講義

脳科学と人間Brain Science and Humans

内

容

脳の数理
2単位

Mathematical Brain Science

2単位

脳は1000億という数のニューロンが複雑に結合

人や動物の脳は、膨大な情報の中から重要な情してできた、巨大にして精巧なシステムである。

報を効率的に抽出し、適切に意思決定するように、これは生体の情報処理を司る最高次の器官であ経験を通して学習する能力を持っている。現存する。脳は驚くほど柔軟な情報処理をやってのけ、るコンピュータには、到底実現できない能力であ人間の精神機能をこの上に実現している。脳を理る。知覚や行動における様々な興味深い現象を紐解するにあたってはニューロンを構成する各部分解きながら、その脳内メカニズムを探る。の分子構造とその働きから、神経回路網の基本構造、その情報処理様式、認知、記憶、思考、制御の仕組み、さらには意識などの精神機能に至るま

Neural Information Processing

2単位

一方、人間の営みである社会組織やコンピュー神経における情報処理の基礎を学ぶ。生体の神タなども脳に関連している。21世紀は人間と会話

経系の基本要素であるニューロン（神経細胞）ののできる新しいコンピュータが要求されている。

仕組みを理解し、生体情報の計測方法および生体こう見てくると、これからの脳の科学は医学、生信号処理の基礎を身に付けることを目的とする。

物学はもとより、情報科学、工学、認知科学、言本内容は、生体のすぐれた情報処理機能を解明し、語学、哲学など諸学の交流の上に築かれる総合科応用していくための基礎となるものである。講義学であろう。これが来るべき“脳の世紀”に向けは、ニューロンの電気現象、情報処理、神経膜モての脳科学の方向といえる。このなかで人間の脳デルと方程式を解説し、生体信号の計測と処理方の知識構造の果たす役割はますます重要度を増し法について述べ、後半ではニューロンに基づく脳てくるであろう。の情報処理メカニズムまで解説を行う。

本講義は、脳の知識形成のメカニズムに注目し、これまでに築かれてきたいくつかの成果とその枠組みを概観するものである。

Perception and Recognition

2単位

視覚認知とその脳内情報処理機構について

脳科学基礎
Fundamentals of Neuroscience認知と認識

2単位

脳科学研究で使われる主要な方法と、それらの方法を使用した重要な研究について紹介・解説す“Priciples of Neural Science”中の視覚認識と視覚中枢における情報処理機構に関係する章の輪講をおこなう。毎回の輪講では、必要に応じて補足解説をおこなう。

る。電気生理学・解剖学・神経心理学・実験心理学などが対象領域となる。履修者は、学部での講義「脳の科学」程度の知識があることを前提とし、授業では個々の研究論文の紹介が中心となる。

65

学則・規程

で、きわめて広範な分野が研究の対称となる。

ニューロンの情報処理

思考と行動決定Cognitive Decision Making

統計物理特論2単位

Statistical Physics

2単位

情報を認知、整理、操作して脳内に保持し、そ熱力学の法則を原子・分子の運動から説明するの情報を利用して目的を設定し、目的に沿った適統計物理学の講義。物体は気体といえども無数の切な運動を企画・実行するための脳の機構を理解元素の集まりであり、また金属中の自由電子の振する。このために、知覚や行動における脳の様々る舞いは自由電子気体として取り扱うことが可能な現象を総説論文や原著論文から学び、討論し、である。気体に関する法則、比熱に関する法則、その脳内メカニズムを探る。

黒体放射、ブラウン現象を原子・分子・電子の分子神経科学
Cellular and Molecular Neuroscience

2単位

科学と実験の方法論的背景を神経科学研究の場
合を例にとりながら説明し、その結果と応用に関しても概説する。

運動から求めていく。 1．気体の統計力学

2．

統計物理学の基礎

4．

3．統計物理学の応用

輸送現象

量子情報セキュリティー特論
Introduction to Quantum Cryptography

2単位量子暗号は量子原理を利用することにより従来の数学に基づく暗号システムを上回る安全性の実ニューロコンピュータ
Computational Neuro-sience and Neuro-computer 2単位

現を目的とするものである。本講義では、量子暗号の重要な話題の一つである量子鍵配布を中心に

人や動物の脳は、膨大な情報の中から重要な情してBB84、E91等などの具体的なプロトコルを取報を効率的に抽出し、適切に意思決定するように、り上げて解説する。また、量子ビットコミットメ

経験を通して学習する能力を持っている。現存す

ント、量子ギャンブリングなどの量子プロトコルるコンピュータには、到底実現できない能力であについても講義する。

る。この能力を実現するメカニズムは未だベールに包まれている。しかし、少なくともその一端を担っている脳の計算の仕組みは明らかになっている。ここでは、それらを工学的に応用したいくつかの計算アルゴリズムについて学ぶ。

量子ネットワーク工学特論
Quantum Network Engineering

2単位

現在、利用されている通信システムは情報源自体が0と1で表される古典情報源であり、それを古典力学で記述される通信路を用いて伝送し、再び量子力学特論
Quantum Mechanics

2単位古典情報に戻している。その一方で量子力学で記述される量子通信路を用いた古典情報伝送や、量

この講義では量子力学の基礎的概念と物理的意子コンピュータ等の新しい概念に不可欠な量子情味について説明する。ここで取り上げる事項を学報を伝送するための通信システムが注目を集めてぶことによって、量子物理学を用いるいろいろないる。そこで本講義は最先端の概念である量子力分野に進むのに必要な知識を得ることができる。

学に基づいて構築される通信・ネットワークシステムの理解を目的とする。始めに古典情報を量子状態で伝送するシステムの量子力学的記述を理解し、続いて量子状態そのものを情報として捉え、66伝送する量子テレポーテーションの概念を習得す現している。そこで本講義は、情報ネットワークる。また量子稠密符号化についてもその原理を理を支える基礎技術であるネットワークアーキテク解する。

チャとプロトコルについて説明する。まず、階層化アーキテクチャの概念を説明し、物理層からアプリケーションまでの各層の役割および連携につ量子コンピュータ特論Ⅰ
Introduction to Quantum Computation: Part I

2単位いて理解できるようにする。同時にネットワーク内の通信トラフィックの定量的な評価を行うため量子力学的な情報処理について学ぶ。具体的にの通信トラフィック理論についても説明し、情報は「情報｣ が何であるかから考察し、その量子力ネットワーク内をどのように情報が伝送、処理さ学的な拡張を理解するところから始め、できるだれているかの理解を深める。

け古典的な情報との対応を考えながら量子力学的な情報処理がどのようなものであるかを考える。

Human Information Processing

量子コンピュータ特論Ⅱ
Quantum Computation II

人間情報論

2単位2単位ヒューマンインタフェースに関わる基礎知識として、インタフェースに接する人々の心理・生理に関わる基礎とその応用について考える。人間のいる情報理論的技術やその周辺のトピックスを扱感覚・知覚・認知特性、人が実際の情報環境に置う。特に量子計算では量子特有のノイズに抗してかれたときの振舞い、インタフェースでの人の認量子状態を制御する必要がある。そのために量子知行動特性、ヒューマンエラー、人の認知行動の誤り訂正符号が提案されているが、これを理解すモデル、ヒューマンエラーの防止対策、自動化とることを弟一の目的とする。

人との関わり、人のインタフェースでの振舞いを認知面だけでなく、感情、気分、体調といった心理・生理的側面からも理解し、それらの知識をインタ

量子情報数理特論
Mathematical Methods of Quantum Information

2単位

フェースの評価や新たなインタフェース創出に結びつけるための基礎知識を学習する。

量子ガウス状態を厳密に定義しその性質を解析する。
また、そのための準備として線形代数、関数解析について概説し、無限次元空間を扱うための基礎的な技術の習得を目指す。

パターン認識特論
Advanced Lecture on Pattern Recognition

2単位

画像を始めとするメディアのコンピュータによる認識・理解技術はパターン認識と呼ばれる。本講義では、パターン認識の手法と、新しい手法を情報ネットワーク
Information Networks

2単位開発する際の考え方について学ぶ。特に、その中で中心的な役割を果たす形状の照合技術に焦点を近年、光ファイバによる情報通信のブロードバ当てて、文書画像、医用画像、製品の外観検査、ンド化により、情報通信のネットワークはその形ロボットの視覚などにおける認識の例を見る。その中態を大きく変化させつつあり、特にコンピュータで認識系を通した連続非線形性の重要性についてシステムとネットワークの融合によってインター講ずると共に、最新技術について研究討議する。

ネットに代表される新しい情報ネットワークが出67

学則・規程

量子コンピュータの実現に向けて考案されて組み込むことがあらゆる領域で考えられる。本講

マルチメディアシステム
Multimedia Systems

2単位

義では、あいまいさと広くソフトコンピューティ
ングに関連する内容について丁寧に説明する。ソ

言語，音声，映像に代表されるメディアは，人フトコンピューティングの基礎から応用までを対間が情報や意思などを他人との間で授受するため象にしており、ファジィ理論、ニューラルネットの手段として，不可欠な存在である．本講義では，ワーク、遺伝的アルゴリズム、カオス、フラクタ

人間の五感に対応する様々なメディアを情報といルなどの基礎研究、あるいはこれらを応用した感う観点から統一的に扱うことにより，そこで必要性情報処理、福祉情報処理、認知科学、言語処理、となる基本的概念，技術について解説し，それらヒューマンインタフェースなどの関連分野の研究の応用システムについても概説する．と技術についても触れる。

ヒューマンインタフェース
Human Interface

デバイスシミュレーション工学
2単位

Device Simulation Engineering

2単位ヒューマンインタフェースの考え方の「基礎電子回路や高周波回路を設計するには、コンから応用」までを新しい研究成果をまじえてわかピュータシミュレーション解析が必須となっていりやすく解説する。ヒューマンインタフェースのる。ここでは、回路シミュレータや電磁界シミュ設計上で重要になる認知科学的な基礎や認知工学レータを用いて、実際の回路設計を行い、その動の考え方について学び、さらに入力装置や表示装作や回路の基本を学ぶ。回路シミュレータでは、置のヒューマンインタフェース設計、およびコン周波数の違いにより低周波回路と高周波回路にわピュータシステムやソフトウエア設計におけるかれ、部品の取り扱いや設計方法が違うことを学

ヒューマンインタフェースについても触れる。

ぶ。そして、増幅回路、発信回路、フィルタ回路、変調回路のシミュレーションを行う。次に、マクスウェル方程式を数値解析する電磁界シミュレー

超並列コンピュータ論
Parallell Processing Computers

2単位

タでは、アンテナ設計シミュレーションを例に、高周波回路の特徴について学ぶ。身近な八木・宇Ⅰ．コンピュータシステムの歴史

田アンテナ、携帯電話アンテナ、RFIDタグのア

Ⅱ．超並列コンピュータシステムの分類

ンテナ、その他特殊なアンテナからの電磁波放射

Ⅲ．超並列コンピュータシステムとノイマン型やインピーダンス特性などを解析する。

コンピュータの等価性
Ⅳ．超並列コンピュータシステムとその動作例について学ぶ。

Optical Information Processing Engineering 2単位
光エレクトロニクスは、レーザ光と光ファイバ

ファジィ情報論
Fuzzy Systems Theory

光情報処理工学

2単位の発明以来、マイクロリソグラフィの微細化技術にともなって飛躍的な発展を遂げている。まず、ファジィ理論は人間の主観や思考過程を定量的光の干渉性から、コヒーレント光とは何かを学ぶ。に取り扱う手法としてファジィ集合を考えたこと

そして、光波を、電磁波的な要素からマクスウェから始まっており、このファジィ理論を用いて「あル方程式を用いて解析する。次に、フィルタ処理いまいさ」を含む人間の知識や経験をシステムにやフーリエ変換などの光信号処理システムについ68

て学ぶ。さらに、干渉法、分光法、回折格子、光発表し、他の受講者とともに討論を行う。

ファイバを用いた光計測法を学ぶ。応用面ではホログラフィなどの空間光変調器、光集積デバイス、WDMなど光ネットワーク技術を解説する。光実
験キットで、体験もしてもらう。

ロボットビジョン
Robot Vision

2単位コンピュータによる視覚情報の処理・把握技術
は、２次元静止画から始まり、処理能力の拡大とロボット工学
Robotics

2単位ロボットは、自動車の組立、塗装、ICの実装など生産現場で広く用いられている。現在、自動運共に３次元動画像へと拡がりロボットの眼として利用されるようになってきている。本科目では、3次元・動きの画像処理・認識に焦点をあて、技術・方式を学ぶ。

転のロボット・カー、福祉・介護用のロボット・スー
ツ、空港や駅で用いる運搬サービス・ロボットなどが研究開発され、様々な分野での活躍が期待されている。

知的インスツルメンテーション
Intelligent Instrumentation

2単位従来のセンシング技術および計測技術は、主とカニズム、 順 運 動 学とヤコビ行 列、ロボット制 御、して温度、光、磁気、圧力などの物理量をいかにマニピュレータ、移動ロボットなどについて学ぶ。

電気量に変換し計測するかが主であった。近年、センサとIC化された電子回路（アナログ、ディジタル）が一体化され、さらにコンピュータと結び先端メカトロニクス
Advanced Mechatronics

2単位

ついて、データ処理、グラフ化、データ伝送、さらにシミュレーション予測などに至るグローバル

メカトロニクスは、機構学、電気・電子工学、なシステム化が進んでいる。本講義は、センシン

計算機工学、制御工学などの基盤技術を組み合わグシステムの立場に立って、基礎から応用まで講せた融合技術である。われわれは、デジタルカメ義する。

ラ、ＰＣ、ブルーレイレコーダ、エアコン、電子レンジ、自動改札機など、様々なメカトロニクス機器に囲まれて生活をしている。本講義では、メカニズム、アクチュエータ、センサー、コントロー
ラなど要素技術と、最近のメカトロニクス機器に用いられている最新技術について学ぶ。

システム制御工学特論
System Control Engineering

2単位古典制御理論の復習 フィードバック制御、伝達関数、根軌跡、現代制御理論の考え方 状態方程式、状態フィードバック、安定性、可制御性、可観測性、最適制御 知的制御システム ニュー

知的ロボット情報論
Intelligent Robotics

2単位ロ、ファジイによる制御、ロボットの制御

知能ロボットに関する最先端の研究、特に自律移動ロボット、画像認識、自己位置同定などのトピックスを学ぶ。
授業では最新の研究論文を輪講形式で学び、受講者は与えられたテーマに従って調査した結果を

69

学則・規程

本講義では、ロボットの歴史と現状、ロボットのメ脳生理特別講義 A
Special Lecture in Neurobiology A

脳の高次機能特別講義 B
1単位Special Lecture in Higher Brain Functions B

1単位

認知神経科学の入門的教科書として世界的に使脳のメカニズムを解明するためには、神経科学、用されている英文のテキストを使用しながら講義心理学などの分野での実験的研究とモデル・理論を進める。初めに、認知神経科学について導入をなどのシステム論的観点からの研究が車の両輪と行う。その後は、認知神経科学の基本的で重要ななって研究を進めることが必須である。本講義でテーマを各学生に割り当て、各自がまとめた内容

はこのシステム論的観点から脳の種々の機能を説をコンピューターを使いながら発表してもらう。

明するための神経回路モデルの研究についてのべ同時に、全体で討論を行いながら理解を深める。

る。またそれらのモデルと工学的応用についても論じる。

脳生理特別講義 B
Special Lecture in Neurobiology B

1単位

この講義では、脳研究の第一線で活躍してい脳モデル特別講義 A
Special Lecture in Neural Modeling A

1単位

る国内外の著名な研究者を招聘し、神経生理学的脳における情報処理を担っている要素は神経細な観点からみた神経細胞応答や神経回路の機能的胞である。これのモデル化はいろいろな方面から役割に関して、研究者独自の立場からの解明の試なされている。本講義では、その電気生理学的特みや解釈などを紹介してもらう。内容には基礎か性をダイナミックスの側面から論じる。 講義項

ら最新の実験結果までが含まれ、非常にエキサイ

目はつぎの通り：（1）Hodgkin-Huxleyの神経方程ティングな講義になるはずである。また、英語力式、（2）スパイク伝播、（3）神経方程式における分を磨く良い機会でもあるだろう。実験系、モデル

岐、（4）神経細胞の情報処理（クラス1、クラス2）。

系の別なく、全ての大学院生が聴講することが望ましい。

脳モデル特別講義 B
Special Lecture in Neural Modeling B

脳の高次機能特別講義 A
Special Lecture in Higher Brain Functions A

1単位

1単位

脳のメカニズムを解明するためには、神経科学、心理学などの分野での実験的研究とモデル・理論

この講義は、脳の高次機能に関わる研究の第などのシステム論的観点からの研究が車の両輪と一線で活躍している国内外の著名な研究者を招聘なって研究を進めることが必須である。本講義でし、認知、記憶、運動、発達、言語、問題解決なはこのシステム論的観点から脳の種々の機能を説

どの脳・認知の高次機能に関わる研究を紹介して明するための神経回路モデルの研究についてのべもらいながら、脳・認知研究の最前線に触れるこる。またそれらのモデルと工学的応用についてもとを目的とする。本講義は、脳情報コースの特色論じる。

を顕わす重要なものであり、専攻に所属するすべての大学院生が聴講することが望ましい。

量子情報特別講義 A
Seminars of Quantum Information Science A

1単位

量子情報科学はこれまでの原理とは全く異なる原理に基づく情報の機械的操作によって、全く新70しい機能を模索するための科学である。これらのらしてより充実したものとすると同時に世界にお基礎となる学問は電子情報はもとより、物理学、ける研究の多様性を理解するために、関連研究の数学などの分野の貢献が大きい。したがって、物第一線で活躍している国内外の著名な研究者を招

理、数学の分野で活躍されている外部の先生を招

聘し、ロボティクスに関わる研究を紹介してもら

聘し、各分野からみた量子情報科学の講義をおいながら、その最前線に触れることを目的とする。

こなう。特に、この講義は以下の外国の著名な本講義は、ロボティクスコースの特色を顕わす重先生が交代で講義を担当する。 1．C. A. Fuchs,

要なものであり、専攻に所属するすべての大学院

Ph.D、米国生が聴講することが望ましい。

ロシア

ベル研究所

2．A. Holevo, Ph.D、ステクロフ高等数学研究所 3．H. P.

Yuen, Ph.D、米国 ノースウェスタン大学

ロボティクス特別講義 B
Advanced Lecture in Robotics B

量子情報特別講義 B
Seminars of Quantum Information Science B

1単位

1単位

ロボティクスは機械・材料・電気・情報・知能のすべてにかかわる総合学問であり、現在急速に発展しつつある。授業で得た知識を現実の姿に照

表は量子コンピューター、量子暗号、量子テレポーらしてより充実したものとすると同時に世界におテーションであるが、実験研究は大学の技術ではける研究の多様性を理解するために、関連研究の困難な状況にある。この講義は国内の主要企業で第一線で活躍している国内外の著名な研究者を招研究されている研究者を招聘し講義を依頼する。

聘し、ロボティクスに関わる研究を紹介してもらいながら、その最前線に触れることを目的とする。
本講義は、ロボティクスコースの特色を顕わす重知能メディア特別講義 A
Seminars on Intelligent Media A

1単位

要なものであり、専攻に所属するすべての大学院生が聴講することが望ましい。

知能メディアコースに関連する先端技術について、主に海外から招聘した特別講師による講義が行われる。

Analysis

2単位

学部で学ぶ微分積分学の厳密な扱いについて学

知能メディア特別講義 B
Seminars on Intelligent Media B

解析学特論

1単位

知能メディアコースに関連する先端技術について、主に海外から招聘した特別講師による講義がぶ。特に、実数とその連続性について学ぶ。たとえば、実数の定義、実数の連続性、極限と連続性、コンパクト集合等を扱う。定義、定理、証明の論証過程を大事にする。

行われる。

関数方程式特論
ロボティクス特別講義 A
Advanced Lecture in Robotics A

Functional Equations
1単位

ロボティクスは機械・材料・電気・情報・知能のすべてにかかわる総合学問であり、現在急速に2単位常微分方程式の線形理論を中心に学ぶ。また、偏微分方程式の境界値問題にも触れ、常微分方程式との関連を学ぶ。

発展しつつある。授業で得た知識を現実の姿に照

71

学則・規程

現在、量子情報科学から生まれた科学技術の代

産業財産権特論
Industrial Property

英語プレゼンテーション
2単位

English Technical Presentation

2単位工学系技術者として、産業財産権の知識･実践技術的な内容を英語でプレゼンテーションする力はこれから必須となる。自分のアイディアによ方法を学ぶ。事例となる論文について、その内容る財産権を法に則って的確に主張できるようになのポイントを読み取り、それを相手に的確に伝えると共に、他者の権利を尊重することができるよるために何を表現するべきか、科学者・技術者のうになることが重要である。それらを踏まえ、創視点から指導する。

造的な技術開発を目指すことができる技術者として社会に貢献することを学ぶ。

受講者は自分の領域の代表的な論文を資料として、それを講師の指導をうけつつ理解し、自身で発表して後に改善の指導を受ける。指導は、スラ
イドの作り方、ポイントの置き方、英語の表現、技術者倫理論
Ethics for Engineers

2単位「技術者倫理」は工学における新しい知の領域

さらに他者の発表に対する質問のポイントの見つけ方など、発表者だけでなく聞いて議論する立場での方法も含まれる。

である。技術の進展は、人間に可能な行為を拡大させるとともに、社会や環境に大きな影響を与えてきた。技術者は、その技術の開発において、技術と社会の関係、技術に関する制度・組織のあり方を常に考える必要がある。個々の技術者や企業や組織はどのように行動すべきかについて理論的・総合的に考察し、倫理的な問題を生ずることのないように、それらの成果を社会に反映させなければならない。ABETやJABEEの中でも明記されており、技術者倫理の課題は多い。講義は、院生による内容説明によって進められるので、毎回事前準備（予習）が求められる。

2単位

まず、科学技術文書を書く際の基本原則（Correct,Clear & Concise）を理解する。次に、科学技術英語表現における基本パターンを身につける。さらに、英語科学技術文書における論理展開および構成の特徴を理解・把握する。以上を踏まえた上で、実際に英語科学技術文書の作成に取り組む。添削
指導を通じて、英語科学技術文書作成に関する実践力を養う。

72

Advanced Exercise in Electronic and Information EngineeringI

2単位

電子情報工学特別演習Ⅱ
Advanced Exercise in Electronic and Information Engineering Ⅱ 2単位

電子情報工学特別実験Ⅰ
Advanced Laboratory in Electronic and Information EngineeringI

2単位

電子情報工学特別実験Ⅱ
Advanced Laboratory in Electronic and Information Engineering Ⅱ 2単位

技術英語特論Technical English Reading & Writing

電子情報工学特別演習Ⅰ