宮脇 陽一
| 機械知能システム学専攻 | 教授 |
| Ⅱ類（融合系） | 教授 |
| 脳・医工学研究センター | 教授 |
| 情報学専攻 | 教授 |
| Ⅰ類（情報系） | 教授 |
研究者情報
学位
経歴
- 2018年09月
National Institute of Mental Health, National Institutes of Health, Section on Functional Imaging Methods, Laboratory of Brain and Cognition, Special Volunteer - 2017年10月01日
国立研究開発法人科学技術振興機構, さきがけ研究者 - 2017年03月01日
国立大学法人電気通信大学情報理工学研究科, 教授 - 2012年03月01日 - 2017年02月28日
国立大学法人電気通信大学先端領域教育研究センター, 准教授 - 2006年04月01日 - 2012年02月29日
独立行政法人情報通信研究機構／株式会社国際電気通信基礎技術研究所脳情報研究所, 研究員 - 2005年04月01日 - 2006年03月31日
独立行政法人理化学研究所脳科学総合研究センター脳数理研究チーム, 研究員 - 2004年04月01日 - 2005年03月31日
独立行政法人科学技術振興機構, さきがけグループメンバー（研究員） - 2001年04月01日 - 2004年03月31日
理化学研究所脳科学総合研究センター脳信号処理研究チーム, 基礎科学特別研究員
研究活動情報
受賞
論文
- 触覚刺激時における第一次視覚野の活動と情報表現の解析
野崎 恵; 中谷 駿; 衞藤 祥太; 高橋 陽香; 青木 直哉; 角谷 基文; 北田 亮; 定藤 規弘; 神谷 之康; 宮脇 陽一
Vision, 日本視覚学会, 29巻, 1号, 掲載ページ 34-34, 出版日 2017年01月, 査読付
日本語 - Multivariate Analysis of Magnetic Resonance Imaging Signals of the Human Brain
Yoichi Miyawaki
CURRENT TOPICS IN MEDICINAL CHEMISTRY, BENTHAM SCIENCE PUBL LTD, 16巻, 24号, 掲載ページ 2685-2693, 出版日 2016年, 査読付, 招待, Magnetic resonance imaging (MRI) of the human brain plays an important role in the field of medical imaging as well as basic neuroscience. It measures proton spin relaxation, the time constant of which depends on tissue type, and allows us to visualize anatomical structures in the brain. It can also measure functional signals that depend on the local ratio of oxyhemoglobin to deoxyhemoglobin in the blood, which is believed to reflect the degree of neural activity in the corresponding area. MRI thus provides anatomical and functional information about the human brain with high spatial resolution. Conventionally, MRI signals are measured and analyzed for each individual voxel. However, these signals are essentially multivariate because they are measured from multiple voxels simultaneously, and the pattern of activity might carry more useful information than each individual voxel does. This paper reviews recent trends in multivariate analysis of MRI signals in the human brain, and discusses applications of this technique in the fields of medical imaging and neuroscience.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Inter-subject neural code converter for visual image representation
Kentaro Yamada; Yoichi Miyawaki; Yukiyasu Kamitani
NEUROIMAGE, ACADEMIC PRESS INC ELSEVIER SCIENCE, 113巻, 掲載ページ 289-297, 出版日 2015年06月, 査読付, Brain activity patterns differ from person to person, even for an identical stimulus. In functional brain mapping studies, it is important to align brain activity patterns between subjects for group statistical analyses. While anatomical templates are widely used for inter-subject alignment in functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies, they are not sufficient to identify the mapping between voxel-level functional responses representing specific mental contents. Recent work has suggested that statistical learning methods could be used to transform individual brain activity patterns into a common space while preserving representational contents. Here, we propose a flexible method for functional alignment, "neural code converter," which converts one subject's brain activity pattern into another's representing the same content. The neural code converter was designed to learn statistical relationships between fMRI activity patterns of paired subjects obtained while they sawan identical series of stimuli. It predicts the signal intensity of individual voxels of one subject from a pattern of multiple voxels of the other subject. To test this method, we used fMRI activity patterns measured while subjects observed visual images consisting of random and structured patches. We show that fMRI activity patterns for visual images not used for training the converter could be predicted from those of another subject where brain activity was recorded for the same stimuli. This confirms that visual images can be accurately reconstructed from the predicted activity patterns alone. Furthermore, we show that a classifier trained only on predicted fMRI activity patterns could accurately classify measured fMRI activity patterns. These results demonstrate that the neural code converter can translate neural codes between subjects while preserving contents related to visual images. While this method is useful for functional alignment and decoding, it may also provide a basis for brain-to-brain communication using the converted pattern for designing brain stimulation. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - 機能的磁気共鳴画像法を用いた神経コードの解読
宮脇陽一
システム/制御/情報, 59巻, 9号, 掲載ページ 353-359, 出版日 2015年, 査読付
研究論文（学術雑誌）, 日本語 - Relationship between timing of object category representation and the level of category abstraction in the human visual cortex
Masashi Sato; Yoichi Miyawaki
I-PERCEPTION, PION LTD, 5巻, 4号, 掲載ページ 295-295, 出版日 2014年, 査読付
研究論文（国際会議プロシーディングス）, 英語 - 脳活動から心を可視化する
堀川友慈; 宮脇陽一; 神谷之康
光学, 43巻, 3号, 掲載ページ 104-110, 出版日 2014年
研究論文（学術雑誌）, 日本語 - Neural Decoding of Visual Imagery During Sleep
T. Horikawa; M. Tamaki; Y. Miyawaki; Y. Kamitani
SCIENCE, AMER ASSOC ADVANCEMENT SCIENCE, 340巻, 6132号, 掲載ページ 639-642, 出版日 2013年05月, 査読付, Visual imagery during sleep has long been a topic of persistent speculation, but its private nature has hampered objective analysis. Here we present a neural decoding approach in which machine-learning models predict the contents of visual imagery during the sleep-onset period, given measured brain activity, by discovering links between human functional magnetic resonance imaging patterns and verbal reports with the assistance of lexical and image databases. Decoding models trained on stimulus-induced brain activity in visual cortical areas showed accurate classification, detection, and identification of contents. Our findings demonstrate that specific visual experience during sleep is represented by brain activity patterns shared by stimulus perception, providing a means to uncover subjective contents of dreaming using objective neural measurement.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Modular Encoding and Decoding Models Derived from Bayesian Canonical Correlation Analysis
Yusuke Fujiwara; Yoichi Miyawaki; Yukiyasu Kamitani
NEURAL COMPUTATION, MIT PRESS, 25巻, 4号, 掲載ページ 979-1005, 出版日 2013年04月, 査読付, Neural encoding and decoding provide perspectives for understanding neural representations of sensory inputs. Recent functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies have succeeded in building prediction models for encoding and decoding numerous stimuli by representing a complex stimulus as a combination of simple elements. While arbitrary visual images were reconstructed using a modular model that combined the outputs of decoder modules for multiscale local image bases (elements), the shapes of the image bases were heuristically determined. In this work, we propose a method to establish mappings between the stimulus and the brain by automatically extracting modules from measured data. We develop a model based on Bayesian canonical correlation analysis, in which each module is modeled by a latent variable that relates a set of pixels in a visual image to a set of voxels in an fMRI activity pattern. The estimated mapping from a latent variable to pixels can be regarded as an image basis. We show that the model estimates a modular representation with spatially localized multiscale image bases. Further, using the estimated mappings, we derive encoding and decoding models that produce accurate predictions for brain activity and stimulus images. Our approach thus provides a novel means of revealing neural representations of stimuli by automatically extracting modules, which can be used to generate effective prediction models for encoding and decoding.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Spike suppression in a local cortical circuit induced by transcranial magnetic stimulation
Yoichi Miyawaki; Takashi Shinozaki; Masato Okada
JOURNAL OF COMPUTATIONAL NEUROSCIENCE, SPRINGER, 33巻, 2号, 掲載ページ 405-419, 出版日 2012年10月, 査読付, Transcranial magnetic stimulation (TMS) noninvasively interferes with human cortical function, and is widely used as an effective technique for probing causal links between neural activity and cognitive function. However, the physiological mechanisms underlying TMS-induced effects on neural activity remain unclear. We examined the mechanism by which TMS disrupts neural activity in a local circuit in early visual cortex using a computational model consisting of conductance-based spiking neurons with excitatory and inhibitory synaptic connections. We found that single-pulse TMS suppressed spiking activity in a local circuit model, disrupting the population response. Spike suppression was observed when TMS was applied to the local circuit within a limited time window after the local circuit received sensory afferent input, as observed in experiments investigating suppression of visual perception with TMS targeting early visual cortex. Quantitative analyses revealed that the magnitude of suppression was significantly larger for synaptically-connected neurons than for isolated individual neurons, suggesting that intracortical inhibitory synaptic coupling also plays an important role in TMS-induced suppression. A conventional local circuit model of early visual cortex explained only the early period of visual suppression observed in experiments. However, models either involving strong recurrent excitatory synaptic connections or sustained excitatory input were able to reproduce the late period of visual suppression. These results suggest that TMS targeting early visual cortex disrupts functionally distinct neural signals, possibly corresponding to feedforward and recurrent information processing, by imposing inhibitory effects through intracortical inhibitory synaptic connections.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - 脳情報デコーディング技術とその応用
宮脇陽一; 神谷之康
計測と制御, 50巻, 10号, 掲載ページ 888-894, 出版日 2011年
研究論文（学術雑誌）, 日本語 - Influence of Coherence Between Multiple Cortical Columns on Alpha Rhythm: A Computational Modeling Study
Yasushi Naruse; Ayumu Matani; Yoichi Miyawaki; Masato Okada
HUMAN BRAIN MAPPING, WILEY, 31巻, 5号, 掲載ページ 703-715, 出版日 2010年05月, 査読付, In electroencephalographic (EEG) and magnetoencephalographic (MEG) signals, stimulus-induced amplitude increase and decrease in the alpha rhythm, known as event-related synchronization and desynchronization (ERS/ERD), emerge after a task onset. ERS/ERD is assumed to reflect neural processes relevant to cognitive tasks. Previous studies suggest that several sources of alpha rhythm, each of which can serve as an alpha rhythm generator, exist in the cortex. Since EEG/MEG signals represent spatially summed neural activities, ERS/ERD of the alpha rhythm may reflect the consequence of the interactions between multiple alpha rhythm generators. Two candidates modulate the magnitude of ERS/ERD: (1) coherence between the activities of the alpha rhythm generators and (2) mean amplitude of the activities of the alpha rhythm generators. M this study, we use a computational model of multiple alpha rhythm generators to determine the factor that dominantly causes ERS/ERD. Each alpha rhythm generator is modeled based on local column circuits in the primary visual cortex and made to interact with the neighboring generators through excitatory connections. We observe that the model consistently reproduces spontaneous alpha rhythms, event-related potentials, phase-locked alpha rhythms, and ERS/ERD in a specific range of connectivity coefficients. Independent analyses of the coherence and amplitude of multiple alpha rhythm generators reveal that the ERS/ERD in the simulated data is dominantly caused by stimulus-induced changes in the coherence between multiple alpha rhythm generators. Nonlinear phenomena such as phase-resetting and entrainment of the alpha rhythm are related to the neural mechanism underlying ERS/ERD. Hum Brain Mapp 31:703-715, 2010. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Estimating image bases for visual image reconstruction from human brain activity
Yusuke Fujiwara; Yoichi Miyawaki; Yukiyasu Kamitani
Advances in Neural Information Processing Systems, 22巻, 掲載ページ 576-584, 出版日 2010年, 査読付
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Visual image reconstruction from human brain activity: A modular decoding approach
Yoichi Miyawaki; Hajime Uchida; Okito Yamashita; Masa-aki Sato; Yusuke Morito; Hiroki C. Tanabe; Norihiro Sadato; Yukiyasu Kamitani
INTERNATIONAL WORKSHOP ON STATISTICAL-MECHANICAL INFORMATICS 2009 (IW-SMI 2009), IOP PUBLISHING LTD, 197巻, 出版日 2009年, 査読付, Brain activity represents our perceptual experience. But the potential for reading out perceptual contents from human brain activity has not been fully explored. In this study, we demonstrate constraint-free reconstruction of visual images perceived by a subject, from the brain activity pattern. We reconstructed visual images by combining local image bases with multiple scales, whose contrasts were independently decoded from fMRI activity by automatically selecting relevant voxels and exploiting their correlated patterns. Binary-contrast, 10 x 10-patch images (2(100) possible states), were accurately reconstructed without any image prior by measuring brain activity only for several hundred random images. The results suggest that our approach provides an effective means to read out complex perceptual states from brain activity while discovering information representation in multi-voxel patterns.
研究論文（国際会議プロシーディングス）, 英語 - Automatic extraction of visual image bases from fMRI response patterns
Yusuke Fujiwara; Yoichi Miyawaki; Yukiyasu Kamitani
NEUROSCIENCE RESEARCH, ELSEVIER IRELAND LTD, 65巻, 掲載ページ S108-S108, 出版日 2009年, 査読付
英語 - Visual Image Reconstruction from Human Brain Activity using a Combination of Multiscale Local Image Decoders
Yoichi Miyawaki; Hajime Uchida; Okito Yamashita; Masa-aki Sato; Yusuke Morito; Hiroki C. Tanabe; Norihiro Sadato; Yukiyasu Kamitani
NEURON, CELL PRESS, 60巻, 5号, 掲載ページ 915-929, 出版日 2008年12月, 査読付, Perceptual experience consists of an enormous number of possible states. Previous fMRI studies have predicted a perceptual state by classifying brain activity into prespecified categories. Constraint-free visual image reconstruction is more challenging, as it is impractical to specify brain activity for all possible images. In this study, we reconstructed visual images by combining local image bases of multiple scales, whose contrasts were independently decoded from fMRI activity by automatically selecting relevant voxels and exploiting their correlated patterns. Binary-contrast, 10 x 10-patch images (2100 possible states) were accurately reconstructed without any image prior on a single trial or volume basis by measuring brain activity only for several hundred random images. Reconstruction was also used to identify the presented image among millions of candidates.,The results suggest that our approach provides an effective means to read out complex perceptual states from brain activity while discovering information representation in multivoxel patterns.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Rate reduction for associative memory model in Hodgkin-Huxley-type network
Masafumi Oizumi; Yoichi Miyawaki; Masato Okada
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, PHYSICAL SOC JAPAN, 77巻, 6号, 掲載ページ 064802:1-6, 出版日 2008年06月, 査読付, We proposed a systematic method for reducing Hodgkin-Huxley-type networks to networks of rate equations on the basis of Shriki et al.'s formulation. Our rate model predicts the results of numerical simulations of the Hodgkin-Huxley-type network model very precisely over a broad range of synaptic conductances. However, in the proposed framework, we ad hoc assumed that the firing threshold and the gain of the f-I curve of the Hodgkin-Huxley-type conductance-based model have a second-order dependence on leak conductance. Here, we discuss optimal model selection with respect to the dependence of the threshold and the gain on the f-I curve, using the Akaike information criterion. We then apply our rate reduction method to an associative memory model of Hodgkin-Huxley neurons. Most associative memory models have been studied using two-state neurons or graded-response neurons. We check the correspondence between an associative memory model of Hodgkin-Huxley neurons and that of graded-response neurons, particularly in terms of phase diagrams. We store correlated patterns in the network and investigate the phase transition between the memory state and the mixed state. We demonstrate that our rate model, which is obtained by the reduction method, explains the phase diagram of the Hodgkin-Huxley-type network very well.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Decoding heading directions from human brain activity(Summary of Awarded Presentation at the 26th Annual Meeting)
SHIGEMASU Hiroaki; MIYAWAKI Yoichi; KAMITANI Yukiyasu; KITAZAKI Michiteru
基礎心理学研究, 日本基礎心理学会, 27巻, 1号, 掲載ページ 121-122, 出版日 2008年, We investigated whether fMRI-derived cortical activity patterns induced by optic flow can predict the direction of heading. The cortical activity from hMT+, which is related to motion perception, led to good predictions. Focusing on the good performance of heading perception with eye movement, we also measured the cortical activity from an optic flow with eye movement. The decoder was trained with the activity patterns without eye movement and tested on those with actual eye movements, and vice versa. hMT+ exhibited a less robust, though still relatively the best, decoding performance. These results suggest that hMT+ is involved in heading perception and coding head-centric motion along with compensating for extra-retinal information. More generally, our study shows that decoding techniques can be used as effective tools in identifying the functions associated with cortical activity.
英語 - fMRIによる自己運動方向知覚の復号化(日本基礎心理学会第26回大会,大会発表要旨)
繁桝 博昭; 宮脇 陽一; 神谷 之康; 北崎 充晃
基礎心理学研究, 日本基礎心理学会, 26巻, 2号, 掲載ページ 220-220, 出版日 2008年
日本語 - Higher order effects on rate reduction for networks of Hodgkin-Huxley neurons
Masafumi Oizumi; Yoichi Miyawaki; Masato Okada
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, PHYSICAL SOC JAPAN, 76巻, 4号, 掲載ページ 044803:1-6, 出版日 2007年04月, 査読付, We propose a systematic method of rate reduction for a Hodgkin-Huxley type neural network model. In this context, Shriki et al. assumed that the threshold of the f-I curve for the reduced rate model depends linearly on the leak conductance of the Hodgkin-Huxley equation, while its gain remains constant. First, we show that the threshold and gain have second order dependence on the leak conductance. Second, we show that the Hodgkin-Huxley type network with second order interaction can be naturally reduced to an analog type neural network model with higher order interaction based on this finding. Finally, we construct statistical mechanics for the Hodgkin-Huxley type network with the Mexican-hat interaction through our rate reduction technique.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - 経頭蓋磁気刺激による視知覚抑制の神経メカニズム
宮脇陽一
日本神経回路学会誌, 14巻, 1号, 掲載ページ 44-57, 出版日 2007年
研究論文（学術雑誌）, 日本語 - 川人光男 ASCONE 2006 特別講義: 小脳の学習理論，LTD のシステムバイオロジーモデル，そして操作脳科学へ
田中宏和; 宮脇陽一
日本神経回路学会誌, 14巻, 2号, 掲載ページ 104-140, 出版日 2007年
研究論文（学術雑誌）, 日本語 - Mechanisms of spike inhibition in a cortical network induced by transcranial magnetic stimulation
Y Miyawaki; M Okada
NEUROCOMPUTING, ELSEVIER SCIENCE BV, 65巻, 掲載ページ 463-468, 出版日 2005年06月, 査読付, We propose mechanisms of neural interference induced by transcranial magnetic stimulation (TMS). TMS is widely used as a powerful and unique experimental tool to stimulate the human brain noninvasively, which typically induces inhibitory effect on the cortical functions. However, the fundamental mechanism of TMS-induced suppression is still unclear. In this paper, we computationally demonstrate that TMS induces sustained spike inhibition in a conductance-based network model without the ion channel which is necessary for spike inhibition in an isolated single neuron, suggesting that each individual neuron is not necessarily suppressed by TMS; rather, a collapse of excitatory and inhibitory input balance in the cortical network is crucial for TMS-induced suppression. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - A network model of perceptual suppression induced by transcranial magnetic stimulation
Y Miyawaki; M Okada
NEURAL COMPUTATION, M I T PRESS, 16巻, 2号, 掲載ページ 309-331, 出版日 2004年02月, 査読付, We modeled the inhibitory effects of transcranial magnetic stimulation (TMS) on a neural population. TMS is a noninvasive technique, with high temporal resolution, that can stimulate the brain via a brief magnetic pulse from a coil placed on the scalp. Because of these advantages, TMS is extensively used as a powerful tool in experimental studies of motor, perception, and other functions in humans. However, the mechanisms by which TMS interferes with neural activities, especially in terms of theoretical aspects, are totally unknown. In this study, we focused on the temporal properties of TMS-induced perceptual suppression, and we computationally analyzed the response of a simple network model of a sensory feature detector system to a TMS-like perturbation. The perturbation caused the mean activity to transiently increase and then decrease for a long period, accompanied by a loss in the degree of activity localization. When the afferent input consisted of a dual phase, with a strong transient component and a weak sustained component, there was a critical latency period of the perturbation during which the network activity was completely suppressed and converged to the resting state. The range of the suppressive period increased with decreasing afferent input intensity and reached more than 10 times the time constant of the neuron. These results agree well with typical experimental data for occipital TMS and support the conclusion that dynamical interaction in a neural population plays an important role in TMS-induced perceptual suppression.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Mechanism of neural interference by transcranial magnetic stimulation: network or single neuron?
Y Miyawaki; M Okada
ADVANCES IN NEURAL INFORMATION PROCESSING SYSTEMS 16, M I T PRESS, 16巻, 掲載ページ 1295-1302, 出版日 2004年, 査読付, This paper proposes neural mechanisms of transcranial magnetic stimulation (TMS). TMS can stimulate the brain non-invasively through a brief magnetic pulse delivered by a coil placed on the scalp, interfering with specific cortical functions with a high temporal resolution. Due to these advantages, TMS has been a popular experimental tool in various neuroscience fields. However, the neural mechanisms underlying TMS-induced interference are still unknown; a theoretical basis for TMS has not been developed. This paper provides computational evidence that inhibitory interactions in a neural population, not an isolated single neuron, play a critical role in yielding the neural interference induced by TMS.
研究論文（国際会議プロシーディングス）, 英語 - Unconscious adaptation: a new illusion of depth induced by stimulus features without depth
R Hayashi; Y Miyawaki; T Maeda; S Tachi
VISION RESEARCH, PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD, 43巻, 26号, 掲載ページ 2773-2782, 出版日 2003年12月, 査読付, Here, we show a new illusion of depth induced by psychophysical adaptation to dynamic random-dot stereograms (RDS) that are interocularly anticorrelated (i.e., in which the images for the two eyes have reversed contrast polarity with each other). After prolonged viewing of anticorrelated RDS, the presentation of uncorrelated RDS (i.e., in which two images are mutually independent random-dot patterns) produces the sensation of depth, although both anticorrelated and uncorrelated RDSs are perceptually rivalrous with no consistent depth by themselves. Contrary to other aftereffects demonstrated in a number of visual dimensions, including motion, orientation, and disparity, this illusion results from unconscious adaptation; observers are not aware of what they are being adapted to during the process of adaptation. We further demonstrate that this illusion can be predicted from the simulated responses of disparity-selective neurons based on a local filtering model. Model simulations indicate that the inspection of anticorrelated RDS causes the adaptation of all disparity detectors except one sensitive to its disparity; therefore, those selectively unadapted detectors show relatively strong activation in response to the Subsequent presentation of uncorrelated RDS and produce depth perception. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - A network model of inhibitory effects induced by transcranial magnetic stimulation
Y Miyawaki; M Okada
NEUROCOMPUTING, ELSEVIER SCIENCE BV, 52-4巻, 掲載ページ 837-842, 出版日 2003年06月, 査読付, We have studied the inhibitory effects of transcranial magnetic stimulation (TMS) on a neural population. Because TMS can affect the electromagnetic activities inside our brain with high temporal resolution and noninvasively, it is widely used as a powerful tool both in the field of cognitive neuroscience and for clinical treatment. However, the neural mechanisms underlying these effects remain unclear, especially from a theoretical perspective. In our study, we employed a simple neural population model and computationally analyzed the responses to a TMS-like perturbation. When the perturbation was applied, the mean activity of the network transiently increased, and then decreased for a relatively long period followed by the loss of a localized activity pattern. When the afferent input had a strong transient component and a weak sustained component, there was a critical latency period during which the perturbation completely suppressed the network activity. These results suggest that the inhibitory effects typically observed in TMS studies can be yielded through dynamical interaction in a neural population. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - Probing the neural mechanism of binocular information processing with VEPs
Ryusuke Hayashi; Yoichi Miyawaki; Taro Maeda; Susumu Tachi
Electronics and Communications in Japan, Part II: Electronics (English translation of Denshi Tsushin Gakkai Ronbunshi), 86巻, 3号, 掲載ページ 47-60, 出版日 2003年03月, The visual evoked potential (VEP) for random-dot stereogram (RDS) presentation was examined. It was found that the peak latency is greatly affected by the stimulus presentation position, the disparity, and the correlation between the images of the two eyes. Based on simulation of the response of the disparity-selective neuron in the binocular energy model, a mechanism was established in which the position is detected as the interocularly unpaired region, based on the activities of various disparity-selective neurons for each position on the retina.
研究論文（学術雑誌） - Computational model of transcranial magnetic stimulation: Temporal property and subthreshold prolongation of visual suppression induced by neural population
Yoichi Miyawaki; Masato Okada
Journal of Vision, 3巻, 9号, 掲載ページ 749, 出版日 2003年, 査読付, We modeled suppressive effect on visual perception induced by TMS. TMS is widely used in experimental studies about visual perception, however neural mechanisms underlying TMS interference are still unclear, especially in theoretical perspective. Here we used the simplest excitatory-inhibitory balanced network showing orientation selectivity in V1 as a model of neural population and analyzed the response to a TMS-like perturbation, simulating the fundamental property that TMS briefly and simultaneously stimulates neural population in local cortical area under the coil. Applying the perturbation, mean activity of the network transiently increased and then decreased for a longer period followed by a loss of an orientation tuning profile. If afferent input had a large transient and weak sustained component, there was a critical latency period during which the perturbation could completely suppress the network activity. The range of the suppressive latency period increased with decrease of afferent intensity and reached over 100ms if the afferent intensity approached excitation threshold of the network. These results well agree with typical experimental data of visual suppression by occipital TMS. In occipital TMS experiments, applying multiple pulses can facilitate phosphene or suppression even if each single pulse cannot induce any perceptible effects. Such subthreshold accumulation was also observed in the network model in comparable time range to experimental data, but not in isolated single neuron model. In the network model, a subthreshold conditioning stimulus could induce sustained inhibitory bias so that the following suppressive threshold was decreased and the range of suppressive latency period was prolonged, which are also parallel to experimental data of occipital paired TMS. These results suggest that, in addition to effect on a single neuron, inhibitory interaction in neural population plays an important role in TMS-induced visual suppression.
研究論文（学術雑誌）, 英語 - 立体視過程の時間推移-遅延性誘発電位と図地分離過程-
宮脇陽一; 林隆介; 前田太郎; 舘暲
電子情報通信学会論文誌, J85-D-II巻, 2号, 掲載ページ 337-350, 出版日 2002年, 査読付
研究論文（学術雑誌）, 日本語 - 視覚誘発電位計測に基づく両眼視覚情報処理過程の解析
林隆介; 宮脇陽一; 前田太郎; 舘暲
電子情報通信学会論文誌, J84-D-II巻, 3号, 掲載ページ 559-570, 出版日 2001年, 査読付
研究論文（学術雑誌）, 日本語 - 奥行き知覚時の視覚誘発電位における２峰性波の性質
宮脇陽一; 柳田康幸; 前田太郎; 舘暲
電子情報通信学会論文誌, J82-D-II巻, 5号, 掲載ページ 961-972, 出版日 1999年, 査読付
研究論文（学術雑誌）, 日本語
MISC
- 触覚刺激弁別課題時における複数脳領域における活動と情報表現の相互作用
佐藤海渡; 野崎恵; 中谷駿; 高橋陽香; 角谷基文; 北田亮; 定藤規弘; 定藤規弘; 神谷之康; 神谷之康; 宮脇陽一
出版日 2022年, 日本神経化学会大会抄録集(Web), 65th巻, 202302279388204112 - 触覚刺激時におけるヒト視覚野の活動と触覚情報表現
中谷駿; 高橋陽香; 高橋陽香; 青木直哉; 青木直哉; 北田亮; 北田亮; 定藤規弘; 定藤規弘; 神谷之康; 神谷之康; 宮脇陽一
出版日 2015年09月02日, 日本神経回路学会全国大会講演論文集, 25th巻, 掲載ページ 6-7, 日本語, 201502206094907257 - ヒト視覚野における物体カテゴリ表現とカテゴリ抽象度の時間的関係 (ニューロコンピューティング)
佐藤 匡; 宮脇 陽一
物体カテゴリは抽象度に応じて階層的に分類できる.また,ヒトの脳活動にも物体カテゴリの抽象度に対応した階層性が見られることが知られている.しかしながら,それぞれの物体カテゴリが「いつ」脳内に表現されるのか,また物体カテゴリが脳内に表現される時間は物体カテゴリの階層性とどのような関係にあるのかについては,十分に分かっていない.そこで本研究では,脳磁場計測装置により高時間分解能計測した脳活動パターンを解析することにより,多様な物体カテゴリが脳内に表現される時間を同定することを試みた.領野限定的な解析を行うため,計測された脳磁場信号から皮質上電流分布の推定を行った.得られた皮質上電流分有と提示された物体カテゴリの関係性を統計モデルに学習させ,各物体カテゴリが視覚野の脳活動パターンに表現される時刻を推定した.現在までに得られた結果を物体カテゴリの階層レベル別に整理した結果,物体カテゴリの予測成績が最も高くなる時刻に物体カテゴリの抽象度による差は見られなかった.この結果は,物体カテゴリの情報がヒトの視覚野に表現されるまでの時間は,物体カテゴリの抽象度によらず同程度である可能性を示唆している., 一般社団法人電子情報通信学会, 出版日 2014年03月17日, 電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報, 113巻, 500号, 掲載ページ 227-232, 日本語, 0913-5685, 110009862364, AN10091178 - 脳活動から視知覚像を読む
宮脇 陽一; 内田 肇; 山下 宙人; 佐藤 雅昭; 森戸 勇介; 田邊 宏樹; 定藤 規弘; 神谷 之康
fMRI信号の空間パターンと視覚刺激との対応関係を機械学習することにより,ヒトが何を見ているかをfMRI信号のみから予測可能であることが近年明らかになった.しかし,これまでの方法では,線分方位などの単一の視覚特徴を予測することしかできず,視覚画像そのものを「画像」として再構成することはできていなかった.本研究では,局所的なコントラストを多重解像度で予測する局所画像復号器を画像表現モデルに基づいて組み合わせることにより,ヒトが見ている任意のコントラストパターン刺激を「画像」として再構成可能であることを示す.またBMIで重要な脳活動からの運動の読み取りへの本手法の応用についても議論する., 一般社団法人電子情報通信学会, 出版日 2009年06月08日, 電子情報通信学会技術研究報告. HIP, ヒューマン情報処理, 109巻, 83号, 掲載ページ 51-56, 日本語, 0913-5685, 110007360627, AN10487237 - 脳デコーディング技術を用いた物体間,物体内奥行き知覚の処理過程の検討
繁桝博昭; 宮脇陽一; 神谷之康; 北崎充晃
日本基礎心理学会, 出版日 2009年03月31日, 基礎心理学研究, 27巻, 2号, 掲載ページ 182-183, 日本語, 0287-7651, 200902227859703913, 110007228135 - 多重解像度局所画像復号器の組み合わせによる視覚像の再構成
内田肇; 宮脇陽一; 山下宙人; 佐藤雅昭; 田邊宏樹; 定藤規弘; 神谷之康
近年,機能的核磁気共鳴画像法(fMRI)と機械学習アルゴリズムを用いることで,視覚刺激の傾きや動き方向などヒト視知覚の一部を復号化できることが示されている.本研究では,ヒト視知覚の復号化を目的とし,被験者に提示した任意の画像をfMRI信号から再構成する.まず,fMRI信号から提示画像の局所平均コントラストを推定する局所画像復号器を解像度ごとに学習させた.次にそれら局所画像復号器の統合を,1)ピクセル基底表現,2)多重解像度基底表現, 3)fMRI信号の生成モデルに基づいたベイズ推定,の3種類で行った.その結果,任意の画像を高い精度で再構成できることがわかった.本手法を用いることで視覚野の詳細な情報表現・情報処理過程の解明が期待される., 社団法人電子情報通信学会, 出版日 2007年03月07日, 電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング, 106巻, 588号, 掲載ページ 79-84, 日本語, 0913-5685, 110006249030, AN10091178 - 21aWB-7 自己相関型相互作用を持つH-H系のレート縮約(ニューラルネットワーク,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)
大泉 匡史; 宮脇 陽一; 岡田 真人
一般社団法人日本物理学会, 出版日 2007年02月28日, 日本物理学会講演概要集, 62巻, 1号, 掲載ページ 299-299, 日本語, 1342-8349, 110007191246, AA11439205 - ヘブシナプスを持つH-H系のレート縮約(ニューラルネットワーク画像復元及び一般)
大泉 匡史; 宮脇 陽一; 岡田 真人
我々は,Shrikiらの定式化に従いHodgkin-Huxley方程式系をレートモデル系へと縮約する方法を提案した[1][2].しかしながら,提案した枠組みの中では,我々はHodgkin-Huxley型のコンダクタンスペースモデルのf-Iカーブの閾値とゲインがリークコンダクタンスに対し二次の依存性を持つことをアドホックに仮定していた.本論文においては,我々は赤池情報量規準を用いて,f-Iカーブのゲイン閾値のリークコンダクタンスの依存性に関して最適なモデル選択を議論する.それから我々は,我々の提案するレート縮約の方法をへブ結合を持つHodgkin-Huxley方程式系に対して適用する.我々は三個の相関のある記憶パターンを系に埋め込み,記憶状態と混合状態の間の相転移を調べた.その結果,我々のレート縮約の方法はHodgkin-Huxley方程式系の結果を再現することが示された., 社団法人電子情報通信学会, 出版日 2007年01月18日, 電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング, 106巻, 500号, 掲載ページ 37-42, 日本語, 0913-5685, 110006204904, AN10091178 - Reconstruction of visual images from fMRI signals by combination of multi-resolution local image decoders
Yoichi Miyawaki; Hajime Uchida; Okito Yamashita; Masa-aki Sato; Hiroki C. Tanabe; Norihiro Sadato; Yukiyasu Kamitani
ELSEVIER IRELAND LTD, 出版日 2007年, NEUROSCIENCE RESEARCH, 58巻, 掲載ページ S55-S55, 英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）, 0168-0102, WOS:000249272800321 - Multiple generators model based on neural mass model for MEG/EEG
Yasushi Naruse; Ayumu Matani; Yoichi Miyawaki; Masato Okada
ELSEVIER IRELAND LTD, 出版日 2007年, NEUROSCIENCE RESEARCH, 58巻, 掲載ページ S215-S215, 英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）, 0168-0102, WOS:000249272801278 - 26pXD-1 H-H方程式系のレート縮約における高次の効果(26pXD ニューラルネットワーク(神経系のモデルを含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))
大泉 匡史; 宮脇 陽一; 岡田 真人
一般社団法人日本物理学会, 出版日 2006年08月18日, 日本物理学会講演概要集, 61巻, 2号, 掲載ページ 244-244, 日本語, 1342-8349, 110007183205, AA11439205 - HH系のレート縮約における高次の効果
大泉 匡史; 宮脇 陽一; 岡田 真人
我々は,Hodgkin-Huxley系のレート縮約の新しい方法を提案する.Shrikiらは,縮約されたレートモデルのf-Iカーブの閾値がHodgikin-Huxleyモデルのリークコンダクタンスの一次に依存し,ゲインが一定であるとを仮定した.まず我々は,f-Iカーブの閾値とゲインはリークコンダクタンスの二次に依存することを示す.つぎにその知見を用いて,二次相互作用を持つHodgkin-Huxley系は,より高次の相互作用をもつレートモデルに縮約されることを示す.最後に,提案したレート縮約を用いて,メキシカンハット型相互作用を持つHodgkin-Huxley系の統計力学を構築する., 一般社団法人電子情報通信学会, 出版日 2006年07月07日, 電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング, 106巻, 163号, 掲載ページ 13-18, 日本語, 0913-5685, 110004809700, AN10091178 - 29pXH-10 HH系の巨視的方程式(29pXH ニューラルネットワーク(神経系のモデルを含む),領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))
大泉 匡史; 宮脇 陽一; 岡田 真人
一般社団法人日本物理学会, 出版日 2006年03月04日, 日本物理学会講演概要集, 61巻, 1号, 掲載ページ 308-308, 日本語, 1342-8349, 110007181352, AA11439205 - 13pTC-3 HH 系の緩和のダイナミクスと可解アナログ神経回路モデル(ニューラルネットワーク : 神経系のモデルを含む, 領域 11)
宮脇 陽一; 岡田 真人
一般社団法人日本物理学会, 出版日 2004年08月25日, 日本物理学会講演概要集, 59巻, 2号, 掲載ページ 220-220, 日本語, 1342-8349, 110002051979, AA11439205 - 経頭蓋磁気刺激の神経メカニズム : 反回性皮質回路網でのスパイク抑制
宮脇 陽一; 岡田 真人
経頭蓋磁気刺激(TMS)によるスパイク抑制のメカニズムを提案する.TMSとは,頭皮表面においたコイルによって作り出されたパルス磁場により脳内を電磁気的に刺激する手法のことである.ヒト脳内を非侵襲的に刺激できる唯一のツールとして注目を集め,現在多分野において広く利用されるに至っている.TMSは,典型的には抑制的効果をもたらす.しかしながら,どのような神経メカニズムによって,TMSが抑制的な効果を及ぼすかという基礎的問題は,その技術が開発されてから20年余りを経た現在においても依然不明なままである.そこで本研究では,実際の刺激状況に照らして自然な仮定である神経細胞集団の一斉刺激という観点から,TMS抑制の神経メカニズムを計算論的に検証する.ここでは特に主要なイオンチャネル群を組み込んだリアリスティックな神経細胞モデルを用い,第一次視覚野方位選択性を示す反回性神経回路網を構築,神経細胞集団がTMS型パルス外乱により受ける影響を解析した.結果,TMS型パルス外乱の印加により,定常状態における持続性のスパイク抑制が観察された.この抑制効果は,単離神経細胞において持続性のスパイク抑制を引き起こすために必要なAHPチャネルとは独立のメカニズムにより生じるものであった.また持続性抑制の時間特性は実験結果とよい一致を示した.以上の結果は,TMSによる抑制効果発現過程において,個々の神経細胞が陽に抑制される必要はなく,むしろ刺激された局所回路網内での興奮-抑制入力のバランス崩壊が本質的であることを示唆する., 一般社団法人電子情報通信学会, 出版日 2004年05月21日, 電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング, 104巻, 99号, 掲載ページ 55-60, 英語, 0913-5685, 110003234041, AN10091178 - 経頭蓋磁気刺激による知覚抑制効果のネットワークモデル
宮脇 陽一; 岡田 真人
経頭蓋磁気刺激(TMS)が神経細胞集団に対して与える影響をモデル化し,解析した,TMSは,非侵襲かつ高時間分解能で,脳内の電磁気的な現象に影響を与えることができるため,知覚現象や運動に関わる神経活動の時間的側面に関する実験研究において広く用いられている.しかしながら,TMSがどのように神経活動に対して影響を与えるのか,そのメカニズムの理論的側面はこれまで全く明らかになっていない.本研究では,側抑制型の結合加重をもち,出力に擬似線形関数を用いたシンプルな神経細胞集団のモデルを用いて,TMS型の瞬時外乱に対する系の応答を調べた.TMSの印加により,系の平均的活動量は一過性の活動増加を経たのち減少に転じ,それに伴い興奮パターンの局在度が減少した.外部入力刺激が強い過渡成分と弱い定常成分を持つ場合は,TMSが有効に働く臨界潜時帯が存在し,その臨界潜時帯で印加を行った場合のみ,系は外部刺激がない(あるいは閾下の)時と同じ平衡状態へと収束した.これらの結果は,TMSを用いた心理実験において典型的に観察される知覚抑制効果が,神経細胞集団の相互作用の結果として生じうることを示している., 一般社団法人電子情報通信学会, 出版日 2002年03月11日, 電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング, 101巻, 735号, 掲載ページ 197-204, 英語, 0913-5685, 110003234269, AN10091178 - The illusion of depth induced by adaptation to anticorrelated RDS.
R Hayashi; Y Miyawaki; T Maeda; S Tachi
ASSOC RESEARCH VISION OPHTHALMOLOGY INC, 出版日 2001年03月, INVESTIGATIVE OPHTHALMOLOGY & VISUAL SCIENCE, 42巻, 4号, 掲載ページ S503-S503, 英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）, 0146-0404, WOS:000168392102685 - The VEP component related to figure-ground processes in the time course of stereopsis.
Y Miyawaki; R Hayashi; T Maeda; S Tachi
ASSOC RESEARCH VISION OPHTHALMOLOGY INC, 出版日 2001年03月, INVESTIGATIVE OPHTHALMOLOGY & VISUAL SCIENCE, 42巻, 4号, 掲載ページ S404-S404, 英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）, 0146-0404, WOS:000168392102147 - The late negative figure - ground VEP modulated by focal attention
Y. Miyawaki; R. Hayashi; T. Maeda; S. Tachi
PION LTD, 出版日 2001年, PERCEPTION, 30巻, 掲載ページ 44-45, 英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）, 0301-0066, WOS:000207113100138 - Probing the time course of disparity processing with visual evoked potentials.
R Hayashi; Y Miyawaki; T Maeda; S Tachi
ASSOC RESEARCH VISION OPHTHALMOLOGY INC, 出版日 2000年03月, INVESTIGATIVE OPHTHALMOLOGY & VISUAL SCIENCE, 41巻, 4号, 掲載ページ S735-S735, 英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）, 0146-0404, WOS:000086246703981 - 奥行き知覚時の視覚誘発電位の評価と検討
宮脇 陽一; 前田 太郎; 舘 〓
出版日 1997年09月04日, 生体・生理工学シンポジウム論文集, 12巻, 掲載ページ 301-304, 日本語, 10016712161, AN10442953
担当経験のある科目_授業
- Fundamental of Mechanical and Intelligent Systems Engineering
The University of Electro-Communications - Fundamentals of Measurement Engineering
The University of Electro-Communications - Human-Machine System
The University of Electro-Communications - 人間機械システム
電気通信大学 - Complex Analysis
The University of Electro-Communications - 複素関数論
電気通信大学 - 工学解析および演習
電気通信大学 - 機械知能システム学専攻基礎
電気通信大学 - 機械知能システム学専攻基礎
電気通信大学 - 計測工学基礎
電気通信大学 - 工学解析および演習
The University of Electro-Communications - 工学解析および演習
電気通信大学 - 大学院総合コミュニケーション科学
電気通信大学 - 大学院総合コミュニケーション科学
電気通信大学 - 知能機械工学専攻基礎
電気通信大学 - 知能機械工学専攻基礎
電気通信大学 - 計測工学基礎
The University of Electro-Communications - 計測工学基礎
電気通信大学
共同研究・競争的資金等の研究課題
- 超高磁場MRIと脳磁場計測の融合によるヒト脳活動解析の潜在的時空間分解能の探求
宮脇 陽一; 福永 雅喜; 山下 宙人
日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 電気通信大学, 基盤研究(A), 20H00600
研究期間 2020年04月01日 - 2024年03月31日 - 自然光景下における視線移動と視覚的物体認識ダイナミクスの統合的研究
宮脇陽一
研究代表者
研究期間 2017年04月01日 - 2021年03月31日 - 超高磁場機能的磁気共鳴画像法を用いたヒト脳活動の高時空間分解能計測・解析の研究
宮脇 陽一
日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 電気通信大学, 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A)), 本年度は，課題１である超高磁場fMRIを用いた高S/N比かつ高速な脳活動信号計測の実施を行いつつ，課題２である高速計測fMRI信号の高時間分解能解析に取り組んだ．本研究課題の推進にあたり２０１９年４月１日からの米国立衛生研究所（National Institutes of Health, NIH）滞在下での研究を予定していたが，実際にはそれに先んじて２０１８年９月初旬からNIHでの滞在を開始した．実験開始までの期間において必要な研修等が多くあったため，それらを先行滞在期間中に実施できたことにより，本研究期間を有効に使って研究を進めることができた． 課題１では，従来使用してきたサンプリングレートの約１６倍程度の高速撮像を実現するための計測パラメータの調整および予備データの取得を経て，高品質での脳活動画像データを取得する手法を確立することができた．当初はmulti-echo法を用いることも想定していたが，こうした手法を用いずとも目標が部分的に達成できたため，この手順は今年度においては採用しなかった． こうして確立した実験系を活用し，課題２を進めた．課題２の目的を達成するため，本年度は視覚刺激提示後の脳活動の時間変化を解析した．特に，機械学習の方法を応用することで刺激提示後のどのタイミングからfMRI信号に提示した視覚刺激の情報が表現されているかを定量化した．加えて，視覚刺激提示後の各ボクセルの細かな血行動態反応のタイミングと，視覚刺激の情報表現のタイミングを比較することにより，両者の時間的な関係についての新たな知見を得ることに成功した． 本研究課題としての滞在期間は短くはあったものの，高頻度での実験と解析を効率的に循環させることができ，極めて有意義な滞在および研究の推進を実現することができた．, 18KK0311
研究期間 2019年 - 2021年 - 深層ニューラルネットワークを用いた細胞形態特徴抽出と疾患変異性形態特徴の可視化
宮脇陽一
研究代表者
研究期間 2017年04月01日 - 2019年03月31日 - スパースモデリングを用いたヒト脳活動の高時空間分解能解析と脳情報源の同定
研究期間 2016年04月01日 - 2018年03月31日 - 人工手指を自分の手指のように動かす：ヒト脳活動を用いた人工手指の自然な学習
研究期間 2015年04月01日 - 2017年03月31日 - 脳情報復号化技術を用いた視覚野における触覚情報表現の解明
宮脇陽一
研究代表者
研究期間 2014年04月01日 - 2017年03月31日 - スパースモデリングによるヒト脳内での物体画像表現ダイナミクスの解明
宮脇陽一
研究代表者
研究期間 2014年03月01日 - 2016年03月31日 - ヒト脳の物体表現様式の解明
KDDI財団, 調査研究助成
研究期間 2014年 - ヒト脳における物体認識メカニズムの時間特性の解明
成茂神経科学研究助成基金, 研究助成
研究期間 2014年 - 神経情報表現に基づく高速物体画像認識アルゴリズムの研究開発
総務省戦略的情報通信研究開発推進制度（ＳＣＯＰＥ）ICTイノベーション創出型研究開発, 研究助成
研究期間 2014年 - ヒト脳神経活動の高時空間分解能解析法の開発と応用
内藤記念科学奨励金, 研究助成
研究期間 2014年 - ヒト脳活動からの画像認識情報の高速抽出技術の研究
矢崎科学技術振興記念財団, 特定研究助成
研究期間 2014年 - 脳情報復号化とデータ・マイニング技術による脳内質感情報表現の抽出
研究期間 2011年 - 2012年 - 感覚知覚世界の可視化技術の研究開発
宮脇陽一
総務省, 戦略的情報通信研究開発推進制度（ＳＣＯＰＥ）若手ＩＣＴ研究者育成型研究開発, 研究代表者
研究期間 2007年 - 2009年 - 経頭蓋磁気刺激による神経活動干渉機構の理論的解明
研究期間 2005年 - 2007年 - 大脳皮質磁気刺激による神経活動干渉メカニズムの理論的解明
宮脇 陽一
日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 独立行政法人理化学研究所, 若手研究(B), 16700375
研究期間 2004年 - 2004年