山口大学教務システム - 4261120010-動的システム信号処理論

開講年度	開講学部等
2025	大学院創成科学研究科（博士後期）
開講学期	曜日時限	授業形態	AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
前期	未定
時間割番号	科目名[英文名]			使用言語	単位数
4261120010	動的システム信号処理論[Signal Processing of Dynamic System]			日本語	2
担当教員（責任）[ローマ字表記]					メディア授業
西藤聖二[NISHIFUJI Seiji]					ー
担当教員[ローマ字表記]
西藤聖二　[NISHIFUJI Seiji]
特定科目区分		対象学生		対象年次
ディプロマ・ポリシーに関わる項目			カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)

授業の目的と概要

計測では、センサで取得した測定信号を如何に有効に処理し、解釈することが重要なポイントである。本授業では、計測技術の応用として、心と機械をつなげるブレインコンピュータインターフェース (BCI) を取り上げる。BCIでは、脳の神経細胞に起源を持つ微弱な脳の信号を取得して信号の質を落としている様々な雑音を低減し、意思を反映する特徴量を抽出した後、意思判別を行う。すなわち、BCIは信号取得・前処理および特徴量抽出・意思分類の３つのステップを経てユーザの意思を解読する。BCIの構築にはハードウェアとソフトウェアの両面からのアプローチが必須であり、システム計測の典型例である。本授業を通して、信号の取得から心の解読に至るまでの技術的な知識を得るだけでなく、倫理的な面を含めた計測に関する総合的な視点を醸成することを目的とする。
注意：本授業は英語の教科書に基づいた英語のスライドで進められる。

授業の到達目標


(1)電子計測に必要な数学的知識を修得する。 (2)基礎的な神経科学の知識および脳信号の計測技術を理解する。 (3)信号処理と機械学習技術を理解する。 (4)上記の技術を統合した侵襲型、半侵襲型および非侵襲型のブレインコンピュータインターフェースの概要と課題を理解する。

授業計画

【全体】

本授業では、計測に必要な数学的知識から開始して、基礎神経科学、脳信号の計測技術、信号処理及び機械学習の技術、各種BCIおよびBCIの応用と倫理まで説明する。授業を通して、基礎的な計測技術をどのように応用すれば人の心を解読することができるのかについて、各項目を積み重ねながら議論していく。

	項目	内容	授業時間外学習	備考

第1回	１．オリエンテーション２．ブレインコンピュータフェース (BCI)	１．授業の概要を説明する２．BCIの概念を説明する	BCIの概念について理解する（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第2回

基礎神経科学

基礎神経科学（ニューロンから脳の構造まで）

神経科学の基礎を復習して理解を深めること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第3回

脳の記録と刺激

１．脳からの信号の記録方法
２．脳を刺激する方法

確率論の基礎を復習して理解を深めること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第4回

信号処理

１．周波数領域および時間領域の解析手法
２．空間フィルタリングとアーティファクト低減方法

信号処理技術を復習して理解を深めること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第5回

機械学習

１．分類技術
２．回帰技術

機械学習技術を復習して理解を深めること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第6回

１．BCIの構築
２．侵襲型BCI1

１．主なBCIの型
２．動物の侵襲型BCI

侵襲型BCIを復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第7回

１．侵襲型BCI2
２．半侵襲型BCI1

１．人間の侵襲型BCI
２．皮質脳波のBCI

半侵襲型BCIを復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第8回

１．半侵襲型BCI2
２．非侵襲型BCI1

１．末梢神経信号に基づいたBCI
２．脳波のBCI

脳波のBCIを復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第9回

非侵襲型BCI2

１．脳波のBCI（続き）
２．他の非侵襲型BCI

非侵襲型BCIを復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第10回

基礎神経科学から非侵襲型BCIまでの理解度チェック

プレゼンテーションおよび質疑応答にて理解度を確認する

学習内容についてのプレゼンテーションスライドを準備すること（学修時間の目安:復習及び準備学習12時間）

第11回

１．刺激を行うBCI
２．双方向型及び繰り返し型BCI

１．感覚や運動機能の回復・増強
２．ロボットの双方向BCI制御

刺激を行うBCIおよび双方向型BCIを復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第12回

BCIの応用

１．医療応用
２．非医療応用

BCIの応用を復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第13回

BCIの倫理

１．医療、健康及び安全上の問題
２．BCI技術の悪用
３．BCIのセキュリティとプライバシー
４．法的問題
５．道徳および社会正義の問題

BCIの倫理を復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第14回

総括および補足

１．全体の総括を行う
２．必要に応じて補足説明を行う

授業全体を復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

第15回

後半の理解度チェック

プレゼンテーションおよび質疑応答にて理解度を確認する

学習内容についてのプレゼンテーションスライドを準備すること（学修時間の目安:復習及び準備学習8時間）

第16回

学習内容の振り返り

全体の振り返りと質疑応答

学習全体とプレゼンテーション内容を復習すること（学修時間の目安:復習及び準備学習4時間）

※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】

A: --%　B: --%　C: --%　D: --%

成績評価法

授業中の発表、宿題、期末試験で評価します。
授業中の発表 5点、宿題 55点、期末試験 40点

教科書にかかわる情報

教科書	書名	Brain-Compute Interfacing				ISBN	9781108708012
教科書	著者名	R. P. N Rao	出版社	Cambridge University Press				出版年	2013

備考

Moodleを通じて資料を提供する

参考書にかかわる情報

備考

メッセージ

BCIは生体微弱信号の測定・信号処理・意思判別の連結によって成り立つ計測システムである。BCIに用いられている計測技術は汎用的なものが殆どであり、BCIに限らず様々な応用が可能である。これらのディジタル信号処理法を身につけて研究や将来の仕事に役立てたいという意欲を持つこと。

キーワード

計測、システム、ブレインコンピュータインターフェース

持続可能な開発目標（SDGs）

(保健)あらゆる年齢のすべての人々の健康的な生活を確保し、福祉を促進する。

(インフラ、産業化、イノベーション)強靱（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。

メディア授業