心の状態計測を目指した日常生活下での脳信号源の位置計測に関する研究

以测量心理状态为目的的日常生活中脑信号源位置测量研究

• 批准号: 22K21222
• 负责人: 坂上 友介
• 金额: $ 1.25万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K21222/
• 关键词: 脳波; 脳活動; イメージング; 鳳-テブナンの定理; ウェアラブルシステム; 脳波計測; 高速スイッチング; 同時計測; 心

本研究の目的は，脳の活動位置である脳信号源の位置から，日常生活下で心の状態を客観的に評価することを目指して，脳波を用いた脳信号源の位置計測を実現することである．目的達成のため，申請者が先行研究で開発した分圧抵抗スイッチング電極による生体内電気信号の信号源位置推定技術を適用する．この方法では生体を電圧源と生体インピーダンスから成る等価回路でモデル化と考える．そして，信号電極とグラウンド電極の間に分圧抵抗とその接続状態を切り換えるスイッチを配置し，スイッチのON／OFFを切り換えることで，信号源の電圧と，信号源－電極間の距離に依存する生体インピーダンスを同時に計測する．これら2つの情報を用いて信号源位置を推定できる．本研究に適用するには，スイッチの切り換えで生じるスパイクノイズを低減させ，脳信号源が同じ位置にあると考えられる短時間での超高速切り換え方法，もしくはスパイクノイズの低減が難しい場合に分圧抵抗の切り換えに相当する別の方法が必要となる．そこで研究1年目には，分圧抵抗の最適な切り換え方法，並びに分圧抵抗をコンデンサとする新しい計測手法を検討した．その結果，先行研究から3.2倍の高速切り換えである2.0msecを達成した．これまでは事象関連脳電位のように繰り返し性のある脳活動のみに適用可能であった本手法を，心の状態のように繰り返し性のない脳活動への適用を可能とした．また，コンデンサを用いることで，生体インピーダンスとの高域遮断フィルタを形成し，先行研究では活用できていない信号源の周波数特性を活用した新しい計測手法を実現した．本研究では研究2年目に，日常生活下での脳信号源の位置計測を行うため，ウェアラブル型の計測システムを開発するが，当初の予定通りシステム開発に着手した．

这项研究的目的是使用脑电图实现大脑信号源的位置测量，目的是客观地评估日常生活中大脑信号源的位置的精神状态，这是大脑的主动位置。为了实现目标，申请人将使用先前研究中开发的电压分隔器开关电极应用信号源位置估计技术，用于体内电信号。该方法认为，使用电压源和生物阻抗组成的等效电路对生物进行建模。然后，将开关放置在信号电极和接地电极之间，以切换电压分隔器电阻及其连接状态，并通过切开开关打开/关闭，信号源的电压以及取决于信号源和电极之间的距离的生物阻抗。这两个信息可用于估计信号源位置。要应用这项研究，需要一种通过切换开关切换产生的尖峰噪声的方法，并且需要在短时间内切换大脑信号的方法，在这种方法中，人们认为大脑信号源位于相同的位置，或者在难以减少尖峰噪声时与切换电压分隔电阻器相对应的另一种方法。因此，在研究的第一年，我们检查了电压分隔电阻器的最佳切换方法，并使用电压分隔电阻器作为电容器进行了新的测量方法。结果，我们达到了2.0毫秒，比以前的研究快3.2倍。到目前为止，只能应用于可重复的大脑活动（例如与事件相关的大脑电位）的方法已适用于非重复性大脑活动，例如精神状态。此外，通过使用电容器，形成了具有生物阻抗的高频截止过滤器，并实现了一种新的测量方法，它利用了先前研究中未使用的信号源的频率特性。在研究的第二年，我们开发了一种可穿戴的测量系统来衡量脑信号源在日常生活中的位置，但是我们开始按计划开发该系统。

项目成果

Internal Resistance Measurement of the Human Brain Using a Switching Capacitor Electrode

使用开关电容电极测量人脑内阻

• 发表时间: 2023
• 作者: Yusuke Sakaue;Koei Kawamura;Naruhiro Shiozawa
• 通讯作者: Naruhiro Shiozawa