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確率共鳴を用いた聴覚型ブレインマシンインターフェースの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06462
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 計測工学
研究機関山口大学

研究代表者

西藤 聖二  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (60253168)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードブレインマシンインターフェース / ブレインコンピュータインターフェース / 確率共鳴 / 聴性定常反応 / 定常状態体性感覚誘発電位 / アルファ波 / 視覚機能に依存しないBCI / 視覚機能に依存しないBMI / ピンク雑音 / クラスター分析 / 聴覚型BMI / 触覚型BMI / 自発型BMI / 計測工学 / ブレインマシーンインターフェース / ブレインコンピュータインターフェイス
研究成果の概要

本研究課題では、確率共鳴を用いた聴性定常反応による聴覚型BMIを中心に、非視覚型BMIの研究開発を行った。まず、確率共鳴の雑音特性への依存性を調べて、ピンク雑音が最も確率共鳴を誘発しやすいことを見出した。雑音を付加した聴覚刺激を用いたBMIでは、雑音無付加時に比べて判別精度が10%改善され、被験者平均が77%となった。さらに、体性感覚誘発電位を用いた触覚型BMIと、α波を用いた自発型BMIの可能性を検討した。その結果、触覚型BMIでは低変調周波数で振幅変調された振動刺激によるBMIの判別精度の改善と、自発型BMIでは言語(しりとり)課題による効率的なα波の変調と80%を超える判別精度を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ブレインマシンインターフェース(BMI)は、脳波を用いて他者に自らの意思を伝えることができる。従来のBMIでは点滅光を用いた視覚型が主流であるが、光による疲労や視覚障碍者では利用できない場合があることが課題である。本研究では聴覚型BMIを始めとした非視覚型BMIの研究を行った。特に、雑音が脳波の振幅を増幅する確率共鳴を利用して、適切に雑音を加えることによって聴覚型BMIの精度を改善できた。触覚刺激を用いたBMIと、α波を用いたBMIの可能性についても明らかにした。これらによって、視覚機能が不要なBMIの可能性が広がった。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Impact of characteristics of noise added to auditory stimulus on auditory steady-state response2019

    • 著者名/発表者名
      K. Monobe, A. Matsubara and S. Nishifuji
    • 雑誌名

      Proceedings of 2019 IEEE 8th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE)

      巻: - ページ: 842-845

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Independent brain computer interface using modulation of spontaneous EEG rhythms by semantic recall of four-character idioms2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yasunaga, A. Matsubara and S. Nishifuji
    • 雑誌名

      Proceedings of the SICE Annual Conference 2019

      巻: - ページ: 1148-1151

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 精神作業時の脳波に匂い刺激がもたらす効果2019

    • 著者名/発表者名
      川口 貴大,松原 篤,西藤 聖二
    • 雑誌名

      第36回センシングフォーラム

      巻: - ページ: 1-7

    • NAID

      40022049303

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Brain Computer Interface Using Modulation of Auditory Steady-State Response with Help of Stochastic Resonance2018

    • 著者名/発表者名
      S. Nishifuji, H. Nakamura and A. Matsubara
    • 雑誌名

      Proceedings of 40th Annual International Conference of the IEEE EMBS (EMBC2018)

      巻: - ページ: 2028-2031

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Auditory Brain Computer Interface Based on Steady State Response to Amplitude Modulated Tone Using Neural Networks2018

    • 著者名/発表者名
      S. Nishifuji, H. Nakamura, A. Matsubara
    • 雑誌名

      Proceedings of SICE Annual Conference 2018

      巻: - ページ: 1292-1295

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Auditory Brain Computer Interface Using Neural Network2018

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura, A. Matsubara and S. Nishifuji
    • 雑誌名

      Proceedings of 2018 IEEE 7th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE 2018)

      巻: - ページ: 487-491

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Eyes-closed brain computer interface using modulation of steady-state visually evoked potential and auditory steady-state response2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nishifuji, A. Matsubara, Y. Sugita, A. Iwata, H. Nakamura and H. Hirano
    • 雑誌名

      Proceedings of the SICE Annual Conference 2017

      巻: - ページ: 1138-1143

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Noise-assisted auditory brain computer interface2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura, A. Matsubara and S. Nishifuji
    • 雑誌名

      Proceedings of 2017 IEEE 6th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE 2017)

      巻: - ページ: 322-326

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 確率共鳴を用いた聴覚型ブレインコンピュータインターフェース2017

    • 著者名/発表者名
      中村 宏貴,松原 篤,西藤 聖二
    • 雑誌名

      第34回センシングフォーラム

      巻: - ページ: 303-313

    • NAID

      40021319735

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳波における定常状態体性感覚誘発電位のコミュニケーションへの応用2019

    • 著者名/発表者名
      松岡 聖人,神村 勇登,松原 篤, 西藤 聖二
    • 学会等名
      第36回センシングフォーラム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 振動の選択的注意による脳波の変調に基づいた意思表現2019

    • 著者名/発表者名
      神村 勇登,松岡 聖人,松原 篤, 西藤 聖二
    • 学会等名
      第28回計測自動制御学会中国支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ニューラルネットワークを用いた聴覚脳波によるインターフェース2018

    • 著者名/発表者名
      中村宏貴,松原 篤,西藤聖二
    • 学会等名
      第35回センシングフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ニューラルネットワークを用いた聴覚脳波のコミュニケーションへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      中村宏貴,松原 篤,西藤聖二
    • 学会等名
      第62 回 システム制御情報学会研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 音刺激に付加する雑音の特性が聴性定常反応に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      物部魁士,中村宏貴,松原 篤,西藤聖二
    • 学会等名
      第35回センシングフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 眼球制御が不要なブレインコンピュータインターフェース2017

    • 著者名/発表者名
      西藤 聖二,中村 宏貴,岩田 晃,松原 篤
    • 学会等名
      第26回計測自動制御学会中国支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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