Understanding of the information processing in the cerebellar-brainstem neural circuitry enabling predictive movement and constructing brain inspired predictive controller

了解小脑脑干神经回路中的信息处理，实现预测运动并构建受大脑启发的预测控制器

• 批准号: 20H04286
• 负责人: 平田 豊
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Chubu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04286/
• 关键词: 眼球運動; 人工小脳; 金魚; 運動制御; 運動学習

本研究では，動物に普遍的に見られる予測性適応運動制御の神経機構を明らかにし，それを脳型制御器として計算機上に実装して，実機の予測性制御を実現することを目的とする．ほぼ全ての脊椎動物で観測される視運動性眼球運動（OKR）と呼ばれる反射性の眼球運動を対象とし，ヒ ト，マウス，金魚における予測性OKR獲得の脳内機構を神経生理学的アプローチにより，神経ネットワークと神経細胞活動のレベルで理解する．これまでの我々の魚を対象とした研究から，予測性OKRには小脳と脳幹前庭神経核間を並列・再帰的に接続する神経ネットワークが深く関与することが示唆されており，ここでは，これらの知見と本研究で得られる動物種横断的な実験結果を忠実に反映させた小脳・脳幹数理モ デル（脳型予測制御器）を構築する．さらに，この脳型予測制御器を実機制御に適用し，ロボット等の機械システムが予測制御機能を獲得可能なことを評価・実証する.本研究では，次の4つのレベルの研究を進め，上記目的の達成を目指している：1 行動，2 神経細胞活動，3 神経ネットワーク，4 工学応用．R3年度は，昨年度に引き続き，金魚とマウスの予測性OKR誘発・評価実験を実施し，種間の差異の起源を探るとともに，これと平行して，小脳・脳幹神経回路を陽に記述したOKRモデルの構築と，予測性OKR学習シミュレーション解析を行った．モデルシミュレーションを通し，行動実験と神経活動計測実験で示される動物種間の差異と類似性の再現，ならびにVSMの活動を模擬することにより，その起源を神経ネットワークの振舞いのレベルで明らかにすることを試みた.

This study で は, animal に common に see ら れ る to sexual 応 kinetic system royal の god 経 institutions を Ming ら か に し, そ れ を 脳 molded imperial unit と し に て computer be loaded し て, royal を の be machine to the measurement system be presently す る こ と を purpose と す る. ほ ぼ full て の vertebrate で 観 measuring さ れ る optokinetic eye movements (OKR) と shout ば れ る reflective の eye movement を like と seaborne し, ヒ ト, マ ウ ス, goldfish に お け る to testability OKR get の 脳 within institutions を god 経 physiology ア プ ロ ー チ に よ り, god 経 ネ ッ ト ワ ー ク と god 経 cell activity の レ ベ ル understand で す る. こ れ ま で の I 々 の fish を like と seaborne し た research か ら, can be sex OKR に は small 脳 と 脳 dry vestibular god 経 internuclear を parallel · 帰 に answered again 続 す る god 経 ネ ッ ト ワ ー ク が deep く masato and す る こ と が in stopping さ れ て お り, こ こ で は, こ れ ら の knowledge と で this research have ら れ る animal kind of cross sectional な be 験 results を loyalty be に reflect さ せ た small 脳 · 脳 dry mathematical モ デ ル (脳 type to our royal) を build す る. さ ら に, こ の 脳 type to our royal apparatus を royal に applicable し be mechanism, ロ ボ ッ ト の machinery such as シ ス テ ム が to our royal function な を possible こ と を review 価 · be card す る. This study で は, の 4 つ の レ ベ ル を の research into め, written purpose の reached を refers し て い る : 1, 2 経 cell activity, god god 経 ネ ッ ト ワ ー ク, 4 engineering 応 use. Annual は R3, yesterday's annual に lead き 続 き, goldfish と マ ウ ス の to testability OKR 発 lure, review 価 be 験 を be し, kind of origin を の の differences between agent る と と も に, こ れ と parallel し て, small 脳 · 脳 dry god 経 loop を Yang に account し た OKR モ デ ル の と, can be sex OKR learning シ ミ ュ レ ー シ ョ ン parsing line を っ た. モ デ ル シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を し, action be 験 と 経 activity measuring god be 験 で shown さ れ る の differences between species と similarity の reappearance, な ら び に VSM の activity を simulation す る こ と に よ り, そ の origin を god 経 ネ ッ ト ワ ー ク の vibration dance い の レ ベ ル で Ming ら か に す る こ と を try み た.

项目成果

Cerebellar roles in frequency competitive motor learning of the vestibulo-ocular reflex

小脑在前庭眼反射频率竞争性运动学习中的作用

• DOI: 10.1016/j.neuroscience.2020.09.016
• 发表时间: 2021
• 期刊: Neurosicence
• 作者: Soga;J.;Matsuyama;M.;Miura;H.;Highstein;S.;Baker;R.;Hirata;Y.
• 通讯作者: Y.

Velocity storage mechanism drives a cerebellar clock for predictive eye velocity control

速度存储机制驱动小脑时钟以进行预测性眼速度控制

• DOI: 10.1038/s41598-020-63641-0
• 发表时间: 2020
• 期刊: Scientific Reports
• 影响因子: 4.6
• 作者: Miki;S.;Urase;K.;Baker;R.;Hirata;Y.
• 通讯作者: Y.

金魚における視運動性眼球運動と前庭動眼反射のタイミング予測学習特性評価

金鱼视动眼动和前庭眼反射时序预测学习特性评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 山中都史美;Robert Baker;平田 豊
• 通讯作者: 平田 豊

異重力下でのスポーツパフォーマンスと第六感；神経科学的考察

不同重力下的运动表现和第六感；

• 发表时间: 2021
• 作者: Lin SJ;Musyl MK;Wang SP;Su NJ;Chiang WC;Lu CP;Tone K;Wu CY;Sasaki A;Nakamura I;Komeyama K;Kawabe R;平田 豊
• 通讯作者: 平田 豊

瞳孔応答を指標とした日本人英語学習者の単語理解度評価

以瞳孔反应为指标评价日本英语学习者的单词理解能力

• 发表时间: 2020
• 作者: 平田貴士，三島浩路，深谷圭助，平田 豊