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視覚野の局在性を利用した注視点推定型BCIにおける情報伝達効率の革新的向上

研究課題

研究課題/領域番号 22K04014
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

荒木 望  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (10453151)

研究分担者 中谷 真太朗  鳥取大学, 工学研究科, 講師 (10781700)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワードブレイン・コンピュータ・インタフェース / 定常状態視覚誘発電位 / 視交叉 / 視覚誘発電位
研究開始時の研究の概要

視覚刺激と頭皮上脳波を用いたブレイン・コンピュータ・インタフェース (BCI) は簡便な非接触型のインタフェースとして利用が期待されている.これまでの視覚刺激型 BCI は選択したいメニューなどをそれぞれ異なる周期で点滅させ,どの周期で点滅しているメニューを見ているのかを脳波から分類するパターン分類型のインタフェースであった.これに対し本研究では,視覚野における脳波の強度分布を評価することで点滅パターンが表示された画面のどこを見ているかといった注視点を無段階に推定する注視点推定型の新しいインタフェースの構築を目指す.

研究実績の概要

本研究課題では,一定周期の明滅を提示する視覚刺激により発現する脳波(定常状態視覚誘発電位: SSVEP)を利用した視覚刺激型ブレイン・コンピュータ・インタフェース(BCI)において,ヒトの視神経の生理学的な特徴によって生じる脳波の強度分布を用いる新たな手法の確立を目指している.
令和4年度の「注視点に対する刺激位置の変化と視覚野での SSVEP の強度分布調査」の結果,刺激位置と視覚野での強度分布パターンが,当初予想していた注視点に対して刺激位置と同側の脳波強度が増加するパターンに加えて,刺激位置と逆側の脳波強度が増加するパターン,刺激位置に関わらず左右いずれかの片側の脳波強度が増加するパターンの3パターンが存在することを確認した.
令和5年度は,この原因が実験参加者の選択的注意が注視点以外に向いている可能性についての検討を行った.ここでは,これまでの実験系に加えて新たに注視点に文字を一定間隔でランダムに表示し,指定した文字が表示されたときのみ実験参加者にボタンを押してもらうことで実験参加者の注意が注視点のみに向くようにすることで,強度分布の変化が生じるかを確認した.その結果,一部の実験参加者では刺激位置を変化させたときの右脳側と左脳側の差異が大きくなるなどの変化が見られたが,左右での脳波強度が反転するような変化は見られず,強度分布パターンの違いに対する主要因ではないことが明らかとなった.
また,現在の刺激位置に対するSSVEP強度による反応評価に加えて,SSVEPの位相についても解析を行ったところ,一部の実験参加者では強度による評価よりもより顕著に刺激位置の差異が表れることが分かった.このため,今後は参加者毎で発現パターンが異なることを前提とし,強度および位相の両面から刺激位置と脳波の空間分布の関係式の構築とそのインターフェイスへの応用について検討を行っていく.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究で目的とする「ヒトの視神経の生理学的な特徴によって生じる脳波の強度分布を用いる新たな BCI 手法の確立」を達成する上で重要となる項目は,(1) 注視点に対する刺激位置の変化と視覚野での SSVEP の強度分布調査,(2) 刺激位置と SSVEP 強度分布との関係式構築,の2点である.
令和5年度は,令和4年度の調査で明らかとなった (1) についての刺激位置と強度分布の3つのパターンについて,実験参加者の選択的注意を注視点に向けることで一般化することが出来ないか検討を行った.追加実験などを行った結果,一部の実験参加者では刺激位置を変化させたときの右脳側と左脳側の差異が大きくなるなどの変化が見られたが,左右での脳波強度が反転するような変化は見られず,選択的注意が強度分布パターンの違いに対する主要因ではないことが明らかとなった.このため,(2)の「刺激位置と SSVEP 強度分布との関係式構築」については実験参加者毎で発現パターンが異なることを前提とし,個別に関係式の構築を検討するものとする.また,今年度新たな試みとして,刺激位置に対するSSVEP強度による反応評価に加えて,SSVEPの位相についても解析を行ったところ,一部の実験参加者では強度による評価よりもより顕著に刺激位置の差異が表れることが分かった.
上記の確認を実施するために研究計画に若干遅れが生じているが,各パターンで刺激位置毎に強度および位相の分布が変化することは確認しているため,今後は関係式の構築およびこれを利用したインタフェースの構築を進めていく.

今後の研究の推進方策

令和5年度の検証結果より,参加者毎で発現パターンが異なることを前提とし,強度および位相の両面から当初の目標である刺激位置と脳波の空間分布の関係式の構築を行っていく.
また,今後は特に得られた結果のインタフェース応用に重点を置き,システムの構築と検証を進めていく.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 脳波用電極が非軸対称に接触した際の頭皮ひずみエネルギー密度2024

    • 著者名/発表者名
      荒木俊哉,中谷真太朗,荒木望
    • 学会等名
      日本機械学会中国四国学生会 第54回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 拡張現実技術を利用した仮想身体による運動提示が運動主体感に与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      栗栖友希,荒木望,中谷真太朗
    • 学会等名
      2023年度日本人間工学会関西支部大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 視覚誘発電位の空間分布利用型インタフェースにおける空間選択的注意の影響2023

    • 著者名/発表者名
      奥村和真,荒木望,中谷真太朗,小西康夫
    • 学会等名
      2023年度日本人間工学会関西支部大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Brain-Computer Interface for Horizontal Gaze Position Estimation Based on Steady-State Visual Evoked Potential Topographic Maps2022

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Miyazaki, Shintaro Nakatani and Nozomu Araki
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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