身体性に基づく自発運動の創発


創発したハイハイ様運動

創発したハイハイ様運動

身体性情報構造解析

身体性情報構造解析

赤ちゃんの発達において、自発運動を通じた環境経験は非常に重要である。一方で、冗長で複雑な身体を有する生物の身体において、如何にしてこの多様な自発運動を実現しているのかについては明らかではない。この研究では、全身の筋を神経系レベルでは独立に制御しても、身体を通じて筋がお互いに影響を及ぼしあい、身体を通じてカップリングすることで、身体性に基づく自発運動が創発可能であることを示した。

[1] Y. Kuniyoshi and S. Suzuki, “Dynamic Emergence and Adaptation of Behavior Through Embodiment as Coupled Chaotic Field,” IROS, 2004.
[2] Y. Kuniyoshi and S. Sangawa, “Early Motor Development from Partially Ordered Neural-Body Dynamics — Experiments with A Cortico-Spinal-Musculo-Skeletal Model,” Biological Cybernetics, 2006.
[3] Y. Yamada, Y. Kuniyoshi, “Emergent Spontaneous Movements Based on Embodiment: Toward a General Principle for Early Development,” RobotDoC-PhD, 2012.

 

 

身体構造が導く神経系・運動発達


発達に伴い複雑化する運動

発達に伴い複雑化する運動

交代性脚運動

交代性脚運動

胚や胎児期の初期発達において、身体はどのような役割があるのだろうか。生物づく最小限の脊髄神経回路とその学習則を、様々な発達段階、複数赤ちゃんモデルに対して適用し、発達をシミュレートした。共通のなる身体構造によって種固有の運動・神経系発達を実現し、この発学的知見と対応が取れることを確認した。

[1] Y. Yamada, Y. Kuniyoshi, “Embodiment guides motor and spinal circuit development in vertebrate embryo and fetus,” ICDL/EpiRob, 2012.

子宮内触覚経験に基づく胎児の運動発達


胎児モデルの触覚分布

胎児モデルの触覚分布

手と顔の接触運動

手と顔の接触運動

ヒトの二点弁別域に基づく触覚分布が、自発運動を通じた子宮内触覚経験に基づいた脊髄神経回路の自己組織化により、手と顔の接触運動や独立四肢運動といっり観察される実際の胎児行動の一部、及びその順序性を再現可能でした。

[1] H. Mori and Y. Kuniyoshi, “A human fetus development simulation: Self-organization of behaviors through tactile sensation,” ICDL, 2010. PDF
[2] H. Mori and Y. Kuniyoshi, “Is the developmental order of fetal behaviors self-organized in an uterine environment?,” ICDL/EpiRob, 2012.

 

自発運動を通じた身体表象の獲得と運動発達


脊髄・皮質モデル

脊髄・皮質モデル

学習した身体表象

学習した身体表象

自分自身の姿勢や触覚情報は皮質において統合され、身体の各部に対応する脳内地図を構成することで身体表象が行われている。胎児シミュレーターを用い、こうした皮質の身体表象の獲得において胎内環境における自発運動が重要であることを、構成論的に示している。更にこうした身体認知が胎児や乳児に典型的に見られる運動発達を可能にすることを示唆している。

[1] Y. Kuniyoshi and S. Sangawa, “Early Motor Development from Partially Ordered Neural-Body Dynamics — Experiments with A Cortico-Spinal-Musculo-Skeletal Model,” Biological Cybernetics, 2006.
[2] A. Nakashima, Y. Yamada and Y. Kuniyoshi, “Uterine environment guides organization of somatosensory area: a computational approach,” Humanoids Workshop on Developmental Robotics, 2012.

 

海馬-頭頂葉モデルによる空間表現の発達


乳児モデルと視野画像

乳児モデルと視野画像

システム図

システム図

6ヶ月児に観察される空間表現の発達において重要とされる海馬に着目し、海馬の位相変調モデルを用いた乳児のシミュレーションを行っている。結果、手の空間的位置に特異的に反応するニューロンが学習され、同時に、それらのニューロンの刺激がリーチング様の運動を誘発することが可能であることを示した。

[1] A. Pitti, H. Mori, Y. Yamada and Y. Kuniyoshi, “A Model of Spatial Development from Parieto-Hippocampal Learning of Body-Place Associations,” EpiRob, 2010. PDF