EMG Pattern Recognition via Bayesian Inference with Scale Mixture-Based Stochastic Generative Models
Akira Furui, Takuya Igaue, and Toshio Tsuji
Expert Systems with Applications (Accepted, SCI, IF=6.954)
生体システム論研究室とは
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
2021年09月28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
Forward and backward locomotion patterns in C. elegans generated by a connectome-based model simulation
Kazuma Sakamoto, Zu Soh, Michiyo Suzuki, Yuichi Iino, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 11, Article number: 13737, doi.org/10.1038/s41598-021-92690-2, Published online: 02 July 2021. (SCI, IF=4.379)
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The right hemisphere is important for driving-related cognitive function after stroke
Koji Shimonaga, Seiji Hama, Toshio Tsuji, Kazumasa Yoshimura, Shinya Nishino, Akiko Yanagawa, Zu Soh, Toshinori Matsushige, Tatsuya Mizoue, Keiichi Onoda, Hidehisa Yamashita, Shigeto Yamawaki, and Kaoru Kurisu
Neurosurgical Review, vol. 44, pp.977-985, doi.org/10.1007/s10143-020-01272-9, Published online: 11 March, 2020, 2021 (SCI, IF=2.654)
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Prediction of blood pressure change during surgical incision under opioid analgesia using sympathetic response evoking threshold
Satoshi Kamiya, Ryuji Nakamura, Noboru Saeki, Takashi Kondo, Hirotsugu Miyoshi, Soushi Narasaki, Atsushi Morio, Masashi Kawamoto, Harutoyo Hirano, Toshio Tsuji, and Yasuo M Tsutsumi
Scientific Reports, volume 11, Article number: 9558, doi.org/10.1038/s41598-021-87636-7, Published online: 5 May 2021. (SCI, IF=3.998)
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Cardiorespiratory Synchronisation and Systolic Blood Pressure Correlation of Peripheral Arterial Stiffness During Endoscopic Thoracic Sympathectomy
Toshifumi Muneyasu, Harutoyo Hirano, Akira Furui, Zu Soh, Ryuji Nakamura, Noboru Saeki, Yoshiyuki Okada, Masashi Kawamoto, Masao Yoshizumi, Atsuo Yoshino, Takafumi Sasaoka, Shigeto Yamawaki, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 11, Article number: 5966, doi.org/10.1038/s41598-021-85299-y, Published online: 16 March 2021. (SCI, IF=3.998)
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Peripheral Arterial Stiffness During Electrocutaneous Stimulation is Positively Correlated with Pain-related Brain Activity and Subjective Pain Intensity: An fMRI Study
Toshio Tsuji, Fumiya Arikuni, Takafumi Sasaoka, Shin Suyama, Takashi Akiyoshi, Zu Soh, Harutoyo Hirano, Ryuji Nakamura, Noboru Saeki, Masashi Kawamoto, Masao Yoshizumi, Atsuo Yoshino, and Shigeto Yamawaki
Scientific Reports, volume 11, Article number: 4425, doi.org/10.1038/s41598-021-83833-6, Published online: 24 February 2021. (SCI, IF=3.998)
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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, Volume: 68, Issue: 2, pp. 515-525, Digital Object Identifier: 10.1109/TBME.2020.3006246, Publication Date: FEBRUARY 2021 (SCI, IF = 4.424)
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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, Volume 199, 105838, pp.1-17, Available online 21 November 2020, February 2021 (SCI, IF=3.632)
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Neural network-based modeling of the number of microbubbles generated with four circulation factors in cardiopulmonary bypass
Satoshi Miyamoto, Zu Soh, Shigeyuki Okahara, Akira Furui, Taiichi Takasaki, Keijiro Katayama, Shinya Takahashi, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 11, Article number: 549, doi.org/10.1038/s41598-020-80810-3, Published online: 12 January 2021. (SCI, IF=3.998)
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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.
トピックス
■ 以下の論文が掲載決定になりました．この論文は2019年度に卒業した伊賀上 卓也君（現在，東京大学大学院に在籍中）の卒論 ...
■ 投稿していた以下の国際会議論文がすべて”Accepted as Full Contributed pape ...
■ 以下の論文が掲載されました．
156. Forward and backward locomotion p ...
■ 筋電グループの共同研究者である久米 伸治先生との共著論文が，日本脳神経超音波学会の機関誌「Neurosonology」 ...
コラム
- 第626回 2021年度前期全体ゼミは終了しました
- 第625回 【研究紹介】末梢血管剛性は痛み関連領野の脳活動と主観疼痛強度に正相関する
- 第624回 卒論中間発表会2021
- 第623回 【研究紹介】生体電気信号に基づくゼブラフィッシュの情動推定
