Neurofeedback based on invasive BMI using multiscale neural information in vocalization

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K09452
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56010:Neurosurgery-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kunii Naoto 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (80713940)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川合 謙介 自治医科大学, 医学部, 教授 (70260924)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ニューロフィードバック / 単一ニューロン活動 / 皮質脳波 / ブレインマシンインターフェイス

Outline of Final Research Achievements

Using our self-developed intracranial hybrid electrode consisting of microelectrodes and macro-grid electrodes that can be complementary sources of information for decoding, we recorded and analyzed the single unit activity and high frequency oscillatory activity in the vocalization-related sensorimotor cortex while participants performed letter-reading task.
We succeeded in constructing a real-time decoding system that classify the brain activity. Real-time feedback of the decoded information was performed in 4 cases. However, no improvement in decoding accuracy was observed over time. Increasing the number of single units and providing a longer feedback period were considered necessary for successful real-time feedback.

Free Research Field

脳神経外科

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

医療の発達により、発声機能を失った患者の長期生存が可能となってきている。発声機能を補う手段のひとつとして、侵襲的ブレインマシンインターフェイス（BMI）の利用が期待される。マルチスケールな神経活動に基づいたフィードバックにより機能的再組織化を促すコンセプトは新規性が高く、本システム構築の意義は大きい。臨床的制約により、現状では長期間のフィードバックを行うことは困難であるが、将来的には長期植込型の頭蓋内脳波計測システムの臨床使用も見込まれており、本研究の成果は有望なBMI技術につながり得る。メタバースの普及に伴うコミュニケーションBMIの需要の高まりに備える意味でも、本研究の社会的意義は大きい。