科目名 生体システム工学特論
単位数 2.0
担当者 医用情報科学専攻 准教授 福田 浩士
履修時期 前期
履修対象 1,2年生
概要 脳の機能を理解するための重要な方法論の一つが計算論的神経科学である.本特論では,ヒトの運動制御に焦点を当て,計算論的神経科学に基づいた研究を紹介しながら,感覚系と運動系を含めた生体の情報処理システムについて講義する.
科目の到達目標 脳機能を解明するための計算論的神経科学に基づく研究手法を学び,運動制御に関連する脳の部位とその機能に対応する計算論的な学習・制御モデルを理解する.
受講要件 特になし.
事前・事後学修の内容 【学生の学習指導・支援体制について】
講義内容やレポートなどに関する,学生の個別学習相談を随時受け付けている.
教員の所在は,学内サイネージ等に掲示されているので,確認の上,来訪のこと.事前にメール等でアポイントメントを取っておくと良い.
講義内容 1. 計算論的神経科学とは
2. 大脳皮質と運動学習・制御の関係
3. 小脳と運動学習・制御の関係
4. 大脳基底核と運動学習・制御の関係
5. 身体の運動学(キネマティクス)
 ・作業座標系における位置,速度,加速度
 ・身体座標系における関節角度,角速度,角加速度
 ・順運動学と逆運動学
6. 身体の動力学(ダイナミックス)
 ・関節トルク
 ・慣性力,遠心力-コリオリ力,重力,粘性力,弾性力
 ・順動力学,逆動力学
7. コンピュータプログラムによる身体運動の記述
 ・順運動学モデル,逆運動学モデル
 ・順動力学モデル,逆動力学モデル
 ・ルンゲ・クッタ法
8. 制御則
 ・フィードバック制御
 ・フィードフォワード制御
9 コンピュータプログラムによる身体運動制御の記述
 ・フィードバック制御
 ・順動力学モデルを用いた予測フィードバック制御
 ・フィードフォワード制御
10. 機械学習1: 教師なし学習
11. 機械学習2: 教師あり学習
12. 機械学習3: 強化学習
13. コンピュータプログラムによる身体運動学習の記述
 ・順動力学モデルの学習
 ・逆動力学モデルの学習
14. コンピュータプログラムによる身体運動学習・制御の記述
 ・フィードバック誤差学習
15. 講義のまとめ
評価方法 小レポート(30%),期末レポート(70%)で総合的に評価する.評点は100点満点で,60点未満を不可,60点以上70点未満を可,70点以上80点未満を良,80点以上を優とし,90点以上で特に優秀であると教員が認めた場合を秀とする.
教科書等 適宜資料を配付する.
参考書:川人光男著「脳の計算理論」,産業図書,ISBN-4-7828-1514-X
銅谷賢治他編「脳の計算機構」,朝倉書店,ISBN4-254-10190-2
伊藤宏司著「身体知システム論」,共立出版,ISBN4-320-12135-X

担当者プロフィール 【学生の学習指導・支援体制について】
講義内容やレポートなどに関する,学生の個別学習相談を随時受け付けている.
教員の所在は,学内サイネージ等に掲示されているので,確認の上,来訪のこと.事前にメール等でアポイントメントを取っておくと良い.
備考 【教職】高専修(情報)