2017 Fiscal Year Research-status Report
Cognitive brain monitoring based on analyses of fixation eye movements and event related fNIRS signals
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17K06474
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
小濱 剛 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (90295577)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 久 近畿大学, 生物理工学部, 教授 (50278735)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 固視微動 / マイクロサッカード / fNIRS / 認知機能 / 視覚的注意 / 機能的結合 / 客観的評価 / 生体信号解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，注意の統制に関与する機能的な神経ネットワークにおける情報処理過程を客観的にモニタリングする手法の確立を目的とするものである．注視を維持した状態で注意だけを移動させる空間手がかり課題を実施し，ランダムなタイミングで現れる妨害刺激を意図的に無視するようなタスクを課した際に計測された固視微動を解析することにより，被験者の注意の集中状態を定量的に把握する．これと同時に，目標刺激および妨害刺激の提示時刻に関する事象関連fNIRS信号の計測し，その解析に基づいて注意の統制に関与する神経ネットワークの客観的評価を試みる．
初年度は，固視微動から能動的注意の集中度を計測するための手法を確立するために，受動的な注意の移動に伴ってマイクロサッカードが誘発されうるかを確認した．注視を維持した状態で，ランダムなタイミングで周辺視野に光刺激を提示する実験を実施し，このとき計測されたマイクロサッカードの発生頻度を解析した．その結果，光刺激が視認できた条件では，刺激提示に伴って，マイクロサッカードの抑制とリバウンドが発生した．このことから，固視微動の解析に基づき，意図的でない注意の移動が把握できる可能性が示された．
一方，視覚的注意の統制に関与する脳活動がfNIRSで計測可能であることを確認するために，空間手がかり課題遂行中の右脳頭頂側頭接合部周辺におけるfNIRS信号を計測し，注意機構によって生じる脳活動の修飾を評価するための解析手法を検討した．その結果，注意の配置場所とは異なる位置に提示されたターゲットに対して，頭頂側頭接合部付近に賦活が認められ，fMRI計測に基づいた従来知見と矛盾のない結果が得られた．
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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
申請時の平成29年度の計画では，注視を維持しつつ，注意だけを移動させる空間手がかり課題を実施し，被験者の能動的注意の操作を統制し，受動的注意によるターゲット検出課題への影響を評価することを目指した．これによって，トップダウン注意の制御と，ボトムアップ注意による割り込み処理がもたらされ，注意の統制に関与する機能的な神経ネットワークを効率的に賦活させることを期待し，このときの固視微動およびfNIRS信号の解析を行うことを計画していた．研究の概要に記したように，これらの計画に沿って，固視微動および事象関連fNIRS計測実験を実施し，固視微動の解析に基づき，意図的でない注意の移動が把握できること，および，fNIRSにより注意の配置場所とは異なる位置に提示されたターゲットに対する，脳活動が計測可能であることを示す結果が得られた．これらの成果は，国際会議および国内学会にて研究発表するに至っており，研究計画に従って順調に進展しているものと判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は，眼球運動と事象関連fNIRS信号の同時計測を実施し，主としてfNIRS信号の解析に力点を置く予定である．これまでの研究において，身体動作，心拍，血圧変動が混入した皮膚血流によるアーチファクトをfNIRS信号から除去する手法を確立しつつあり，これを前処理として適用することで，可能な限り正確に脳活動に伴ったヘモグロビン流量の変動を抽出する．得られたアーチファクト除去信号に対して，申請時に計画した実験を実施する．
計測されたfNIRS信号に対して，トップダウン注意を誘導するためのキュー刺激と，ボトムアップ注意を誘導するキュー刺激のそれぞれの提示時刻を時間原点に取った事象関連fNIRS信号を抽出し，複数の試行で得られた信号に対する加算平均信号を算出して，タスクに依存した賦活の有無を統計学的に検証する．このとき，一般線形モデルと呼ばれる毛細血管中のヘモグロビン変動量の応答モデルをフィットし，Cochran-Orcutt法等により系列相関を無くす処理を適用することで，その精度の向上を目指す．
このようにして抽出された脳機能成分信号に対して，fNIRS信号のチャネル間の相互相関分析などを適用し，注意機構の機能的なネットワークと，その情報処理過程のモデル化を目標にして研究を進める予定である．
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| Causes of Carryover |
申請時には，平成29年度に「非接触型アイトラッカー」および「データ解析用コンピュータ」を設備備品費，ハードディスク等の内蔵部品を消耗品費，学会等の出張旅費，被験者謝金をそれぞれ計上していた．実際に交付された予算に応じて，申請時に想定していた「非接触型アイトラッカー」よりも高性能かつ安価な「ヘッドマウント型視機能評価機(眼球運動計測器)」に変更して調達した上で，学会旅費は予定通りに執行したものの，予算の不足により「データ解析用コンピュータ」の導入は見送った．そのために次年度への繰り越しが発生した．
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Research Products
(23 results)
