あるシステムに数値X_1およびX_2を入力したとき，その
出力値がそれぞれY_1, Y_2になるとします．
では，この二つの入力値を定数倍したものを足し合わせて，
a X_1 + b X_2 をシステムに入力したとき，出力は
何になるでしょう．
「線形」の世界では，入力と出力の間に重ね合わせの関係
が成り立つので，出力は既知の出力値を使って，
a Y_1 + b Y_2 と表せます．
スペクトル分析を代表とするこれまでの信号処理は，
このようなシステムの線形性に立脚して発展して
きたといっても過言ではないでしょう．
ところが，生物や人間活動，経済，地震，天気予報など，
我々をとりまく実世界のほとんどは，そのような線形性
の成り立たない非線形なシステムなのです．
このような非線形の複雑な現象を解明することは，
理学工学のみならず，経済学なども含めた広範な分野で
の急務となっています．
我々の研究室は，このような非線形なシステムに対して 幅広く応用が可能な時系列解析の手法を開発する研究 を行っています．
時系列解析とは，未知のシステムがあったときに， その運動方程式や物理モデルが不明で，時系列信号のみ が計測されてた場合に，信号の情報のみから， 背後にあるシステムの性質を逆推定する問題です．
一瞬の瞬きを繰り返すホタルの集団発光，
コンサートホールの拍手，脳神経系の神経細砲(ニューロン)
の発火活動，人間生活の２４時間サイクル，インフルエンザの
流行と大都市間の患者数変位など，ある一定のパターンを
繰り返す要素が多く集まって，集団をなして我々の世界
は形成されています．
これらの要素がお互いに相互作用を及ぼし合い，引き込み
が起こって，それぞれのパターン生成のタイミングが一致
するとき，それを同期現象と呼びます．
同期現象は，地球の自転周期に適応した人間のサイクル
(概日時計，サーカディアンリズム)や，脳神経系の情報処理
など，生命活動の様々のレベルの基本となっています．
また，声帯振動や，オーケストラにおける楽器同士の共鳴，
音声生成とその知覚の相互作用など，
人間の音声システムでも重要な役割を果たしています．
重要な問題としては，「システムが同期しているかどうか を時系列信号から判定する」という基礎的な問題から始まって， 「振動子同士はどの程度の強さで結合しているかを逆推定する」， 「システムが同期する条件は何かを類推する」等の チャレンジングな問題にまで，幅広くおよんでいます． いずれも，脳神経系や概日時計(サーカディアンリズム) などの様々の重要な問題への応用が可能です．
(電気回路で見られる同期現象を表わした図： 結合を強めると(左->右)16個の素子の出力波形が重なる)
喉頭には声帯と呼ばれる弾力性をもった筋肉の帯が， 左右に1対あります．声門間を呼気流が通過するときに， 空気圧に駆動される形で，声帯は上下左右にほぼ 周期的に振動します． 人間が有声音を発声する際には，この声帯振動が音源 として重要な役割を担います．
(高速カメラで声帯振動をストロボ撮影した図： 左右の声帯が同期して開閉運動を起こす)
正常な発声では，左右対称な声帯が同期的に振動し， これが有声音の基本であるピッチとして知覚されます． ところが，ポリープ等で声帯の一部を失ってしまった 患者さんでは，左右の声帯に非対称性が生じてしまい， もはや左右釣合のとれた同期振動が不可能となって しまいます．このような声帯の非同期振動は，異常な 音源を作りだし，患者さんは嗄声と呼ばれる病理音 (ガラガラ声)しか発声できなくなります．
声帯の非対称性は，手術による声帯除去だけでなく， 加齢によっても生じ，声質が変わる原因となります． また，歌唱法によっては意図的に非同期的な声帯振動 を起こして，重音をつくり出すこともあります． このように声帯の非対称性によって引き起こされる 同期・非同期振動は，発声を解析する上できわめて 重要です．
我々の研究室では，この声帯の左右非対称性を， 時系列信号から逆推定する技術 を開発し，病理音声や加齢状態 の自動診断に応用することを目指しています． また，同期振動の起こる条件を求めて，手術で正常な発声 を回復する際の目安を与えるためのシミュレータを 検討しています．
同期研究は，生命システムを始として，理学，工学， さらには音楽のような芸術分野に至るまで，幅広い 横断性を持っています． 将来的には，合唱における歌唱者同士のピッチ同期， 打楽器のリズム同期，オーケストラにおける楽器同士の 共鳴とその芸術性の間の関係など，科学と芸術の間を つなぐ架け橋になるような，さらにチャレンジングな 問題についても扱っていきたいと考えています．
哺乳類や鳥類など，動物の鳴声を調査することは， 動物間のコミュニケーションを理解するための 重要な研究になります． また，人間との類似性を調べることによって， 生物進化の過程において，なぜ，人間が現在のような 発声器官を獲得し，それを用いて高度な言語を操る ことができるようになったのかを知る， 重要な手掛りを得ることができます．
そのような手始めの研究として，ヒト以外の霊長類 の多くに見られる 気嚢のモデル を組み立て，物理実験を行ないました． 大音量を発するなど，気嚢は音響的に有利な特性も持ちえ ますが，逆に，発声に不安定性を生じる要因ともなりうる ことが分り，これが進化の過程で気嚢が失われた理由の 一つではないかと考察しました．