工藤研で研究したい人へ

2016年度
領域実習A配属(新3年生)/研究室配属(新4年生)のための研究室情報ページ

工藤研で研究したい人へ

工藤研究室の配属条件は「必ず面談することです.
面談無しに研究室に配属された結果,ミスマッチが起こると非常につらい思いをします.
工藤研究室に限らず,必ず面談して指導教員と興味のある研究課題についてディスカッションして下さい.
面談のアポイントは
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まで.

**こんな人に向いています**

研究を通じて自分の能力を高めたいという意欲がある人
*バイオ・ロボティクス融合分野では日本トップレベルの研究環境を提供します.
*工藤研配属学生は,科学技術者の一員としての自覚と誇りを持って研究推進の一翼を担います.

・産業技術総合研究所での研修に興味のある人
*我が国有数の先端的研究機関である産業技術総合研究所・関西センターでの研修が可能です.テーマは神経回路網とレーザー技術に関係したものです.

**工藤研のセントラルドグマ(中心教条)**

求めよ,さらば与えられん
Ask, and it shall be given you;
尋ねよ,さらば見出されん.
seek, and you will find;
門を叩け,さらば開かれん.
knock, and it will be opened to you.
マタイによる福音書 7章7節

自ら求める者のみが望みを得る.
まず,求め,尋ね,門を叩け.そこが出発点である.
そして求めるとは座して待つことではなく,
自ら
変わることを意味する.
全て自分の責任において考えなければならない.

○○が出来るのから or ○○を身につけたいから

この研究をやる,
ではない.

知りたいこと,やりたいことのために
専門的知識/能力を活用するのである.
必要なことを必要なときに速やかに身につけ,
活用して問題を解決する.

そう言う能力を徹底的に鍛え上げるのが研究室である.

*以下に工藤研究室の紹介ガイダンスのスライドを掲載しておきますので参考にして下さい.
各画像をクリックすると大きくなります.
*このスライド一覧の下に,Q&A情報,就職実績などがあります.

工藤研究室紹介スライドショーの説明

各画像はクリックすると大きなイメージを表示します.スライドショーのようにそのまま  次の画像を表示可能です.


神経知能工学とは?

神経知能工学とは,工学的手法も駆使して脳の動作原理を探求する理工融合の学問である.脳科学(生命科学分野)の研究である神経物理学,生命科学とロボット技術の融合であるニューロ・ロボティクス,認知科学や脳-機械インタフェース(BCI)に係わる工学研究の3つを柱としている.

工藤研究室が目指すこと

研究の目標は「脳を創って理解すること」である.将来的には神経再接続技術の開発や脳機能作動薬の探索に繋がる.しかし,神経知能工学研究室の研究の主眼は何か役に立つものを作ると言うより,人間という存在を脳から理解することなのだ.

神経知能工学研究室の研究テーマ

ここには過去の研究から現在進行中の研究までテーマを列挙している.このページに挙がっているのは神経工学(Neuroengineering) 関連のテーマである.ニューロロボットの研究や,人工知能関連の研究が含まれる.

神経知能工学研究室の研究テーマ

このページに挙がっているのは情報・生物物理学系,生命系のテーマである.神経回路網の電気活動パターンを動力学的な状態と考えて解析するニューロダイナミクス関連の研究テーマと,神経情報処理とタンパク質機能分子との関係,神経活動とエネルギー代謝との関係を明らかにしようとするテーマ.

神経知能工学研究室の研究テーマ

このページに挙がっているのは認知科学・インタラクション工学・応用物理学関連のテーマである.認知科学的なテーマは,ヒトの行動と脳活動の連関を解析して我々人間の精神の働きを解明することを目的とする.インタラクション工学とは,脳機能計測を仲介としたヒトと機械とのインタラクション技術を創成する.主にニューロリハビリや脳-機械インタフェース(BCI)関連のテーマである.応用物理関連テーマは,理研と並ぶ日本を代表する公的研究機関の1つである 産業技術総合研究所における研修テーマである.

研究室配属の目的

勿論,第一義には学問の探究であるが,教育と言うことを考えると,様々な方向で,いろいろな目的がある.


研究室配属の目的

これらの内,当研究室が特に得意とするのは,理系的な根幹の能力である、<創造力>,<論理的思考能力>の涵養と,プレゼンテーション能力などの情報発信能力の醸成,社会人となるための修養などである.

卒業生の進路

当研究室の卒業生の進路は多岐にわたっている.生命系の研究室から認知科学系の研究室で活躍する先輩,メーカーの開発職も多い.勿論のこと情報系の強みを活かしてSEになる人も特に学部卒では多い.大学は即戦力の技術を身につけると言うよりは,応用力を身につける事が多いので,卒業生は研究室で研究した分野を越えて幅広い分野で活躍している.

領域実習Aでは,多分野にわたって研究を自律的に遂行する上で必要な基礎を演習する.

領域実習Bでは,勉強を教えて貰う,という感覚から大学という環境を使って自ら学ぶということに意識を変える,パラダイム・シフトを促す.本来大学入学時に是があると良いのだが,ここで確実にする.

 
ここから神経知能工学研究室で行っている研究について紹介する. 神経知能工学研究室(工藤研)では,神経回路網に於ける電気活動ダイナミクスを解析する神経物理学,生体神経回路網とロボットを接合するサイボーグ技術に関わるニューロロボティクス,認知科学や脳-機械 インタフェース(BCI)に関する研究を行う認知ロボティクスを3つの柱として研究を行っている. 最終的な目標は,脳を創ることで,脳高次機能のメカニズムを明らかにすることである.
その過程で,神経活動から出力を推定する=「脳を読む」技術や,神経再接続工学に資する工学技術,脳機能薬探索に貢献する試験(アッセイ)技術などの要素技術が生み出される.
特にニューロロボティクス技術は近年サイボーグ工学などとして注目されている.正確には神経補綴技術,神経工学,ニューロエンジニアリングなどと呼ばれる分野の内,特に生体の神経回路網と電子デバイスを接続した系を構築し,そのとの相互作用を研究する. ニューロロボットとは,生体の神経回路網と電子機器,特にロボットボディを相互接続した系のことで,我々は是を小さな脳のモデルとして活用している.
動物は脳と体とが適切にデザインされ,遺伝的に継承されている配線によって接続され,環境からの入力に適切に反応する.ニューロロボットでは,この配線が一度バラバラにされているため,この部分を変換プログラムで補う必要がある.

具体的には,分散培養した神経回路網と小型移動ロボットとを相互接続し,Brain Interface, Robot Clientの2つのソフトウェアを用いて神経信号とセンサ信号をリンクする.
左の位相差顕微鏡写真は,生体神経回路網の一例で,30日ほど培養したものである.拡大図にあるのは錐体細胞で,特徴的な形態が培養下でも維持されている.
右側に示したのは細胞外電位多点計測系のプローブに配置された8X8の微小平面電極から得られた自発性神経活動の例である.各ブロックは1電極に対応する.
自発性神経電気活動は,外部からの入力がなくとも神経細胞同士の相互作用により自律的に発生する電気活動である.
神経活動パターンと小型移動ロボットのモーター制御値との間をリンクする手法として,本研究室で開発したファジィ テンプレート マッチング手法を用いた倍のニューロロボットの行動の一例.2つの壁の間を衝突を回避して進むことに成功している.このロボットの動作は予めプログラムされたものではなく,神経回路網の反応によって生成されたものである.
神経知能工学研究室では,ニューロロボット以外にも生体神経回路網による情報処理について様々な研究を小なっている. このスライドに示されているのは,生体神経回路網に於ける短期的メモリ効果である.
図はラスタプロットと呼ばれ,横軸に時間,縦軸に電極番号をとり,バーは横軸が示す時刻に縦軸が示す電極に於いて電気活動スパイクが発生したことを示したものである.すなわち,この図は神経活動の時空間パターンを示す.矢印は電気刺激を入力した時刻で,10秒の間隔を開けて刺激した場合,同じ刺激に対しては類似したパターンが発生している.しかし,刺激間隔が1秒の場合(右)SessionC)の2発目の刺激に対する応答は,刺激が同じであるのにかかわらず大きく異なる応答パターンを示す.これは,この培養神経回路網が1秒前に刺激があったことを「メモリー」していると言える.
この図は,自発性の神経電気活動が,神経細胞のエネルギー源であるブドウ糖濃度によって変化することを示している.
細胞外の栄養成分であるブドウ糖の濃度が高くなると,自発性神経活動の頻度が上昇し,神経回路網は活発に活動するようになるが,濃度が高くなりすぎると逆に活動が減少し,あたかも最適濃度で最大反応するように振る舞う.
最適な状態が快状態であるとするならば,このような活動の変化が,快や不快の感覚の根元となっているのかも知れない. 自発性神経電気活動はテトロドトキシン(TTX,ふぐ毒)によって電位依存性ナトリウムチャネルを阻害することで一過性に停止することができる.つまりTTXで自発性神経活動を停止し,またこれを洗い流すことで自発性神経活動を再開することができる.面白いことに,一度停止して再開した場合,その自発性神経電気活動パターンは停止前に比べて大きく異なっている. つまり,自発性神経電気活動は,スイッチを切って入れ直すと以前の活動と同じ活動が直ぐに再開されるのではなく,状態が異なって違う活動パターンを発現すると言うことである.このような神経回路網の性質が,意識の継続性や自己同一観などと関わりがあるのかも知れない.
神経活動パターンが神経回路網に於ける情報表現に関係があることが識られている.そこで,神経活動パターンを自己組織化マップ(SOM)を用いて解析している. 64個の電極から得られた神経活動を64次元の特徴ベクトルで表現し,これをSOMを用いて類似性を基準に2次元に写像した例がこの図である.
各ノード(マス)は1つの活動パターンに対応し,近くにあるノードは互いに似た活動パターンを示す.
異なる2電極からの入力刺激に応答して発現した活動パターン(上2パネル,Evoked Input LおよびR)は入力に応じて異なる塊(クラスター)を形成し,それぞれ異なる応答パターンを示しながら,同じ入力に対する反応パターン同士は類似している傾向が示されている.入力がない場合の自発性活動パターン(左,Spontaneous Activity)はまんべんなく分布しているが,面白いのは自発性活動パターンと入力刺激で誘発されたパターンとが共通しているものがあると言うことである.

自発性活動パターンと入力刺激で誘発されたパターンとが共通しているものがあると言うことは,2つの活動パターンは全く独立のメカニズムによって生成されているのでなく,本質的に同じものであることを示している.
従来,自発性活動はノイズであり,神経活動パターンはこのノイズによってばらつきを生じる,と言うime0次で捕らえられてきたが,もしかすると自発性の活動パターンは神経回路網が発現しうるパターンのレパートリーであり,刺激が入力されるとこのうちの特定のパターンが発現する確率が増えるということなのかもしれない.
我々は,このように入力と応答パターンとは<厳密に一対一対応している>のではなく,<比較的緩やかに,確率的に対応している>のではないかという仮説をたて,「神経系入出力のルーズ カップリング モデル」を提唱している.
脳-機械 インターフェース(BCI)の開発 我々は,安価でかつ簡便に実現できる脳波テレメトリ-システムも開発している. 電子部品を組み合わせて脳波アンプを自作し,これとスマートフォンによるネットとを組み合わせて,脳波を遠隔で計測するシステムを安価でかつ簡便に実現した.我々の研究室ではこれを「AirBrain」と呼んでいる.
頭で考えることで電子機器を操作するシステムを脳ー機械インタフェース(BCI)と呼ぶ.本研究室では,使用者の脳波の特性を学習し,その人に適した方法でBCIを実現する「探索型BCIシステム」を開発している. BCIのアルゴリズムとしては,本研究室で開発した簡略ファジィ推論によるファジィ テンプレート マッチング手法を用いている. ルールを自由に設定できるファジィ推論の枠組みを上手く使ってファジィルールで探索空間を設定し,これを後件部値の学習によって更に絞ることで,適切なルール,すなわち脳波特徴に対応するテンプレートが相対的に重み付けされる.BCIの動作はこの選別された脳波活動パターンによって制御される.
我々は,更に精度を上げるために,不適切なファジィルール=テンプレートを削除するプル-ニングを追加した.
例えば,タスク時と安静時とで同じように出現してしまう脳波特徴に対応するルール=テンプレートはノイズとなってBCIの精度を低下させるので,このようなルールは刈り込み(プル-ニング)する.
この結果,全く同じ機器構成,プログラムを用いて異なるタスクで動作するBCIを実現することに成功した.
例えば,このシステム1つで,手を握ったり閉じたりする運動をイメージしたときに動作するBCIと足首を屈曲する運動をイメージしたときに動作するBCIとを実現できる.どのようなタスク(この場合運動イメージ)で特定の脳波が再現良く出現するかには個人差があるため,このように学習によってタスクが切り替えられれば,個人により確実に適合するBCIシステムが実現できる.
車の運転を覚えるとき,慣れないときは動作をいちいち意識して操作するがやがてこの操作は無意識となる.この変化に伴って使用する脳の部位が切り替わっていることが識られている.
そこで,階層的な運動について解析した.特定の順で連続してボタンを押すタスクについて,それぞれ3つのボタンを押すブロックをA,B,Cと3つ定めた.ボタン押しを充分学習した後で,ブロック内の順を変えずにブロックの順のみを入れ替えると,ブロック間の反応時間が延びただけではなく,ブロック内のボタン押しに要する時間も長くなる場合があった.このことは,階層構造が変わるだけで,学習したシーケンスがリセットされてしまう可能性を示す.
本身の手を隠してその位置に偽物の手(ラバーハンド)を置き,ラバーハンドを見せながら本身の手と同時にラバーハンドに触ることを繰り返すと,ラバーハンドが自分の本身の手であるように錯覚する現象がある.このときハンマーなどでラバーハンドを叩くと思わず本身の手を引いて避けようとする.是をラバーハンドイルージョンという.我々は,実際の手よりも長いラバーハンドを用いた場合,どの程度の長さまでこの現象が発現するか解析した.現在,50 cm程度まで長くしても充分ラバーハンドを本身と錯覚する場合があることを確認している.是は,一種の身体感覚の延長であると言えるだろう.
脳を生かしたまま薄くスライスして,表面に露出した神経細胞から電気活動を計測する手法が神経科学で用いられている.この標本を急性スライス標本と呼ぶ.本研究室には,大脳基底核の急性スライス標本を用いた電気生理学実験のノウハウがある. Caイオンの量で発光の強度が変わるCaイオン感受性色素というものがある.神経が活発に電気活動を起こすとき細胞内にCaイオンが流入するので,是を指標にして神経の活動を見積もることができる.神経科学ではこれをバイオイメージングという.我々の研究室では,CCDカメラで撮影した画像から細胞の領域を自動で識別し,蛍光強度を記録するソフトウェアも独自開発している. 異なる生物の神経細胞を混ぜ合わせた場合,シナプス結合を作って神経回路網が形成されるだろうか?このような奇妙な疑問も,分散培養系を用いれば確かめることができる.
生きたまま蛍光染色してそれぞれ識別できるようにしたラットとニワトリの神経細胞を混ぜ合わせて培養皿に播種し,神経の活動をCaイオン感受性色素による発光によって計測したところ,ラットの神経細胞からニワトリの神経細胞へ,あるいは逆方向への同期活動が観察された.このことは,異なる生物種の神経細胞でも,同期的に活動する神経回路網が形成される,すなわちキメラ神経回路網が実現できることを示す.
関西学院大学理工学部は産業技術総合研究所の関西センターと包括協定を結び,連携大学院として共同研究を行っている.当研究室では,配属学生の希望者は産業技術総合研究所 バイオメディカル研究部門 細胞マイクロシステム研究グループ の細川 千絵 先生の元で研究することができる. レーザー光により,微小な分子をトラップして保持したり動かしたりする技術を光ピンセットと言う.
この技術を神経細胞に応用し,神経間の情報伝達を担うシナプスの機能を制御しようという研究を行っている.
フェムト秒レーザー光という特殊な光を照射することで,光による神経細胞の刺激が可能である.これは,非常に小さな領域を選択的に狙って刺激でき,しかも細胞にダメージを与えずに電気活動を引き起こすことができる画期的な手法である.産総研では神経細胞の光刺激の技術も研究している.
当研究室は
私立大学戦略的研究基盤形成支援事業
「歩行における脳活動と筋活動の相関に基づく新しい健康維持促進とリハビリテーション技術の創生」
に参画し,「脳活動と筋活動の新しい相関抽出とこれを利用したリハビリ機器の開発」と言うテーマで研究を行っている.具体的には脳波の解析手法とリハビリに役に立つ刺激の提示手法,BCIの開発などを担当している.
プロジェクトの一環として非侵襲的に脳を刺激する経頭蓋磁気刺激装置(TMS)や探索的BCIシステムと嵯峨研究室開発の足関節拘縮予防機器を組み合わせ,自動リハビリシステムを構築する研究も行っている. 当研究室では,国内・国外を問わず学生諸君にも積極的に学会発表を勧めている(学会発表の費用は研究室から手当てされる).研究の最先端が議論される場は刺激的である.
Society for Neuroscience(北米神経科学会) の年次大会は例年発表件数3万件,参加者5万人にも達する神経科学界最大規模の学会である.ポスター会場は歩いて横断するだけで10分くらいかかるほどの広大なスペースで行われ,この学会に参加すれば神経科学の「今」がほぼ全て網羅できる.当研究室では,この学会でポスター発表デビューした先輩も多い.
FENSはヨーロッパの神経科学会で2年に1回開催される.北米神経科学会より規模は小さいが,その分じっくり議論ができて学会の大きさとしてはむしろこちらの方が丁度良い.学生諸君にとっては,会議の合間や学会のexcursion等で欧州の文化を学ぶのも良い経験である. FENSにあわせて開催される細胞外電位多点計測電極に関連する研究会.チュービンゲン大学のThe Natural and Medical Sciences Instituteが主催しているのでいつもドイツのロイトリンゲンという小さな都市で開催される.専門性の高い学会. 日本で開催される国際学会も多数ある.
英語で口頭発表する良い機会になることが多い.
2017年度は滋賀でFuzzy系の国際学会IFSA-SCISに参加する予定.
神経工学セッションを企画する学会の開催に合わせて毎年行っている合宿研究会.神経工学関連の研究室から多数の学生・教員が参加し,同宿して夜通し議論する.他大学の学生や教員と交流を深めることも重要な目的である. 当研究室の学生諸君は,とても熱心で研究を楽しんで励んでいる(と思う).先輩達の真剣な表情に注目.充実した日々を過ごしている実感がある(と思う). 学会の賞を受賞した先輩も,今は卒業して大学教員となっている.
充実した研究の日々には息抜きも重要.
追いコンは出席率が良く,OBも来て下さったりで例年30人近く集まる.皆仲が良いと思う.
当研究室のモットーは「求めよ,さらば与えられん」.
研究は知的な道楽であると思っている.折角大学で学んでいるのだから環境をフル活用して,学びを楽しんで欲しい.

実際に聞かれたことのある質問集 Q&A

*研究内容に関すること

Q.工藤先生は JAVAや数学の先生だと思っていましたが、生命科学みたいなのやっても大丈夫なんですか?

A. 工藤は元々生体のタンパク質であるイオンチャネルの研究室出身なのでむしろこっちが本業です.ファジィ学会では生物型知能情報処理の研究者,神経科学会では電気生理学の研究者で通っています.ちなみにプログラミングは好きですが数学は苦手です.

Q. 数学やプログラミングが苦手です...

A. 数学が苦手で,プログラミングが苦手でも何とかなる課題はあります.生命科学そのもののテーマならば,プログラミングや計算の代わりに実験データを根気よく集めることで研究が成立する場合があります.しかしその分実験は結構大変だったりします.また,特に院に進学せずに学部卒で就職を考える場合,’プログラミング能力’や’数学ができること’をアピールできないと苦戦します.結局,楽して卒業できる研究室なんてないということです.

Q. 統計数学のようなことができますか? (課題の自由度について)

A. 工藤研究室は生命科学,工学,情報科学など多岐にわたる研究手法を用いていますが,研究対象は「脳」「人工知能」に関係したことになります.それ以外の分野は,専門性が異なるので十分な指導ができません.これがやりたい,という学生の意向を尊重しますが.対象は「脳」で手法は工藤研の持っている技術・実験装置に限定されます.

*研究生活に関すること

Q. 週5日来ないとダメですか?

A. デフォルトで週4以下しか来ないという設定は,余程の事情がない限りダメです.というより,そのくらい来ないと研究が進みません...ただ,遅れを後で取り戻せるなら事情により休むことは可能です.

Q. ダブルスクールなどを考えているのですが...

A. 実験系は研究室での作業が必須なので,ダブルスクールなどは実際上無理だと思います.どうしてもという場合は事前に相談して下さい.

Q. レベルが高そうなんですがついて行けますか?

A. 決して成績優秀な人ばかり来ている訳ではないので(いつも推薦対象者は半分以下です)、研究が面白いと感じられたら大丈夫です。
皆さん (潜在的には)優秀です.自分の ”潜在的な” 力をもっと信じて下さい。研究室はそれを引き出す場です.

Q. しんどそう?なんですが、大変ですか?

A. 何をしんどいと言うのかよく分からないのですが、そもそも大学で研究するのは自分の能力を高めるために進んでやることなので,何かを無理矢理やらされるような話ではないと思います.ただ,卒業するためには一定の基準をクリアする必要があります.
また,工藤研の方針としてコアタイムとかそう言うことはありません.
当研究室の方針は自主的に学ぶことですから,研究が進んでいれば良いのです(あくまで 進んでいれば です).

Q. 研究室の雰囲気・人間関係はどうですか? 学生の仲は良いですか?

A. 学年の区別無く皆仲が良いと思います.夜残る学生さんが連れ立って車で夜食を食べに行ったり,買い出しに行ったりするのをよく見かけます.
この頃打ち上げなどでは妙に盛り上がっています.

*進路に関すること

Q. 院に行かないとダメですか?

A. 工藤が進路を強制したことはありませんし,院進学するかどうかを配属の基準にはしていません.
ただ,就職活動して悟ると思いますが,SE以外の開発系・技術系職は院に行かないとほぼ無理だというのが現実だと思います.
私は理系に来たのならば,理系職を目指して欲しいと思っていますので,適性が高い人は是非院に進学することを勧めます

Q. ゲーム会社とかに就職できますか?

A. 研究内容と就職先の仕事内容は違う方が普通です.ゲームを創ったからゲーム会社に行けると発想するのは短絡的で,現実はそうなっていません.
自分の研究をどのように関連づけて説明できるかの方が就活には重要だと思います.そう言う意味で,工藤研はバラエティに富んでいるので色々説明しやすいとは思います.
OB・OG野進路としては,この4年間では,再生医療の研究職からメーカーの開発職,情報産業まで,多岐にわたっています.

*進路実績〜体育会系研究室として評判が良いようです(笑).


博士後期
課程卒
(研究室創立以来7年で3名の博士を輩出しています).

・秋田県立大学システム科学技術学部 電子情報システム学科 助教 (情報・認知科学系)

・某私立大学 の研究プロジェク卜の博士研究員 (生命化学系)

・シームス(香り関連/再生医療系バイオベンチャー)

・研究プロジェク卜の博士研究員 (私立大学戦略的研究基盤形成支援事業「歩行における脳活動と筋活動の相関に基づく新しい健康維持促進とリハビリテーション 技術の創生」)

修士

楽天(開発職) , Origami(ソーシャル買い物アプリ/開発系),三菱電機(過去二名,開発職),富士通(SE職) ,パナソニック(開発職),京セラ(開発職),デンソー(開発職) ,村田製作所(開発職),SED:宇宙技術開発株式会社(気象衛星の運用など),NECソフト (開発職) ,富士通フロンテック (開発職),富士通テン(開発職),オムロンオートモーティブエレク卜口二クス(開発職) ,電通国際情報サービス (SE系),NTTデータビジネスソリューションズ(現NTTデータアイ, SE系) ,関電システムソリユーションスズ (SE系),テス・エンジニアリング (プラン卜)
関西学院大大学院博士後期課程進学(これまで工藤指導の博士3名,次年度以降進学予定者2名), 其の他.

学部卒

リコーリース(営業職),さくらケーシー工ス(SE系) ,富士通ゼネラル(SE系) , 鈴与シンワー卜 (SE系),ニッセイ情報テクノロジー(SE系) ,スミセイ情報システム株式会社(SE系) ,日立システムス(SE系),大和総研(SE系) ,工ス・アール・アイシステムズ (SE系) , TISシステムサービス (SE系),三菱電機インフォメーシヨンテクノロジー (SE系) ,アルプス技研 (技術開発派遣系) ,其の他