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): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (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 / 発達障害 / ワーキングメモリ / 視線計測 / ADHD / マルチタスクゲーム / 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とともに、脳波や脳血流、心電図など脳神経生理情報、加えて顔の表情や視線の情報を計測することにより、障害者の学習やトレーニング時の注意集中・認知・感情を可視化し、その時々の個人の状態をフィードバックし、精神状態のコントロール行えるようなシステムの構築を目指している。
これまで、ニューロトレーニング法として注意機能を向上させるためのマルチタスクを用いたVRシステム上でのマルチタスクゲームの開発を行った。今年度は、このゲームのトレーニング効果を上昇させるためゲーム中のバックグランドミュージックの影響について調べた。マルチタスクゲーム中のBGMのテンポをタスクの難易度に合わせて変化させ、認知機能への影響を調べた。高めのテンポを使用することで覚醒度、気分、没入感が向上し、タスクの進行に合わせてテンポを変化させることで情報処理への負荷が軽減すること期待できる。ゲーム課題の得点の結果でその効果を評価した結果、テンポを変化させた群ではGo/Nogo課題の成績が高くなった。質問紙調査の結果、課題中の覚醒や気分の変化は認められなかったので、バックグランドミュージックのテンポの変化が、パフォーマンスの増加に効果があることがわかった。
このほかに、ゲーム中に心電図を計測し時々刻々変化する感情を評価するための回帰モデルを考案した。現在、この回帰モデルの妥当性を検証している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の計画であるニューロトレーニングの方法であるマルチタスクゲームに関しては、プロトタイプのゲームが完成している。タブレット端末にも実装し、このマルチタスクゲームを大学生の被験者を用いて評価した結果、若干の効果があることが示された。しかし、その効果は大きなものではなく、ゲームのデザインや難度など検討すべき点は残されており、改良を行っている。このシステムを大学生に用いた検証実験では、大きな効果は見られておらず、実際のADHDや自閉症スペクトラムなど発達障害を有している子供を対象に検証実験を行い、ゲームの効果を調べることが望まれるが、現在は、まだ実施できていない。

Strategy for Future Research Activity

本ニューロトレーニングの対象としているのは、発達障害児や発達障害までは診断されないグレーゾーンとよばれている子供であるが、これらの対象者に対する評価実験に対してはこれからであり、現在、これらの実験に協力してくれる実験協力者を探している。
また、ゲームをしている最中の脳波、視線情報など、ゲームの成績との関連性を調べることによって、被験者の注意機能の変化を示すモデルの開発を行う。

Research Products

• [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
  • Peer Reviewed
• [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] 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