2012 Fiscal Year Research-status Report
単一試行脳波から脳活動状態変化を検出する新しい統計的解析手法の開発
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24700422
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
成瀬 康 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所脳情報通信研究室, 主任研究員 (00455453)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 脳波解析 / 位相シフト / 機械学習 / ラインプロセス |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，単一試行の脳波から，脳の状態変化を捉えることが出来る統計的解析手法を確立することで，高次脳機能解析やブレインマシーンインターフェースの発展に寄与することである．具体的には，脳波の中で顕著に現れるα波に注目し，何かを見たといった外的な要因や何かがわかったといった内的な要因に伴ってα波が変化することを利用し，このα波の状態変化を単一試行から検出する新たな手法を，申請者がこれまでに構築した手法を発展させることにより構築する．
平成24年度では，α波の位相シフトを単一試行から検出する新たな手法を確立した．本手法は，周期的自発活動の振幅及び位相を状態空間モデルでモデル化し，そこに急激な変化(シフト)に対応するためにラインプロセスを考慮したものである．シミュレーションデータ，フラッシュ刺激時の脳波データに適応し，本手法の有効性を示した．これまでは，脳波のS/N比が悪いことから何らかの意味で試行間において加算平均を行い，位相シフトを抽出していた．このように加算平均を行うと言うことは，試行間で同期している活動しか抽出出来ないことを意味する．しかし，必ずしも位相シフトが試行間で同期している訳では無いと思われるため，試行間で同期していない位相シフトを見落としていたことになる．本手法では，単一試行から位相シフトを抽出出来るため，試行間で同期していない位相シフトも検出可能である．本手法を用いることで，これまで検出出来ていなかった，試行間で非同期の位相シフトの検出に成功し，このような非同期の位相シフトが存在していることを示すことが出来た．この結果は，Physical Review E誌に投稿し，採択された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究計画段階においては，H24年度はアルゴリズムの開発及び，シミュレーションデータへの適応までとしていたが，実際には，実験データにも適応することが出来た．さらには，その結果をまとめて論文を投稿し採択されるレベルにまで到達しており，当初の計画以上に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
現状では，フラッシュ刺激に対する脳波という，受動的な脳活動のデータに適応し，位相シフトが存在していることを示したに過ぎない．それ故，次に明らかにするべきことは，どのような位相シフトが起こっているのか，また，この位相シフトの機能的意味はどのようなものかについて明らかにする必要がある．
以上を明らかにするために，位相シフトについてさらに詳細に調べることが必要となり，また，フラッシュ刺激と言った受動的な脳活動データのみならず，何かを見たら行動するといった，能動的な脳活動データにも本手法を適応し，解析することが必要となる．これを行う上で，さらなる解析や実験を行いつつ，また，より，詳細に解析をするためのアルゴリズムのブラッシュアップを行うことが，今後の研究推進の方策である．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
H25年度においては，これまでに開発したアルゴリズムを何かを見たら行動するといった，能動的な脳活動データに適応する予定である．この脳活動データは脳磁図を用いて計測する予定であり，脳磁図は脳波に比べて多くのチャネルからデータ計測が可能となる．それ故，効率的に解析を行うために，解析用の計算システム（Xeon等の高速CPU+GPGPU可能な演算ボード）の導入を予定している．
また，これまでの研究成果を発表するために，国内外の学会に参加予定であり，また，他機関にいる共同研究者と議論を行うための旅費が必要となってくる．
その他，実験を行うための消耗品等を予定している．
昨年度からの繰り越し分に関しては，昨年度中に，解析用の計算システムの導入を予定していたが，計算アルゴリズムの効率化に成功し，昨年度実施分の計算に関しては既存の計算機で可能であったため，計算機の進歩の速度は日進月歩であることから必要となったときの直前に導入した方が効率的であるため，昨年度での導入を見送った分である．今年度は，上記のように，脳磁図データの解析を予定しており，これは，解析すべきデータ量が膨大になることから，計算システムの導入を予定している．
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Research Products
(6 results)
