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脳の特徴に基づいたテーラーメイド・ブレイン・マシン・インターフェイス

研究課題

研究課題/領域番号 20H04236
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分61020:ヒューマンインタフェースおよびインタラクション関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

笠原 和美 (疋島和美)  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (30706164)

研究分担者 澤田 和彦  つくば国際大学, 医療保健学部, 教授(移行) (10284324)
LI Yuzhe  沖縄科学技術大学院大学, 神経計算ユニット, スタッフサイエンティスト (30815436)
肥後 範行  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究グループ長 (80357839)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
キーワードブレイン・マシン・インターフェイス / BMI / MRI / 脳波 / 個人差 / イメージ / Brain-Machine Interface / Brain-Computer Interface / fMRI / 可塑性
研究開始時の研究の概要

ブレイン・マシン・インターフェイスは、患者の脳活動に基づいてパソコンや車椅子などの機械を動かすことで、病気やけがにより失われた脳機能を代替する技術である。しかし、その操作能力には個人差があり、上手く操作出来ない患者も多い。そこで本研究は、ブレイン・マシン・インターフェイスの操作時に、被験者が「何をどのように(what, how)」イメージし、「何秒で(how long)」学習するかについて、その個人差を脳の特徴から分析することで、操作能力の個人差を解決するテーラーメイド・ブレイン・マシン・インターフェイスを開発する。

研究成果の概要

ブレイン・マシン・インターフェイス(BMI)は、患者の脳活動を読み取り、その活動に基づいて機械を動かすことで、病気やけがにより失われた脳機能を代替する技術として開発が進んでいる。しかし、BMIの操作能力には個人差があり、うまく操作できない被験者も多く、個人差の原因はわかっていない。そこで私たちは、誰もが利用できるBMIを目指し、操作能力の個人差について、被験者の脳の個人差から明らかにしようと考えた。
本研究では、BMI操作に関わるイメージ方法と脳ネットワークの個人差について明らかにし、BMI操作に対する脳刺激の効果について新しい知見を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、ブレイン・マシン・インターフェイスの操作に関わる個人差を明らかにした。本研究の結果を手掛かりに、被験者各々に適したイメージの方法や被験者各々の脳の特徴に合わせたテーラーメイドな技術の第一歩となるべく、引き続き研究を推進する。個人差解明とテーラーメイド技術によって、誰でも気軽にブレイン・マシン・インターフェイスを利用できるようになれば、脳機能代替技術としてだけでなく、リハビリテーション支援や能力拡張の手段として、利用が大きく広がる可能性を秘めている。

報告書

(4件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Basal ganglia-cortical connectivity underlies self-regulation of brain oscillations in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Kazumi、DaSalla Charles S.、Honda Manabu、Hanakawa Takashi
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1 ページ: 712-712

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03665-6

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ブレイン・マシン・インターフェースに関する脳の個人差とテーラーメイド化への知見2022

    • 著者名/発表者名
      笠原和美、花川隆
    • 雑誌名

      LIFE2022論文集

      巻: - ページ: 241-243

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of transcranial direct current stimulation in brain-computer interface2021

    • 著者名/発表者名
      Kazumi Kasahara, Tatsuhiro Nakamura, Kazumasa Uehara, Yousuke Ogata, Kenji Doya, Takashi Hanakawa
    • 雑誌名

      Proceedings of 2021 IEEE 3rd Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech)

      巻: - ページ: 462-462

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Brain-Computer Interfaceの操作に関わる脳の個人差2023

    • 著者名/発表者名
      笠原和美
    • 学会等名
      産業技術総合研究所人間情報インタラクション研究部門シンポジウム2022 ~脳の変化~
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 運動想像を用いたBrain-Computer Interface操作成績と強化学習パターンの関係2023

    • 著者名/発表者名
      大隈 玲志, 片平健太郎, 木村健太, 笠原和美
    • 学会等名
      第33回日本神経回路学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Neural connectivity among different layers changes at different brain states.2023

    • 著者名/発表者名
      Li Y, Doya K
    • 学会等名
      The 22nd Winter Workshop on Mechanism of Brain and Mind.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Dual Bayesian PCA for Factor Analysis on Calcium imaging data.2022

    • 著者名/発表者名
      Li Y, Doya K
    • 学会等名
      The 45th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society (Neuron 2022).
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] BCI制御に関わる神経基盤のマルチモーダル計測2021

    • 著者名/発表者名
      花川隆、笠原和美
    • 学会等名
      第32 回実社会におけるマルチモーダル脳情報応用技術研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigation of information flow and temporal-spatial organization of neurons across cortical layers from multi-depth two-photon imaging data.2021

    • 著者名/発表者名
      Yuzhe Li, Akihiro Funamizu, Bernd Kuhn, Kenji Doya
    • 学会等名
      The 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society / The 1st CJK International Meeting.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Effects of transcranial direct current stimulation in brain-computer interface2021

    • 著者名/発表者名
      Kazumi Kasahara, Tatsuhiro Nakamura, Kazumasa Uehara, Yousuke Ogata, Kenji Doya, Takashi Hanakawa
    • 学会等名
      IEEE LifeTech 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Changes in the basal ganglia-thalamic functional connectivity induced by longitudinal motor training in mice2020

    • 著者名/発表者名
      Kazumi Kasahara, Kenji Doya
    • 学会等名
      Neuroscience 2020(第43回日本神経科学大会)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of temporal and spatial origination of neural network in sensory cortex2020

    • 著者名/発表者名
      Yuzhe Li, Kenji Doya
    • 学会等名
      Neuroscience 2020(第43回日本神経科学大会)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Neuron hubs distributed differently in deep layers and superficial layers in different brain states2020

    • 著者名/発表者名
      Yuzhe Li, Kenji Doya
    • 学会等名
      The 1st Asia-Pacific Computational and Cognitive Neuroscience Conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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