医療情報システム研究室 BMI 班 【文献調査】 Separability of EEG signals recorded during right and left motor imagery using adaptive autoregressive parameters 大久保 祐希 廣安 知之 山本 詩子 2015 年 01 月 15 日 1 タイトル 適応的回帰パラメータを使用した左右の運動イメージ中における脳波信号の分離可能性 2 著者 Gert Pfurtscheller, Christa Neuper, Alois Schlogl, Klaus Lugger 3 出典 IEEE TRANSACTIONS ON REHABILITATION ENGINEERING, Vol. 6, No. 3, pp.316-325, 1998 4 アブストラクト 左右の運動イメージ中における脳波信号はコンピュータスクリーン上のターゲットに向けてカーソルを移動さ せることが可能になり得る．そのような脳波ベースの BCI は運動機能障害に取って代わるための新しいコミュニ ケーションチャンネルを提供することができる．そのシステムは，例えば ALS 患者により特定の質問に答えるた めの簡単な二値反応を見つけるために使用され得る．4 名の被験者が脳波ベースのカーソル操作に関するオンライ ンセッションに参加した．左右の運動イメージ中の脳波が感覚運動野付近の皮質上に設置された電極から記録さ れた．脳波信号は被験者に特化した周波数で解析され，ニューラルネットワークによりオンラインで識別された． オンラインエラー (100%は完璧は識別) は 10.0%から 38.1%の間であった．さらに単一試行データはオーダ 6 の 適応的回帰モデルを使うことによりオフラインでも解析された．線形判別分析を用いて，左右の運動イメージの 推定パラメータが分離された．誤差率は 5.8%から 32.8%の間が得られ，その値はオンラインの結果よりも良かっ た．オンライン識別のために AAR モデルを使うことによって，誤差率の改善が期待されるが識別に約 1 秒の遅れ が生じる． 5 キーワード Brain-computer interface, electroencephalogram (EEG), event-related desynchronization (ERD), event-related synchronization (ERS), rehabilitation, motor imagery. BCI，脳波，事象関連脱同期，事象関連同期，リハビリテーション，運動イメージ 6 参考文献 • (1)-(4) BCI は脳からの信号を操作信号に変換させ動かすシステムである • (1) J. Vidal, “ Toward direct brain-computer communication, ” Annu. Rev. Biophys. Bioeng., 1973, pp. 157-180. • (2) J.Wolpaw and D. McFarland, “ Multichannel EEG-based brain-computer communication, ” Electroenceph. Clin. Neurophysiol., vol. 90, pp.444-449, 1994. • (3) G. Pfurtscheller, D. Flotzinger, and J. Kalcher,“ Brain-Computer interface?A new communication device for handicapped persons, ” J. Microcomput. Appl., vol. 16, pp. 293-299, 1993. • (4) G. Pfurtscheller, J. Kalcher, C. Neuper, D. Flotzinger, and M. Pregenzer,“ On-line EEG classifica1 tion during externally-paced hand movements using a neural network-based classifier, ”Electroenceph. Clin. Neurophysiol., vol. 99, pp. 416-425, 1996. • (5) 事象電位を利用した BCI • (5) E. Sutter,“ The brain response interface: communication through visually-induced electrical brain response, ” J. Microcomput. Applications, vol. 15, pp. 31-45, 1992. • (6) 遅延皮質電位シフトを利用した BCI • (6) B. Rockstroh, T. Elbert, A. Canavan, W. Lutzenberger, and N. Birbaumer, Eds., Slow Cortical Potentials and Behavior. Baltimore, MD: Urban and Schwarzenberg, 1989. • (7) 適応的回帰パラメータ推定について • (7) A. Schl¨ogl, D. Flotzinger, and G. Pfurtscheller, “ Adaptive autoregressive modeling used for single-trial EEG analysis, ” Biomed. Technol., vol. 42, pp. 162-167, 1997. • (8) BCI の実験ではオンラインのフィードバックを使用した • (8) G. Pfurtscheller, C. Neuper, D. Flotzinger, and M. Pregenzer,“ EEGbased discrimination between imagination of right and left hand movement, ” Electroenceph. Clin. Neurophysiol., vol. 103, pp. 642-651, 1997. • (9), (10) ある時間において与えられた活動モードの中で皮質部位が反応しなかった場合，振幅の増強，また は ERS が観測され得る． • (9) G. Pfurtscheller,“ Event-related synchronization (ERS): an electrophysiological correlate of cortical areas at rest, ” Electroenceph. Clin. Neurophysiol., vol. 83, pp. 62-69, 1992. • (10) G. Pfurtscheller and C. Neuper, “ Event-related synchronization of mu rhythm in the EEG over the cortical hand area in man, ” Neurosci. Lett., vol. 174, pp. 93-96, 1994. • (11), (12) BCI のためのニューラル入力信号としてリズミカルな脳波信号を使用することは特定の運動の準備 や計画がμや中心βリズムの脱同期をもたらす． • (11) H. Jasper, and W. Penfield,“ Electrocorticograms in man: effect of the voluntary movement upon the electrical activity of the precentral gyrus, ”Arch. Psychiat. Z. Neurol., vol. 183, pp 163-174, 1949. • (12) H. Gastaut, “ Etude electrocorticographique de la reactivite des rolandiques, ” Rev. Neurol., vol. 87, pp. 176-182, 1952. • (13)-(15) 運動の準備をしている間は ERD は運動の準備をする反対側の脳部位に現れる • (13) G. Pfurtscheller and A. Berghold, “ Patterns of cortical activation during planning of voluntary movement, ” Electroenceph. Clin. Neurophysiol., vol. 72, pp. 250-258, 1989. • (14) C. Toro, G. Deuschl, R. Thatcher, S. Sato, C. Kufta, and M. Hallett, “ Event-related desynchronization and movement-related cortical potentials on the ECoG and EEG, ” Electroenceph. Clin. Neurophysiol., vol. 93, pp. 380-389, 1994. • (15) P. Derambure, L. Defebvre, K. Dujardin, J. Bourriez, J. Jacquesson, A. Destee, and J.Guieu, “ Effect of aging on the spatio-temporal pattern of event-related desynchronization during a voluntary movement, ” Electroenceph. clin. Neurophysiol., vol. 89, pp. 197-203, 1993. • (16) 足を切断された患者に対し実験を行った所，[16] ではμリズムの抑制が繰り返し観測された • (16) H. Gastaut, R. Naquet, and Y. Gastaut, “ A study of the mu rhythm in subjects lacking one or more limbs, ” Electroenceph. Clin. Neurophysiol., vol. 18, pp. 720-721, 1965. • (17) 最近では，反対側の半球上の抑制された ERD が片側の運動イメージ中に観測された • (17) C. Neuper and G. Pfurtscheller, “ Event-related desynchronization (ERD) of the Rolandic EEG with imagination of hand movement, ” Biomedizinische Technik, vol. 42 (1), pp. 213-215, 1997. 2
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