2015 Fiscal Year Research-status Report
機械的触覚刺激による事象関連電位を用いた意図情報の抽出
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26350496
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
堀 潤一 新潟大学, 自然科学系, 教授 (80209262)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ブレインコンピュータインタフェース / 触覚刺激 / 事象関連電位 / オドボール課題 / 触覚ディスプレイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，視聴覚を用いずにコミュニケーションを実現する方法として，触覚刺激を用いたコミュニケーション支援システムを開発することを目的とした．触覚刺激を提示したときの脳波より，ユーザの意図情報を抽出するブレインコンピュータインタフェース(BCI)の開発を目指した．点字ディスプレイとして使用されている機械的触覚刺激装置とワイヤレス小型脳波計を用いて意思伝達システムを構築し，触覚の認知・識別に関する事象関連脳電位の諸特性を調査した．
視覚または聴覚を感覚刺激とした研究は多く実施されてきたが，視聴覚に障害がある場合限界があり，重要な情報源である視聴覚機能を温存したいという要望もある．本研究では視聴覚に代わる刺激として触覚に着目した．具体的には，触覚刺激装置によって異なる刺激を使用者の指に提示し，使用者はどれか1つの刺激に注目した．そのときの脳波を解析し，P300を検出することで，使用者の意図情報を抽出した．
昨年度構築した触覚刺激型BCIシステムを用いて，今年度は識別精度を決定する要因について検討した．2選択BCIに限定して刺激提示部位と刺激提示頻度の違いについて調査した結果，片手と両手では個人差があり，刺激提示頻度については１：３で高い精度が得られることを確認した．官能検査より，個人によって片手に集中しやすい場合，または両手にも集中できる場合があった．また，刺激提示頻度を１：３とすることで1タスクに要する時間を短縮でき，結果として集中力が持続したと考えられる．本年度の結論として，触覚刺激を用いたBCIの精度は，被験者のタスクに対する集中度が強く影響することが示唆された．本研究で開発した触覚刺激型BCIによってチャンスレベルよりも高い確度が得られ，集中力を持続させる方法を確立すれば実用化の可能性が十分あることが示唆された．
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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
本研究では，触覚刺激の提示による意思伝達システムを構築することを最終目標としている．この目標を達成するため，平成26年度は触覚刺激型BCIシステムを構築し，平成27年度以降は，まず健常者を対象とした実験を実施して評価・改良を行い，その成果をもとに実際の現場へ適用する計画であった．平成26年度は多チャンネル触覚刺激型BCIシステムを構築し，平成27年度は健常者を対象とした実験により精度向上の可能性について検討した．具体的には，制御用PC，触覚刺激装置，触覚刺激用プローブ，並びに携帯型脳波計で構成した触覚刺激型BCIシステムを用いて，健常者を対象とし，様々な条件下で脳波計測実験を実施した．
予備実験として，片手で刺激頻度4:1の2選択BCIと，両手で刺激頻度3:1の4選択BCIの比較を行った．次に，識別精度に与える要因を探るため，実験条件をそろえて両手と片手，刺激頻度，選択数を変えた場合の試験実験を実施した．結果として，確度は被験者のタスクへの集中度によって強く影響されることが示唆され，今年度の目標がおおむね達成された．蓄積された実験データを対象として，触覚刺激誘発電位に対応した特徴抽出法，特徴判別法について，引き続き検討中である．
研究成果の一部をIEEE Engineering in Medical and Biological Society国際会議等で発表し，国内外の専門家との研究内容に関する討論を行うことで，今後の研究方針の参考とした．さらに，視覚，聴覚刺激に対する事象関連電位に関する研究や視覚，聴覚刺激型BCIに関する研究も並列に遂行しており，本研究テーマの触覚刺激型BCIとの関連性，相違点等について検討を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで得られた研究成果を参考の上，健常者を対象とした触覚刺激型BCIの試験研究を継続して行い，特に識別精度を向上させる方法について検討する．平成27年度の研究成果より，タスクへの集中力が精度に与える影響が大きいことが確認されたので，いかに被験者の集中力を持続させるかについて実験を通して検証する．具体的な実験計画を以下に示す．
平成27年度は2選択BCIに限定して，精度に与える要因を考察した．平成28年度は4選択BCIなど選択数を増やした場合について実験を実施する．片手と両手，刺激頻度等，他の条件を固定して，選択数を変化させた場合の実験を通して，より精度の高いBCIの実現を目指す．このとき，選択数と精度の関係性については，情報伝送量を用いて評価する．
健常者を対象とした脳波計測実験を通して，触覚刺激による事象関連電位の諸特性を引き続き調査する．刺激提示のパラメータとして，触覚刺激部位，刺激選択数，刺激の空間パターン，刺激間隔ならびに刺激頻度を考慮し，触覚刺激を用いた意思伝達への適合性を調査する．特に，片手のみの刺激と両手への刺激については，被験者により異なる結果が得られているので，その原因を官能評価などと照らし合わせて考察する．触覚刺激型BCI実現に向けて最適な特徴抽出法，判別法，ならびに検証法についても検討する．
実験結果を踏まえて，実際の現場へ適用する．新潟ALS協会の協力のもと，実際のユーザや介護者，医療従事者から意見をいただき，システムの評価，改良を行う．実環境での脳波計測では，雑音情報を考慮した脳機能可視化手法の研究成果を適用することにより，高精度化を目指す．最終的に，個人個人に適応した触覚刺激型BCIの構築手法を確立し，実用化へ向けた意思伝達システムのプロトタイプを作成する．
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Research Products
(4 results)
