2014 Fiscal Year Research-status Report
頭頂葉の高能率脳波デコーディングによる運動意図の早期検出とBMI応用
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26540102
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
田中 聡久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70360584)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 神経工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
後部頭頂皮質 (PPC; Posterior Parietal Cortex) は，運動の意図に関与する脳部位である．運動意図に関連したPPCの脳活動は，随意運動発現前に実際の運動の有無に関わらず生じることが知られている．Wangらは，PPCにおける運動意図に関連した脳波を頭皮脳波から抽出し，脳コンピュータインターフェース (BCI; brain--computer interface) に応用できると報告している．しかしながらこの論文では，実験で視覚的にキューを与えているにもかかわらず，視覚刺激による誘発脳波や実験の指示に注目する際の眼球運動に関連する成分が，抽出した脳波に混入している可能性について検討していない．したがって，脳波から抽出した成分が本当に運動意図に関連しているのか明らかではない．
そこで今年度は，視覚だけでなく，触覚的にキューを与える実験も実施し，その両者を比較した．
脳波は29チャンネルで測定し，低品質なトライアルを除去した後，PPCにおける活動の脳波を独立成分分析によって抽出した．その結果，視覚的にキューを与えた実験では，Wangらが得た結果と同様の特徴を持つ電圧の時間変化を観測した．一方，触覚的にキューを与えた実験では，同様な電圧の時間変化は観測されなかった．このことから，Wangらの報告した運動意図に関連した脳波は，視覚刺激に由来するものであることが示唆される．
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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
研究目的に記載した問題点4つのうち，以下に記す3点について進展があったため．
(1) 眼球運動や視覚刺激の影響を排除した実験バラダイムを提案し,
(2) 運動意図に関連した脳波を比較的少ない電極数(16-32 ch 程 度)で抽出できるような信号処理・機械学習アルゴリズムを明らかにする.
(3) その上で,PPC → 運 動野(運動前野・一次運動野)の情報伝達の動きを脳波から可視化することで明らかにする.
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| Strategy for Future Research Activity |
視覚刺激と触覚刺激の場合で，PPCにおける運動意図の現れ方が異なることが明らかになった．今後は研究計画書にある通り，聴覚刺激によるキュー提示する実験を実施する．さらに，
今後は具体的な外部出力型ブレイン・マシン・インタフェース（BMI）に，本研究で得られた手法を実装する．具体的な脳波データを対しては，既存の各種信号処 理・機械学習アルゴリズムを適用し，どのような手法がもっとも適切かの知見を積み重ねる．また，ノイズ を除去するための各種前処理（独立成分分析，主成分分析，ウィナーフィルタ，適応フィルタ，カーネル適応マシン等）を適 用する．出力結果を比較し，PPC からの成分を失なわずに済む方法を見つける．さらに，特徴抽出過程においては，機械学習界隈で用いられている各種の特徴量，また，識別過程においては，ベイ ズ識別則，線形判別分析，サボートベクトルマシン，ディーブラーニングなどの各種手法をできるだけ実装することで比較し，PPC 成分の識別にもっとも適した方法を模索する．
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| Causes of Carryover |
タスク呈示装置を，申請時に予定したものより安価な液晶ディスプレイに変更した．これは，申請金額より交付金額が明らかに少なかったからである．液晶ディスプレイは，すでに東京農工大学に設置されているものを使用したため，差額としての残額が生まれた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究を効率的に遂行するために，大学院生を研究に参画させる．また，次年度使用額を用いて，参画した大学院生の旅費を利用する．さらに，計算機実験用のコンピュータを購入する．
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Research Products
(1 results)
