ブレイン・マシン・インターフェースの基礎と臨床応用
ブレイン・マシン・インターフェース (BMI) とは脳信号から脳活動内容を解読して外部機器等を操作する技術である. BMIは頭蓋内電極を用いる侵襲型と頭皮脳波やNIRS等を用いる非侵襲型に大きく分けられ, 侵襲型には脳表電極を用いる低侵襲型と刺入針電極を用いる高侵襲型がある. 非侵襲型はリハビリテーションへの応用が期待されているのに対して, 侵襲型は重症身体障害者に対する機能補填法が期待されている. 高侵襲型は詳細な脳情報を活用した高性能を特徴とし, 低侵襲型は長期安定性を活かした臨床実用性の高さを特徴とする. 侵襲型では感染リスク低減と利便性向上のためにワイヤレス体内埋込装置の開発が進められ...
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Published in | 脳神経外科ジャーナル Vol. 22; no. 3; pp. 192 - 199 |
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Main Authors | , , , , , , , , , , , , , , , |
Format | Journal Article |
Language | Japanese |
Published |
日本脳神経外科コングレス
2013
|
Subjects | |
Online Access | Get full text |
ISSN | 0917-950X 2187-3100 |
DOI | 10.7887/jcns.22.192 |
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Abstract | ブレイン・マシン・インターフェース (BMI) とは脳信号から脳活動内容を解読して外部機器等を操作する技術である. BMIは頭蓋内電極を用いる侵襲型と頭皮脳波やNIRS等を用いる非侵襲型に大きく分けられ, 侵襲型には脳表電極を用いる低侵襲型と刺入針電極を用いる高侵襲型がある. 非侵襲型はリハビリテーションへの応用が期待されているのに対して, 侵襲型は重症身体障害者に対する機能補填法が期待されている. 高侵襲型は詳細な脳情報を活用した高性能を特徴とし, 低侵襲型は長期安定性を活かした臨床実用性の高さを特徴とする. 侵襲型では感染リスク低減と利便性向上のためにワイヤレス体内埋込装置の開発が進められている. |
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AbstractList | ブレイン・マシン・インターフェース (BMI) とは脳信号から脳活動内容を解読して外部機器等を操作する技術である. BMIは頭蓋内電極を用いる侵襲型と頭皮脳波やNIRS等を用いる非侵襲型に大きく分けられ, 侵襲型には脳表電極を用いる低侵襲型と刺入針電極を用いる高侵襲型がある. 非侵襲型はリハビリテーションへの応用が期待されているのに対して, 侵襲型は重症身体障害者に対する機能補填法が期待されている. 高侵襲型は詳細な脳情報を活用した高性能を特徴とし, 低侵襲型は長期安定性を活かした臨床実用性の高さを特徴とする. 侵襲型では感染リスク低減と利便性向上のためにワイヤレス体内埋込装置の開発が進められている. |
Author | 平田, 雅之 モリス, シェイン 齋藤, 洋一 川人, 光男 吉田, 毅 松下, 光次郎 菅田, 陽怜 神谷, 之康 森脇, 崇 貴島, 晴彦 柳澤, 琢史 佐藤, 文博 影山, 悠 吉峰, 俊樹 梅垣, 昌士 鈴木, 隆文 |
Author_xml | – sequence: 1 fullname: 鈴木, 隆文 organization: 情報通信研究機構 – sequence: 1 fullname: 吉峰, 俊樹 organization: 大阪大学医学部附属病院未来医療センター – sequence: 1 fullname: 菅田, 陽怜 organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 – sequence: 1 fullname: 森脇, 崇 organization: 大阪大学医学部附属病院未来医療センター – sequence: 1 fullname: 吉田, 毅 organization: 広島大学大学院先端物質科学研究科 – sequence: 1 fullname: 神谷, 之康 organization: ATR脳情報通信総合研究所 – sequence: 1 fullname: モリス, シェイン organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 – sequence: 1 fullname: 平田, 雅之 organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 – sequence: 1 fullname: 川人, 光男 organization: ATR脳情報通信総合研究所 – sequence: 1 fullname: 齋藤, 洋一 organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 – sequence: 1 fullname: 松下, 光次郎 organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 – sequence: 1 fullname: 佐藤, 文博 organization: 東北大学大学院医工学研究科 – sequence: 1 fullname: 貴島, 晴彦 organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 – sequence: 1 fullname: 影山, 悠 organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 – sequence: 1 fullname: 梅垣, 昌士 organization: 大阪大学医学部附属病院未来医療センター – sequence: 1 fullname: 柳澤, 琢史 organization: 大阪大学大学院医学系研究科脳神経外科学 |
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Publisher | 日本脳神経外科コングレス |
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References | 15) Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Kishima H, Matsushita K, Goto T, Fukuma R, Yokoi H, Kamitani Y, Yoshimine T : Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients. Ann Neurol 71 : 353-361, 2012. 10) Sugata H, Goto T, Hirata M, Yanagisawa T, Shayne M, Matsushita K, Yoshimine T, Yorifuji S : Movement-related neuromagnetic fields and performances of single trial classifications. Neuroreport 23 : 16-20, 2012. 8) Shibata K, Watanabe T, Sasaki Y, Kawato M : Perceptual learning incepted by decoded fMRI neurofeedback without stimulus presentation. Science 334 : 1413-1415, 2011. 2) Guenther FH, Brumberg JS, Wright EJ, Nieto-Castanon A, Tourville JA, Panko M, Law R, Siebert SA, Bartels JL, Andreasen DS, Ehirim P, Mao H, Kennedy PR : A wireless brain-machine interface for real-time speech synthesis. PLoS One 4 : e8218, 2009. 9) Shindo K, Kawashima K, Ushiba J, Ota N, Ito M, Ota T, Kimura A, Liu M : Effects of neurofeedback training with an electroencephalogram-based brain-computer interface for hand paralysis in patients with chronic stroke : a preliminary case series study. J Rehabil Med 43 : 951-957, 2011. 14) Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Kato A, Shibuya D, Kamitani Y, Yoshimine T : Neural decoding using gyral and intrasulcal electrocorticograms. Neuroimage 45 : 1099-1106, 2009. 12) Wolpaw JR, Birbaumer N, McFarland DJ, Pfurtscheller G, Vaughan TM : Brain-computer interfaces for communication and control. Clin Neurophysiol 113 : 767-791, 2002. 1) Chao ZC, Nagasaka Y, Fujii N : Long-term asynchronous decoding of arm motion using electrocorticographic signals in monkeys. Front Neuroeng 3 : 3, 2010. 4) Hochberg LR, Bacher D, Jarosiewicz B, Masse NY, Simeral JD, Vogel J, Haddadin S, Liu J, Cash SS, van der Smagt P, Donoghue JP : Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. Nature 485 : 372-375, 2012. 6) Kamitani Y, Tong F : Decoding the visual and subjective contents of the human brain. Nat Neurosci 8 : 679-685, 2005. 13) Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Goto T, Kishima H, Fukuma R, Yokoi H, Kamitani Y, Yoshimine T : Real-time control of a prosthetic hand using human electrocorticography signals. J Neurosurg 114 : 1715-1722, 2011. 3) Hirata M, Matsushita K, Suzuki T, Yoshida T, Sato F, Morris S, Yanagisawa M, Goto T, Kawato M, Yoshimine T : A fully-implantable wireless system for human brain-machine interfaces using brain surface electrodes : W-HERBS. IEICE Trans Commun E94-B : 2448-2453, 2011. 5) Hosomi K, Saitoh Y, Kishima H, Oshino S, Hirata M, Tani N, Shimokawa T, Yoshimine T : Electrical stimulation of primary motor cortex within the central sulcus for intractable neuropathic pain. Clin Neurophysiol 119 : 993-1001, 2008. 11) Velliste M, Perel S, Spalding MC, Whitford AS, Schwartz AB : Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding. Nature 453 : 1098-1101, 2008. 7) Schalk G, Miller KJ, Anderson NR, Wilson JA, Smyth MD, Ojemann JG, Moran DW, Wolpaw JR, Leuthardt EC : Two-dimensional movement control using electrocorticographic signals in humans. J Neural Eng 5 : 75-84, 2008. |
References_xml | – reference: 6) Kamitani Y, Tong F : Decoding the visual and subjective contents of the human brain. Nat Neurosci 8 : 679-685, 2005. – reference: 8) Shibata K, Watanabe T, Sasaki Y, Kawato M : Perceptual learning incepted by decoded fMRI neurofeedback without stimulus presentation. Science 334 : 1413-1415, 2011. – reference: 3) Hirata M, Matsushita K, Suzuki T, Yoshida T, Sato F, Morris S, Yanagisawa M, Goto T, Kawato M, Yoshimine T : A fully-implantable wireless system for human brain-machine interfaces using brain surface electrodes : W-HERBS. IEICE Trans Commun E94-B : 2448-2453, 2011. – reference: 12) Wolpaw JR, Birbaumer N, McFarland DJ, Pfurtscheller G, Vaughan TM : Brain-computer interfaces for communication and control. Clin Neurophysiol 113 : 767-791, 2002. – reference: 1) Chao ZC, Nagasaka Y, Fujii N : Long-term asynchronous decoding of arm motion using electrocorticographic signals in monkeys. Front Neuroeng 3 : 3, 2010. – reference: 9) Shindo K, Kawashima K, Ushiba J, Ota N, Ito M, Ota T, Kimura A, Liu M : Effects of neurofeedback training with an electroencephalogram-based brain-computer interface for hand paralysis in patients with chronic stroke : a preliminary case series study. J Rehabil Med 43 : 951-957, 2011. – reference: 5) Hosomi K, Saitoh Y, Kishima H, Oshino S, Hirata M, Tani N, Shimokawa T, Yoshimine T : Electrical stimulation of primary motor cortex within the central sulcus for intractable neuropathic pain. Clin Neurophysiol 119 : 993-1001, 2008. – reference: 4) Hochberg LR, Bacher D, Jarosiewicz B, Masse NY, Simeral JD, Vogel J, Haddadin S, Liu J, Cash SS, van der Smagt P, Donoghue JP : Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. Nature 485 : 372-375, 2012. – reference: 7) Schalk G, Miller KJ, Anderson NR, Wilson JA, Smyth MD, Ojemann JG, Moran DW, Wolpaw JR, Leuthardt EC : Two-dimensional movement control using electrocorticographic signals in humans. J Neural Eng 5 : 75-84, 2008. – reference: 2) Guenther FH, Brumberg JS, Wright EJ, Nieto-Castanon A, Tourville JA, Panko M, Law R, Siebert SA, Bartels JL, Andreasen DS, Ehirim P, Mao H, Kennedy PR : A wireless brain-machine interface for real-time speech synthesis. PLoS One 4 : e8218, 2009. – reference: 10) Sugata H, Goto T, Hirata M, Yanagisawa T, Shayne M, Matsushita K, Yoshimine T, Yorifuji S : Movement-related neuromagnetic fields and performances of single trial classifications. Neuroreport 23 : 16-20, 2012. – reference: 13) Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Goto T, Kishima H, Fukuma R, Yokoi H, Kamitani Y, Yoshimine T : Real-time control of a prosthetic hand using human electrocorticography signals. J Neurosurg 114 : 1715-1722, 2011. – reference: 11) Velliste M, Perel S, Spalding MC, Whitford AS, Schwartz AB : Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding. Nature 453 : 1098-1101, 2008. – reference: 15) Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Kishima H, Matsushita K, Goto T, Fukuma R, Yokoi H, Kamitani Y, Yoshimine T : Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients. Ann Neurol 71 : 353-361, 2012. – reference: 14) Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Kato A, Shibuya D, Kamitani Y, Yoshimine T : Neural decoding using gyral and intrasulcal electrocorticograms. Neuroimage 45 : 1099-1106, 2009. |
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