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ジョージア工科大学の研究者がワイヤレスブレインマシンインターフェースを開発

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原文(投稿日:2021/09/28)へのリンク

ジョージア工科大学人間中心インターフェースおよびエンジニアリングセンターの研究者がSoft Scalp Electronics(SSE)を開発した。これは人間の脳信号を読み取るウェアラブルワイヤレス脳波記録(EEG)デバイスである。このシステムは、ニューラルネットワークを使ってEEGデータを処理することにより、デバイスを装着したユーザがアクティビティを想像するだけでビデオゲームを制御できるようになる。

研究チームは、Advanced Scienceに掲載された論文で彼らのシステムについて説明した。ゲルまたはペーストで皮膚に固定電極を取り付ける従来のEEGデバイスとは異なり、SSEは柔らかいヘッドバンドに取り付けられた複数のマイクロニードル電極を使うため、デバイスのセットアップが簡単で、長期間着用しても快適である。研究者たちは、デバイスの回路に、Bluetoothコントローラへのワイヤレスインターフェイスなど、柔軟な基板を使用した。デバイスは、運動イメージ(MI)によって生成されたEEG信号をキャプチャする。デバイスの着用者は、手や足を動かすなどの身体活動を行うことを想像する。信号は畳み込みニューラルネットワーク(CNN)によって処理され、仮想現実(VR)ビデオゲームを制御するために使われる。主任研究員のWoon-Hong Yeo氏は次のように述べている。

[SSEの]主な制約は、皮膚、頭蓋骨、組織を介して信号を測定することです。そのため、より良い信号を取得するには、デバイスの品質を継続的に改善する必要があると思っています。同時に、データ分析を継続的に改善して、精度を向上させる必要があります。

多くのブレインマシンインターフェース(BMI)研究者の目標は、不自由のあるユーザが脳信号のみを使ってデバイスを制御できるようにすることである。この目的のために最良の信号対雑音比(SNR)を達成するには、ユーザの脳に物理的に移植する必要がある。もちろん、これには脳外科手術が必要であるという欠点があり、多くの科学者がEEGなどの非侵襲的技術を追求するようになる。このシステムは従来、固定の電子機器を使っており、導電性ゲルとぶら下がっているワイヤーが付けられた電極をユーザの皮膚に取り付ける。そこから、脳に対する電極の動きによって行動を感知する。

対照的に、SSEセンサーでは、頭皮の乾燥して死んだ皮膚細胞を貫通するマイクロニードルと、着用者の頭に適合する柔軟な構造を使う。これによって、相対運動を減らし従来の電極と比較して高いSNRを実現している。マイクロニードルは約6mmx6mmの正方形の6セットにグループ化され、従来の電極よりも高い空間分解能を提供する。

SSEデバイスをコントローラとして使うために、研究者はCNNモデルをトレーニングした。ユーザが手を開閉したり足を動かしたりするアクションを実行することをイメージする間にセンサーによって記録された信号を分類するためだ。このモデルは、テストデータで93%の精度を達成した。これまで研究されてきた同様のシステムを上回った。チームはこのシステムを「リズムをとるビデオゲーム」のコントローラとして使用した。このゲームでは、プレーヤーは制限時間内に指定されたタスクを実行してポイントを獲得するものである。テストユーザは、最小限の脳の取り組みで「5分間のゲームセッションごとに数ポイントを逃しただけ」という、ほぼ最高のスコアを達成した。

Hacker Newsでのこの調査に関する議論で、あるユーザはBMIの制限を指摘し、次のように述べた。

幸いなことに、何か便利なものを作るのに脳を読みとる装置は必要ありません。月に行くのにテラフロップスのコンピューターが必要ないのと同じです。私は最近、EEGヘルメットのことを書きました。これは、重度の障害者がUIやタイプなどをナビゲートするために使用でき、正確な信号をまったく必要としません。だから、皆さんがこれから目の当たりにするものは、世界のMusk氏がテクノロジーがどうあるべきかについてのサイエンスフィクションの夢を追いかける一方で、多くのユーティリティが、スマートで思いやりのある方法で実際に利用できるものを使うことから生まれるでしょう。

学術研究者に加えて、いくつかのテクノロジー企業がBMI技術を調査している。しかし、多くは埋め込みセンサーを選択している。2019年、InfoQは、インプラントを使って患者の脳からの電気信号を、患者が聞いたり話したりする音声のテキスト表現にデコードするFacebookのシステムを取り上げた。2020年、スタンフォード大学の研究者は、インプラントベースのBMIについて説明した記事をNatureに発表した。想像した手書きの動きをコンピューターテキストに変換するものだ。スタンフォード大学のチームメンバーの何人かは、FacebookやElon Musk氏のBMIスタートアップNeuralinkとコラボレーションしている。

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David Pine 2019年11月7日 午後7時48分

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