Neurotraining for Enhancing Working Memory in Developmental Disabilities

• Project/Area Number: 23K21865
• Project/Area Number (Other): 21H03853 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90150:Medical assistive technology-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 伊良皆 啓治 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (20211758)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2021: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
• Keywords: ニューロトレーニング / ワーキングメモリ / マルチタスクゲーム / アイトラッキング / ゲーミフィケーション / 発達障害 / 視線計測 / ADHD / ゲームフィケーション / 注意機能 / 自閉症

Outline of Research at the Start

本研究では、発達障害者の注意、集中の問題を改善するために、発達障害とワーキングメモリの関係を明らかにするとともに、ワーキングメモリを強化するニューロトレーニングを創出するものである。具体的には、脳波、心電図、顔の微小表情、視線の動き、微細な体動を計測、解析し、これらの情報を統合し注意や集中、感情の状態を可視化し、この情報を用いることで、最適な集中状態を維持し、ワーキングメモリを強化することができるニューロトレーニング法のデザイン、簡易トレーニングシステム開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ワーキングメモリを強化するためのニューロトレーニング法を開発し、それをシステム化することを目指している。具体的には、脳波や脳血流、心電図などの脳神経生理情報を計測し、さらに顔の表情や視線の情報を取り入れることで、障害者の学習やトレーニング時の注意集中・認知・感情を可視化する。これにより、その時々の個人の状態をフィードバックできるシステムを構築し、精神状態のコントロールを可能にする。
ニューロトレーニング法としては、注意機能を向上させることを目的に、VRシステム上でマルチタスクゲームを開発した。このゲームにおいて、プレイヤーの視線の移動をアイトラッキングによって調査した。結果として、トレーニング効果によりゲームパフォーマンスが向上するにつれて、ゲームプレーヤーはターゲットに視線を集中させ、移動方向の確認を周辺視野で行う傾向が見られた。これにより、周辺視野ベースの戦略に早期に慣れることができ、実現可能性を確保しつつマルチタスクの効率を最適化することが期待される。この成果は、視線に基づく認知トレーニングプロトコルの効果的な開発に寄与する。
さらに、今年度はワーキングメモリトレーニングにおいて、ワーキングメモリのパフォーマンス向上に寄与すると考えられるゲーム要素を取り入れたゲーミフィケーションについても検討を行った。その結果、視覚的効果を得るキャラクター要素の追加と、それによるフィードバック効果が示された。

Research Products

• [Journal Article] The Effect of Inclusive Musical Theater Based Intervention for Individuals with Neurodevelopmental Disabilities (2024)
  • Author(s): Ai Kusayanagi, Keiji Iramina
  • Journal Title: 2024 16th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON) Volume: - Pages: 1-4
  • DOI: 10.1109/bmeicon64021.2024.10896366
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Analysis of Brain Activity During Inner Speech of Vowel and Directional Prompts (2024)
  • Author(s): Ryuji Tanabe, Yutaro Nakada, Keiji Iramina
  • Journal Title: 2024 16th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON) Volume: - Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/bmeicon64021.2024.10896320
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Predictive Coding and Surprisal Effects on N400 Amplitude: An ERP Study Using BERT-Based Language Models in Japanese Contexts (2024)
  • Author(s): Yutaro Nakada, Hiroyuki Iwata, Keiji Iramina
  • Journal Title: 2024 16th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON) Volume: - Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/bmeicon64021.2024.10896356
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of Time-varying Brain Network Activity Using Functional Connectivity and Graph Theory during Memory Retrieval (2024)
  • Author(s): Sho AGENO, Keiji IRAMINA
  • Journal Title: Advanced Biomedical Engineering Volume: 13 Issue: 0 Pages: 123-133
  • DOI: 10.14326/abe.13.123
  • ISSN: 2187-5219
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linear Relationship between Corticomusclar Coherence and Upper Limb Voluntary Contraction (2023)
  • Author(s): Yueling Zhang, Keiji Iramina
  • Journal Title: 2023 15th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON) Volume: - Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/bmeicon60347.2023.10322082
• [Journal Article] Differences in EEG-based Brain Network Activity during Non-REM Sleep (2022)
  • Author(s): Sho Ageno, Shu Tanaka, Ryoya Okura, Keiji Iramina
  • Journal Title: Advanced Biomedical Engineering Volume: 11 Issue: 0 Pages: 109-116
  • DOI: 10.14326/abe.11.109
  • ISSN: 2187-5219
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of brain activity in success and failure in single and multitask game (2021)
  • Author(s): Fumiya Sanuki, Nonthaporn Nakphu, Ayumi Tahara, Shodai Suehiro,Haruki Nishimura, Keiji Iramina
  • Journal Title: 2021 13th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON) Volume: - Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/bmeicon53485.2021.9745233
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Working Memory Training on Learning Ability of High School Students (2021)
  • Author(s): Misato Oka, Junna Muta, Kiko Sato, Eiji Ikuta, Keiji Iramina
  • Journal Title: 2021 13th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON) Volume: - Pages: 1-4
  • DOI: 10.1109/bmeicon53485.2021.9745247
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ゲーム要素がN-back課題に与える影響 (2025)
  • Author(s): 古郷 咲, 伊良皆 啓治
  • Organizer: 2025年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] Investigation of the effects of different gaze patterns during cognitive training (2025)
  • Author(s): 周 子昂, 伊良皆 啓治
  • Organizer: 2025年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] Explore how the different cue-target intervals (CTI) affect switch cost and mixing cost in EEG (2025)
  • Author(s): 徐 蘭, 伊良皆 啓治
  • Organizer: 2025年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] 非実在体部位の運動想起中の脳波解析 (2025)
  • Author(s): 工藤雅人, 伊良皆啓治
  • Organizer: 2025年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] 脳波を用いたサッカーにおける発散的創造性と空間認識能の関連性の調査 (2025)
  • Author(s): 佐藤大也，伊良皆啓治
  • Organizer: 2025年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] 母音及び方向プロンプトを使用した声想起時の脳波を用いた脳活動の分析 (2025)
  • Author(s): 田邊竜司，伊良皆啓治
  • Organizer: 2025年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] Characteristics of visual motor imagery connectivity network based on EEG multiscale transfer entropy (2025)
  • Author(s): Zhou Haobo
  • Organizer: 2025年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] The Effect of Inclusive Musical Theater Based Intervention for Individuals with Neurodevelopmental Disabilities (2024)
  • Author(s): Ai Kusayanagi, Keiji Iramina
  • Organizer: 2024 16th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Analysis of Brain Activity During Inner Speech of Vowel and Directional Prompts (2024)
  • Author(s): Ryuji Tanabe, Yutaro Nakada, Keiji Iramina
  • Organizer: 2024 16th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Predictive Coding and Surprisal Effects on N400 Amplitude: An ERP Study Using BERT-Based Language Models in Japanese Contexts (2024)
  • Author(s): Yutaro Nakada, Hiroyuki Iwata, Keiji Iramina
  • Organizer: 2024 16th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脳波を用いたメンタルワークロード検出に感情が及ぼす影響 (2024)
  • Author(s): 原田 岬, 伊良皆 啓治
  • Organizer: 2024日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] ECGを用いた動画視聴中の恐怖と不安の遷移評価 (2024)
  • Author(s): 高妻 令成 , 伊良皆 啓治
  • Organizer: 2024日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] 指の無意識的運動実行による分類精度向上可能性の調査 (2024)
  • Author(s): 清原 武志 , 伊良皆 啓治
  • Organizer: 2024日本生体医工学会九州支部学術講演会
• [Presentation] Working memory study using EEG and NIRS for early detection and intervention ADHD (2023)
  • Author(s): Keiji Iramina
  • Organizer: 2023 Coference Korean Society of EEG and Neurophysiology
• [Presentation] Linear Relationship between Corticomusclar Coherence and Upper Limb Voluntary Contraction (2023)
  • Author(s): Yueling Zhang, Keiji Iramina
  • Organizer: BMEiCON2023
• [Presentation] Effect of Working Memory Training on Learning Ability of High School Students (2021)
  • Author(s): Misato Oka, Munna Muta, Kiko Sato, Eiji Ikuta,Keiji Iramina
  • Organizer: 13th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comparison of brain activity in success and failure in single and multitask game (2021)
  • Author(s): Fumiya Sanuki, Haruki Nishimura, Shodai Suehiro, Keiji Iramina
  • Organizer: 13th Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The difference of EEG based brain network activity during non REM sleep (2021)
  • Author(s): 揚野 翔、大倉諒也、伊良皆啓治
  • Organizer: 生体医工学シンポジウム2021