Development of a rehabilitation training device aimed at activating the brain by a body stimulation approach
Project/Area Number |
21K12805
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 90150:Medical assistive technology-related
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Research Institution | Kyushu Sangyo University |
Principal Investigator |
鶴田 和寛 九州産業大学, 理工学部, 教授 (60389236)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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Keywords | 脳活動モデル / 人工知能 / 脳活動データの分類 / NIRS / リハビリ訓練装置 / 脳の活性化 |
Outline of Research at the Start |
本研究では脳神経細胞の異常が原因で失った体機能を回復させるために、これまでに実施した研究(脳錯覚リハビリ装置の研究:基盤研究C:16K01583)をさらに発展し、体幹・体肢に複数種の刺激を与え、刺激と脳活動の変化(脳血流分布)との関連性をAIを利用してモデル化し、脳の活性化に寄与する刺激パターンとの関係を明らかにする。次に、リハビリ中の治癒状況を観測・評価し、その結果をリハビリ動作にフィードバックすることで、治癒効果の検証と改善を実現するリハビリ訓練装置を開発する。
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Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度(2年目)はLABNIRS(脳血流測定装置)の座標入力ペンの欠損、脳血流取得チャンネルの新たな不具合があり、新規購入した脳波計を利用した刺激と脳活動の関係を調査することに注力した。 健常な被験者3名に対し、刺激なし(平静座位)、瞬き刺激(視覚)、香り刺激(嗅覚)、音の刺激(聴覚)を与えた場合の脳波を測定した。脳波計からはEEG波、α波、β波、γ波、θ波を取得できるが、これらの信号は、EEG波を所定の周波数帯域でわけて、それぞれα波、β波、γ波、θ波としている。我々が提案した解析方法(特願2022-075252号)では、EEG波を周波数解析した結果を図(画像データ)として表し、この画像データに対してDeep Learningを施すため、α波、β波、γ波、θ波に分ける必要がなく、EEG波をそのまま利用して特徴量を把握できる。被験者3名(A、B、C)に対して、刺激なしの場合と瞬き刺激、香り刺激、音の刺激の場合を個人別に評価した結果、瞬き(85%、77%、83%)、香り(92%、92%、90%)、音(95%、88%、97%)の精度で分類された。これらの結果から、3人の被験者ごとに3種類の刺激に対して、刺激なしと刺激ありの違いをAIで認識できることが確認された。また、被験者の脳波を3名分まとめて、(刺激なし、瞬き刺激、香り刺激、音の刺激)の4カテゴリで分類した結果、(89%、87%、82%、86%)の精度で分類された。これらの結果から、被験者に関わらず、刺激なしと3種類の刺激ありの違いをAI認識できることが確認された。 以上のように、令和4年度は脳波計による脳活動データの取得方法と解析・分類方法を開発できた。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度の計画では、定点刺激と脳活動の関係を明らかにすること、生体計測装置(筋電図、心電図、脳波)を利用してLABNIRSで取得する脳血流データに加えて脳波を計測し、脳活動の特徴量をより詳細に調査すること、さらに、fMRI(磁気共鳴機能画像法)装置を利用して、被験者の頭部座標を正確に測定し、脳血流データとマッチングさせることで、脳活動マップの精度を向上させ、個人差を考慮したテーラーメイド医療に繋がる脳活動モデルを作成することであった。しかし、[5.研究実績の概要]で述べたとおり、LABNIRS(脳血流測定装置)の座標入力ペンの欠損(現在は新しいペンを別予算で購入済み)、脳血流取得チャンネルの新たな不具合により、脳血流データの取得が出来なかった。そのため、研究手段を脳波計でのデータ取得に切り替えたため、進捗状況を(3)やや遅れているとした。
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Strategy for Future Research Activity |
最終年度である令和5年度は、脳波計を利用した脳活動データを取得し、被験者の意思を予測するための脳活動モデルの作成に注力する。また、LABNIRSによる脳活動マップ作成に関しては、昨年度末に別予算で購入した座標入力ペンと正常動作しているチャンネルを利用して、可能な範囲で脳活動モデルの作成に取り組みたい。LABNIRSでのデータ取得と合わせて、総合機器センター(学内施設)が所有するfMRI(磁気共鳴機能画像法)装置を利用して、被験者の頭部座標を正確に測定し、脳血流データとマッチングさせることで、脳活動マップの精度を向上させ、個人差を考慮したテーラーメイド医療に繋がる脳活動モデルを作成する。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)