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身体と神経系の相互引込みによる学習制御理論

生物の遊泳や歩行などは、脊髄などの下位の中枢神経系に存在する神経振動子群 (CPG, Central Pattern Generator)と、脚の振り子要素や腱の弾性要素による物理的な振動子が引き込み合うことによって実現されていることが、様々な生理学実験によって 示唆されています。本研究室では、神経振動子ネットワークの学習理論を構築し、神経系と物理系が共振しながら目的の運動をいかに学習しうるかを説明する数理モデルの構築をしてきました。また、歩行にはif-then型の制御である反射も関与していることが知られていますが、神経振動子と反射を組み合わせた制御を行うことで、運動の安定性を改善できることも明らかにしました。

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歩行の制御モデル
(Hioki, Miyazaki, Nishii 2013)

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歩行シミュレーション
(宮路 2007)

主な業績

  • T. Hioki, Y. Miyazaki, and J. Nishii. Hierarchical control by a higher center and the rhythm generator contributes to realize adaptive locomotion. Adaptive Behavior, 21, No. 2, pp. 86-95, 2013. doi:10.1177/1059712312471402.
  • H. Cruse, V. Dürr, J. Schmitz, (翻訳) 西井淳. 昆虫の歩行とロボットへの応用. 下澤楯夫, 針山孝彦(編), 昆虫ミメティックス ~昆虫の設計に学ぶ~, pp. 878-884. NTS 出版, 2008.
  • J. Nishii and T. Hioki. Basic concepts of the control and learning mechanism of locomotion by the central pattern generator. In M. Habib, editor, Bioinspiration and Robotics: Walking and Climbing Robots, pp. 247-260. I-Tech Education and Publishing, 2007.
  • J. Nishii. A learning model of a periodic locomotor pattern by the central pattern generator. AdaptiveBehavior, 7, No. 2, pp. 137-150, 1999.
  • J. Nishii. Learning model for coupled neural oscillators. Network: Computation in Neural Systems,10, No. 3, pp. 213-226, 1999.
  • J. Nishii. A learning model for oscillatory networks. Neural Networks, 11, No. 2, pp. 249-257, 1998.
  • J. Nishii, Y. Uno, and R. Suzuki. Mathematical models for the swimming pattern of a lamprey. I: analysis of collective oscillators with time delayed interaction and multiple coupling. BiologicalCybernetics, 72, No. 1, pp. 1-9, November 1994.
  • J. Nishii, Y. Uno, and R. Suzuki. Mathematical models for the swimming pattern of a lamprey. II:control of the CPG by the brainstem. Biological Cybernetics, 72, No. 1, pp. 11-18, 1994.