生理学的特徴を抽出する深層学習モデルの構築と脳波による意思抽出への応用
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21K21313
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
1002:Human informatics, applied informatics and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丸山 裕恒 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (50913258)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 脳波 / ブレイン・コンピュータ・インタフェース / ALS / 深層学習 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、脳波から意思を抽出するブレイン・コンピュータ・インタフェース (BCI) の実用可能性を高めることを目的とし、脳領域別に分離した脳波の信号源電流の中から、意思に関する情報として生理学的に妥当な信号を深層学習により抽出する手法の確立を目指す。頑強性の高いBCIを確立し、運動機能が制限された閉じ込め症候群患者とのコミュニケーションへの適用を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳活動のみからコンピュータや外部装置の制御を行うブレイン・コンピュータ・インタフェース （BCI） は、運動機能が低下する筋萎縮性側索硬化症 (ALS) などの患者にとって、非常に重要なコミュニケーション手段である。本研究は、脳波から細分化された脳領域別に分離した信号（信号源電流）を推定し、それらの中から意思に関する情報として生理学的に妥当な信号を深層学習により抽出する手法の確立により、脳波から意思を抽出するBCIの実用可能性を高めることを目的としている。
本年度は、事前に電気による感覚刺激と想起した意思の条件づけを行った対象者が「はい」または「いいえ」を想起するBCI実験をALS患者に対して実施した。その後、解析において深層学習により「はい」と「いいえ」のどちらを想起しているか識別を行うBCIシステムの患者への有効性を確認した。
また、脳波によるALS患者の感情認識システムの確立を目指して、健常者が風を浴びた際の心地よさを報告する実験の脳波データから、風の心地よさの識別を行った。その結果、風速にかかわらず、チャンスレベルより統計的に有意に高い識別率で脳波から風の心地よさの識別を行うことができた。また、風の心地よさの認識に有効な脳波の特徴を特定した。
今後は、実験時の患者の負担軽減や、データ数を増やすことによる深層学習の精度向上を目的として、異なる患者間でのBCIシステムの適用可能性について検討を行う。また、BCIシステムの精度向上に重要な脳波のノイズ除去手法についての研究も行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ALS患者の脳波計測実験を実施し、データの解析を行った。その結果、はい・いいえの識別をチャンスレベルより統計的に有意に高い精度で行うことができた。開発した手法の有効性を実験において検証できたことから、順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ALS患者の脳波データを使用し、異なる患者間でのBCIシステムの適用可能性について検討を行う。
また、BCIシステムの更なる精度向上を目指し、ALS患者の脳波データ中の環境ノイズの除去手法について、シミュレーションや実データを使用した研究を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
