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2020 年度 実績報告書

人間身体拡張を実現する脳・筋情報インターフェースに向けた運動意図の事前予測

研究課題

研究課題/領域番号 18K19807
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

南部 功夫  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (40553235)

研究分担者 和田 安弘  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70293248)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード脳波 / BCI / 運動 / 筋活動
研究実績の概要

本研究テーマでは、生体情報を用いて身体拡張を実現し、ユーザーの行動を支援することができるシステムの開発を目指し、基礎検討を実施した。本年度は、最初にユーザー(被験者)が自らの身体運動を行っている時に別の脳活動を検出できるかについて、検討を行った。具体的には、被験者が右手のタッピング運動を実施しているときに、同時に右腕の到達運動を行っている運動想起を行ってもらう実験課題を実施した。この実験時の脳波を計測し、被験者が運動実行のみを行っているのか、それとも運動実行と運動想起を同時に実施しているのかを判別したところ、最大約80%の精度で想起運動の有無を判別することができた。また運動野付近の信号を用いる場合に上記の精度が得られ、視覚野付近のデータでは精度が減少していた。このことから、被験者の運動に関連する想起運動を検出していることを示唆した。
また、脳波については、運動予測のための効果的なデータ解析手法を検討するため、Transposed Convolution (TC)と畳込みニューラルネットワーク(CNN)を組み合わせた手法を提案し、その検証を行った。その結果、CNNだけの解析に比べて、TCとCNNを組み合わせた手法は精度の向上が見られ、特別な前処理を検討することなく自動的に有効な特徴を検出できる可能性を示唆した。
次に、脳波だけでなく、筋活動を用いた外部機器の操作可能性についても検討を行った。1つ目の実験では、被験者の上腕、胸部、腹部の筋活動を計測し、自分の腕や体を動かさずに共収縮により筋活動のみ生成させ、筋活動に関連づけた画面状のカーソルを動かすという実験課題を実施した。複数の部位の筋を計測対象として実験を実施した結果、体幹部よりも腕部の筋の方が独立性が高く、被験者が外部機器を操作できる可能性を示唆した。また、別の実験では、腕の到達運動の運動前の筋活動を解析して運動予測ができる可能性を示唆した。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020

すべて 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件)

  • [学会発表] Identifying Motor Imagery-Related Electroencephalogram Features During Motor Execution, International Conference on Neural Information Processing2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kokai, Isao Nambu, Yasuhiro Wada
    • 学会等名
      International Conference on Neural Information Processing (ICONIP2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural Network Including Alternative Pre-processing for Electroencephalogram by Transposed Convolution2020

    • 著者名/発表者名
      Kenshi Machida, Isao Nambu, Yasuhiro Wada
    • 学会等名
      International Conference on Neural Information Processing (ICONIP2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Developing a Method to Control an Arm-Assist-Suit by Predicting Arm-Trajectory Using Electromyography2020

    • 著者名/発表者名
      Taichi Tanaka, Isao Nambu, Yasuhiro Wada
    • 学会等名
      Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Relations between Speed-Accuracy Trade-Off and Muscle Synergy in Isometric Contraction Tasks2020

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Sano, Misaki Takeda, Isao Nambu, Yasuhiro Wada
    • 学会等名
      Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] 実運動と運動想起の同時実行を行うことができるかの検証2020

    • 著者名/発表者名
      小海祐揮,南部功夫, 和田安弘
    • 学会等名
      第30回日本神経回路学会全国大会
  • [学会発表] 筋肉の共収縮による外部機器制御のための表面筋電位取得部位の比較2020

    • 著者名/発表者名
      齋藤実仁, 南部功夫, 和田安弘
    • 学会等名
      第30回日本神経回路学会全国大会
  • [学会発表] SVMを用いた脳波による指の運動想起判別に関する検討2020

    • 著者名/発表者名
      安原雅貴, 南部功夫, 和田安弘
    • 学会等名
      電子情報通信学会信越支部大会
  • [学会発表] EEGを用いたBCI における分類精度の向上に向けた入力形式と層構造に関する比較2020

    • 著者名/発表者名
      末満堅人, 南部功夫, 和田安弘
    • 学会等名
      電子情報通信学会信越支部大会
  • [学会発表] 敵対的生成ネットワークによるデータ拡張を用いた脳波の分類2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤和紀, 南部功夫, 和田安弘
    • 学会等名
      電子情報通信学会信越支部大会
  • [学会発表] Classification motor execution and motor execution with motor imagery by support vector machine2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kokai, Isao Nambu, Yasuhiro Wada
    • 学会等名
      電子情報通信学会信越支部大会

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公開日: 2021-12-27  

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