associate Professor, The Okinawa
Institute of Science and Technology
Graduate University / Project Associate
Professor, The University of Tokyo

キンカチョウは発達期に親の歌を聴いて覚え、模倣することで歌を学ぶが、これに関わる神経回路は複数の歌を学習することで成長後も従来消失する回路が維持される。本研究では、この多様な学習による神経経路の維持メカニズムを明らかにする。
Like humans leaning to speak, zebra finches learn to sing from auditory experiencesof tutor. We found neuronal projections
from “tutor’s song memory neurons” retained in the adults which had extensive
song learning. Here in this project, we will
elucidate how extensive learning retain
the neuronal circuits for song learning.

A05-06全脳運動適応回路の解明
Whole-brain motor adaptation circuits
研究代表者

松崎 政紀

東京大学 大学院医学系研究科 教授
Masanori MATSUZAKI
マウス前肢運動適応課題（左）、運動課題中の全脳 1 光子カルシウムイメージング（中央）、運動野 2 光子カルシウムイメージング（右）Professor, The University of Tokyo

Left, mouse forelimb motor adaptation task. Middle, one-photon calcium imagingof the whole dorsal neocortex during a motor task. Right, two-photon calcium imaging of the motor cortex during the motor task.

A05-07

ヒト高次運動機能の超適応：皮質脳波コネクトミクスによる脳切除後の潜在回路の解明
Mechanism of Hyper-Adaptivity of the human premotor area:
electrophysiological connectomes 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

皮質皮質間誘発電位を用いた皮質脳波コネ
クトミクス
Electrophysiological connectome analysis
using cortico-cortical evoked potential.

A05-08

恐怖記憶に起因する不適応状態からの超適応を誘起する脳領域間ネットワーク動態の解明
Inter-regional network dynamics enabling hyper-adaptation from a fear-memory induced maladaptive state
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
Hiroyuki MIYAWAKI
Assistant Professor, Osaka Metropolitan University

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

HYPER-ADAPTABILITY | 11

A05-09

主体感（Sense of Agency）の精度向上のための認知リハビリテーションの開発と臨床応用
Research on developing a cognitive rehabilitation method for neurological andpsychiatric 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
Lecturer, Keio University

Agency Tuning by the Agency Tuner.

A05-10「超適応」を引き起こす神経回路の生成と解明
Adaptive mechanisms for perturbations in the neural manifold
研究代表者

武井 智彦

玉川大学 脳科学研究所 准教授
Tomohiko TAKEI
Associate Professor, Brain Science
Institute, Tamagawa University

ブレインコンピュータインターフェースを用いた神経適応メカニズムの推定
Estimation of adaptive neural mechanism
using brain-computer interface.

A05-11

脳梗塞慢性期に超回復を誘導するための脱抑制の時空間的制御
Spatio-temporal modulation of disinhibition for super-recovery from motor
dysfunction in the chronic phase of stroke
研究代表者

尾崎 弘展

齧歯類マウスの大脳皮質運動野梗塞モデル
を用いて、自由行動下の四肢の動きと関連する神経活動を計測し、長期間持続する脱抑制を適切に制御することで、通常の回復を凌駕する「超回復」の誘導を試みる。

同志社大学
大学院脳科学研究科 特定准教授
Hironobu OSAKI
Program-Specific Associate Professor,
Doshisha University

Using a motor cortex infarction model ofrodents, we will monitor limb function
and associated neural activity. We will try
to induce ‘super-recovery’ from motor dysfunction by controlling sustained disinhibition of neural activity.cord injury.

A05-12

空間認知の超適応的変容
Hyper adaptive changes in spatial recognition
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 University① AR により注意が多く配分される右空間
へ、実視空間をシフトさせる。
②ロボットインターフェースにより、左空間への動作を誘導する。
1) AR shifts the visual space to the rightwhere more attention is allocated.
2) The robotic interface guides the hand
movement to the left space.

12 | HYPER-ADAPTABILITY

A05-13

人為的シナプスコネクトと神経再編の環境制御による超適応機構の解析と創出
Creation of hyper-adaptability by synthetic synaptic organizers andmicro-environmental control of neural reconstruction
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.

A05-14

脳卒中超回復者の脳再構成を静的・動的磁場で誘発される
脳波変調で解明する
Brain reorganization in stroke patients with hyper-recovery by measuring
EEG modulation induced by static and dynamic magnetic fields
研究代表者

美馬 達哉

立命館大学
大学院先端総合学術研究科 教授
Tatsuya MIMA
Professor, Ritsumeikan University

脳卒中超回復者の脳再構成を静的・動的磁場で誘発される脳波変調で解明する。
Brain reorganization in stroke patientswith hyper-recovery by measuring EEG
modulation induced by static and dynamic magnetic fields.

A05-15

上肢喪失時における脳の超適応Brain adaptation after limb loss
研究代表者

南部 篤

生理学研究所 教授
Atsushi NAMBU
Professor, National Institute forPhysiological Sciences

上肢を事故によって失ったサルを用いて、大脳皮質運動野 • 感覚野における適応的変化を調べる。
Adaptive changes in the somatomotor andsomatosensory cortices will be investigated in monkeys who lost their upper limb
by accident.

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, AIST

内包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とその背景にある神経投射変化
Changes in cortical activity and neuralprojections in macaques during recovery
of manual dexterity after infarction in theposterior internal capsule.

HYPER-ADAPTABILITY | 13

B05 公募班（第２期）

B05 | Subscribed Reseatch Group - Second Term

B05-01筋シナジーの発現に向けた筋骨格モデルにおけるモジュラリティの運動学習
Motor learning of modularity in musculoskeletal models toward theemergence of muscle synergy
研究代表者

林部 充宏
東北大学
大学院工学研究科 教授

筋骨格モデルの運動制御課題におけるモジュール層の有無による汎化学習能力の検証

Mitsuhiro HAYASHIBE
Professor, Tohoku University

Verification of the generalization learning
ability by employing modular architecture
in a musculoskeletal model based motor
control task.

B05-02

二足歩行運動の超適応メカニズムの神経回路モデル
A neural network model for hyper-adaptability of bipedal locomotion
研究代表者

荻原 直道
東京大学
大学院理学系研究科 教授
Naomichi OGIHARA
Professor, The University of Tokyo

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

B05-03発達初期の身体・神経系変容に対する
感覚運動情報構造の超適応
Hyper-adaptation of bodily and neural sensorimotor information
structures in early developmental stage
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

発達初期に生じる感覚運動ダイナミクスと関連する学習、行動創発および障害モデル
Sensorimotor dynamics and related
learning model, behavioral model, andfunctional impairment models in the early developmental stage.

B05-04

超適応を可能とする両側運動関連領域における低次元脳機能結合の解明
Low-dimensional functional connectivity across bilateral motor-related areas
for hyper-adaptability
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

冗長な機能結合ダイナミクスが低次元空間に表現されている仮説の検証
Hypothesis of redundant functional connectivity is represented in the low-dimensional space.

14 | HYPER-ADAPTABILITY

B05-05

部分ダイナミクスの再利用を行う運動学習モデルの
筋シナジー再構成への拡張
Application of motor learning model for partial relationship reuse toreconstruction of muscle synergy
研究代表者

小林 祐一
静岡大学
工学部機械工学科 准教授
Yuichi KOBAYASHI
Associate Professor,
Shizuoka University

フィードバック制御器をもとにした知識の再利用（上段）とフィードフォワード制御における筋シナジーの再利用を行う運動学習モデル
Motor learning models of information
reuse based on feedback controller (top)and models of muscle synergy reuse basedon feedforward controller (bottom) .

B05-06

眼と身体の新しい関係への適応の階層的解明
Hierarchical understanding of adaptation to a new relationshipbetween the eye and the body
研究代表者

北崎 充晃
豊橋技術科学大学
大学院工学研究科 教授
Michiteru KITAZAKI
Professor, Toyohashi
University of Technology

バーチャルリアリティを用いることで、透明身体、スクランブル身体、身体部位リマッピン
グ、共有身体など身体を編集することが可能である。これを発展させ、眼と身体の新しい関係を作り出し、通常とは異なる環境に人がどう適応するかを解明することを目的とする。
It is possible to edit the body, such astransparent body, scrambled body, bodypart remapping, and shared body using
virtual reality. We aim to create a new relationship between the eyes and the body,and to elucidate how humans adapt tounusual environments.

B05-07

ヒト静止立位の微小転倒に随伴する脳波応答に基づく
姿勢制御脳内メカニズムの解明
Supraspinal mechanisms of the human upright postural control
based on the EEG dynamics associated with micro-falls
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

ヒト直立姿勢の床面後方移動外乱に対する
脳波事象関連スペクトル摂動と誘発電位

Taishin NOMURA

Event Related Spectral Perturbation andevoked potential of EEG in response tosupport-surface perturbation during human quiet stance.

Professor,
Osaka University

B05-08

超適応としての高次脳機能:無限定環境へのプロアクティヴ・アウトリーチ原理の探究
Higher brain functions as hyper-adaptability: an exploration of the principle ofproactive outreach to an indefinite environment
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

運 動 前 野 (PM) と補 足 運 動 野 • 前 補 足 運 動 野 (SMA/pre
SMA) を区別する順序行動課題（上）と神経活動（下）。第一次運動野 (M1) は何の運動時も活動するが（下左）、運動
前野は視覚誘導性課題（上・上段）で活動するのに対し、補足運動野 • 前補足運動野は記憶誘導性課題（上・下段）で活動。このような活動の違いを説明する学習モデルを構築する。
Sequential movement task (top) and neural activities(bottom) distinguishing the premotor area (PM) and supplementary motor area/pre-supplementary motor area
(SMA/preSMA). The primary motor cortex (M1) is active
during any movement (bottom left), but the PM is active
during a visually guided task (top, top row), whereas the
SMA/preSMA is active during a memory guided task (top,bottom row). We plan to develop a learning model that
accounts for these differences in activities.

HYPER-ADAPTABILITY | 15

B05-09

ニューロフィードバック注意機能訓練における脱抑制回路の多様性と運動制御への寄与
Individual differences in suitable neural circuits for attention control and its
effect on motor control
研究代表者

櫻田 武
成蹊大学 理工学部 准教授
Takeshi SAKURADA
Associate Professor,
Seikei University

感覚刺激に誘発される低次感覚野応答を利用した注意機能訓練のためのニューロフィー
ドバックシステム
Neurofeedback system for attention training based on steady-state somatosensory
evoked potentials and steady-state visualevoked potentials.

B05-10

探索的適応を生み出す脳内ネットワーク：メタ強化学習に基づく
脳機能モデリング
Brain mechanisms for generating exploratory adaptation: Modeling thebrain function based on meta-reinforcement learning
研究代表者

植山 祐樹
防衛大学校 機械工学科 准教授
Yuki UEYAMA
Associate Professor, National
Defense Academy of Japan

16 | HYPER-ADAPTABILITY

本研究では探索行動に基づく適応過程を「探索的適応」と定義し、超適応を実現する脳機能の一翼として捉え、計算モデルおよび
fMRI 実験によってその機序を明らかにする。
We define the adaptation process basedon exploratory behavior as "exploratory
adaptation" that forms super adaptation and aim to elucidate its mechanism
from computational models and fMRI
experiments.

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：

Principal investigator:

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Professor, The University of Tokyo

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

Jun OTA

Funded co-investigators:
Tetsuro FUNATO

総括班評価者：

Associate Professor, The University of Electro-Communications

Tadashi ISA
Professor, Kyoto University

宇川 義一 *

福島県立医科大学 名誉教授、同医学部 教授

金子 真 *

大阪大学 名誉教授、名城大学理工学部 教授

Professor, Tokyo University of Agriculture and Technology

北澤 茂 *

大阪大学 大学院生命機能研究科 教授

Advisory board members:

研究協力者：

Toshiyuki KONDO

Yoshikazu UGAWA*
Professor, Fukushima Medical University

Makoto KANEKO*

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 室長

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

Emeritus Professor, Osaka University / Professor, Meijo University

Shigeru KITAZAWA*
Professor, Osaka University

Co-investigators:

筒井 健一郎 東北大学 大学院生命科学研究科 教授

Eiichi NAITO

高草木 薫

旭川医科大学 医学部 教授

Hideki AIZAWA

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

小池 康晴

東京工業大学 科学技術創成研究院 教授

淺間 一

東京大学 大学院工学系研究科 教授

Ken-Ichiro TSUTSUI

井澤 淳

筑波大学 システム情報系 准教授

温文

Kaoru TAKAKUSAKI東京大学 大学院工学系研究科 特任准教授

Professor, Asahikawa Medical University

安琪

東京大学 大学院新領域創成科学研究科 准教授

Professor, Kyoto University

四津 有人

東京大学 大学院工学系研究科 准教授

Director, CiNet
Professor, Hiroshima University

Kazuhiko SEKI
Director, NCNP

Hiroshi IMAMIZU
Professor, The University of Tokyo
Professor, Tohoku University

Takashi HANAKAWA
Ryosuke 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, The University of Tokyo

Arito YOZU
Associate Professor, The University of Tokyo＊ = 本プロジェクトと一切利害関係がありません。
Advisory Board Members have no special interests with our project

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１月26日

超適応勉強会（東京都港区芝浦）

令和２年３月26日〜27日 超適応勉強会（東京大学本郷キャンパス）令和２年７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

令和３年６月～７月

超適応勉強会（オンライン）

令和３年９月～10月

領域内外の研究者による講演会（オンライン）

令和３年12月16日

次世代脳プロジェクトでの合同シンポジウム企画（オンライン）

令和３年12月～令和４年 2月

超適応勉強会（オンライン）

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これまでの実績
Achievements

研究業績 (2022年4月1日現在）
国際雑誌論文...................... 139 篇
国内雑誌論文........................ 11 篇
国際会議............................... 60 件
国内会議............................. 111 件
書籍.........................................9 篇
報道発表............................... 15 件
受賞.........................................7 件
特許.........................................4 件

領域の主催行事
令和元年９月20日

キックオフシンポジウム・公募説明会（東京大学本郷キャンパス）令和２年３月４日～５日

第１回領域全体会議（オンライン）

令和２年10月10日

第１回一般公開シンポジウム（オンライン）

令和３年３月５日～６日

第２回領域全体会議（オンライン）

令和３年５月26日～27日 第１回国際シンポジウム HypAd2021（オンライン）
令和４年３月７日～８日

第３回領域全体会議（オンライン）

HYPER-ADAPTABILITY | 19

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 第２期--------------------------------------10
A05 | Subscribed Reseatch Group - Second Term

B05 公募班 第２期--------------------------------------14
B05 | Subscribed Reseatch Group - Second Term

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

若手の会---------------------------------------------------18
Young Researchers Group

これまでの実績--------------------------------------------19
Achievements

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
2022.06 - 500