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

2024年05月30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

Finger-tapping Motion Recognition Based on Skin Surface Deformation Using Wrist-mounted Piezoelectric Film Sensors

Shumma Jomyo, Akira Furui, Tatsuhiko Matsumoto, Tomomi Tsunoda, and Toshio Tsuji
IEEE Sensors Journal, doi: 10.1109/JSEN.2024.3386333 (Accepted, SCI, IF=4.3)
Early Access

Simultaneous Motion and Respiration Measurement in Adult Zebrafish Based on the Instantaneous Spatial Distribution of Separated Ventilatory Signals

Zu Soh, Saki Maruko, Manaru Fujita, Shin Wakitani, Masayuki Yoshida, and Toshio Tsuji
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 73, pp. 1-9, 2024, Art no. 9509209, doi: 10.1109/TIM.2024.3387502. (SCI, IF=5.6)
URL

 

Correlation analysis between echinocytosis stages and blood viscosity during oxygenator perfusion: an in vitro study

Shigeyuki Okahara, Satoshi Miyamoto, Zu Soh, Masaru Yoshino, Hidenobu Takahashi, Hideshi Itoh, and Toshio Tsuji
ASAIO JOURNAL, DOI: 10.1097/MAT.0000000000002214, April 18, 2024 (online first, SCI, IF=4.2)
URL

Neuroimaging-based Evidence for Sympathetic Correlation between Brain Activity and Peripheral Vasomotion during Pain Anticipation

Ziqiang Xu, Zu Soh, Yuta Kurota, Yuya Kimura, Harutoyo Hirano, Takafumi Sasaoka, Atsuo Yoshino, and Toshio TsujiScientific Reports, volume 14, Article number: 3383, doi.org/10.1038/s41598-024-53921-4, Published online: 09 February 2024. (SCI, IF=4.6) URLPDF

The number of microbubbles generated during cardiopulmonary bypass can be estimated using machine learning from suction flow rate, venous reservoir level, perfusion flow rate, hematocrit level, and blood temperature

Satoshi Miyamoto, Zu Soh, Shigeyuki Okahara, Akira Furui, Taiichi Takasaki, Keijiro Katayama, Shinya Takahashi, and Toshio TsujiIEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology, Volume: 5, pp. 66-74, DOI: 10.1109/OJEMB.2024.3350922, Date of Publication: 08 January 2024. (ESCI, IF=5.8)
URL
PDF

Noninvasive Characterization of Peripheral Sympathetic Activation across Sensory Stimuli Using a Peripheral Arterial Stiffness Index

Ziqiang Xu, Reiji Anai, Harutoyo Hirano, Zu Soh and Toshio Tsuji
Frontiers in Physiology (Computational Physiology and Medicine), 14:1294239, DOI: 10.3389/fphys.2023.1294239, PUBLISHED 08 January 2024. (SCI, IF=4.0)
URL
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Repetitive pain experiences modulate feedforward control of hemodynamics and modification by nitrous oxide/oxygen inhalation in humans

Hironori Miyazaki, Yoshifumi Nishio, Kota Miyahara, Chiaki Furutani, Ziqiang Xu, Noboru Saeki, Toshio Tsuji, and Yoshiyuki Okada
Heliyon,  Volume 9, ISSUE 12, e23121, doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e23121, Published: November 29, 2023. (SCI, IF=4.0)
URL
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Vertical Dynamic Visual Acuity is Significantly Lower than Horizontal Dynamic Visual Acuity

Aoi Tachihara, Zu Soh, Tomohiko Mizuguchi, Akihiko Kandori, Seiji Hama, and Toshio Tsuji
Scientific Reports, volume 13, Article number: 20999, doi:10.1038/s41598-023-48292, Published online: 28 November 2023. (SCI, IF=4.6)
URL
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Prediction of blood pressure changes during surgical incision using the minimum evoked current of vascular stiffness value under sevoflurane anesthesia

Daiki Shorin, Satoshi Kamiya, Ryuji Nakamura, Ayaka Ishibashi, Noboru Saeki, Toshio Tsuji, and Yasuo M. Tsutsumi
Scientific Reports, volume 13, Article number: 20486, doi:10.1038/s41598-023-46942-y, Published online: 22 November 2023. (SCI, IF=4.6)
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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