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■BCI (ブレイン・コンピューター・インターフェース）入門ガイド

■BCIとは何ですか？

・BCIは、ブレインマシンインターフェイス、ニューラルコントロールインターフェイス、マインドマシンインターフェイス、または直接ニューラルインターフェイスとも呼ばれます。BCIは、脳と外部デバイス間の直接通信を可能にし、多くの場合、その活動を制御します。BCIは脳から信号を読み取り、機械学習アルゴリズムを使用して信号を外部アクションに変換します。

■BCIソリューションとテクノロジーTEDトーク

■ブレインコンピュータインターフェースの定義
・BCIとはどういう意味ですか？BCI（ブレイン・コンピューター・インターフェース）は、脳と外部デバイスの間で信号を送受信するテクノロジーです。BCIの頭字語は、ブレインコンピューターインターフェイスの略ですが、ブレインコンピューターインターフェイスはブレインマシンインターフェイスとも呼ばれます。BCIは脳信号を収集して解釈し、受信した脳信号に関連するコマンドを出力する接続されたマシンに送信します。

・簡略化されたBCI定義では、このテクノロジーを「脳と外部デバイス間の直接通信リンク」と表現する場合があります。この接続は双方向リンク（双方向インターフェース）です。一方向には、BCIが脳活動をコンピューターに送信し、コンピューターが脳活動を運動コマンドに変換することが含まれます。コミュニケーションは、コンピューターがBCIユーザーの脳に直接情報を送信するという逆方向にも発生する可能性があります。これは、非侵襲的であるパッシブBCIと比較して、直接的な脳の接続があるアクティブBCIと呼ばれます。

■BCIはどのように機能しますか？

・私たちの脳はニューロンと呼ばれる細胞で満たされています。私たちが何かを考えたり、動かしたり、感じたり、覚えたりするたびに、私たちのニューロンは機能しています。その作業は、生化学的および電気的信号によって実行されます。科学者は、脳波記録（EEG）テクノロジーを使用して、これらの信号を検出し、それらが何を意味するかを解釈できます。EEGは人間の脳からの信号を読み取り、それらを増幅器に送ることができます。増幅された信号は、信号を使用してデバイスを制御するBCIコンピュータプログラムによって解釈されます。

■BCIとEEG

EEGベースのBCIは、非侵襲的EEG電極を使用して脳活動を測定し、記録された脳信号をコマンドに変換する手法を特徴としています。

BCIは、EEGを介して測定された脳活動の変化を検出します。次に、BCIテクノロジーは、これらの信号を機械学習アルゴリズムに中継します。機械学習アルゴリズムは、特定の感情、行動、表現に関連するEEG脳活動を検出するようにトレーニングされています。アルゴリズムが一致するEEG脳活動を識別すると、BCIは外部コマンドを送信してデバイス（コンピューターカーソル、ロボットアーム、車椅子など）を制御できます。デバイスは、物理オブジェクトまたはデジタルインターフェイスのどちらを制御するかに関係なく、これらのコマンドを解釈して実行するようにプログラムされています。EEGデバイスを装着している被験者は、「左に移動」と考えることができ、カーソルが左に移動します。これは、デジタルインターフェイスで実行される外部アクションの例です。

■BCIは何に使用されますか？

・ブレイン・コンピューター・インターフェース研究
・BCI研究（ブレインマシンインターフェース研究とも呼ばれます）は、急速に成長している分野です。学術研究者は、BCIユーザーが脳活動のみを介してコンピューターソフトウェアと直接対話できるかどうかを研究しました。ある研究では、ペアの精神的行動で脳活動を検出および分類する能力についてBCIシステムをテストしました。その結果、システムはすべての精神的行動を正常に実行でき、追加のトレーニングデータで改善できることがわかりました。

ブレイン・コンピューター・インターフェースの研究の大部分は、脳の活動を通じて外部デバイスを操作する能力があるため、リモートコントロールに焦点を当てています。BCIの研究者は、BCIデバイスによって制御されるヒューマノイドロボットを使用して、リモート環境を操作しました。BCIを使用すると、ユーザーはリモート環境でロボットを簡単に制御できます。人間のユーザーはロボットからフィードバックを受け取り、リモート環境に完全に没頭していると感じることができます。これは、軍事作戦、医療作戦、災害管理、捜索救助作戦など、さまざまなBCIのユースケースで役立つ可能性があります。
研究者はまた、BCIを使用して、ニューラルネットワークがリアルタイムで何をしているのかを理解しています。ほとんどの神経組織システムは、個々のニューロンのレベルで理解されているか、認知レベルで哲学されています。BCIは、特定の組織システムが電気刺激にどのように反応するか、そしてそれが認知レベルで何を意味するかを研究するために使用されています。

・神経学的リハビリテーションにおけるブレイン・コンピューター・インターフェース
ブレイン・コンピューター・インターフェースは、手足を使用していない、補助器具を必要としている、または話すことができない個人を支援することができます。神経学的リハビリテーション（神経系の障害、怪我、または病気のある個人を支援することを目的とした医師支援プロセス）でのブレイン・コンピューター・インターフェースの使用は、日常の経験をナビゲートする個人の能力を向上させるのに役立ちます。BCIは、脳卒中や怪我の後のリハビリテーションによく使用されます。将来的には、BCI医療製品が外科手術やその他の医療手術で使用される可能性があります。

BCIを使用すると、運動障害のある被験者は、脳の活動を利用して、環境内のオブジェクトを制御し、コミュニケーションをとることができます。EEG信号を使用するブレイン・コンピューター・インターフェースは、義肢またはコンピューター・インターフェースを制御するのに役立ちます。

・ブレイン・コンピューター・インターフェース・ゲーミング
BCIソフトウェアは、EEGデータからのメンタルコマンドをビデオゲームのコマンドに「変換」できます。でブレイン・マシン・インタフェースゲームの仮想オブジェクトを制御するために設計されたVRゲームをプレイしながら、被験者はEEGヘッドセットを着用してください。BCIゲームでは、従来のゲームコントローラーを使用する代わりに、被験者はメンタルコマンドを使用して、「プッシュ」、「プル」、「ジャンプ」などの動きに基づくアクションをゲーム内で有効にします。BCIは、EEGからのメンタルコマンドを処理し、VRゲーム（直接ニューラルインターフェイス仮想現実）で対応するアクションをトリガーします。

BCIを使用すると、運動障害のある被験者は、脳の活動を利用して、環境内のオブジェクトを制御し、コミュニケーションをとることができます。EEG信号を使用するブレイン・コンピューター・インターフェースは、義肢またはコンピューター・インターフェースを制御するのに役立ちます。

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森茂隆

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・これまで扱った中で最も育ちました脳波の世界はこれまで研究者だけのものと思われていましたが、今ではゲームや健康のための製品が沢山出てきました。今後とも商品のラインナップの充実や新規優良輸入製品の発掘に努めますので、どうぞよろしくお願いいたします。

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