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2006 年度 実績報告書

多重電極を用いた神経インタフェースのリアルタイム信号処理システム

研究課題

研究課題/領域番号 16760323
研究機関東北大学

研究代表者

片山 統裕  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (20282030)

キーワード脳マシンインタフェース / 複素独立成分分析 / 連続ウェーブレット変換 / デコンボリューション / ニューロン / テトロード / パターン識別 / 活動電位
研究概要

ブレイン・マシンインタフェースの研究では,複数ニューロン活動の観測のために多重電極を脳に埋め込む方法が広く用いられる.この方法では,神経スパイク波形をパターン識別処理によってグループ化することにより,ニューロンごとの活動時系列を得るスパイク弁別が必要であるが,計算量が大きいことと,近接したニューロンが同時発火したときに生じる重畳スパイク波形を分離することが困難であるという問題があった.独立成分分析法が有効であることが示唆されていたが,弁別性能が十分でないことが問題であった.
平成18年度の研究では,多重電極によるニューロン観測系を畳み込み混合によってモデル化し,これを解く新しい弁別アルゴリズムについて検討した.観測された複数ニューロンの細胞外電位信号に対して連続ウェーブレット変換ののち複素独立成分分析法を適用することにより,特定の周波数帯域に着目すれば,神経スパイクの弁別精度が向上しうることを見出した.神経スパイク弁別では各スパイクの発生タイミングが求まれば良いので,主要な周波数成分についてのみ分離を行うことは計算量を低減することにもつながり,リアルタイム信号処理システムの構築のためにも妥当な選択であるといえる.
試験データを用いて分離性能を評価した.試験データはモルモットの脳組織において4重電極で記録した実験データに基づいて構成した.実数値ICAによる従来法に比べ,提案法の方がクロストーク減衰量で平均11dB優れていること,及び,分離できるニューロン数が2.4から3.6に増加することが示された.特に,複雑スパイクの弁別において大幅に弁別精度が向上すること,及び,スパイク検出のための閾値の設定において頑健性が向上することが明らかになった.
本研究成果は,脳の情報処理メカニズムの研究及びブレイン・マシンインタフェースの開発に大きく貢献するものと期待される.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (14件)

  • [雑誌論文] 多重電極で記録された活動電位のブラインドデコンボリューションによる弁別法2007

    • 著者名/発表者名
      片山 統裕, 高橋 哲也, 菊池 修, 久保 貴嗣, 辛島 彰洋, 中尾 光之
    • 雑誌名

      第46回日本生体医工学会大会大会論文集 (印刷中)

  • [雑誌論文] A Novel Extraction Method of Fetal Electrocardiogram From the Composite Abdominal Signal2007

    • 著者名/発表者名
      Sato, M. 他6名
    • 雑誌名

      IEEE Trans on Biomed Eng 54

      ページ: 49-58

  • [雑誌論文] Recurrent excitation of in vitro hippocampal CA3 neurons in response to local glutamate stimulation2007

    • 著者名/発表者名
      O.Kikuchi, N.Katayama, A.Karashima, M.Nakao
    • 雑誌名

      Abstracts of Annual Meeting of Society for Neuroscience

      ページ: 796.13

  • [雑誌論文] 海馬θ波に関連した海馬ニューロン活動の計測と解析2006

    • 著者名/発表者名
      嶋崎統彦, 菊池修, 辛島彰洋, 片山統裕, 中尾光之
    • 雑誌名

      第21回ゆらぎ現象研究会抄録集

      ページ: 11

  • [雑誌論文] 多重電極で記録された活動電位波形のウェーヴレット変換に基づく弁別アルゴリズム2006

    • 著者名/発表者名
      高橋哲也, 片山統裕, 菊池修, 辛島彰洋, 中尾光之
    • 雑誌名

      信学技報 MBE2006-81

      ページ: 65-68

  • [雑誌論文] 多点記録多ニューロン活動信号のウェーブレット変換に基づくスパイク弁別2006

    • 著者名/発表者名
      高橋哲也, 片山統裕, 菊池修, 辛島彰洋, 中尾光之
    • 雑誌名

      平成18年度電気関係学会東北支部連合大会講演論文集

      ページ: 112

  • [雑誌論文] Development of Si Long Microprobe (SiLM) for Platform of Intelligent Neural Implant Microsystem2006

    • 著者名/発表者名
      Risato Kobayashi 他9名
    • 雑誌名

      International Conference on Solid State Devices and Materials

      ページ: 898-899

  • [雑誌論文] Measurement method for the fetal electrocardiogram2006

    • 著者名/発表者名
      Kimura, Ito, Matsuyama, Chida, Katayama, Nakao, Okamura
    • 雑誌名

      Minim Invasive Ther Allied Technol 15

      ページ: 214-217

  • [雑誌論文] 神経細胞同時多点計測のためのSi製微小探針アレイの開発2006

    • 著者名/発表者名
      小林吏悟 他9名
    • 雑誌名

      第67回応用物理学会関連連合講演会予稿集

      ページ: 1187

  • [雑誌論文] Transient dynamics of in vitro hippocampal CA3 network in response to single- or multi-site stimulation2006

    • 著者名/発表者名
      O.Kikuchi, N.Katayama, A.Karashima, M.Nakao
    • 雑誌名

      Neurosci. Res. 55(suppl)

      ページ: S164

  • [雑誌論文] Brainstem control of the EEG during REM sleep2006

    • 著者名/発表者名
      A.Karashima 他6名
    • 雑誌名

      Neurosci. Res. 55(suppl)

      ページ: S43

  • [雑誌論文] 神経スパイクの相関解析に基づく機能的結合性の統計的検定に関する考察2006

    • 著者名/発表者名
      片山統裕, 菊池修, 辛島彰洋, 中尾光之
    • 雑誌名

      信学技報 NC2006-1

      ページ: 1-6

  • [雑誌論文] A Quartet Neural System Model Orchestratng Sleep and Wakefulness mechanisms2006

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Tamakawa 他4名
    • 雑誌名

      J. Neurophysiol. 95

      ページ: 2055-2069

  • [雑誌論文] レム睡眠中の海馬の機能2006

    • 著者名/発表者名
      辛島彰洋, 片山統裕, 中尾光之
    • 雑誌名

      Brain Medical 18

      ページ: 80-86

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公開日: 2008-05-08   更新日: 2016-04-21  

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