「AI」と「IoT」

 「AI」は人工知能(Artificial intelligence)のことで、人工的にコンピュータ上などで人間と同様の知能を実現させようという試み、あるいはそのための一連の技術を指す。ロボットには「AI」が搭載されているが、必ずしもロボットという「枠」を必要としない。

 人工知能は、人間の知能そのものを目指すものと、人間が知能を使ってすることを機械にさせようと目指すものに分けられる。現在の人工知能はほとんどは後者のものだ。自動車のナビゲーションシステムのように、人がする判断を機械が代わりにやってくれると非常に助かる。道路情報は大量、煩雑であり、これを利用するのにナビは大変役立つ。人の脳はここまで記憶できない。

 また、「IoT」という言葉もよく聞く。これは 「インターネット オブ シングス」、つまり、「モノをインターネットにつなぐ」という意味。これは「AI」に入力するデータを発生させる仕組みである。



 例えば工場で働くロボットにセンサーをつけて長時間動かすと「こういう状態になったら、あと1週間で壊れる」ということなどが分かるようになる。そうすれば、前もって対処することができる。

 工場のロボットが急に故障すると、生産が止まって大きな損が出るから、IoTでそれを防ぐことができる。導入には初期費用がかかるが、コストに見合う効果が見込める分野では導入が進むだろう。

 今回、紹介する「AI」は楽曲を聴いた時の脳波を測定して脳を活性化する曲を自動作曲するシステムである。

 大阪大学と東京都市大学などの研究グループは、ヘッドホン型ワイヤレス脳波センサーを開発。このセンサーを使って実験参加者にさまざまな楽曲を聴いてもらい脳波の変化などを調べた。この変化などをAIに機械学習させ、参加者のメンタル状態を活性化できるオリジナルな楽曲を自動作曲させることに成功したという。

 研究グループによると、これまでのAIによる自動作曲は、曲の特徴を細かく指定する必要があったが、今回開発されたAIは楽曲と脳波の関係を機械学習でき、指定なしで作曲が可能になったという。将来的には、音楽を利用して個人のメンタル状態を活性化させることも可能なシステム開発につながると期待される。


 脳波に基づいて自動作曲を行う人工知能を開発

 ヘッドホン型ワイヤレス脳波センサを新たに開発し、予め準備した曲に対するユーザの脳波反応に基づいて、自動で作曲を行う人工知能を開発した。
従来の自動作曲では、曲の特徴を細かく指定する必要があったが、本センサと人工知能により曲と脳波の関係を機械学習することが可能になり、指定なしで作曲が可能になった。

 今後、音楽刺激を用いて個人のメンタル状態を活性化させ、潜在能力を常に発揮可能なシステムの開発に期待される。

 大阪大学とJST(国立研究開発法人 科学技術振興機構)のセンター・オブ・イノベーション(COI)プログラムによる支援のもと、脳マネジメントにより潜在力を発揮するスーパー日本人の実現を目指し、医脳理工・産学連携のプロジェクトを進めている。

 このたび、沼尾 正行(大阪大学 産業科学研究所 教授)、大谷 紀子(東京都市大学 メディア情報学部 教授)、クリムゾンテクノロジー(株)、ベルギーの研究機関imecの連携チームは、“楽曲に対する脳の反応に基づいて自動作曲を行う人工知能の開発”に成功した。

 今後の脳マネジメントシステムは、個人の脳波の状態を検知し、それに基づいて脳の活性化手段を提供し活性化につなげると考えられており、活性化手段は音楽を提供することが有望。しかし、現在の音楽提供システムは、過去に聴いた曲の類似曲を推薦するか、曲の特徴を細かく指定する必要のある自動作曲システムしか存在せず、手軽に音楽で脳の活性化に結びつけることが困難だった。

 しかし今回、ヘッドホンと一体化した脳波センサを開発したことで曲に対する脳波データの収集が容易になり、収集した曲への反応と脳波の関係を機械学習し、ユーザのメンタル状態を活性化させるオリジナルの音楽を容易に生成することが可能になった。作曲結果は、その場で直ちに、Musical  Instrument Digital Interface(MIDI)技術によりアレンジされ、シンセサイザを用いて豊かな音色で再生される。

 以上の技術により将来的に、個人だけではなく聴衆の反応測定が可能になり、聴衆の脳波反応に基づいた作曲の実現も期待される。また、将来の社会実装の1つの姿として、家庭で個人の状態を脳波で測定し、個人の状態に合った音楽刺激を用いて、個人の潜在力を常に発揮できるシステムの実現が期待される。

 本研究成果について、1月18日(水)~20日(金)に東京ビッグサイトにて開催される第3回ウェアラブルEXPO(西ホール W20-45)にて実機が展示された。


 もっと生活・職場環境に「充実」を

 忙しい毎日の生活では、よりよい生活環境、職場環境が重要視されている。その場に応じた音楽や、香りなどがあると、癒されたり、集中力が高まったり、リラックスできることがある。

 大阪大学 COI拠点では、産学連携アンダーワンルーフのもと、医学・脳科学・理学・工学が連携(医脳理工連携)して、脳機能の解明を行い人間の状態(感情やストレスの状態)との因果関係を解明する研究を行っている。これらの情報を基に、人間の各状態に応じた活性化の手法を開発し、社会に提供する脳マネジメントシステムの研究開発を進めている。

 今後、社会に提供される脳マネジメントシステムは状態を検知し、活性化手段を提供し、活性化状態を評価し、さらなる活性化につなげるというサイクルを繰り返すすが、活性化手段として音楽を用いることが有望だ。ところが、従来の音楽推薦システムは、過去に聴いた曲の類似曲を推薦するものだった。また、従来の自動作曲システムは、曲の特徴を細かく指定する必要があり、どちらも脳の活性化に結びつけることが困難だった。

 そこで、ユーザの求める反応を引き出し、希望する状態に導くため、脳波などのセンサデータに基づいて、音楽コンテンツを生成する必要があった。

 本プロジェクトで開発した人工知能により、オーダーメードの作曲が可能になり、音楽療法などの音楽を利用した活性化の手法が利用しやすくなる。また、音楽療法の現場で脳の状態を測定しながら、作曲を変化させることで、音楽刺激の効果の分析が容易になる。さらに、本人工知能の技術をゲームなどのエンターテインメントやスポーツジムなどのヘルスケアに応用することで、より高度な柔軟性を持った音楽システムとして活用することも考えられる。

 なお、COIプログラムは社会実装をひとつの目的としており、脳マネジメントの方法の1つとして、将来的には家庭で脳波を測定し、その結果をもとに測定した個人の状態を判断し、個人の状態に合った音楽刺激を用いて、個人の潜在力を常に発揮できるシステムの実現が期待されている。


参考 サイエンスポータル: 脳波調べAIで脳を活性化する曲を作曲するシステム開発

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