数理情報学への誘い

数理情報学研究室では,様々な事象に関する情報に対して数理的手法を用いることで研究を行っています.我々の研究対象は多岐にわたっており,

  • 分子・細胞(例:酵素の活性,神経細胞の軸索伸長)
  • 組織・器官(例:手指や舌を司る筋群,てんかん患者やクモ膜下出血患者の脳活動)
  • 動物の行動(例:マウスの行動やジュウシマツの歌)
  • ヒトの行動(例:絵画鑑賞,運転行動など)
  • 社会(例:社会的ネットワーク内のグループ構造)
  • 自然環境(例:風況予測)
  • 数理的手法自体

などが挙げられます.形がなく目に見えないものもあれば,形あるものでもスケールが非常に小さいものから大きなものまであり,幅広く取り扱っていることが分かって頂けると思います.このような多様なテーマも数理情報学研究室の特徴の一つですし,それを実現可能にしているのが数理的手法だと言えます.これらの研究内容の全てを詳しくご紹介するのは難しいので,ここではそのうちの幾つかの内容に絞ってご紹介します.

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数理情報学研究室

神経細胞ネットワークモデルを用いたてんかんの病態
および
冷却療法効果のシミュレーション研究

てんかんは近年社会的にも注目されるようになりましたが,てんかんの治療のために外科的手術が必要になることもあるとご存知でしたでしょうか?薬による治療では十分な発作抑制効果を得られない場合にそのような外科的手術が必要になるのですが,より体へのダメージを伴わないような治療の方がやはり望ましいと考えられます.そのようなダメージの少ない新たな治療法の候補として,局所脳冷却療法が挙げられます.局所脳冷却療法は,頭蓋内に冷却用の素子を埋め込み,発作時にその発生源を冷却することで発作抑制を図る治療法です.数理情報学研究室ではHodgkin-Huxley型神経細胞ネットワークのモデルを用いて,この局所冷却療法の効果をシミュレートする研究を行っています.冷却によって神経細胞の過剰な同期を元の状態に戻すことは可能なのか,その時何℃まで脳を冷却すべきなのか,どのような指標を用いれば発作の予測をより高精度に行うことができるのか,などの問題についてシミュレーションによって有益な知見を得たいと考えています.

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神経細胞が結合している様子を表したイメージ図.
数式は個々の細胞の電気的活動を表したもの.

抽象画鑑賞時に画家が着目する特徴の特定

絵画,特に抽象画を鑑賞する時,一般の人にとっては着目すべきポイントがどこだか分からないこともしばしばでしょう.しかし,画家にとってはそのような着目すべきポイントが明白であるとされています.それが本当だとしたら,そしてそのポイントの特徴を知ることができれば,芸術的な素養がない人もそのような特徴を意識して見るよう訓練を受けることができるかもしれません.ところが,実際にそのようなポイントの特徴を明らかにしたいと思っても,その特徴を言語化することが難しい場合や,言語化できたとしても一般の人にとってその内容を理解できない場合などが起こりえると考えられます.我々は,絵画鑑賞中の画家の視線を実際に特殊な専用機器を用いて計測し,素人と異なる着目点およびその特徴を定量化することによって,この問題の解決を目指しています.果たして画家固有の着目点は本当に存在するのでしょうか?どのようなモデルならその着目点の特徴を適切に表現できるでしょうか?このような問いへの答えを探し求めています.また,将来的には画家特有の脳活動を捉える研究も行いたいと考えています.

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視線計測の様子と視点の比較のイメージ

動物の行動の解釈を目指した自動的定量評価

動物実験は生物学・医学・生理学・薬学など幅広い分野で実施されており, 動物の行動を観察・解析した結果が科学の発展や人類の健康・福祉の向上に大いに役立てられています. しかし, 動物の行動の観察は,未だに実験者の目や耳に頼って行われることが多い状況です.このような状況から,(1) 観察に伴う労力・時間的コストが実験者に生じること, (2) 主観的な評価が入ることによって再現性は必ずしも保証されないこと, などが問題となってきます. これら問題の解決策の一つとして, 被験動物の動画像や音声データに対して情報処理技術を適用することで行動を自動的に定量評価するような手法に期待が集まっています.実際に,数理情報学研究室ではマウスの行動を記録した動画データ,ジュウシマツの歌の音声データからそのような自動定量評価を行っています.この研究によって,これまで認識されてこなかった新たな行動の発見や,動物間のコミュニケーションの解明に繋がることを我々は期待しています.ここでは,マウスの行動解析についてもう少し深く紹介したいと思います.

マウスの行動を画像から自動的に評価しようと考えた時,幾つもの問題があることに気付かされます.(1) そもそもマウスの行動には未知のものが存在しうる,(2) 行動は全てで何種類あるのか不明である,(3) 行動を表現するには画像からどのような情報を抽出して用いるべきなのか既存の知見では十分に分かっていない,(4) 同一と考えられる行動を取っている場合でも姿勢等に様々なバリエーションがある,(5) 個体が異なれば,体型の違いが存在する,(6) 複数個体が存在する場合は一部の個体の身体部分が他個体によって隠されてしまうことがある,など枚挙に遑がありません.最初の2つの問題はノンパラメトリックベイズ法による解決を図っています.また,他の問題についても少しずつ,着実に解決して,動物行動の解釈の実現に向けて日々この研究に取り組んでいます.

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マウスの行動解析のための体部位・頭部方向推定


おわりに

私達の研究室で行っている研究の一部をご紹介しました.それぞれ内容は異なりますが,いずれも目に見えないもの,抽象的なものを,数理的な手法で捉えようという点においては共通しています.逆に言えば,数理的な手法を上手く用いることができれば,そしてその場合のみに,様々な現象の背後に隠れた『真理』を明らかにできるようになると言えます.

これまで述べてきた内容以外にも紹介したい研究内容がたくさんありますが,ここでは筆舌し尽くせそうにありません.紹介した内容にご興味をお持ち頂き,もっと深く知りたいとお思いの方,他の紹介したい内容がどのようなものであるか気になる方,そんな方々は数理情報学研究室までぜひ御連絡を頂けたらと思います.数理情報学研究室の扉の先には,『真理』へと続くまだ見ぬ深遠な世界があなたを待っています.

 

受賞・CICP採択などの報告(コンピューティング・アーキテクチャ研究室)

皆さん,こんにちは.コンピューティング・アーキテクチャ研究室 助教の高前田です.

最近,コンピューティング・アーキテクチャ研究室では,受賞やCICPプロジェクトの採択等,喜ばしいことが続いています.
今回は受賞やプロジェクトが採択された方々にお話を聞いてみたいと思います.


博士前期課程2年 田ノ元 正和 (Featured Poster Award @ IEEE COOL Chips 2014)

今年の4月に行われた国際会議IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips 2014において田ノ元君のポスター発表がFeatured Poster Awardを受賞しました。
まず、発表した研究内容について教えてください

発表のタイトルは“Performance Tuning of a Global Shallow-water Atmospheric Model on Xeon Phi”で、Global Shallow-water Atmospheric Model Simulation(浅水波方程式を用いた全球大気モデルシミュレーション)を、Intel社が開発しているXeonPhiというアクセラレータ(特定処理を高速化するハードウェア)上でいかにして性能を引き出すかということについて発表しました。あまり詳しくない方にはIntel版GPGPUだと思ってもらえるといいのですが、こういったハードウェアの性能をギリギリまで引き出すにはその特質を理解してコードを記述する必要があります。今回は平方根や除算といった時間がかかる演算の精度をわずかに犠牲にする、メモリのプリフェッチ(先読みによる事前取得)をプログラムの持つ特徴的なアクセスパターンに合わせて最適化するといった手法で性能を出すという方法をとりました。

NAISTに来てちょうど一年ほどでこのような発表をしたわけですが、研究を進める中で大変だったことなどがあれば教えてください

7月ごろまでは研究室内で基礎固めの教育を受け、そのあと9月までFPGAデザインコンテストに出場していたため、実際には10月以降の半年間での成果になります。大変だったこととしてはひたすら実験を繰り返したものの、あまりいい成果が出ない時期が長かったことですね。冬からは就活も始まり両立は大変でしたが、この期間にもあきらめずに取り組んだことで良い成果を得られたので就活ばかりしなくてむしろ良かったと思っています。今回の発表自体も就職面接のネタとして結構使えましたしね(笑)。 就職先選びにおいても、研究での経験が将来のなりたい自分をイメージするきっかけになりました。
もちろん今回の成果は一人の力ではなく、コンピューティング・アーキテクチャ研究室の先生方や先輩、同期、そして共同研究先の中国清華大学の方々の協力あってのものです。特に昨年秋に1か月間清華大学へインターンシップに行かせていただいたのはとても貴重な経験になりました。この研究で協力している清華大学のグループは現在世界1位のスパコン・天河2号を使って先の大気シミュレーションを実行していて、自分の成果が取り入れられるのが楽しみです。
他に感じたこととしては、今回の共同研究やポスター発表、普段の輪講や留学生とのコミュニケーションまで、NAISTに来て以来英語を使う機会がとても多くなりグローバルな大学院だなとあらためて実感しました。

今後は展開などについて教えてください

現在は少し趣向を変えた別分野のアプリケーションの高速化に取り組んでいます。修了までにもう一度対外発表を行いたいと考えています。

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博士後期課程1年 Yuttakon Yuttakonkit (CICP (NAISTの学生主導研究プロジェクト) 採択)

Project name is “BikePad: A new experience to control any console game using your bike”.

Goal

Given an increasing awareness of healthcare and fitness in today’s busy society, exergaming (i.e. video games that are also a form of exercise) has gained considerable amount of attention in current game industries. A number of exergaming products nowadays have provided many kinds of workout experiences. However, we have concerned that the existing products are still long way to be considerable equivalent to what we can benefit from the fitness machines. Therefore, we introduce BikePad, a gaming peripheral set that utilizes real bicycles as a gaming input.

BikePad enables players to realistically utilize their own body to throttle, accelerate, turn, and slow down through their real bicycle. Thus, BikePad is possibly the first flexible exergaming peripherals that are considerable with a workout experience on the real exercise machine. BikePad would be able to deliver a dramatically better experience for a wide range of games, especially for the racing type. It is where fitness truly meets entertainment.
Introducing features

BikePad aims to provide enthusiastic workout while playing your favorite game. Additional highlighted features can be also enclosed but not limited to the following list:

  • A different way towards virtual workout competition, inherently with multiplayer challenging
  • More exciting way for people who are keen on fitness enthusiast to enjoy their workouts through gaming
  • Improve social relation between friends and in family
  • Reduce chance of accident for a cycle enthusiast to ride indoor when their fitness condition may not meet
  • Induce people to get off the couch and be more active

Design and Implementation plan

We have initially selected Xbox as a gaming platform for BikePad, as the Xbox provides sophisticated development kit with some extensible devices such as Kinect. There are multiple device between the bicycle to Xbox console which requires a broaden area of expertise to manipulate the new peripheral device. The hardware design, low-level programming, and some of network sensors will be reviewed and explored in order to inject cycling input into the game console.
While ordinary bicycle static resistant platform called, trainer can replicate outdoor resistant and feel. But it’s not capable to provide all the features and sensors that we can simply adapt for our purpose. Many kinds of sensor technologies are essential to enable a realistically game controlling experience. The sensors that we have investigated so far are velocity (speed), paddle rotation rate (cadence), maneuver, and heart rate.

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助教 高前田 伸也 (情報処理学会 研究会推薦博士論文)

今回,情報処理学会の研究会推薦博士論文に先生の博士論文が選出されました.どのような内容の論文なのでしょうか?

論文のタイトルは”Multi-FPGA based Prototyping Framework for Emerging Manycores”で,内容は,コンピュータの核となるCPUそのものの,ハードウェア・ソフトウェア構成の評価を効率化する高速シミュレーションシステムと,評価対象ハードウェアのモデリングを簡単にするための設計フレームワークに関する研究をまとめたものです.

背景としては,最近のCPUは,パソコンに使われるような比較的大きなものでも,スマートフォンなどの携帯機器に使われる小さなもので,いずれも1つのチップ上に複数のコアを搭載する,マルチコア構成が主流ですよね.今も昔も,半導体プロセス技術の進化によるトランジスタの微細化の恩恵で,1つのチップ・同じ回路面積で利用可能なトランジスタの数は増え続けています.ムーアの法則という言葉は皆さんも耳にしたことがあると思います.以前は,半導体プロセスの微細化により増えたトランジスタを使って,単一のプログラムの処理性能を高めるため,言い換えれば,命令レベルの並列性を抽出するためのハードウェア拡張を行うことが一般的でした.しかし,ポラックの法則で知られるように,仮に2倍のトランジスタを投入して,複雑なハードウェアを追加しても,単一コアの性能は高々1.4程度にしかなりません.そこで,登場したのがマルチコアです.増えるトランジスタを単一のコアの増強に使うのではなく,搭載するコア数自体を増やしてしまうアプローチです.各コアの大きさはそのままで,数を2倍したときに,プログラムが完璧に並列化されていれば,2倍の性能向上が達成できるわけです.そして,最近では,汎用のマルチコアCPUだけではなく,比較的小型なコアを多数集積して並列性能を高めたメニーコアや,超多数のスレッドを同時に実行することで,メモリアクセスなどの実行レイテンシの長い命令のオーバーヘッドを隠蔽するGPU,そして,アプリケーションに特化したデータパス・メモリシステムを形成して高効率化を目指すFPGAなど,様々な計算リソースを扱わなければなりません.

博士論文では,多数のコアを1つのチップに集積するメニーコアアーキテクチャの評価を高速化・高効率化するための仕組みとシステムを提案しています.通常,プロセッサアーキテクチャ研究では,何か新しいアイデアを思いついたとき,ソフトウェアで実現された架空のCPUのシミュレータを用いて評価するのが一般的です.ソフトウェアの世界に,自分がシミュレーションしたいCPUを,クロックサイクルレベルやレジスタ転送レベルという,非常に細かい粒度で振る舞いを定義してシミュレーションすることで,実際にLSIを作成することなく,提案アイデアの有用性を評価するわけです.しかし,そこで問題となるのが,シミュレーション速度です.現存するCPUの上で,架空の将来のCPUをクロックサイクルレベルで正確に模倣するわけですから,実際のLSIと比べると,その速度は非常に低速となります.そこで,用いられるのがFPGA (Field Programmable Gate Array)です.FPGAとは,使う人が回路構成自体を書き換えることができる,柔らかいLSIです.FPGAそのものは汎用のLSIですから,比較的安価に手に入れることができます.FPGAを使えば,一から評価用のLSIをおこすよりも,遙かに安価に,提案アイデアを持つCPUを実際のハードウェア化ができるわけです.このような方式をFPGAプロトタイピングと言います.

しかし,FPGAを用いたプロトタイピングにはいくつか課題があります.ひとつは,マルチFPGAシステムの使いづらさです.シミュレーション対象のCPUの規模がFPGAの回路規模よりも大きな場合には,シミュレーション対象のプロセッサを分割して複数のFPGAにマップしなければなりません.そのときに分割前と同じようにサイクルレベルで正しくプロセッサをシミュレーションするには,FPGA間でシミュレーション情報をお互いに送り合って同期を取らなければなりません.そのためには本来のシミュレーション対象には必要のないハードウェアを追加し,同期ができるようにシミュレーション対象のハードウェアデザインを書き換える必要があります.これがやればいいじゃん?と言うのは容易いのですが,実際に正しく実装するのは結構大変です.また,普通のプロセッサはチップ内にキャッシュなどのメモリ要素を持っているので,これらも一緒に実装する必要があります.FPGAはチップ内にブロックRAMという高速で扱いやすいメモリを持っているので,これを使えばキャッシュ等もシミュレーション対象できます.しかし,FPGAが持つこのブロックRAMの容量というのは限られているので,シミュレーション対象のキャッシュ量を増やしたりする場合には,FPGAチップ外に設けたDRAMなどの大容量メモリを使わざるを得なくなります.そうすると,先ほどのマルチFPGAへの分割のときと同じように,クロックサイクルレベルでのシミュレーションの正確性を保つのが途端に面倒で難しくなります.

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博士論文の私の提案は,フレームワークによりFPGAプラットフォームが持つオンチップ・オフチップ両方のメモリシステムとFPGA間の通信を抽象化してしまおうというものです.シミュレーション対象からみれば都合の悪い,FPGAプラットフォーム側のハードウェア要素をすべて,1クロックサイクルでアクセスできる理想的なハードウェアとしてプロトタイプ設計者に提供します.大容量のブロックRAMだったり,直ぐにデータが届くFPGA間通信ポートといった,理想化されたリソースをあたかも使えるものとして,システムを設計できるので,開発が簡単になります.そしてフレームワークが持つツールチェインにより,実際のFPGA上に実現できる回路構成に自動的に変換をします.このときに,オフチップのDRAMやFPGA間通信は実際のものに差し替えられます.同時に,クロックサイクルレベルでのシミュレーション結果の正しさを保証するために,制御用回路を自動で合成し追加します.

評価としては,実際のFPGAプラットフォームで本フレームワークの善し悪しを評価しました.無限大のオンチップメモリを持つ理想的なFPGAが存在したとして,その上での架空のプロセッサのシミュレーション速度と,実在のFPGA上での架空のプロセッサのシミュレーション速度を比べたところ,実際のFPGAを用いた場合のシミュレーション速度は理想的なFPGAのおおよそ半分程度であることがわかりました.つまり,実在するFPGAとオフチップDRAMを組み合わせて作り上げたシミュレーションシステムでも,フレームワークの支援により,開発効率を高めながらも高速に,架空のハードウェアをシミュレーションできるということです.また本フレームワークを用いて,100個のFPGAを接続したマルチFPGAシステム上に128個のコアを持つメニーコアプロセッサを実装し,評価しました.その結果,手動でFPGA間の調停回路等を追加したものと同等の性能を,フレームワークによる抽象化を用いても達成できることが確認できました.

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今後の研究について教えてください

これまではFPGAをLSIのプロトタイプとして利用してきましたが,最近はFPGAを用いた高性能計算の方式について研究を進めています.FPGAを使えばアプリケーションに特化した,演算パイプラインをハードウェアとして形成できるので,アプリケーションがうまくハマれば,高い性能だったり,高い電力効率を達成できることが知られています.しかし,FPGA上に計算用回路を構成するためには,一般的にVerilog HDLやVHDLといったハードウェア記述言語でクロックサイクルレベルですべての振る舞いを定義しないといけないのですが,これが結構大変です.どれくらい大変かというと,ソフトウェア開発に例えれば,アセンブリ言語だけを使ってソフトウェアを開発するのを想像して貰えればわかると思います.これを解決するための方法として,C言語やJavaなどの一般的なプログラミング言語で記述したソースコードをハードウェア記述に変換する,高位合成コンパイラというものが登場し広まりつつあるのですが,簡単なアプリケーション以外では性能がイマイチだったりと,まだまだ発展途上です.

そこで現在,高い性能と開発効率の両立を目指して,高位合成技術として,メモリシステムの抽象化を用いた,設計のポータビリティと性能を両立するFPGAアクセラレータの開発フレームワークPyCoRAMというものを開発しています.性能にクリティカルな演算パイプラインは従来のHDLでモデリングしつつ,メモリやI/Oといったアクセラレータの外とのやりとりは,スクリプト言語のPythonを用いた高位合成処理系で開発することで,開発効率と性能を両立します.アプリケーションとしては,密行列積やステンシル計算といった,高性能計算の王道的なアプリケーションだけではなく,グラフ処理などの今ホットなアプリケーションを開発し,FPGAを用いた計算機システムの可能性を追い求めています.

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以上,コンピューティング・アーキテクチャ研究室からでした.長文失礼しました.
見学・インターンシップ等は随時受け付けております.コンピュータの高速化・低消費電力化・高信頼化に興味のある方,お待ちしてます!
Facebookページもよろしくお願いします!


文責:高前田 (shinya_at_is_naist_jp)

Interviews about research in the Computational Systems Biology Laboratory

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The CSB lab is one of the most diverse groups in the school of information science in terms of both the scope of work we do and members’ background. Despite that this occurred incidentally, these factors have become the building blocks of the dreams and goals for this
Lab. This can be also regarded as an evolution of the way research is conducted.

Like many a grad student in NAIST, we are used to being asked what our research is about. Members of our lab treat this question with as much excitement as uncertainty. This is because systems biology is a relatively new area of research. It is exciting to imagine the potential of this nascent field. For example, cancer systems biology is a promising area, which might become the main strategy for building the next generation of diagnostic and prognostic tools for cancer. Another good example of its grand potential is its contribution toward understanding the human genome so far. Regardless of its potential, it still remains amorphous to some extent -and from my personal experience- it is hard to explain to those unfamiliar with systems biology. Most people do not pay much attention to this “grey zone” between biology and informatics. To spread the words about this field we are always open for those who come to us with curiosity, and the willingness to know more about our work.

Our group is made of two main units: the systems biology group and the biomedical engineering group. Each group has their own sub-groups, such as genomics, medical imaging etc. Many would describe our lab differently. Lest we put words in anyone’s mouth, we sought to find perspectives of some lab members. While at it we asked what they do and what they find to be interesting in our lab. Here’s what they had to say:

Tetsuo Sato:
Assistant Professor,
Biomedical Engineering

IMGP0960

What is your research about?
We develop and analyze image-processing methods. I am interested in imaging technologies for non-invasive medical imaging technologies, more specifically of the heart and the brain.

What is interesting about the CSB lab?
The diversity and breadth of the research themes mean that we can collaborate, share new ideas and thoughts in a way that opens up our minds to new knowledge. We have people from different thematic backgrounds and the union in diversity is one of our key strengths. On the social side of things, the entire group is open and fun. Everyone is active and the aura of the lab is always of a welcoming nature.

Do you have a recommendation to anyone who would like to join the CSB lab?
We pride ourselves in the open nature of the lab. Freedom to learn does not get any better than at CSB and besides, the expertise we have in the different areas means you get useful advice for your research. There is a chance for everyone with an interest and a minimum set of skills to survive the pressures of bioinformatics and biomedical engineering research.

Tetsuo Katsuragi
Doctoral student D3,
Systems Biology

IMGP0948

What is your research about?
My work is about simulation of metabolite concentrations in plants. Before you get scared of the jargon, I simply want to say that I try to use computational techniques to cover an area of plant metabolomics that would be hard to do experimentally.

What is interesting about the CSB lab?
There are a lot of foreign students and staff from different cultures so we get to learn about each other. Besides this, we have a lot of informal gatherings like a famous Friday “Nabe party” which has become a platform to discuss details, all about work and social matters.

Do you have a recommendation to anyone who would like to join the CSB lab?
Few words: Do not hesitate. You will certainly find something to do at CSB.

Eguchi, Dejima and Kawakami:
M1 students,
Systems Biology and Biomedical Engineering

IMGP1022

What is your research about?
Eguchi: I am interested in transcriptomics and I am trying to find a niche to begin my research.
Dejima: I am also trying to settle on a research theme, but I am interested in medical engineering especially imaging technologies such as MRI and PET.
Kawakami: Just like my colleagues, I haven’t quite settled on a theme yet, but I have some interest in systems biology and genomics of mental illnesses.

What is interesting about the CSB lab?
Kawakami: All members are very kind, interesting and unique. I am already looking forward to the lab trip this summer so I can get to interact more with my colleagues.
Dejima: Guys are nice here. It has been enjoyable and easy integrating into the flow of things at CSB.

Do you have a recommendation to anyone who would like to join the CSB lab?
Kawakami: We welcome everyone and if you pass near my desk, you’ll most likely find some “Omiyage” to sooth your stomach as you go about your business at the CSB.
Eguchi: Well, the activity galore would certainly impress you if nothing else does. You’ve gotta try the “Nabe party” and join our softball team which by the way I heard are the current champions of NAIST softball.

Azian Azamimi:
Research Student,
Systems biology

IMGP0969

What is your research about?
I am trying to develop a database of volatile organic compounds, some of which are useful as biomarkers of human disease.

What is your experience and impression of the CSB lab?
Since I arrived here, it has been a good experience. As an international student, it would have been hard to adapt when I first came, but NAIST provided a tutor from the lab. He was very helpful to me. CSB lab is also fun because of the many activities and sports we participate in.

What would be your recommendation for anyone who would like to join the CSB lab?
Joining this lab would definitely be a good experience. You will need to have some biology and some computational knowledge to better cope with research here. With this you can look forward to publishing in journals, attending conferences and becoming a better scientist.

What could we possibly add? Enough said.

Interactive Media Design Laboratory

Oral Kaplan
Master’s Degree Student
Interactive Media Design Laboratory
Graduate School of Information Science
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It has been almost 7 months since I started my new life in NAIST, in Interactive Media Design Laboratory, and I am pleased to say that life is good, both professionally and personally. Well, as you might guess at first it was too boring. If you bring a 24 years old metropolitan kid to a rural area like Takayama, of course it is going to be too boring. But this is life, you have to change for the better and move forward with every passing moment.
That’s being said, as a MEXT Scholarship Student I am glad that I have been selected as one of the privileged students in here. It is obvious that the main reason why I wanted to be a part of NAIST was completely professional; I wanted to study in an institution which specialises in what they are doing. Well, I would also prefer a more lively area of course but nothing is perfect. There is one thing I am sure of, I am glad that I am a part of Interactive Media Design Laboratory. “Are you saying other labs are not good?”, of course I am not saying or implying that, but for the time being this is where I belong.

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What are we doing here? As one might guess the name ‘Interactive Media’ governs a huge field of expertise. If you take look at our laboratory’s web site, you can see that almost all of our researches are connected to usage of visual information in one way or another, yet at the basic level they are so different from each other. Of course as I mentioned before the word ‘Interactive Media’ governing different things inside is a cause for this result, but not only by itself. One thing, and I think this is something special about our lab, the first thing a student encounters after enrolling is a simple question; ‘What do you wanna do here?’. Simple, yet intuitive and effective. We all agree that it is no fun to work on something that you have interest at all, but in Interactive Media Design Laboratory, the collaboration between professors and students allows us to be productive in a field that we like, and what we want. Surely you can encounter some special cases too, not everything worths a research, this is where our professors world-wide acknowledged expertise comes in handy. Ow, did I forget to mention that our professors are highly accomplished and recognised in their fields internationally?

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After all this talk, you might think ‘Yea, yea… But what do you do?’. Sorry to disappoint you but I also have no clear answer to this question, at least not yet. Well, for outsiders I might seem like an experienced member of Interactive Media Design Laboratory but I am a new student. At the basic level, my research area is going to be, probably, somewhat related to the application of interactive media methods in sport activities. One idea we currently have is ‘Workout Routines with Real-Time Motion Tracking Support’. Most people are wasting a lot of money on wellness activities just to obtain their dream bodies, why not make it less money and time consuming from the comfort of your home? This is subjected to change anyways, so it would be pointless to discuss this deeply here. Maybe I can find a better reasoning for my research. I guess the time will tell.
Aside from studying, if you are reading this right now, which is in English, you are either another fellow foreigner, or a Japanese whom is interested in learning English or having some conversation with a non-Japanese person. Feel free to drop by anytime, our lab will welcome you with a cup of coffee. With an amazingly high percentage of foreigners from different parts of the world, I think a sip of cultural shock would not be that bad. At the end, we should all agree on that variety is what makes a difference in this world…
I am leaving the scene to my colleagues and hope you will also enjoy their thoughts like I do.

Best regards.

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Amar Husejic
Master’s Degree Student
Interactive Media Design Laboratory
Graduate School of Information Science
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When I entered NAIST as a Research student I was very excited to see people working on many different projects and ideas. It was very motivating since I was at the beginning of finding my own research topic and I knew that it was going to take some time. Also on that road we find out that not everything is interesting for us since that factor depends from person to person. After that you start to look at the research in a different way, so something what seemed interesting wasn’t anymore. Something that seemed interesting may still be interesting but the way of doing that might be boring and demotivating. So in this article I would like to talk about the ongoing researches in my laboratory which I hope that will inspire you to continue what you are doing even though it may seem hard or boring. If you truly believe in what you want, I think you should pursue it.

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#Title: Project MARUI – Towards Augmented Reality User Interfaces in 3D Media Production
#Name: Max Krichenbauer

#Abstract:
We analyzed the requirements for professional 3D design and developed a novel Augmented Reality user interface for 3D artists. This allows media professionals to work on their models as if they were physically present on their desk. This approach can make the creative work more efficient and less tiresome.

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#Questions:
1. What is the motivation behind your research?
I want to invent new tools and devices. It is exciting to think that someday people will use my tools for their work. It is also fun to learn (often required – not just for classes), and work with new equipment. 

2. Can you tell me what is or what was the hardest part of your research?
It is development. Trying to get things to work within limited time, while still taking classes is difficult. Also having to work with undocumented and often unclean code/libraries required for the project. More than once I had to dig through totally uncommented code from another developer, just to find a silly bug – that is: after spending even more time trying to find the bug in my own code.
3. Do you have a message for prospective NAIST students?
Don’t try to improve the campus social life. The people here are very happy without a social life or the limited social life of their lab. Find a social life outside of campus or start playing online games.
4. Will you continue to work on your research after graduation?
Yes, as a PhD student.

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#Title: Lumbar Vertebrae Pose Estimation using CT deformation for Diagnosis Assistance
#Name: Henry Chu

#Abstract:
The diagnosis of lower back pain often involves the examination of medical images such as x-ray and CT, but the poses of spine are different when taking these images making it difficult for radiologists to relate. In this research we minimize such pose difference to assist medical diagnosis by deformation of CT and registration with x-rays.

#Questions:
1. What is the motivation behind your research?
The motivation for my research is to help the doctors in the medical image diagnosis of lumbar spine. The current diagnosis requires the doctors to mentally relate the same anatomical structure in different image modalities (3D CT and 2D x-ray) where the poses of the spine are different. This research aims to make the pose of the spine identical by deforming the 3D CT volume to the pose of the 2D x-ray, as the result the doctors can reason between the medical images easily and hence improve diagnosis.

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2. Can you tell me what is or what was the hardest part of your research?
Since we are working with medical images where they are intended to be used to make diagnosis of real patient, the biggest challenge is to acquire high accuracy of the deformation result to ensure correct diagnosis.

3. Do you have a message for prospective NAIST students?
It’s best to choose the research topics which interest you the most since they will become your motivation in the long run.

4. Will you continue to work on your research after graduation?
If possible I would love to work with medical images in the future since they are directly related to the application with the medical world.

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Damien Constantine Rompapas
Master’s Degree Student
Interactive Media Design Laboratory
Graduate School of Information Science
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My name is Damien Rompapas. I am 21 years of age and I came to NAIST from Australia. I am an M1 student and work in the Interactive Media Design Laboratory.
Although I arrived a week late into the starting semester (April) I was still able to catch up to the work that I had been given very quickly, the staff were very helpful with helping me get setup with the on campus dormitory and all of the paperwork that was required. My lab even appointed another student to assist me with the first month of living in Japan. He was very kind to help us with getting used to life in Japan; such as getting my Japanese Residency card or to getting some money out of the ATM, as my Japanese level is close to zero.
After A week or two there was a hosted M1 Students Welcome party, which was fantastic. I had the chance to meet with a lot of people whom were also new to NAIST. Although some Japanese students were very shy, I think they also had a great time.
Classes are really enjoyable. Although I already had most of the knowledge the lectures provided due to my Bachelor Studies in Australia, I still learn a few new fundamentals. But one thing is for sure; the lab environment in here is just wonderful. It allows me to get dug-into my research and complete any tasks that I wish to complete.
Life outside the lab is just as enjoyable. My dormitory isn’t exactly large, but I quite like it. It has a small kitchen and a private bathroom, as well as a desk, wardrobe, fridge and a bed. Not only that, the campus has it’s own cafeteria which provides very affordable, but completely nutritious meals. I do love to cook, but I may be so busy that I will not get the time to cook for myself; so having a place like that on campus is a huge bonus.
Everyone in my lab is very friendly. I have already become good friends with each lab member; especially the Japanese students here are really kind! I was very surprised when my lab encouraged the use of English because if foreigners had come to the university where I came from surely they would have been forced to use English. I was not expecting it in Japan since English is not the native language.
However I do wish to learn and speak Japanese fluently. I am grateful that NAIST has a volunteer group who teaches Japanese to those whom are just beginning. I try to study as much as I can, but every time I try it seems like I mess it up. Everyone I try with is very patient, of course which is very nice.

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Every time I walk into the lab, I feel that it is a great honour to be able to work in such a nice environment and I believe my work reflects that. Within the first month I produced an Augmented Reality project using the Google Glass dubbed “Miku Dance”, where the user would be able to see a life sized Hatsune Miku through the glass that would dance and sing for you. It was very popular when I demonstrated it for the recent Open Campus. Which pleased me greatly!
I look forward to continuing my studies in Nara Institute Science and Technology and provided I complete my Masters Degree, I am planning to continue with further studies as a PHD student.

ディペンダブルシステム学研究室 ~ 修了生インタビュー ~

ディペンダブルシステム学研究室では、ディペンダブルな(頼りがいのある)システムの実現を念頭に、VLSIの設計とテスト、分散アルゴリズム、並列アルゴリズム、データマイニングなど様々な研究に取り組んでいます。本研究室に入学した学生たちはまず、講義や輪講を通じて基礎的なことについて勉強します。また、M1の夏には韓国ハンバット大へ2週間インターンシップに行きます。その後は、各学生の興味分野について研究を推し進めていき、その成果を国内外の学会や論文誌で発表します。学生によっては企業との共同研究など実践的なテーマに取り組むこともあります。そして最後に、自身の研究の集大成として修士論文を執筆し、発表します。そんな2年間を過ごし、2014年3月で修了し本学を巣立っていく学生たちに、NAISTでの生活、研究について感じたことや、経験に基づく後輩たちへのアドバイスなど、色々聞いてみました。

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Q1: 2年間の研究を終えてみてどうですか?

Ni: 僕は企業と共同研究ができたので、非常によい経験ができたと思っています。研究に関して学べたのはもちろんですが、実際に会社に入る前に企業の方と接することができ、研究以外にも役立つことを学べたと思います。ただ、毎月ミーティングがあり、それに向けて何らかの進捗を出せるように頑張らないといけないということで、学内でも毎週打合せをしていたので、そこはしんどかったですね。でも、もし後輩が入ってきたら、(同じようなことを)やるように絶対勧めたいと思います。研究自体やっていて面白いし、プレゼンの練習などよい経験ができるので、進学するにせよ就職するにせよ経験しておくとよいと思います。

It: 2年間あっという間に過ぎましたが、海外に3度も行くことができ、入学当初に予想していたより色濃い、起伏に富んだ2年間でした。特に、入学した4月から、夏に韓国ハンバット大へインターンシップに行く直前までの間は、授業を受けたり、現地で紹介する論文を読み始めたり、輪講の準備だったりと、出身の高専ではあまりやらなかったようなことを密度濃くやっていたので、記憶に無いというと語弊がありますが、細かく思い出すのが難しいくらい色々やっていたような気がします。また、学会発表の準備に苦労しました。文章を書くよりはコーディングをしたりものを作ったりする方が好きなので。ただ発表となるとそれなりの形になって人の目に触れるので、中途半端ではいけないと思うとなかなか時間がかかってしまい、そこは結構苦しかったです。でも、学会で会う方々とコミュニケーションをとって、質問していただいたり評価していただいたりすることで、論文の中で説明不足だなと気付くところだったり、検証が必要なところだったり、自分だけでやっていると思いつかないような点について考える機会は増えるので、そういう面で発表する機会を与えてもらえてすごく良かったと思います。なので、スケジュール的には大変になりますが、これから入学してくる後輩たちにも是非学会での発表を勧めます。研究は自己満足で終わってはいけないと思うので、成果としてよいものが得られるかどうかはともかく、自分が出した成果を人に評価してもらったり、公の場で検証してもらったりする場を持つことは大切だと思います。

Na: 出身の高専ではハードウェアに関する研究をやってきて、NAISTに入学してから分散アルゴリズムに興味を持ち、新しい分野を一から勉強しなおすところから始めたので、やはり、慣れ親しんだことを続けている人と比べると、スピードが落ちてしまいました。先日、分散アルゴリズム関連の学会発表に行ってきましたけど、他の学部生の発表とかが自分のやっている内容と同じレベルぐらいに感じたりして。研究分野を変えることには一長一短あると思いますが、個人的にはスペシャリストよりはジェネラリストでありたいと思っているので、いろいろな分野を勉強できてよかったと思っています。また、研究室では大きく分けて(ハードウェア、アルゴリズムの)2つの異なるテーマに取り組んでいる人達がいるので、自分の研究に関して輪講とか発表練習とかで話すと、他分野の人達が気になる点を聞いてくれて、それが自分では気が付かないことだったりするので、他分野からの視点というのも勉強になると思いました。

Yu: 私はドイツからの留学生ですが、日本の学生が1年目の半年ぐらいで必要な単位を取っていく中、英語の講義も少なく、最初の1年間は講義に追われ、2年目から研究を始めることができました。国際コースがあるとはいえ、カリキュラムがもっと充実するとよいと思います。研究は非常に面白く、楽しんで取り組むことができました。NAISTはドイツと比べて自由に研究ができる印象です。特にディペンダブルシステム学研究室は学生数に対して教員数が充実していて、毎日先生方と研究について話せたのがよかったです。私も大学院に入ってから分野を変えて論理回路のシミュレーションに関する研究に取り組んだので、初めはとても難しかったです。この1年間、色々なことを勉強して、私がこれまで取り組んできたハイパフォーマンス・コンピューティングの技術を論理回路のシミュレーションに取り入れることが出来ました。

Mi: 僕は高専でもハードウェアに関して勉強してきたので、研究の背景などは分かっているつもりでしたが、実際に研究成果が社会で役に立っているのか、よく分かりませんでした。でもNAISTに入って、色んな研究テーマがあることを知り、それが実社会でも応用されていることを知りました。そこから、もう一度きちんと勉強し直したいという気になりました。僕も文章を書くよりは自分の手を動かしてプログラムを作って、結果を取って、そこから何かを考える方が好きなので、実装している時が特に楽しかったです。一度作ったプログラムがうまく動作しなかった時はショックでしたけど、そこからもう一度作りなおして成果が出た時は、本当に嬉しかったです。

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Q2: 韓国ハンバット大での2週間のインターンシップはどうでしたか?

Mi: こういう機会を与えて頂いてよかったと思います。海外に行ってこのような経験をできるのは国際会議に行く人だけだと思っていたので。僕は韓国に行ってまず、文化の違いを感じることができました。相手方の先生、学生との交流を通じて、研究内容や、英語など、色々な知識を取り入れることができ、すごく楽しかったです。

It: 韓国では日本語でコミュニケーションをとることがしばらくの間できなかったので、あの時が一番、実践的に英語を使う能力が伸びたんじゃないかと思います。海外へのインターンシップは英語能力を養うのに非常に有効だと思います。

Yu: すごくよい経験になりました。これから入学してくる学生の皆さんにも強く勧めます。

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Q3: 自身の研究分野の面白いところ、魅力は?

Na: 分散アルゴリズムの中でも理論的なことをやっていると、計算機がなくても、いつでもどこでも研究できるところが魅力です。実験系の研究だとどうしても研究室にずっといて、実験を繰り返したりする必要がありますが、理論的な研究だと日常のどんな場面でも考えることができます。お風呂に入りながらでも。また、実験系だとどうしても限定された空間で使うとうまくいくという話になっていくことが多いですが、理論だとそれができればどんな環境にでも適応できて、たとえば自分の研究でアルゴリズムが少しでも速くなったら分散アルゴリズムをつかっているどんな分野でも高速化ができます。そういうところが理論に取り組むことの面白さだと思います。この分野はやはり、数学自体が好きな人、証明を考えるのが好きな人はどっぷりハマるんじゃないかと思います。情報系でやってきてプログラミングなどを主にしてきた人にとっても勿論面白いとは思いますが、理論の話になると、やっぱり数学が好きっていう人がやるとハマっていくと思います。

As: 僕はプログラミングをバリバリやる人ですが、研究では分散アルゴリズムを勉強しています。例えば、プログラミングでRuby-on-Railsというものがあり、そこではデータベースを操作するような仕組みがあるんですが、実際そこで、楽観的ロックっていう手法が使われていて、実はそれは理論の世界で考えだされたものを応用して作られていたりするっていう発見があって。そこで僕は、やっぱり理論的なものも応用されていると知って、そこで、分散アルゴリズムの理論を頑張ってみようかなと決意しました。だから、実装とかが好きな人こそ、理論をやれば新しい発見があるんじゃないかと思います。

Ni: 僕はデータマイニング技術を応用してVLSIテストを最適化する研究に取り組んできました。この分野は比較的新しく、現在非常にホットなトピックなので、新しいことにどんどんチャレンジしていくことが好きな人に向いていると思います。また、VLSIテストに限らず、“ビッグデータ”、“データマイニング”は近年色々な分野で注目を集めているということもあり、就職活動においては多くの企業で面白い研究をしているという印象を持ってもらえました。

Ta: ディペンダブル・信頼性というキーワードは、分野を問わず普遍的に重要なものであることは就職活動をしていても感じます。面接でもよく聞いてもらえるので。やっぱり、何をするにしても、半導体に限らず、信頼性を意識するというのは大事だと思います。対象が何であるにせよ、ものを作る仕事の中には必ず信頼性がキーになってきて、今僕が取り組んでいるのは半導体の信頼性ですが、信頼性そのものに関する考え方は、たとえ将来違う分野の仕事についたときでも活きると思います。

Mi: 初めは(ディペンダブルシステムに関する)研究テーマは少ないように感じたのですが、実際に触れてみてそうではないことに気づきました。研究室でもみんながそれぞれ違うテーマに取り組んでいて、それぞれのテーマ一つとっても非常に奥が深いことを知り、それを魅力と感じました。

Yu: VLSIテストは社会にとって非常に重要な技術で、その研究はとても面白いと思います。テストと一口に言ってもそこには様々なトピックがあり、物理レベルからシステムレベルまで多岐にわたっているため、もし今VLSIテストについてよく知らないという学生さんでも必ず何か興味が持てるトピックを見つけられると思います。

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Q4: NAISTへの進学を考えている後輩たちへのメッセージをお願いします。

Ni: NAISTは国際交流のチャンスがたくさんあります。ディペンダブルシステム学研究室でも、色々なところから教授を招いて話を聞けたり、海外へインターンシップに行く機会があったりします。また、NAISTは留学生が沢山いるので、これも一つの魅力だと思っています。もちろんそのチャンスを活かすかどうかは本人次第ですが、これから入ってくる学生にも是非、活かしてもらいたいと思います。

Mi: 輪講、論文紹介、研究進捗報告など、色々な場で、色々な人に意見を言ってもらえて、勉強ができるというのはこの研究室の魅力だと思います。もちろん人それぞれだとは思いますが、もっと勉強したいと思う人には最適です。大変でもありますが。

Na: 僕だけになるかもしれないですが、大学院で研究を続けてきて、僕は研究が一旦落ち着いたらこれをしようとか、この成果まで出したらちょっと他のことをしようとか考えていました。でも実際にはそれは難しかったです。やっぱり、研究をしながらも違うことをやるという意識で生活を送るほうが過ごしやすいと思います。研究を踏ん切りつけてというよりは、研究を常に考えながら、他のことをやれるような精神の作り方をしていったほうがよいと思います。

It: 入るからには、やると決めたことはやるという姿勢でいけば、文献や計算機など環境は十分整っているので、あとは自分次第だと思います。

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2年間の大学院生生活を通じて、研究はもちろんのことそれ以外の面でも様々な経験を積んできたようです。この経験はこれから社会に出てから必ず役に立つと思います。皆の今後の活躍が楽しみです。