産業およびヘルスケア向けの単一チャネルおよび非侵襲的ウェアラブルブレインコンピュータインタフェース

ブレインコンピュータインターフェース(BCI)は、自然な神経経路のないデバイスとの通信および/または制御を可能にするシステム^です1。BCIテクノロジーは、人類が心の力でオブジェクトを制御するのに最も近いものです。技術的な観点から、システム操作は^{、被験者2}から非自発的または自発的に生成される可能性のある誘発または誘発された脳活動を測定することによって機能します。歴史的に、研究はBCI³を通じて運動障害を持つ人々を支援することに焦点を当てていましたが、今日では、ゲーム⁴、ロボット工学⁵、インダスト^リー6、および人間と機械の相互作用を含むその他のアプリケーション向けにBCIベースの機器を提供する企業が増えています。特に、BCIは、サイバーフィジカル生産システムが人間と周囲の環境との相互作用を変化させている第4.0次産業革命、すなわちインダストリー4.0⁷で役割を果たす可能性があります⁸。大まかに言えば、ヨーロッパのプロジェクトBNCI Horizon 2020は、中枢神経系の失われた自然機能の交換、回復、改善、強化、または補足などのアプリケーションシナリオ、および脳の調査におけるBCIの使用を特定^{しました9}。

この枠組みでは、最近の技術的進歩により、ブレインコンピュータインターフェースが日常生活での使用に適用できる可能性がある^{ことを意味します10,11}。この目的を達成するために、最初の要件は非侵襲性であり、これは外科的介入のリスクを回避し、ユーザーの受け入れを高めるために重要です。ただし、非侵襲的ニューロイメージングの選択は、測定された脳信号の品質に影響を与えるため、BCI設計は関連する落とし穴に対処する必要があることに注意してください¹²。さらに、着用性と携帯性が求められます。これらの要件は、ユーザーフレンドリーなシステムの必要性と一致していますが、いくつかの制約もあります。全体として、言及されたハードウェアの制約は、ゲルフリー電極⁶を備えた脳波(EEG)システムの使用によって対処される。このようなEEGベースのBCIも低コストです。一方、ソフトウェアに関しては、最小限のユーザートレーニング(または理想的にはトレーニングなし)が望まれます。つまり、ユーザーがシステムを使用する前に、処理アルゴリズムを調整するための長い期間を避けるのが最善です。この側面は、被験者間および被験者内の非定常性のためにBCIで重要です^13,14。

以前の文献は、誘発された脳電位の検出が、信号取得における非定常性およびノイズに関して堅牢であることを示している。言い換えれば、誘発電位の検出に依存するBCIは 反応性と呼ばれ、脳パターン認識の観点から最もパフォーマンスの高いBCIです¹⁵。それにもかかわらず、それらは感覚刺激を必要とし、それはおそらくそのようなインターフェースの主な欠点である。したがって、提案手法の目標は、ウェアラブルな既製の計測器に依存する、高度にウェアラブルでポータブルなBCIを構築することです。ここでの感覚刺激は、スマートグラスによって生成されたちらつき光で構成されており、定常状態の視覚誘発電位(SSVEP)を誘発することができます。以前の研究では、BCIを単独で、または拡張現実と組み合わせて仮想現実と統合することをすでに検討しています¹⁶。たとえば、SSVEP¹⁷でクワッドコプターを制御するためにBCI-ARシステムが提案されました。仮想現実、拡張現実、およびその他のパラダイムは、拡張現実という用語で参照されます。このようなシナリオでは、スマートグラスの選択はウェアラビリティと携帯性の要件に準拠しており、スマートグラスは最小限のEEG取得セットアップで統合できます。この論文では、SSVEPベースのBCIは、低速から中速の通信および制御アプリケーションで許容可能な分類性能を達成しながら、最小限のトレーニングしか必要としないことを示しています。したがって、この技術は日常生活用途のBCIに適用され、特に産業やヘルスケアに適しているようです。