生体システム論研究室とは

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  • 辻 敏夫

進化のプロセスを通じて自然界に育まれた生体には,現在の工学技術では実現できないような極めて巧みで高度な生体機能が備わっています.そして,そのメカニズムを解析することは生体機能の解明のみならず,さまざまな新しい工学システムの開発につながる可能性があります.

私たち生体システム論研究室では,生体の秘密に迫るというサイエンティストの目と人間の役に立つ機械を開発するというエンジニアの目という2つの目で,生体機能の特徴を理論・実験の両面から工学的に解析し,生体システム特有の新たな原理を見出すこと,さらにその原理に基づいた新しい医療福祉機器,産業機器を創出することを目指して,日々,研究に取り組んでいます.また,このような研究活動を通じて,電気・電子・システム・情報工学を基礎とした生体システム論に関する深い知識を有し,新しい原理の追及や新分野への展開を可能にするような創造性を備えた人材の育成を目的としています.

5つの研究テーマ

生体システムには未解明の機能やメカニズムがまだまだたくさん隠されています.それらを工学的に解明して利用することができれば,21世紀を切り拓く新しい技術を創出できる可能性があります.生体システム論研究室では,広範囲にわたる生体システム論研究を以下の5つの大きな研究テーマとして捉え,それぞれのテーマのもとで具体的な研究課題を探求するとともに,各テーマを有機的に連携・融合した新たな研究領域の創出を目指しています.

生体信号解析とヒューマンインタフェースへの応用

筋電位信号や脳波,心電図などの生体信号を計測し,そこに含まれる人間の運動意思や生理/心理状態を理解するための独自の信号処理アルゴリズムを開発するとともに,生体信号を入力とする新しいロボットインタフェースや医療福祉機器を提案しています.

生体運動解析とヒューマン-マシンシステム設計への応用

人間の感覚/運動機能を実験的に計測し電気電子工学的にモデル化するとともに,モデル化した人間特性を組込んだ新たな運動支援システムや次世代自動車操縦系などの開発を行っています.

新たな機械学習アルゴリズムに基づく統計構造ニューラルネットの提案

確率統計理論に基づく新しい機械学習アルゴリズムやニューラルネットを提案するとともに,ロボットや医療福祉機器の学習制御技術,医療データの学習的識別技術などの開発に応用しています.

脳機能・脳神経回路モデリングと人工生命体モデルの開発

脳が有する運動,感覚,知覚,学習,判断などの機能に着目し,人工的な神経回路モデルによりその機能を工学的にモデル化/再現することを試みています.そして最終的には,高次脳機能や他者の心を理解し協調して生きてゆこうとする社会脳機能,非言語的で無意識的,直感的な感性の工学的理解とモデル構築を目指しています.また構築した脳モデルを用いて,生物学的知見に基づいた人工生命体モデルの開発を行っています.

生体情報マイニング技術と医療支援システムの開発

これまで生体システム論研究室で研究開発してきた生体運動解析技術,生体信号解析技術,学習識別技術,生体シミュレーション技術などの電気電子・システム情報技術を駆使し,医工連携による新しい医療支援システムや医療機器の研究開発を行っています.

研究業績

2020年11月29日 現在の本研究室の研究成果は,

などにまとめ,国内外に向けて発信しています.

最新の論文

Spontaneous movements in the newborns: a tool of quantitative video analysis of preterm babies

Chiara Tacchino, Martina Impagliazzo, Erika Maggi, Marta Bertamino, Isa Blanchi, Francesca Campone, Paola Durand, Marco Fato, Psiche Giannoni, Riccardo Iandolo, Massimiliano Izzo, Pietro Morasso, Paolo Moretti, Luca Ramenghi, Keisuke Shima, Koji Shimatani, Toshio Tsuji, Sara Uccella, Nicolo Zanardi, and Maura Casadio
Computer Methods and Programs in Biomedicine (accepted, SCI, IF=3.632)
URL

Lesions in the Right Rolandic Operculum are Associated with Self-rating Affective and Apathetic Depressive Symptoms for Post-stroke Patients

Stephanie Sutoko, Hirokazu Atsumori, Akiko Obata, Tsukasa Funane, Akihiko Kandori, Koji Shimonaga, Seiji Hama, Shigeto Yamawaki, and Toshio Tsuji
Scientific Reports (accepted, SCI, IF=3.998)

Relationships between Motor and Cognitive functions and Subsequent Post-stroke Mood Disorders Revealed by Machine Learning Analysis

Seiji Hama, Kazumasa Yoshimura, Akiko Yanagawa, Koji Shimonaga, Akira Furui, Zu Soh, Shinya Nishino, Harutoyo Hirano, Shigeto Yamawaki, and Toshio Tsuji
Scientific Reports (accepted, SCI, IF=3.998)

Predictors of stroke outcome extracted from multivariate linear discriminant analysis or neural network analysis

Tomohisa Nezu, Naohisa Hosomi, Kazumasa Yoshimura, Hiroyuki Naito, Shiro Aoki, Yuko Morimoto, Masato Kinboshi, Takeshi Yoshida, Yuji Shiga, Naoto Kinoshita, Akira Furui, Genta Tabuchi, Hiroki Ueno, Toshio Tsuji, and Hirofumi Maruyama
Journal of Atherosclerosis and Thrombosis (accepted, SCI, IF=3.876)

Longitudinal Assessment of U-shaped and Inverted U-shaped Developmental Changes in the Spontaneous Movements of Infants via Markerless Video Analysis

Naoki Kinoshita, Akira Furui, Zu Soh, Hideaki Hayashi, Taro Shibanoki, Hiroki Mori, Koji Shimatani, Yasuko Funabiki, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 10, Article number: 16827, doi.org/10.1038/s41598-020-74006-y, Published online: 08 October 2020. (SCI, IF=3.998)
URL
PDF

Targeted central nervous system irradiation of Caenorhabditis elegans induces a limited effect on motility

Michiyo Suzuki, Zu Soh, Hiroki Yamashita, Toshio Tsuji, and Tomoo Funayama
Biology, volume 9, issue 9, 289, DOI 10.3390/biology9090289, Published: 14 September 2020 (SCI, IF=3.796)
URL

Recurrent Probabilistic Neural Network-based Short-term Prediction for Acute Hypotension and Ventricular Fibrillation

Toshio Tsuji, Tomonori Nobukawa, Akihisa Mito, Harutoyo Hirano, Zu Soh, Ryota Inokuchi, Etsunori Fujita, Yumi Ogura, Shigehiko Kaneko, Ryuji Nakamura, Noboru Saeki, Masashi Kawamoto, and Masao Yoshizumi
Scientific Reports, volume 10, Article number: 11970, doi:doi.org/10.1038/s41598-020-68627-6, Published online: 20 July 2020. (SCI, IF=4.011)
URL
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Non-Gaussianity Detection of EEG Signals Based on a Multivariate Scale Mixture Model for Diagnosis of Epileptic Seizures

Akira Furui, Ryota Onishi, Akihito Takeuchi, Tomoyuki Akiyama, and Toshio Tsuji
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Digital Object Identifier: 10.1109/TBME.2020.3006246, Date of publication: 01 July 2020 (SCI, IF = 4.424)
URL

Video-based Evaluation of Infant Crawling toward Quantitative Assessment of Motor Development

Katsuaki Kawashima, Yasuko Funabiki, Shino Ogawa, Hideaki Hayashi, Zu Soh, Akira Furui, Ayumi Sato, Taiko Shiwa, Hiroki Mori, Koji Shimatani, Haruta Mogami, Yukuo Konishi, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 10, Article number: 11266, doi:10.1038/s41598-020-67855-0, Published online: 09 July 2020. (SCI, IF=4.011)
URL
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代表的な論文

Human Hand Impedance Characteristics during Maintained Posture in Multi-Joint Arm Movements

T. Tsuji, P. Morasso, K. Goto, and K. Ito
Biological Cybernetics, Vol.72, pp.475-485, 1995.

A Log-Linearized Gaussian Mixture Network and Its Application to EEG Pattern Classification

T. Tsuji, O. Fukuda, H. Ichinobe, and M. Kaneko
IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part C: Applications and Reviews, Vol. 29, No. 1, pp. 60-72, February 1999.

A Recurrent Log-linearized Gaussian Mixture Network

T. Tsuji, N. Bu, M. Kaneko, and O. Fukuda
IEEE Transactions on Neural Networks, Vol.14, No.2, pp.304-316, March 2003.

A Human-Assisting Manipulator Teleoperated by EMG Signals and Arm Motions

O. Fukuda, T. Tsuji, M. Kaneko and A. Otsuka
IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.19, No.2, pp.210-222, April 2003.

Quantitative Evaluation of Pain during Electrocutaneous Stimulation using a Log-Linearized Peripheral Arterial Viscoelastic Model

H. Matsubara, H. Hirano, H. Hirano, Z. Soh, R. Nakamura, N. Saeki, M. Kawamoto, M. Yoshizumi, A. Yoshino, T. Sasaoka, S. Yamawaki, and T. Tsuji
Scientific Reports, volume 8, Article number: 3091, doi:10.1038/s41598-018-21223-11, Published online: 15 February 2018.

Continuous Blood Viscosity Monitoring System for Cardiopulmonary Bypass Applications

S. Okahara, Z. Soh, S. Miyamoto, H. Takahashi, S. Takahashi, T. Sueda, and T. Tsuji
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol.64, No.7, pp. 1503-1512, DOI:10.1109/TBME.2016.2610968, JULY 2017.

Assessment of Lower-limb Vascular Endothelial Function Based on Enclosed Zone Flow-mediated Dilation

H. Hirano, R. Takama, R. Matsumoto, H. Tanaka, H. Hirano, Z. Soh, T. Ukawa, T. Takayanagi, H. Morimoto, R. Nakamura, N. Saeki, H. Hashimoto, S. Matsui, S. Kishimoto, N. Oda, M. Kajikawa, T. Maruhashi, M. Kawamoto, M. Yoshizumi, Y. Higashi, and T. Tsuji
Scientific Reports, volume 8, Article number: 9263, doi:10.1038/s41598-018-27392-3, Published online: 18 June 2018.

A computational model of internal representations of chemical gradients in environments for chemotaxis of Caenorhabditis elegans

Z. Soh, K. Sakamoto , M. Suzuki , Y. Iino, and T. Tsuji
Scientific Reports, volume 8, Article number: 17190, doi:10.1038/s41598-018-35157-1, Published online: 21 November 2018.

A Scale Mixture-based Stochastic Model of Surface EMG Signals with Variable Variances

A. Furui, H. Hayashi, and T. Tsuji
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, DOI: 10.1109/TBME.2019.2895683, Date of Publication: 28 January 2019.

A myoelectric prosthetic hand with muscle synergy-based motion determination and impedance model-based biomimetic control

A. Furui, S. Eto, K. Nakagaki, K. Shimada, G. Nakamura, A. Masuda, T. Chin, and T. Tsuji
Science Robotics, Vol. 4, Issue 31, eaaw6339, DOI: 10.1126/scirobotics.eaaw6339, 26 June 2019.

Markerless Measurement and Evaluation of General Movements in Infants

T. Tsuji, S. Nakashima, H. Hayashi, Z. Soh, A. Furui, T. Shibanoki, K. Shima, and K. Shimatani
Scientific Reports, volume 10, Article number: 1422, doi:10.1038/s41598-020-57580-z, Published online: 29 January 2020.

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トピックス

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Spontaneous movements in the newborn ...

■古居先生が以下のawardを受賞しました.おめでとうございます!

Phoenix Outstanding R ...

■以下の展示会に参加しました.

精神的価値が成長する感性イノベーション拠点
国立大学法人 広島大学 ...

■以下のプロジェクト研究センターが承認されました.

現在のプロジェクト:
2020-2022年度 広 ...

コラム

第597回 卒業アルバム用写真撮影2020
第596回 Phoenix Outstanding Researcher Award
第595回 2020年度修士論文中間発表会
第594回 イノベーション・ジャパン2020 大学見本市