35th
| Date and Time: | Mar. 1 (Tue.), 2016, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Ryohei Kanzaki (Prof., Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo) |
| Chair: | Prof. Tadashi Nakamura |
| Title: | Brain science investigated by collaboration of insects and robotics —Create, understand and utilize brain— |
| Abstract: | 昆虫はその微小な寸法という制約の中で，感覚・脳・行動を発達させ，さまざまな環境下で適応的な機能を進化させてきた．このような昆虫が獲得した感覚・脳・行動の機能や機構の解明は，生物学的に重要なだけではなく，工学設計においても重要な手本となり，その設計には学ぶべきことが多い．昆虫の嗅覚による適応能力を評価し，その神経機構を解明するための新しいアプローチである「昆虫-ロボット融合システム（サイボーグ昆虫）」の研究や，昆虫脳をスーパーコンピュータ「京」に再現することで理解し，活用する研究を紹介する．また，遺伝子工学技術により昆虫の優れた生体機能を活用した匂いセンサや，昆虫自体をインテリジェントなセンサ（センサ昆虫）に改変する研究にも触れ，昆虫科学が拓く脳科学の世界に迫る． |
34th
| Date and Time: | Feb. 26 (Fri.), 2016, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Dingguo Zhang (Assoc. Prof., Institute of Robotics, School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, China) |
| Chair: | Prof. Yinlai Jiang |
| Title: | Electromyography (EMG) Applications for Rehabilitation and Prosthesis |
| Abstract: | Human-machine interface (HMI) is a multidisciplinary technology that aims to use the physiological signals of human body to control the external device such as robotic hands and prosthetic hands. One of the most important techniques of HMI is electromyography (EMG). The surface electromyographic (sEMG) signal is generated by the electric activity of the muscle fibers active during a contraction, and it can be recorded noninvasively by electrodes attached to the skin. EMG is considered to be an effective input for the control of electrically powered prostheses and rehabilitation devices for amputees and disabled persons, refer to as myoelectric control. One difficult of the myoelectric control is how to map the stochastic noise resembled EMG signal into corresponding commands. This talk will present our recent work on how to design EMG control algorithms and ensure the accuracy of control for multifunctional prosthesis and rehabilitation system of functional electrical stimulation (FES). |
33rd
| Date and Time: | Jan. 21 (Thu.), 2016, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Yoshihisa Kudo (Prof. Emer., Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences) |
| Chair: | Prof. Haruki Niwa |
| Title: | Roles of glial cells in expression of brain functions |
| Abstract: | 20世紀末までの神経科学研究によって、脳機能はニューロンが織りなす神経回路から産み出されるものと認識されるようになっている。しかし、脳内にはニューロンをはるかに上回る数の多様なグリア細胞が存在することを忘れてはならない。これらのグリア細胞はニューロンと同時代に発見されているが、電気的には不活性であるためか、これらの細胞の中枢神経系における機能は長い間、過小評価されてきた。もちろん、主要なグリア細胞であるアストロサイト、オリゴデンドロサイトそしてミクログリアには脳内環境維持や神経伝達速度促進など多様な機能が認められ、脳機能発現における脇役としてのその存在意義は認識されている。しかし、20世紀後半から細胞内カルシウム濃度研究法や二光子レーザー顕微鏡などの技術の発達によって、グリア細胞の新しい機能が浮き彫りにされてきた。グリア細胞が多様な神経伝達物質受容体を発現し、ニューロンの活動に応答すること、自らも伝達物質を遊離することによってニューロン活動を修飾し、シナプスの再編成に積極的関与することなど高次脳機能発現に直接的に関与する事実が相次いで発見されている。このセミナーではグリア細胞がもつ多様な能力について解説し、それを基にグリア細胞の機能を考慮した“正しい”脳機能研究について討論したい。 |
32nd
| Date and Time: | Dec. 17 (Thu.), 2015, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Shigeru Tanaka (Prof., BLSC, UEC) |
| Chair: | Prof. Yukio Yamada |
| Title: | Studies of unsolved problems in the self-organization of the primary visual cortex |
| Abstract: | 哺乳類一次視覚野のニューロン応答特性や機能的構築については、1960年代以降膨大な研究蓄積があるが、未だに明確な説明がなされていない実験事実がある。そこで本発表では、従来の理論研究では説明できない実験事実を明らかにするとともに、その問題解決に向けて、最近、私と共同研究者が進めているいくつかの理論研究について紹介したい。 哺乳類一次視覚野のニューロンは、その反応特性から単純型細胞と複雑型細胞の二つのカテゴリーに分類されている。従来、複雑型細胞は方位選択性を示すが、単純型細胞とは異なり、呈示するバー刺激の位置に依存しないことが知られている。この性質を説明するためには、単純型細胞受容野の空間位相をプーリングする必要がある。しかしながら、ヘッブ学習に基づく自己組織化モデルでは、様々な位相を持つ単純型細胞からのシナプス入力が一つのニューロンに収斂せず、位相に応じて棲み分けてしまう。すなわち、単純型細胞からは単純型細胞しか形成されない。そこで、我々は、時定数の長いNMDA受容体サブユニットNR2Bの効果に着目し、時間的なプーリングを利用して複雑型細胞の受容野を再現することに成功した。 ネコ・フェレット・サルでは最適方位がほぼ連続的に表現される方位マップが存在することは知られていたが、最近のイメージング研究によって、マウスやラットに代表されるげっ歯類では、類似の方位に反応するニューロンが隣接せず、いわゆるsalt-and-pepperタイプのランダムな表現を呈することが分かってきた。このsalt-and-pepperタイプの方位表現を再現するために、「げっ歯類の皮質内興奮性結合について、個々のシナプス伝達効率は高いがsparseである」という仮説を検討した。シミュレーションによると、興奮性結合確率が0.1よりも大きい場合には方位マップが形成されるが、0.1よりも小さくなるとげっ歯類の視覚野に見られるようなsalt-and-pepperタイプ表現が再現された。また、磁性研究で用いられるm-成分スピングラス理論を援用して解析的に計算したところ、salt-and-pepperタイプの方位表現は、sparsenessによって引き起こされる、最適方位がランダムに凍結したガラス状態であることが分かった。すなわち、皮質内興奮性結合のsparsenessが、種に依存した方位表現の形成に重要であることが示唆された。 |
31st
| Date and Time: | Oct. 15 (Thu.), 2015, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Zhiwei Luo (Prof., Organization of Advanced Science and Technology, Kobe University) |
| Chair: | Assoc. Prof. Yinlai Jiang |
| Title: | Development of human interactive robots for aging society |
| Abstract: | Human interactive robots are highly expected to play important roles in human health, such as social welfare support, training and health promotion, as well as health prediction, prevention and rehabilitation. This talk describes on human’s motor functions, such as balance, walking and running, and cognitive functions change with the increase of age using advanced measurement and computer simulation technologies, such as biofeedback, NIRS and immersion-type interactive dynamic simulation. It will show examples of our robotics researches related to above applications such as an up arms’ rehabilitation robot system, a virtual shopping street to evaluate the elderly people’s high order brain cognitive functions in their everyday life and so on. |
30th
| Date and Time: | Sep. 11 (Fri.), 2015, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Eriko Aeba (Assis. Prof., Department of Human Media Systems, UEC) |
| Chair: | Prof. Takuji Koike |
| Title: | Musicians and their auditory senses |
| Abstract: | プロ演奏家の演奏技能は，人間の様々な能力を駆使した上で成り立っている。また，それらの能力を獲得するためには，運動のみならず，聴覚などの感覚の鍛錬も非常に重要である。例えば，美しい和音を演奏するためには，複数の音のタイミングを揃える必要がある。一方，ある音だけを際立たせるためには，複数の音の中から際立たせたい音だけを他の音に比べて僅かに先行させるという技術も必要とされる。このように，演奏家は多くの音のタイミングを細かく制御するため，音のオンセットの同時性など，音の時間的情報に常に注意深く耳を傾けている。従って，演奏家は非演奏家に比べて音の時間的なずれの検出能力に長けていたり，さらには脳波（聴性脳幹反応）にも違いがあらわれるなど，生理学的なレベルでの変化も観察されている。本講演では，この他にも日々の鍛錬によって得られる演奏技能に関する研究を，ピアニストとしての自身の体験や研究成果を交えながらご紹介したい。 |
30th
| Date and Time: | Sep. 11 (Fri.), 2015, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Eriko Aeba (Assis. Prof., Department of Human Media Systems, UEC) |
| Chair: | Prof. Takuji Koike |
| Title: | Musicians and their auditory senses |
| Abstract: | プロ演奏家の演奏技能は，人間の様々な能力を駆使した上で成り立っている。また，それらの能力を獲得するためには，運動のみならず，聴覚などの感覚の鍛錬も非常に重要である。例えば，美しい和音を演奏するためには，複数の音のタイミングを揃える必要がある。一方，ある音だけを際立たせるためには，複数の音の中から際立たせたい音だけを他の音に比べて僅かに先行させるという技術も必要とされる。このように，演奏家は多くの音のタイミングを細かく制御するため，音のオンセットの同時性など，音の時間的情報に常に注意深く耳を傾けている。従って，演奏家は非演奏家に比べて音の時間的なずれの検出能力に長けていたり，さらには脳波（聴性脳幹反応）にも違いがあらわれるなど，生理学的なレベルでの変化も観察されている。本講演では，この他にも日々の鍛錬によって得られる演奏技能に関する研究を，ピアニストとしての自身の体験や研究成果を交えながらご紹介したい。 |
29th
| Date and Time: | Aug. 25 (Tue.), 2015, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Gowrishankar Ganesh (Senior Researcher, Intelligent Systems Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)) |
| Chair: | Assoc. Prof. Yoichi Miyawaki |
| Title: | Human Centric Robotics: from neuroscience to robot control during human-robot interactions |
| Abstract: | Whenever two humans physically interact with each other, like during dancing Tango, their movements are determined by complex mechanical and control interplays between the motion and forces generated by each individual. Understanding these interplays are essential for the development of future robots in rehabilitation, biomedical devices and tele-operation systems so as to ensure that the interacting human is comfortable with the interacting robot, feels safe with them and benefits physically and psychologically from them. However, this is not a trivial task because human interactions change not only with individual body dynamics and control but change also with cognition, age and disease. The reason we feel comfortable when interacting with another human is because the other human can understand our behavior in all these aspects and respond accordingly – my research aims to develop similar abilities in future robots. Through integrated research in robotics, bio-mechanics, motor psychophysics, control and social neuroscience, I aim for a comprehensive understanding of human-robot interactions and develop human like interaction abilities in robots. In this talk I will introduce my work and present an example of a human interaction experiment to exhibit how mechanics, engineering, robotics and neuroscience can be combined together to understand human behavioral dynamics and in turn be utilized to develop better design and behavior in robots. |
28th
| Date and Time: | Jul. 24 (Fri.), 2015, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Meeting room #306, Building E-3, UEC |
| Speaker: | Dr. Toru Takahata (Prof., Zhejiang University, Interdisciplinary Institute of Neuroscience and Technology (ZIINT), China) |
| Chair: | Prof. Shigeru Tanaka |
| Title: | Comparative anatomy of primate visual cortices using gene expression patterns |
| Abstract: | 大脳皮質は哺乳動物、特に霊長類において急速な進化を遂げ、高次の知能や理性の源となっている。霊長類の大脳皮質はどのように他の哺乳動物と違っており、またそのような違いはどのような分子基盤によって産み出されるものであろうか。ブロードマンによれば、げっ歯類の『大脳皮質領野』の数は20-30なのに対し、霊長類では40-50に及ぶとされ、それぞれ運動の制御や視覚・聴覚の認知など機能分担がされている。私及び所属グループは大脳皮質領野の進化を明らかにするため、それぞれの領野特異的に発現する遺伝子のスクリーニング解析を行った。その結果、一次感覚野、特に一次視覚野と連合野の間に相補的な遺伝子発現のプロファイルがあることを明らかにした。このプロファイルは霊長類に特有で、他の哺乳動物には観察されなかった。この結果は霊長類の大脳皮質領野の分化が分子レベルではっきりと異なることを示している。 そして私は、神経活動依存的な遺伝子c-Fosの発現パターンを観察すると神経活動状態のマップが高解像度で組織学的に観察できることに着目した。私はこの手法を用いて、『眼優位性カラム』という霊長類一次視覚野の機能単位の内部に、さらなる微小な神経回路、『ボーダーストリップ』があることを示すことができた。さらに、今までは一部の食肉類と高等霊長類にしか存在しないと考えられていた眼優位性カラムが実際にはかなり広く種間で保存されていることを示した。霊長類脳と非霊長類脳の本質的な違いはどこにあるのか。これらの新しい観察から、霊長類大脳皮質の進化について考察していく。 |
27th
| Date and Time: | Jul 17 (Fri.), 2015, 13:00 – 14:30 |
|---|---|
| Place: | Room #802, Building E-4, UEC |
| Speaker: | Dr. Tatsuhiro Tajima (Postdoc. Researcher, Lab of Cognitive Computational Neuroscience, University of Geneva, Switzerland) |
| Chair: | Assoc. Prof. Yoichi Miyawaki |
| Title: | Untangling complex brain dynamics |
| Abstract: | The brain is a complex dynamical system. While a variety of innovative large-scale recording technologies are yielding a plethora of biological data at unprecedented spatiotemporal resolution, it may sometimes seem hopeless to derive a reduced, intuitive model from the nonlinear, heterogeneous and high-dimensional dynamics of a large neural population. However, extracting simple structures that govern complex neurophysiological phenomena is still possible by focusing on their deterministic aspects—constraints on the neural signals in the temporal domain. I will present two studies where theoretically-motivated analyses of intrinsic brain dynamics shed light on the underlying neural processing mechanisms. First, using a nonlinear mapping from neural state to stimulus space, we find flexibly-modulated attractor dynamics during task-switching in monkey visual cortex. This is in contrast to a prevailing view that dynamics outside of sensory cortices solely account for the flexible sensory-action association. The temporal evolution of neural modulation is not explained by static gain-control mechanisms, suggesting an involvement of sensory cortex in recurrent dynamics that underlies the flexible perceptual abilities. Next, I introduce a more generic method based on dynamical systems theory, which is capable of analyzing large-scale and heterogeneous neural interaction. Applying this method to whole-brain electrocardiography data from behaving monkey reveals a universal relationship between dynamical complexity and area-to-area interaction, which dissociates conscious from unconscious brain states. Remarkably, the method captures state-dependent structures of cross-area interaction that can be missed by conventional correlation-based analysis. These results underscore the importance of intrinsic dynamics in understanding complex neuronal systems. |