EEG ガイド

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***免責事項 - Emotiv製品は、研究用途および個人利用のみに使用されることを意図しています。当社の製品は、EU指令93/42/EECで定義される医療機器としては販売されていません。当社の製品は、疾患の診断や治療に使用するよう設計または意図されたものではありません。

 

EEGの定義

EEGは「electroencephalography(脳波測定)」の略で、脳の電気活動を記録するための電気生理学的手法です。EEGは、脳によって生じる電気活動の変化を測定します。電圧の変化は、ニューロンと呼ばれる一部の脳細胞の内部および細胞間にあるイオン電流から生じます。

 

EEGとは何か?

EEG検査は、脳の電気活動を評価します。EEGスキャンは、EEGセンサー— EEG電極とも呼ばれる小さな金属ディスク—を頭皮に装着して行われます。これらの電極が脳内の電気活動を検出・記録します。収集されたEEG信号は増幅され、デジタル化され、その後、保存およびデータ処理のためにコンピューターまたはモバイルデバイスへ送信されます。

EEGデータを分析することは、認知過程を研究するうえで非常に優れた方法です。医師が医学的診断を下す助けとなり、研究者が人間行動の基盤となる脳の過程を理解する助けとなり、個人の生産性やウェルネス向上にも役立ちます。



EEGはどのように機能するのか?

脳内の数十億個の細胞は、脳波と呼ばれる非線形パターンを形成する非常に小さな電気信号を生み出します。EEG装置は、EEG検査中に大脳皮質、すなわち脳の外層における電気活動を測定します。EEGセンサーは参加者の頭部に配置され、その後、電極が対象者の脳波を非侵襲的に検出します。

EEGセンサーは、1秒間に脳内で生成される電気活動の数千回ものスナップショットを記録できます。記録された脳波は増幅器へ送られ、次にデータ処理のためにコンピューターまたはクラウドへ送られます。波形のように見える増幅された信号は、コンピューター、モバイルデバイス、またはクラウドデータベースに記録できます。

クラウドコンピューティングソフトウェアは、EEGデータ処理における重要な革新と考えられています。というのも、これにより大規模な記録をリアルタイムで分析できるからです。EEG測定の初期には、波形は単に方眼紙に記録されていました。学術研究や商業研究におけるEEGシステムは、通常、データを時系列として、あるいは連続的な電圧の流れとして表示します。

方眼紙に記録されたEEG波形

デジタル記録されたEEG波形

現代の脳可視化ソフトウェアにおけるEEG波形

脳の電気活動をマッピングするためには、脳表面全体に分布するさまざまな皮質構造を通じた信号からEEG測定を行うのが望ましいです。

現代の脳可視化用時系列グラフにおけるEEG波形


EEGが測定する脳波の種類

EEG装置の電極は、さまざまなEEG周波数として表現される電気活動を捉えます。Fast Fourier Transform(FFT)と呼ばれるアルゴリズムを用いることで、これらの生のEEG信号は異なる周波数を持つ明確な波として識別できます。周波数とは電気的振動の速度を指し、1秒あたりのサイクル数で測定されます。1ヘルツ(Hz)は1秒あたり1回の周期に相当します。脳波は周波数によって、ベータ、アルファ、シータ、デルタの4つの主要タイプに分類されます。

以下の段落では、4つの主要な脳波周波数に関連付けられているいくつかの機能について説明します。これらの機能は、単に異なる脳波周波数と関連があることが分かっているだけであり、周波数帯と脳の特定の機能との間に1対1の線形対応があるわけではありません。


ベータ波(周波数範囲は14 Hzから約30 Hz)

ベータ波は、意識している状態、または覚醒していて、注意深く警戒している状態と最も強く関連しています。低振幅のベータ波は、集中している状態、あるいは忙しい、または不安な精神状態と関連しています。ベータ波はまた、運動の意思決定(動作の抑制と運動に関する感覚フィードバック)とも関連しています。EEG装置で測定されると、これらの信号はしばしばEEGベータ波と呼ばれます。


アルファ波(周波数範囲は7 Hzから13 Hz)

アルファ波は、リラックスした、落ち着いた、明晰な精神状態とよく関連付けられます。アルファ波は、脳の後頭部および後方領域で見られます。アルファ波は、目を閉じてリラックスすることで誘発されることがあり、思考、暗算、問題解決のような強い認知過程の最中にはほとんど現れません。成人の多くでは、アルファ波の周波数は9〜11 Hzの範囲です。EEG装置で測定すると、これらはしばしばEEGアルファ波と呼ばれます。


シータ波(周波数範囲は4 Hzから7 Hz)

4〜7 Hzの周波数範囲にある脳活動は、シータ活動と呼ばれます。EEG測定で検出されるシータリズムは、若年成人、とくに側頭領域や過換気の際にしばしば見られます。高齢者では、約30ミリボルト(mV)を超える振幅のシータ活動は、傾眠時を除き、あまり一般的ではありません。EEG装置で測定されると、これらはしばしばEEGシータ波と呼ばれます。


デルタ波(周波数範囲は4 Hz以下)

デルタ活動は主に乳児に見られます。デルタ波は、年長の被験者では深い睡眠段階と関連しています。デルタ波は、欠神発作の患者において発作間欠期(発作と発作の間)に記録されており、この発作は注意の一時的かつ突然の喪失を伴います。

デルタ波は、低周波(約3 Hz)で高振幅の波として特徴づけられます。デルタリズムは覚醒中にも現れることがあり、開眼に反応し、過換気によって増強されることもあります。EEG装置で測定されると、これらはしばしばEEGデルタ波と呼ばれます。


EEG波を用いて脳の働きを理解する

EEGは何を示すのか?

あなたの脳は、眠っているときでさえ、絶えず情報を吸収し処理しています。こうした活動のすべてが、EEGセンサーが捉える電気信号を生み出します。これにより、動きや表情のような目に見える行動反応がなくても、脳活動の変化を記録できます。

EEGモニターは、脳が生み出す電気の変化を測定するものであり、思考や感情を測るものではありません。また、脳へ電気を送り込むこともありません。

脳の主要な皮質全体にわたる活動を検出することは、高品質なEEGデータを得るうえで極めて重要です。結果は、外部刺激によって影響を受ける感情状態を評価するための代理指標になり得ます。


EEGの簡単な歴史

脳内の電気活動現象に関する研究は、1875年にはすでに動物を対象に行われていました。当時、医師リチャード・カトンが、英国医学雑誌にウサギとサルを用いた実験結果を発表しました。

1890年には、アドルフ・ベックが犬とウサギの脳の表面に直接電極を配置し、感覚刺激を試験しました。彼の、変動する脳の電気活動の観察は脳波の発見につながり、EEGが科学分野として発展するきっかけとなりました。

ドイツの生理学者で精神科医のハンス・ベルガーは、1924年に人間の最初のEEG脳波を記録したことで知られています。ベルガーは、EEG信号を記録する装置である脳波計を発明しました。著書『The Origins of EEG』の中で、著者デイビッド・ミレットはこの発明を「臨床神経学の歴史における最も驚くべき、顕著で、重大な発展のひとつ」と表現しました。

最初の人間のEEG記録は1924年にハンス・ベルガーによって取得されました。上の信号がEEG、下が10 Hzのタイミング信号です。


ハンス・ベルガー。人間のEEG脳波を最初に記録した人物。

臨床脳波学の分野は1935年に始まりました。これは、神経科学者フレデリック・ギブス、ハロウェル・デイビス、ウィリアム・レノックスによる、てんかん様スパイク、発作間欠期スパイク波、そして臨床的欠神EEG発作の3周期に関する研究に端を発しています。ギブスと科学者ハーバート・ジャスパーは、発作間欠期のスパイクはてんかんの明確な特徴であると結論づけました。最初のEEG研究室は1936年にマサチューセッツ総合病院に開設されました。

1947年には、現在米国臨床神経生理学会として知られる米国EEG学会が設立され、最初の国際EEG会議が開催されました。

1950年代には、ウィリアム・グレイ・ウォルターがEEGの補助技術であるEEGトポグラフィーを開発し、脳表面全体にわたる電気活動のマッピングが可能になりました。これは1980年代に人気を博しましたが、主流の神経学に採用されることはありませんでした。

スティーボ・ボジノフスキ、リリヤナ・ボジノフスカ、ミハイル・セスタコフは、1988年にEEG装置を用いて物理的な物体の制御を達成した最初の科学者でした。2011年には、テック起業家のタン・ルーとジョフ・マッケラー博士がEmotiv社を立ち上げたことで、EEGは消費者市場に参入しました。

ヘッドセットやキャップのようなEEG技術は、BCI(Brain-Computer Interface)の構成要素です。BCIはHMI(Human Machine Interface)、MMI(Mind Machine Interface)、BMI(Brain Machine Interface)、DNI(Direct Neural Interface)とも呼ばれます。DNIは脳や神経系の他の部分からの信号を解読できます。BCIは、訓練された精神コマンドの機械学習を通じて、認知パフォーマンスを追跡し、仮想および物理的な対象の両方を制御することを目的としています。

2017年、四肢麻痺のレーサー、ロドリゴ・フブネル・メンデスは、EmotivのEEGヘッドセットのおかげで、自分の脳波だけを使って史上初めてF1カーを運転した人物となりました。


EEGは何に使われるのか?

パフォーマンスとウェルネス

アスリート、バイオハッカー、そして関心のある一般消費者は、1日に何歩歩いたかを記録するのと同じように、EEGを使って自分の脳活動を「追跡」できます。EEGは、注意や気が散ること、ストレス、認知負荷(ある瞬間に作業記憶に課される精神活動の総容量)などの認知機能を測定できます。これらの知見は、脳が日常生活の出来事にどのように反応するかについて貴重な洞察を与えてくれます。EEGデータは、ストレスの軽減、集中力の向上、瞑想の強化のための、科学的根拠に基づく戦略を設計するために使えるフィードバックを提供します。


消費者調査

EEGデータは、消費者インサイトのための検索ツールとして非常に強力です。脳の反応は前例のない消費者フィードバックを提供します。というのも、EEGは、消費者が実際にどの程度注意を払っているかと、自分で報告する「好み」や「気づき」との差を測定するために使われているからです。EEGを、視線追跡、表情分析、心拍測定のような他の生体計測センサーと組み合わせることで、企業は顧客行動を包括的に理解できます。EEGのようなニューロテクノロジーを使って消費者の反応を研究することは、ニューロマーケティングと呼ばれます。


医療

EEG検査は、管理された手順の中で脳活動を示すため、その結果にはさまざまな脳障害の診断に使える情報が含まれることがあります。異常なEEGデータは、不規則な脳波として表示されます。異常なEEGデータは、脳機能障害、頭部外傷、睡眠障害、記憶障害、脳腫瘍、脳卒中、認知症、てんかんなどの発作性障害、その他さまざまな状態の兆候を示すことがあります。診断の目的に応じて、医師はEEGに認知テスト、脳活動モニタリング、そして神経画像技術を組み合わせることがあります。


発作の診断

EEG検査は、発作活動を経験している患者にしばしば推奨されます。このような場合、医師は携帯型EEGを実施することがあります。携帯型EEGは最大72時間連続で記録し、一方、従来のEEGは1〜2時間です。患者はEEGヘッドセットを装着したまま、自宅内を自由に動き回ることができます。記録時間を延長することで、異常な脳活動を記録できる可能性が高まります。そのため、携帯型EEGはてんかん(EEGてんかん)、発作性障害、または睡眠障害の診断によく使われます。


睡眠障害のための睡眠検査

EEG睡眠検査、つまり「ポリソムノグラフィー」は、脳スキャンに加えて身体活動も測定します。EEG技師は、一晩の検査中に心拍数、呼吸、血液中の酸素レベルをモニタリングします。ポリソムノグラフィーは、主に医学研究や睡眠障害の診断検査として用いられます。


定量的神経科学

EEGは脳の外層(大脳皮質)の電気活動を測定するため、頭皮から脳波を捉えることができます。EEGによる脳検査を他の脳モニタリング技術のデータと組み合わせることで、研究者は脳内だけでなく身体内でも起こっている複雑な相互作用について新たな洞察を得ることができます。

まさにそれを実現しようとしているのが、定量的脳波計測(qEEG)です。定量的EEGは、従来のEEGと同じように脳波を記録します。機械学習を用いて、qEEGはあなたの脳波を、同じ性別・年齢範囲で、かつ脳機能障害を持たない人々の脳波と比較します。qEEGのプロセスは、この定量比較を通じてあなたの脳の「地図」を作成します。このプロセスは、計算論的神経科学と呼ばれる神経科学の下位分野で一般的です。

EEG電極の配置は、qEEGを成功させるための重要な要素です。従来のEEGリード配置は10-20システムに従っており、これは頭皮に取り付ける電極の配置に関する国際的に認められた標準です。「10-20」とは、EEGリード間の距離が頭蓋全体の距離の10%または20%であることを意味します。

装置に搭載される電極数はさまざまで、EEG記録システムによっては最大256個の電極を持つものもあります。qEEGの記録では、頭皮の19の部位すべてからデータを収集するために19センサーのキャップを使用します。EEGリードは装着位置の信号を増幅するため、qEEGによる脳マッピングは、行動面および/または認知面で観察された機能障害の原因を脳レベルで特定します。


学術研究

異常なEEG結果だけが、EEG検査結果から得られる価値ある情報ではありません。多くの研究者が研究に正常EEGを用いており、その中にはREM睡眠中の脳活動に関する画期的な1957年の研究も含まれます。

EEGが測定する脳波の種類の節で述べたように、EEG記録を研究することで、脳信号に含まれるさまざまな周波数が明らかになります。これらの周波数は、異なる注意状態や認知状態を反映しています。たとえば、研究者は瞑想中の神経学的反応を調べる際に、(しばしば意識的注意と関連する)ガンマ帯域活動をモニタリングしてきました(EEG瞑想)。

ガンマ帯域活動は、精神的または身体的な最高パフォーマンスと関連しています。EEG装置を装着した被験者が深い瞑想を行う実験は、ガンマ波が意識的体験や超越的な精神状態と関連しているという説を生みました。しかし、ガンマ帯域活動がどのような認知機能と関連しているのかについては、学術研究者の間で一致した見解はありません。

研究者は、自分たちが収集した膨大な脳データを処理・管理し、さらには異なる機関と共有するための手段を必要としています。「ニューロインフォマティクス」は、神経科学データのための計算ツールや数学モデルを提供する研究分野です。ニューロインフォマティクスは、データベースの整理、データ共有、データモデリングのための技術を生み出すことを目的としています。神経科学は神経系の科学的研究として広く定義されるため、そこには多様なデータが含まれます。神経科学の下位分野のひとつには認知心理学があり、EEGなどの神経画像法を用いて、脳や神経系のどの部分がどの認知過程の基盤となっているかを分析します。


市場調査:EEGヘッドセットで感情・認知状態を理解する


EEG検査の流れ

EEG手技の準備

以下のEEGモニタリング、解釈、結果に関するセクションには、医療環境でEEG検査を受ける読者向けの情報が含まれています。検査の準備をする最善の方法は、常に検査担当者に具体的な準備手順を尋ねることです。準備の指示は用途によって異なる場合があります。たとえば、消費者調査、学術研究、またはパフォーマンスとウェルネス向けのEEG記録では、被験者が横になるのではなく活動していることが求められる場合があります。

Emotivのような企業は、検査の実施、処理、解釈をより速く、より便利にするEEG技術の進歩を先導してきました。EmotivのモバイルおよびワイヤレスEEGヘッドセットは5分未満でセットアップでき、被験者を試験施設に拘束するのではなく自由に動き回れるようにします。

EEG検査の前には、医師、雇用主、研究者など、検査を実施する専門家に、常用している薬について伝えてください。手技の前夜に髪を洗い、整髪料などを付けないままにしておくことが推奨されます。検査の少なくとも8時間前からは、カフェインを飲んだり食べたりしないでください。EEG手技中に睡眠をとる必要がある場合は、検査中に脳を適切にリラックスさせるため、前夜の睡眠を制限するよう指示されることがあります。


EEGモニタリング

EEG手技中に痛みや不快感を感じることはありません。臨床EEG手技では、ベッドまたはリクライニングチェアに横になり、目を閉じるよう指示されます。EEG技師は頭部を測定し、リードを装着する位置に印を付けます。

検査が始まると、電極が脳波を記録し、その活動を記録装置へ送ります。EEG装置はその後、データを解釈用の波形パターンに変換します。記録が終わると、技師が頭皮から電極を取り外します。

科学的または臨床的な環境で行われる通常のEEG検査は、初期設定に約20分を含め、30〜60分で完了します。消費者向け、個人のパフォーマンス向け、職場研究向けに実施されるEEG検査は、目的に応じてより短くも長くもなります。EmotivのワイヤレスEEGヘッドセットは、こうした用途でより迅速なセットアップを可能にします(5分未満)。

手技後の回復時間は通常必要ありません。検査中に眠るために眠気をもよおす薬を服用した場合、検査担当者は、薬の効果が切れるまで施設で待機するか、誰かに車で送ってもらうよう勧めることがあります。

EEG検査の副作用はまれです。電極は感覚を生じさせず、脳活動を記録するだけです。てんかんのある人は、手技中の点滅光などの刺激によって発作を起こすことがあります。EEG検査中の発作は恐れる必要はありません。むしろ、医師がてんかんの種類を診断し、それに応じて治療を調整する助けになることがあります。


EEGの解釈と手技結果

臨床的な理由でEEG検査を勧められた場合、検査結果は神経系を専門とする医師によって解釈されます。神経科医は、正常および異常な脳パターンについて記録を調べます。脳波パターンは、その波形の特徴によって非常に識別しやすいです。たとえば、バースト・サプレッション・パターンは、昏睡や全身麻酔のような脳活動の低下した状態の患者でしばしば観察され、短いスパイク(バースト)と平坦な期間(サプレッション)が交互に現れます。

てんかんの種類によって、異なるEEGパターンが特徴づけられます。スパイク・ウェーブ・パターン — 全般性で対称的なEEGパターン — は、しばしば欠神発作の最中に観察されます。この発作では、患者は短時間の意識喪失を経験します。部分焦点発作では、発作活動が脳の1つの領域のみに影響し、その領域に対応するEEGデータチャネルに低電位・高速リズムのパターンとして現れます。

その後、神経科医はEEG測定を検査を依頼した医師に返送します。担当医は、EEG画像を確認し結果を説明するための予約を入れることがあります。状態によっては、フォローアップとしてEEGニューロフィードバックやバイオフィードバックと呼ばれるサービスを勧められることがあります。たとえば、集中に関連する脳波パターンを強化したい人は、ADHDのためのニューロフィードバック療法に取り組むかもしれません。

バイオフィードバック療法は、被験者が不随意な身体過程を制御できるよう支援します。たとえば高血圧を経験している被験者は、皮膚上の電極からデータを受け取っているモニター上で自分の身体計測値を見ることができます。この活動をモニタリングすることで、症状を軽減しうるリラクゼーションやメンタルエクササイズを学ぶことができます。

同様に、ニューロフィードバックはEEGを利用して脳の働きをより良くするよう訓練します。このトレーニング中、患者はEEG装置に接続され、自分の脳活動をリアルタイムで見ます。これはしばしばビデオゲームのような形を取り、患者が自分の脳でゲームを「操作」して脳活動を制御します。患者は、脳機能障害に関連する脳波周波数を改善しようとします。ちょうどアスリートが弱い筋肉を鍛えるのと同じです。EEGニューロフィードバックは、てんかん、双極性障害、ADHD、自閉症などの状態にしばしば推奨されます。これらの障害の助けにはなりますが、治癒させることはできません。


さまざまな種類のEEGデバイス

EEG装置は、いくつかの異なるウェアラブルEEGデバイスの形で提供されています。最も大きな違いは、臨床用EEGデバイス(医療および科学研究の現場で使用)と、消費者用EEGデバイス(消費者調査、学術研究、パフォーマンスとウェルネスで使用)の違いです。臨床用デバイスでは、参加者は装着中に動くことができず、信号の歪みを避けるために、管理された遮蔽環境でデータを収集する必要があります。Emotivのワイヤレスヘッドセットのような消費者用EEGデバイスは、どこでも脳活動をモニタリングできます。

さまざまな種類のウェアラブルEEGデバイスの違いは、EEGシステムを使う専門家の要件や、データが収集される環境をサポートするために必要です。たとえば、神経科医や神経科学者は、消費者研究者よりも高密度のセンサーを必要とすることがよくあります。EEG電極の配置に加えて、考慮すべきその他の注目すべき違いがいくつかあります。


EEGキャップ VS. EEGヘッドセット

EEGキャップとEEGヘッドセットの違いは何でしょうか? この2つの最も一般的なウェアラブルEEGデバイスの主な違いは電極数です。ヘッドセットは通常5〜20個の電極を備えています。キャップは電極配置のための表面積が広いため、より多くのセンサーを搭載できます。Emotiv EPOC FLEXのようなEEGキャップは、柔軟な配置のために可動式センサーを提供します。Emotiv InsightおよびEpoc Xヘッドセットのセンサー構成は固定されています。


EPOC Flex

ジェルまたは生理食塩水センサー


EPOC+ と EPOC X

生理食塩水センサー


湿式 VS. 乾式EEG電極

EEGデバイスは主に湿式電極または乾式電極のいずれかを使用します。最近開発された電極の形式として「タトゥー電極」があり、これは一時的なタトゥーのように貼り付ける印刷電極です。湿式電極は、頭皮との接触を良くするために粘着性ジェルを使用するため、より高いデータ精度が得られます。湿式電極は主に臨床および研究の現場で使われます。乾式電極は粘着性ジェルを必要としません。乾式電極を備えたEEGデバイスは、セットアップ時間が短くて済むため、EEGの消費者研究でしばしば使われます。研究者は、湿式と乾式のEEG電極の長所と短所を継続的に比較しています。


有線 VS. 無線EEGデバイス

EEGの初期には、患者は臨床環境でEEG装置に接続される必要がありました。現在では、EEG信号をデジタル化してスマートフォン、コンピューター、またはクラウドのような記録装置へ送信できるため、無線EEG検査が可能です。携帯型EEGを使えば、さまざまな環境で検査を実施できます。被験者が無線EEGヘッドセットを装着して公園を歩き回る実験も可能で、その被験者の動きはデータ送信範囲によってのみ制限されます。点滅光のような刺激を与えるために検査環境を管理する必要がある場合は、臨床環境を選ぶことができます。その場合、有線EEG装置の使用に制限はありません。


有線EEGヘッドセット

ケーブル接続


無線Emotiv EEGヘッドセット

Bluetooth無線技術


EEG測定と他の脳測定技術

EEG測定の利点は、利用可能な脳活動測定の中で最も侵襲性が低く、関連する認知過程の間に多くの定量情報を提供できることです。脳機能を研究する他の方法には次のようなものがあります。

  • 機能的磁気共鳴画像法(fMRI)

  • 脳磁図法(MEG)

  • 核磁気共鳴分光法(NMRまたはMRS)

  • 皮質脳波記録

  • 単一光子放射断層撮影法(SPECT)

  • 陽電子放出断層撮影法(PET)

  • 近赤外分光法(NIRS)

  • 事象関連光信号(EROS)


EEGの利点

EEGは空間的感度が比較的低いにもかかわらず、前述のいくつかの脳画像・脳研究技術に対して複数の利点があります。

  • EEGはfMRIと比べて時間分解能が非常に高いです。ミリ秒単位の速度で起こる脳の迅速な反応を捉えられるため、脳内で起きていることと環境で起きていることを正確に同期できます。EEGは臨床および研究環境で250〜2000 Hzのサンプリングレートで記録されます。より現代的なEEGデータ収集システムでは、必要に応じて20,000 Hzを超えるサンプリングレートで記録できます。

  • ハードウェアコストおよび総所有コスト(TCO)が大幅に低いです。

  • EEGデータは、電極を脳表面に直接配置するために脳神経外科手術を必要とする皮質脳波記録とは異なり、非侵襲的に収集されます。

  • モバイルEEGセンサーは、重く高価で移動できない機器に依存するfMRI、SPECT、PET、MRS、MEGよりも、より多くの場所で使用できます。

  • EEGは無音なので、聴覚刺激への反応を研究できます。

  • fMRIやMRIと比べて、EEG装置には物理的な危険がありません。fMRIとMRIは強力な磁石であり、ペースメーカーのような金属製機器を装着した患者には使用できません。

  • fMRI、PET、MRS、SPECTは閉所恐怖症を悪化させる可能性があり、それが検査結果を損なうことがあります。EEGは被験者が狭い空間に閉じ込められないため、閉所恐怖症を引き起こしません。

  • 消費者向けEEGスキャンは、他のほとんどの神経画像技術とは異なり、検査中の被験者の動きの自由度が高いです。

  • 陽電子放出断層撮影法とは異なりEEGは放射性リガンドへの曝露を伴わず、MRIやfMRIのような高磁場への曝露もありません。

  • EEGは高強度(>1テスラ)の磁場への曝露を伴いません。

  • 行動テスト法と比べて、EEGは潜在処理(反応を必要としない処理)を検出できます。この技術は、運動反応を行えない被験者にも使われます。

  • EEGは消費者利用への参入障壁が低いため、日常生活のさまざまな活動中の脳活動を追跡・記録するための強力なツールであり、事実上無限の応用が可能です。

  • EEG睡眠分析は、思春期の脳成熟度評価を含め、脳発達のタイミングに関する重要な側面を示すことがあります。

  • fMRIで使われるBOLD(Blood-oxygen-level-dependent)画像法と比べると、EEGで測定されている信号が何であるかについて、より明確な理解があります。


EEGゲーム

EEG技術は、医療および娯楽の両方の目的でゲーム分野に応用されています。企業は、VR、AR、BCIにおけるビデオゲームとのインタラクション手段としてEEGを利用しています。EEG装置は信号を検出し、ソフトウェア内のアルゴリズムがあなたの脳波を解釈して、画面上のアバターを制御します。

EmotivのEPOCヘッドセットは、意識的および無意識的な思考や感情を監視・解釈できる、最初の高忠実度ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)です。このBCIは、30種類の異なる表情、感情、行動の複雑な脳波を検出できます。この検出は機械学習によって実現されています。機械学習アルゴリズムは、参加者がさまざまな表情、感情、行動を処理している間に生じる脳パターンを認識するよう訓練されています。

アルゴリズムがそのデータセット内のEEG脳波を検出すると、BCIはそのパターンを物理的またはデジタルのコマンドと関連付けることができます。たとえば、「押せ!」のようなトリガー語を思い浮かべると、アバターは進路上の物体を押しのけます。


TechCrunch TV:EEGを使ったマインドコントロール機器など


EEGのユースケース

EEG測定には多くの現代的な応用があります。代表的なEEGのユースケースには次のようなものがあります。

  • 神経科学

  • 脳教育プログラム

  • ニューロマーケティング

  • 睡眠研究

  • ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)

  • 認知パフォーマンス

  • 自己定量化

  • 感情状態

  • ADHD療法

  • 神経疾患

  • 脳波同調

  • 認知行動療法

  • ニューロインフォマティクス

  • 脳波ゲーム

  • AR & VR補助

  • 嚥下障害と認知症

  • 脳卒中リハビリテーション

  • 作業記憶テスト(N-back)


注:これはEEGに関する一般的な情報にすぎません。Emotiv製品は、研究用途および個人利用のみに使用されることを意図しています。当社の製品は、EU指令93/42/EECで定義される医療機器としては販売されていません。当社の製品は、疾患の診断または治療に使用するよう設計または意図されたものではありません。

***免責事項 - Emotiv製品は、研究用途および個人利用のみに使用されることを意図しています。当社の製品は、EU指令93/42/EECで定義される医療機器としては販売されていません。当社の製品は、疾患の診断や治療に使用するよう設計または意図されたものではありません。

 

EEGの定義

EEGは「electroencephalography(脳波測定)」の略で、脳の電気活動を記録するための電気生理学的手法です。EEGは、脳によって生じる電気活動の変化を測定します。電圧の変化は、ニューロンと呼ばれる一部の脳細胞の内部および細胞間にあるイオン電流から生じます。

 

EEGとは何か?

EEG検査は、脳の電気活動を評価します。EEGスキャンは、EEGセンサー— EEG電極とも呼ばれる小さな金属ディスク—を頭皮に装着して行われます。これらの電極が脳内の電気活動を検出・記録します。収集されたEEG信号は増幅され、デジタル化され、その後、保存およびデータ処理のためにコンピューターまたはモバイルデバイスへ送信されます。

EEGデータを分析することは、認知過程を研究するうえで非常に優れた方法です。医師が医学的診断を下す助けとなり、研究者が人間行動の基盤となる脳の過程を理解する助けとなり、個人の生産性やウェルネス向上にも役立ちます。



EEGはどのように機能するのか?

脳内の数十億個の細胞は、脳波と呼ばれる非線形パターンを形成する非常に小さな電気信号を生み出します。EEG装置は、EEG検査中に大脳皮質、すなわち脳の外層における電気活動を測定します。EEGセンサーは参加者の頭部に配置され、その後、電極が対象者の脳波を非侵襲的に検出します。

EEGセンサーは、1秒間に脳内で生成される電気活動の数千回ものスナップショットを記録できます。記録された脳波は増幅器へ送られ、次にデータ処理のためにコンピューターまたはクラウドへ送られます。波形のように見える増幅された信号は、コンピューター、モバイルデバイス、またはクラウドデータベースに記録できます。

クラウドコンピューティングソフトウェアは、EEGデータ処理における重要な革新と考えられています。というのも、これにより大規模な記録をリアルタイムで分析できるからです。EEG測定の初期には、波形は単に方眼紙に記録されていました。学術研究や商業研究におけるEEGシステムは、通常、データを時系列として、あるいは連続的な電圧の流れとして表示します。

方眼紙に記録されたEEG波形

デジタル記録されたEEG波形

現代の脳可視化ソフトウェアにおけるEEG波形

脳の電気活動をマッピングするためには、脳表面全体に分布するさまざまな皮質構造を通じた信号からEEG測定を行うのが望ましいです。

現代の脳可視化用時系列グラフにおけるEEG波形


EEGが測定する脳波の種類

EEG装置の電極は、さまざまなEEG周波数として表現される電気活動を捉えます。Fast Fourier Transform(FFT)と呼ばれるアルゴリズムを用いることで、これらの生のEEG信号は異なる周波数を持つ明確な波として識別できます。周波数とは電気的振動の速度を指し、1秒あたりのサイクル数で測定されます。1ヘルツ(Hz)は1秒あたり1回の周期に相当します。脳波は周波数によって、ベータ、アルファ、シータ、デルタの4つの主要タイプに分類されます。

以下の段落では、4つの主要な脳波周波数に関連付けられているいくつかの機能について説明します。これらの機能は、単に異なる脳波周波数と関連があることが分かっているだけであり、周波数帯と脳の特定の機能との間に1対1の線形対応があるわけではありません。


ベータ波(周波数範囲は14 Hzから約30 Hz)

ベータ波は、意識している状態、または覚醒していて、注意深く警戒している状態と最も強く関連しています。低振幅のベータ波は、集中している状態、あるいは忙しい、または不安な精神状態と関連しています。ベータ波はまた、運動の意思決定(動作の抑制と運動に関する感覚フィードバック)とも関連しています。EEG装置で測定されると、これらの信号はしばしばEEGベータ波と呼ばれます。


アルファ波(周波数範囲は7 Hzから13 Hz)

アルファ波は、リラックスした、落ち着いた、明晰な精神状態とよく関連付けられます。アルファ波は、脳の後頭部および後方領域で見られます。アルファ波は、目を閉じてリラックスすることで誘発されることがあり、思考、暗算、問題解決のような強い認知過程の最中にはほとんど現れません。成人の多くでは、アルファ波の周波数は9〜11 Hzの範囲です。EEG装置で測定すると、これらはしばしばEEGアルファ波と呼ばれます。


シータ波(周波数範囲は4 Hzから7 Hz)

4〜7 Hzの周波数範囲にある脳活動は、シータ活動と呼ばれます。EEG測定で検出されるシータリズムは、若年成人、とくに側頭領域や過換気の際にしばしば見られます。高齢者では、約30ミリボルト(mV)を超える振幅のシータ活動は、傾眠時を除き、あまり一般的ではありません。EEG装置で測定されると、これらはしばしばEEGシータ波と呼ばれます。


デルタ波(周波数範囲は4 Hz以下)

デルタ活動は主に乳児に見られます。デルタ波は、年長の被験者では深い睡眠段階と関連しています。デルタ波は、欠神発作の患者において発作間欠期(発作と発作の間)に記録されており、この発作は注意の一時的かつ突然の喪失を伴います。

デルタ波は、低周波(約3 Hz)で高振幅の波として特徴づけられます。デルタリズムは覚醒中にも現れることがあり、開眼に反応し、過換気によって増強されることもあります。EEG装置で測定されると、これらはしばしばEEGデルタ波と呼ばれます。


EEG波を用いて脳の働きを理解する

EEGは何を示すのか?

あなたの脳は、眠っているときでさえ、絶えず情報を吸収し処理しています。こうした活動のすべてが、EEGセンサーが捉える電気信号を生み出します。これにより、動きや表情のような目に見える行動反応がなくても、脳活動の変化を記録できます。

EEGモニターは、脳が生み出す電気の変化を測定するものであり、思考や感情を測るものではありません。また、脳へ電気を送り込むこともありません。

脳の主要な皮質全体にわたる活動を検出することは、高品質なEEGデータを得るうえで極めて重要です。結果は、外部刺激によって影響を受ける感情状態を評価するための代理指標になり得ます。


EEGの簡単な歴史

脳内の電気活動現象に関する研究は、1875年にはすでに動物を対象に行われていました。当時、医師リチャード・カトンが、英国医学雑誌にウサギとサルを用いた実験結果を発表しました。

1890年には、アドルフ・ベックが犬とウサギの脳の表面に直接電極を配置し、感覚刺激を試験しました。彼の、変動する脳の電気活動の観察は脳波の発見につながり、EEGが科学分野として発展するきっかけとなりました。

ドイツの生理学者で精神科医のハンス・ベルガーは、1924年に人間の最初のEEG脳波を記録したことで知られています。ベルガーは、EEG信号を記録する装置である脳波計を発明しました。著書『The Origins of EEG』の中で、著者デイビッド・ミレットはこの発明を「臨床神経学の歴史における最も驚くべき、顕著で、重大な発展のひとつ」と表現しました。

最初の人間のEEG記録は1924年にハンス・ベルガーによって取得されました。上の信号がEEG、下が10 Hzのタイミング信号です。


ハンス・ベルガー。人間のEEG脳波を最初に記録した人物。

臨床脳波学の分野は1935年に始まりました。これは、神経科学者フレデリック・ギブス、ハロウェル・デイビス、ウィリアム・レノックスによる、てんかん様スパイク、発作間欠期スパイク波、そして臨床的欠神EEG発作の3周期に関する研究に端を発しています。ギブスと科学者ハーバート・ジャスパーは、発作間欠期のスパイクはてんかんの明確な特徴であると結論づけました。最初のEEG研究室は1936年にマサチューセッツ総合病院に開設されました。

1947年には、現在米国臨床神経生理学会として知られる米国EEG学会が設立され、最初の国際EEG会議が開催されました。

1950年代には、ウィリアム・グレイ・ウォルターがEEGの補助技術であるEEGトポグラフィーを開発し、脳表面全体にわたる電気活動のマッピングが可能になりました。これは1980年代に人気を博しましたが、主流の神経学に採用されることはありませんでした。

スティーボ・ボジノフスキ、リリヤナ・ボジノフスカ、ミハイル・セスタコフは、1988年にEEG装置を用いて物理的な物体の制御を達成した最初の科学者でした。2011年には、テック起業家のタン・ルーとジョフ・マッケラー博士がEmotiv社を立ち上げたことで、EEGは消費者市場に参入しました。

ヘッドセットやキャップのようなEEG技術は、BCI(Brain-Computer Interface)の構成要素です。BCIはHMI(Human Machine Interface)、MMI(Mind Machine Interface)、BMI(Brain Machine Interface)、DNI(Direct Neural Interface)とも呼ばれます。DNIは脳や神経系の他の部分からの信号を解読できます。BCIは、訓練された精神コマンドの機械学習を通じて、認知パフォーマンスを追跡し、仮想および物理的な対象の両方を制御することを目的としています。

2017年、四肢麻痺のレーサー、ロドリゴ・フブネル・メンデスは、EmotivのEEGヘッドセットのおかげで、自分の脳波だけを使って史上初めてF1カーを運転した人物となりました。


EEGは何に使われるのか?

パフォーマンスとウェルネス

アスリート、バイオハッカー、そして関心のある一般消費者は、1日に何歩歩いたかを記録するのと同じように、EEGを使って自分の脳活動を「追跡」できます。EEGは、注意や気が散ること、ストレス、認知負荷(ある瞬間に作業記憶に課される精神活動の総容量)などの認知機能を測定できます。これらの知見は、脳が日常生活の出来事にどのように反応するかについて貴重な洞察を与えてくれます。EEGデータは、ストレスの軽減、集中力の向上、瞑想の強化のための、科学的根拠に基づく戦略を設計するために使えるフィードバックを提供します。


消費者調査

EEGデータは、消費者インサイトのための検索ツールとして非常に強力です。脳の反応は前例のない消費者フィードバックを提供します。というのも、EEGは、消費者が実際にどの程度注意を払っているかと、自分で報告する「好み」や「気づき」との差を測定するために使われているからです。EEGを、視線追跡、表情分析、心拍測定のような他の生体計測センサーと組み合わせることで、企業は顧客行動を包括的に理解できます。EEGのようなニューロテクノロジーを使って消費者の反応を研究することは、ニューロマーケティングと呼ばれます。


医療

EEG検査は、管理された手順の中で脳活動を示すため、その結果にはさまざまな脳障害の診断に使える情報が含まれることがあります。異常なEEGデータは、不規則な脳波として表示されます。異常なEEGデータは、脳機能障害、頭部外傷、睡眠障害、記憶障害、脳腫瘍、脳卒中、認知症、てんかんなどの発作性障害、その他さまざまな状態の兆候を示すことがあります。診断の目的に応じて、医師はEEGに認知テスト、脳活動モニタリング、そして神経画像技術を組み合わせることがあります。


発作の診断

EEG検査は、発作活動を経験している患者にしばしば推奨されます。このような場合、医師は携帯型EEGを実施することがあります。携帯型EEGは最大72時間連続で記録し、一方、従来のEEGは1〜2時間です。患者はEEGヘッドセットを装着したまま、自宅内を自由に動き回ることができます。記録時間を延長することで、異常な脳活動を記録できる可能性が高まります。そのため、携帯型EEGはてんかん(EEGてんかん)、発作性障害、または睡眠障害の診断によく使われます。


睡眠障害のための睡眠検査

EEG睡眠検査、つまり「ポリソムノグラフィー」は、脳スキャンに加えて身体活動も測定します。EEG技師は、一晩の検査中に心拍数、呼吸、血液中の酸素レベルをモニタリングします。ポリソムノグラフィーは、主に医学研究や睡眠障害の診断検査として用いられます。


定量的神経科学

EEGは脳の外層(大脳皮質)の電気活動を測定するため、頭皮から脳波を捉えることができます。EEGによる脳検査を他の脳モニタリング技術のデータと組み合わせることで、研究者は脳内だけでなく身体内でも起こっている複雑な相互作用について新たな洞察を得ることができます。

まさにそれを実現しようとしているのが、定量的脳波計測(qEEG)です。定量的EEGは、従来のEEGと同じように脳波を記録します。機械学習を用いて、qEEGはあなたの脳波を、同じ性別・年齢範囲で、かつ脳機能障害を持たない人々の脳波と比較します。qEEGのプロセスは、この定量比較を通じてあなたの脳の「地図」を作成します。このプロセスは、計算論的神経科学と呼ばれる神経科学の下位分野で一般的です。

EEG電極の配置は、qEEGを成功させるための重要な要素です。従来のEEGリード配置は10-20システムに従っており、これは頭皮に取り付ける電極の配置に関する国際的に認められた標準です。「10-20」とは、EEGリード間の距離が頭蓋全体の距離の10%または20%であることを意味します。

装置に搭載される電極数はさまざまで、EEG記録システムによっては最大256個の電極を持つものもあります。qEEGの記録では、頭皮の19の部位すべてからデータを収集するために19センサーのキャップを使用します。EEGリードは装着位置の信号を増幅するため、qEEGによる脳マッピングは、行動面および/または認知面で観察された機能障害の原因を脳レベルで特定します。


学術研究

異常なEEG結果だけが、EEG検査結果から得られる価値ある情報ではありません。多くの研究者が研究に正常EEGを用いており、その中にはREM睡眠中の脳活動に関する画期的な1957年の研究も含まれます。

EEGが測定する脳波の種類の節で述べたように、EEG記録を研究することで、脳信号に含まれるさまざまな周波数が明らかになります。これらの周波数は、異なる注意状態や認知状態を反映しています。たとえば、研究者は瞑想中の神経学的反応を調べる際に、(しばしば意識的注意と関連する)ガンマ帯域活動をモニタリングしてきました(EEG瞑想)。

ガンマ帯域活動は、精神的または身体的な最高パフォーマンスと関連しています。EEG装置を装着した被験者が深い瞑想を行う実験は、ガンマ波が意識的体験や超越的な精神状態と関連しているという説を生みました。しかし、ガンマ帯域活動がどのような認知機能と関連しているのかについては、学術研究者の間で一致した見解はありません。

研究者は、自分たちが収集した膨大な脳データを処理・管理し、さらには異なる機関と共有するための手段を必要としています。「ニューロインフォマティクス」は、神経科学データのための計算ツールや数学モデルを提供する研究分野です。ニューロインフォマティクスは、データベースの整理、データ共有、データモデリングのための技術を生み出すことを目的としています。神経科学は神経系の科学的研究として広く定義されるため、そこには多様なデータが含まれます。神経科学の下位分野のひとつには認知心理学があり、EEGなどの神経画像法を用いて、脳や神経系のどの部分がどの認知過程の基盤となっているかを分析します。


市場調査:EEGヘッドセットで感情・認知状態を理解する


EEG検査の流れ

EEG手技の準備

以下のEEGモニタリング、解釈、結果に関するセクションには、医療環境でEEG検査を受ける読者向けの情報が含まれています。検査の準備をする最善の方法は、常に検査担当者に具体的な準備手順を尋ねることです。準備の指示は用途によって異なる場合があります。たとえば、消費者調査、学術研究、またはパフォーマンスとウェルネス向けのEEG記録では、被験者が横になるのではなく活動していることが求められる場合があります。

Emotivのような企業は、検査の実施、処理、解釈をより速く、より便利にするEEG技術の進歩を先導してきました。EmotivのモバイルおよびワイヤレスEEGヘッドセットは5分未満でセットアップでき、被験者を試験施設に拘束するのではなく自由に動き回れるようにします。

EEG検査の前には、医師、雇用主、研究者など、検査を実施する専門家に、常用している薬について伝えてください。手技の前夜に髪を洗い、整髪料などを付けないままにしておくことが推奨されます。検査の少なくとも8時間前からは、カフェインを飲んだり食べたりしないでください。EEG手技中に睡眠をとる必要がある場合は、検査中に脳を適切にリラックスさせるため、前夜の睡眠を制限するよう指示されることがあります。


EEGモニタリング

EEG手技中に痛みや不快感を感じることはありません。臨床EEG手技では、ベッドまたはリクライニングチェアに横になり、目を閉じるよう指示されます。EEG技師は頭部を測定し、リードを装着する位置に印を付けます。

検査が始まると、電極が脳波を記録し、その活動を記録装置へ送ります。EEG装置はその後、データを解釈用の波形パターンに変換します。記録が終わると、技師が頭皮から電極を取り外します。

科学的または臨床的な環境で行われる通常のEEG検査は、初期設定に約20分を含め、30〜60分で完了します。消費者向け、個人のパフォーマンス向け、職場研究向けに実施されるEEG検査は、目的に応じてより短くも長くもなります。EmotivのワイヤレスEEGヘッドセットは、こうした用途でより迅速なセットアップを可能にします(5分未満)。

手技後の回復時間は通常必要ありません。検査中に眠るために眠気をもよおす薬を服用した場合、検査担当者は、薬の効果が切れるまで施設で待機するか、誰かに車で送ってもらうよう勧めることがあります。

EEG検査の副作用はまれです。電極は感覚を生じさせず、脳活動を記録するだけです。てんかんのある人は、手技中の点滅光などの刺激によって発作を起こすことがあります。EEG検査中の発作は恐れる必要はありません。むしろ、医師がてんかんの種類を診断し、それに応じて治療を調整する助けになることがあります。


EEGの解釈と手技結果

臨床的な理由でEEG検査を勧められた場合、検査結果は神経系を専門とする医師によって解釈されます。神経科医は、正常および異常な脳パターンについて記録を調べます。脳波パターンは、その波形の特徴によって非常に識別しやすいです。たとえば、バースト・サプレッション・パターンは、昏睡や全身麻酔のような脳活動の低下した状態の患者でしばしば観察され、短いスパイク(バースト)と平坦な期間(サプレッション)が交互に現れます。

てんかんの種類によって、異なるEEGパターンが特徴づけられます。スパイク・ウェーブ・パターン — 全般性で対称的なEEGパターン — は、しばしば欠神発作の最中に観察されます。この発作では、患者は短時間の意識喪失を経験します。部分焦点発作では、発作活動が脳の1つの領域のみに影響し、その領域に対応するEEGデータチャネルに低電位・高速リズムのパターンとして現れます。

その後、神経科医はEEG測定を検査を依頼した医師に返送します。担当医は、EEG画像を確認し結果を説明するための予約を入れることがあります。状態によっては、フォローアップとしてEEGニューロフィードバックやバイオフィードバックと呼ばれるサービスを勧められることがあります。たとえば、集中に関連する脳波パターンを強化したい人は、ADHDのためのニューロフィードバック療法に取り組むかもしれません。

バイオフィードバック療法は、被験者が不随意な身体過程を制御できるよう支援します。たとえば高血圧を経験している被験者は、皮膚上の電極からデータを受け取っているモニター上で自分の身体計測値を見ることができます。この活動をモニタリングすることで、症状を軽減しうるリラクゼーションやメンタルエクササイズを学ぶことができます。

同様に、ニューロフィードバックはEEGを利用して脳の働きをより良くするよう訓練します。このトレーニング中、患者はEEG装置に接続され、自分の脳活動をリアルタイムで見ます。これはしばしばビデオゲームのような形を取り、患者が自分の脳でゲームを「操作」して脳活動を制御します。患者は、脳機能障害に関連する脳波周波数を改善しようとします。ちょうどアスリートが弱い筋肉を鍛えるのと同じです。EEGニューロフィードバックは、てんかん、双極性障害、ADHD、自閉症などの状態にしばしば推奨されます。これらの障害の助けにはなりますが、治癒させることはできません。


さまざまな種類のEEGデバイス

EEG装置は、いくつかの異なるウェアラブルEEGデバイスの形で提供されています。最も大きな違いは、臨床用EEGデバイス(医療および科学研究の現場で使用)と、消費者用EEGデバイス(消費者調査、学術研究、パフォーマンスとウェルネスで使用)の違いです。臨床用デバイスでは、参加者は装着中に動くことができず、信号の歪みを避けるために、管理された遮蔽環境でデータを収集する必要があります。Emotivのワイヤレスヘッドセットのような消費者用EEGデバイスは、どこでも脳活動をモニタリングできます。

さまざまな種類のウェアラブルEEGデバイスの違いは、EEGシステムを使う専門家の要件や、データが収集される環境をサポートするために必要です。たとえば、神経科医や神経科学者は、消費者研究者よりも高密度のセンサーを必要とすることがよくあります。EEG電極の配置に加えて、考慮すべきその他の注目すべき違いがいくつかあります。


EEGキャップ VS. EEGヘッドセット

EEGキャップとEEGヘッドセットの違いは何でしょうか? この2つの最も一般的なウェアラブルEEGデバイスの主な違いは電極数です。ヘッドセットは通常5〜20個の電極を備えています。キャップは電極配置のための表面積が広いため、より多くのセンサーを搭載できます。Emotiv EPOC FLEXのようなEEGキャップは、柔軟な配置のために可動式センサーを提供します。Emotiv InsightおよびEpoc Xヘッドセットのセンサー構成は固定されています。


EPOC Flex

ジェルまたは生理食塩水センサー


EPOC+ と EPOC X

生理食塩水センサー


湿式 VS. 乾式EEG電極

EEGデバイスは主に湿式電極または乾式電極のいずれかを使用します。最近開発された電極の形式として「タトゥー電極」があり、これは一時的なタトゥーのように貼り付ける印刷電極です。湿式電極は、頭皮との接触を良くするために粘着性ジェルを使用するため、より高いデータ精度が得られます。湿式電極は主に臨床および研究の現場で使われます。乾式電極は粘着性ジェルを必要としません。乾式電極を備えたEEGデバイスは、セットアップ時間が短くて済むため、EEGの消費者研究でしばしば使われます。研究者は、湿式と乾式のEEG電極の長所と短所を継続的に比較しています。


有線 VS. 無線EEGデバイス

EEGの初期には、患者は臨床環境でEEG装置に接続される必要がありました。現在では、EEG信号をデジタル化してスマートフォン、コンピューター、またはクラウドのような記録装置へ送信できるため、無線EEG検査が可能です。携帯型EEGを使えば、さまざまな環境で検査を実施できます。被験者が無線EEGヘッドセットを装着して公園を歩き回る実験も可能で、その被験者の動きはデータ送信範囲によってのみ制限されます。点滅光のような刺激を与えるために検査環境を管理する必要がある場合は、臨床環境を選ぶことができます。その場合、有線EEG装置の使用に制限はありません。


有線EEGヘッドセット

ケーブル接続


無線Emotiv EEGヘッドセット

Bluetooth無線技術


EEG測定と他の脳測定技術

EEG測定の利点は、利用可能な脳活動測定の中で最も侵襲性が低く、関連する認知過程の間に多くの定量情報を提供できることです。脳機能を研究する他の方法には次のようなものがあります。

  • 機能的磁気共鳴画像法(fMRI)

  • 脳磁図法(MEG)

  • 核磁気共鳴分光法(NMRまたはMRS)

  • 皮質脳波記録

  • 単一光子放射断層撮影法(SPECT)

  • 陽電子放出断層撮影法(PET)

  • 近赤外分光法(NIRS)

  • 事象関連光信号(EROS)


EEGの利点

EEGは空間的感度が比較的低いにもかかわらず、前述のいくつかの脳画像・脳研究技術に対して複数の利点があります。

  • EEGはfMRIと比べて時間分解能が非常に高いです。ミリ秒単位の速度で起こる脳の迅速な反応を捉えられるため、脳内で起きていることと環境で起きていることを正確に同期できます。EEGは臨床および研究環境で250〜2000 Hzのサンプリングレートで記録されます。より現代的なEEGデータ収集システムでは、必要に応じて20,000 Hzを超えるサンプリングレートで記録できます。

  • ハードウェアコストおよび総所有コスト(TCO)が大幅に低いです。

  • EEGデータは、電極を脳表面に直接配置するために脳神経外科手術を必要とする皮質脳波記録とは異なり、非侵襲的に収集されます。

  • モバイルEEGセンサーは、重く高価で移動できない機器に依存するfMRI、SPECT、PET、MRS、MEGよりも、より多くの場所で使用できます。

  • EEGは無音なので、聴覚刺激への反応を研究できます。

  • fMRIやMRIと比べて、EEG装置には物理的な危険がありません。fMRIとMRIは強力な磁石であり、ペースメーカーのような金属製機器を装着した患者には使用できません。

  • fMRI、PET、MRS、SPECTは閉所恐怖症を悪化させる可能性があり、それが検査結果を損なうことがあります。EEGは被験者が狭い空間に閉じ込められないため、閉所恐怖症を引き起こしません。

  • 消費者向けEEGスキャンは、他のほとんどの神経画像技術とは異なり、検査中の被験者の動きの自由度が高いです。

  • 陽電子放出断層撮影法とは異なりEEGは放射性リガンドへの曝露を伴わず、MRIやfMRIのような高磁場への曝露もありません。

  • EEGは高強度(>1テスラ)の磁場への曝露を伴いません。

  • 行動テスト法と比べて、EEGは潜在処理(反応を必要としない処理)を検出できます。この技術は、運動反応を行えない被験者にも使われます。

  • EEGは消費者利用への参入障壁が低いため、日常生活のさまざまな活動中の脳活動を追跡・記録するための強力なツールであり、事実上無限の応用が可能です。

  • EEG睡眠分析は、思春期の脳成熟度評価を含め、脳発達のタイミングに関する重要な側面を示すことがあります。

  • fMRIで使われるBOLD(Blood-oxygen-level-dependent)画像法と比べると、EEGで測定されている信号が何であるかについて、より明確な理解があります。


EEGゲーム

EEG技術は、医療および娯楽の両方の目的でゲーム分野に応用されています。企業は、VR、AR、BCIにおけるビデオゲームとのインタラクション手段としてEEGを利用しています。EEG装置は信号を検出し、ソフトウェア内のアルゴリズムがあなたの脳波を解釈して、画面上のアバターを制御します。

EmotivのEPOCヘッドセットは、意識的および無意識的な思考や感情を監視・解釈できる、最初の高忠実度ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)です。このBCIは、30種類の異なる表情、感情、行動の複雑な脳波を検出できます。この検出は機械学習によって実現されています。機械学習アルゴリズムは、参加者がさまざまな表情、感情、行動を処理している間に生じる脳パターンを認識するよう訓練されています。

アルゴリズムがそのデータセット内のEEG脳波を検出すると、BCIはそのパターンを物理的またはデジタルのコマンドと関連付けることができます。たとえば、「押せ!」のようなトリガー語を思い浮かべると、アバターは進路上の物体を押しのけます。


TechCrunch TV:EEGを使ったマインドコントロール機器など


EEGのユースケース

EEG測定には多くの現代的な応用があります。代表的なEEGのユースケースには次のようなものがあります。

  • 神経科学

  • 脳教育プログラム

  • ニューロマーケティング

  • 睡眠研究

  • ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)

  • 認知パフォーマンス

  • 自己定量化

  • 感情状態

  • ADHD療法

  • 神経疾患

  • 脳波同調

  • 認知行動療法

  • ニューロインフォマティクス

  • 脳波ゲーム

  • AR & VR補助

  • 嚥下障害と認知症

  • 脳卒中リハビリテーション

  • 作業記憶テスト(N-back)


注:これはEEGに関する一般的な情報にすぎません。Emotiv製品は、研究用途および個人利用のみに使用されることを意図しています。当社の製品は、EU指令93/42/EECで定義される医療機器としては販売されていません。当社の製品は、疾患の診断または治療に使用するよう設計または意図されたものではありません。

***免責事項 - Emotiv製品は、研究用途および個人利用のみに使用されることを意図しています。当社の製品は、EU指令93/42/EECで定義される医療機器としては販売されていません。当社の製品は、疾患の診断や治療に使用するよう設計または意図されたものではありません。

 

EEGの定義

EEGは「electroencephalography(脳波測定)」の略で、脳の電気活動を記録するための電気生理学的手法です。EEGは、脳によって生じる電気活動の変化を測定します。電圧の変化は、ニューロンと呼ばれる一部の脳細胞の内部および細胞間にあるイオン電流から生じます。

 

EEGとは何か?

EEG検査は、脳の電気活動を評価します。EEGスキャンは、EEGセンサー— EEG電極とも呼ばれる小さな金属ディスク—を頭皮に装着して行われます。これらの電極が脳内の電気活動を検出・記録します。収集されたEEG信号は増幅され、デジタル化され、その後、保存およびデータ処理のためにコンピューターまたはモバイルデバイスへ送信されます。

EEGデータを分析することは、認知過程を研究するうえで非常に優れた方法です。医師が医学的診断を下す助けとなり、研究者が人間行動の基盤となる脳の過程を理解する助けとなり、個人の生産性やウェルネス向上にも役立ちます。



EEGはどのように機能するのか?

脳内の数十億個の細胞は、脳波と呼ばれる非線形パターンを形成する非常に小さな電気信号を生み出します。EEG装置は、EEG検査中に大脳皮質、すなわち脳の外層における電気活動を測定します。EEGセンサーは参加者の頭部に配置され、その後、電極が対象者の脳波を非侵襲的に検出します。

EEGセンサーは、1秒間に脳内で生成される電気活動の数千回ものスナップショットを記録できます。記録された脳波は増幅器へ送られ、次にデータ処理のためにコンピューターまたはクラウドへ送られます。波形のように見える増幅された信号は、コンピューター、モバイルデバイス、またはクラウドデータベースに記録できます。

クラウドコンピューティングソフトウェアは、EEGデータ処理における重要な革新と考えられています。というのも、これにより大規模な記録をリアルタイムで分析できるからです。EEG測定の初期には、波形は単に方眼紙に記録されていました。学術研究や商業研究におけるEEGシステムは、通常、データを時系列として、あるいは連続的な電圧の流れとして表示します。

方眼紙に記録されたEEG波形

デジタル記録されたEEG波形

現代の脳可視化ソフトウェアにおけるEEG波形

脳の電気活動をマッピングするためには、脳表面全体に分布するさまざまな皮質構造を通じた信号からEEG測定を行うのが望ましいです。

現代の脳可視化用時系列グラフにおけるEEG波形


EEGが測定する脳波の種類

EEG装置の電極は、さまざまなEEG周波数として表現される電気活動を捉えます。Fast Fourier Transform(FFT)と呼ばれるアルゴリズムを用いることで、これらの生のEEG信号は異なる周波数を持つ明確な波として識別できます。周波数とは電気的振動の速度を指し、1秒あたりのサイクル数で測定されます。1ヘルツ(Hz)は1秒あたり1回の周期に相当します。脳波は周波数によって、ベータ、アルファ、シータ、デルタの4つの主要タイプに分類されます。

以下の段落では、4つの主要な脳波周波数に関連付けられているいくつかの機能について説明します。これらの機能は、単に異なる脳波周波数と関連があることが分かっているだけであり、周波数帯と脳の特定の機能との間に1対1の線形対応があるわけではありません。


ベータ波(周波数範囲は14 Hzから約30 Hz)

ベータ波は、意識している状態、または覚醒していて、注意深く警戒している状態と最も強く関連しています。低振幅のベータ波は、集中している状態、あるいは忙しい、または不安な精神状態と関連しています。ベータ波はまた、運動の意思決定(動作の抑制と運動に関する感覚フィードバック)とも関連しています。EEG装置で測定されると、これらの信号はしばしばEEGベータ波と呼ばれます。


アルファ波(周波数範囲は7 Hzから13 Hz)

アルファ波は、リラックスした、落ち着いた、明晰な精神状態とよく関連付けられます。アルファ波は、脳の後頭部および後方領域で見られます。アルファ波は、目を閉じてリラックスすることで誘発されることがあり、思考、暗算、問題解決のような強い認知過程の最中にはほとんど現れません。成人の多くでは、アルファ波の周波数は9〜11 Hzの範囲です。EEG装置で測定すると、これらはしばしばEEGアルファ波と呼ばれます。


シータ波(周波数範囲は4 Hzから7 Hz)

4〜7 Hzの周波数範囲にある脳活動は、シータ活動と呼ばれます。EEG測定で検出されるシータリズムは、若年成人、とくに側頭領域や過換気の際にしばしば見られます。高齢者では、約30ミリボルト(mV)を超える振幅のシータ活動は、傾眠時を除き、あまり一般的ではありません。EEG装置で測定されると、これらはしばしばEEGシータ波と呼ばれます。


デルタ波(周波数範囲は4 Hz以下)

デルタ活動は主に乳児に見られます。デルタ波は、年長の被験者では深い睡眠段階と関連しています。デルタ波は、欠神発作の患者において発作間欠期(発作と発作の間)に記録されており、この発作は注意の一時的かつ突然の喪失を伴います。

デルタ波は、低周波(約3 Hz)で高振幅の波として特徴づけられます。デルタリズムは覚醒中にも現れることがあり、開眼に反応し、過換気によって増強されることもあります。EEG装置で測定されると、これらはしばしばEEGデルタ波と呼ばれます。


EEG波を用いて脳の働きを理解する

EEGは何を示すのか?

あなたの脳は、眠っているときでさえ、絶えず情報を吸収し処理しています。こうした活動のすべてが、EEGセンサーが捉える電気信号を生み出します。これにより、動きや表情のような目に見える行動反応がなくても、脳活動の変化を記録できます。

EEGモニターは、脳が生み出す電気の変化を測定するものであり、思考や感情を測るものではありません。また、脳へ電気を送り込むこともありません。

脳の主要な皮質全体にわたる活動を検出することは、高品質なEEGデータを得るうえで極めて重要です。結果は、外部刺激によって影響を受ける感情状態を評価するための代理指標になり得ます。


EEGの簡単な歴史

脳内の電気活動現象に関する研究は、1875年にはすでに動物を対象に行われていました。当時、医師リチャード・カトンが、英国医学雑誌にウサギとサルを用いた実験結果を発表しました。

1890年には、アドルフ・ベックが犬とウサギの脳の表面に直接電極を配置し、感覚刺激を試験しました。彼の、変動する脳の電気活動の観察は脳波の発見につながり、EEGが科学分野として発展するきっかけとなりました。

ドイツの生理学者で精神科医のハンス・ベルガーは、1924年に人間の最初のEEG脳波を記録したことで知られています。ベルガーは、EEG信号を記録する装置である脳波計を発明しました。著書『The Origins of EEG』の中で、著者デイビッド・ミレットはこの発明を「臨床神経学の歴史における最も驚くべき、顕著で、重大な発展のひとつ」と表現しました。

最初の人間のEEG記録は1924年にハンス・ベルガーによって取得されました。上の信号がEEG、下が10 Hzのタイミング信号です。


ハンス・ベルガー。人間のEEG脳波を最初に記録した人物。

臨床脳波学の分野は1935年に始まりました。これは、神経科学者フレデリック・ギブス、ハロウェル・デイビス、ウィリアム・レノックスによる、てんかん様スパイク、発作間欠期スパイク波、そして臨床的欠神EEG発作の3周期に関する研究に端を発しています。ギブスと科学者ハーバート・ジャスパーは、発作間欠期のスパイクはてんかんの明確な特徴であると結論づけました。最初のEEG研究室は1936年にマサチューセッツ総合病院に開設されました。

1947年には、現在米国臨床神経生理学会として知られる米国EEG学会が設立され、最初の国際EEG会議が開催されました。

1950年代には、ウィリアム・グレイ・ウォルターがEEGの補助技術であるEEGトポグラフィーを開発し、脳表面全体にわたる電気活動のマッピングが可能になりました。これは1980年代に人気を博しましたが、主流の神経学に採用されることはありませんでした。

スティーボ・ボジノフスキ、リリヤナ・ボジノフスカ、ミハイル・セスタコフは、1988年にEEG装置を用いて物理的な物体の制御を達成した最初の科学者でした。2011年には、テック起業家のタン・ルーとジョフ・マッケラー博士がEmotiv社を立ち上げたことで、EEGは消費者市場に参入しました。

ヘッドセットやキャップのようなEEG技術は、BCI(Brain-Computer Interface)の構成要素です。BCIはHMI(Human Machine Interface)、MMI(Mind Machine Interface)、BMI(Brain Machine Interface)、DNI(Direct Neural Interface)とも呼ばれます。DNIは脳や神経系の他の部分からの信号を解読できます。BCIは、訓練された精神コマンドの機械学習を通じて、認知パフォーマンスを追跡し、仮想および物理的な対象の両方を制御することを目的としています。

2017年、四肢麻痺のレーサー、ロドリゴ・フブネル・メンデスは、EmotivのEEGヘッドセットのおかげで、自分の脳波だけを使って史上初めてF1カーを運転した人物となりました。


EEGは何に使われるのか?

パフォーマンスとウェルネス

アスリート、バイオハッカー、そして関心のある一般消費者は、1日に何歩歩いたかを記録するのと同じように、EEGを使って自分の脳活動を「追跡」できます。EEGは、注意や気が散ること、ストレス、認知負荷(ある瞬間に作業記憶に課される精神活動の総容量)などの認知機能を測定できます。これらの知見は、脳が日常生活の出来事にどのように反応するかについて貴重な洞察を与えてくれます。EEGデータは、ストレスの軽減、集中力の向上、瞑想の強化のための、科学的根拠に基づく戦略を設計するために使えるフィードバックを提供します。


消費者調査

EEGデータは、消費者インサイトのための検索ツールとして非常に強力です。脳の反応は前例のない消費者フィードバックを提供します。というのも、EEGは、消費者が実際にどの程度注意を払っているかと、自分で報告する「好み」や「気づき」との差を測定するために使われているからです。EEGを、視線追跡、表情分析、心拍測定のような他の生体計測センサーと組み合わせることで、企業は顧客行動を包括的に理解できます。EEGのようなニューロテクノロジーを使って消費者の反応を研究することは、ニューロマーケティングと呼ばれます。


医療

EEG検査は、管理された手順の中で脳活動を示すため、その結果にはさまざまな脳障害の診断に使える情報が含まれることがあります。異常なEEGデータは、不規則な脳波として表示されます。異常なEEGデータは、脳機能障害、頭部外傷、睡眠障害、記憶障害、脳腫瘍、脳卒中、認知症、てんかんなどの発作性障害、その他さまざまな状態の兆候を示すことがあります。診断の目的に応じて、医師はEEGに認知テスト、脳活動モニタリング、そして神経画像技術を組み合わせることがあります。


発作の診断

EEG検査は、発作活動を経験している患者にしばしば推奨されます。このような場合、医師は携帯型EEGを実施することがあります。携帯型EEGは最大72時間連続で記録し、一方、従来のEEGは1〜2時間です。患者はEEGヘッドセットを装着したまま、自宅内を自由に動き回ることができます。記録時間を延長することで、異常な脳活動を記録できる可能性が高まります。そのため、携帯型EEGはてんかん(EEGてんかん)、発作性障害、または睡眠障害の診断によく使われます。


睡眠障害のための睡眠検査

EEG睡眠検査、つまり「ポリソムノグラフィー」は、脳スキャンに加えて身体活動も測定します。EEG技師は、一晩の検査中に心拍数、呼吸、血液中の酸素レベルをモニタリングします。ポリソムノグラフィーは、主に医学研究や睡眠障害の診断検査として用いられます。


定量的神経科学

EEGは脳の外層(大脳皮質)の電気活動を測定するため、頭皮から脳波を捉えることができます。EEGによる脳検査を他の脳モニタリング技術のデータと組み合わせることで、研究者は脳内だけでなく身体内でも起こっている複雑な相互作用について新たな洞察を得ることができます。

まさにそれを実現しようとしているのが、定量的脳波計測(qEEG)です。定量的EEGは、従来のEEGと同じように脳波を記録します。機械学習を用いて、qEEGはあなたの脳波を、同じ性別・年齢範囲で、かつ脳機能障害を持たない人々の脳波と比較します。qEEGのプロセスは、この定量比較を通じてあなたの脳の「地図」を作成します。このプロセスは、計算論的神経科学と呼ばれる神経科学の下位分野で一般的です。

EEG電極の配置は、qEEGを成功させるための重要な要素です。従来のEEGリード配置は10-20システムに従っており、これは頭皮に取り付ける電極の配置に関する国際的に認められた標準です。「10-20」とは、EEGリード間の距離が頭蓋全体の距離の10%または20%であることを意味します。

装置に搭載される電極数はさまざまで、EEG記録システムによっては最大256個の電極を持つものもあります。qEEGの記録では、頭皮の19の部位すべてからデータを収集するために19センサーのキャップを使用します。EEGリードは装着位置の信号を増幅するため、qEEGによる脳マッピングは、行動面および/または認知面で観察された機能障害の原因を脳レベルで特定します。


学術研究

異常なEEG結果だけが、EEG検査結果から得られる価値ある情報ではありません。多くの研究者が研究に正常EEGを用いており、その中にはREM睡眠中の脳活動に関する画期的な1957年の研究も含まれます。

EEGが測定する脳波の種類の節で述べたように、EEG記録を研究することで、脳信号に含まれるさまざまな周波数が明らかになります。これらの周波数は、異なる注意状態や認知状態を反映しています。たとえば、研究者は瞑想中の神経学的反応を調べる際に、(しばしば意識的注意と関連する)ガンマ帯域活動をモニタリングしてきました(EEG瞑想)。

ガンマ帯域活動は、精神的または身体的な最高パフォーマンスと関連しています。EEG装置を装着した被験者が深い瞑想を行う実験は、ガンマ波が意識的体験や超越的な精神状態と関連しているという説を生みました。しかし、ガンマ帯域活動がどのような認知機能と関連しているのかについては、学術研究者の間で一致した見解はありません。

研究者は、自分たちが収集した膨大な脳データを処理・管理し、さらには異なる機関と共有するための手段を必要としています。「ニューロインフォマティクス」は、神経科学データのための計算ツールや数学モデルを提供する研究分野です。ニューロインフォマティクスは、データベースの整理、データ共有、データモデリングのための技術を生み出すことを目的としています。神経科学は神経系の科学的研究として広く定義されるため、そこには多様なデータが含まれます。神経科学の下位分野のひとつには認知心理学があり、EEGなどの神経画像法を用いて、脳や神経系のどの部分がどの認知過程の基盤となっているかを分析します。


市場調査:EEGヘッドセットで感情・認知状態を理解する


EEG検査の流れ

EEG手技の準備

以下のEEGモニタリング、解釈、結果に関するセクションには、医療環境でEEG検査を受ける読者向けの情報が含まれています。検査の準備をする最善の方法は、常に検査担当者に具体的な準備手順を尋ねることです。準備の指示は用途によって異なる場合があります。たとえば、消費者調査、学術研究、またはパフォーマンスとウェルネス向けのEEG記録では、被験者が横になるのではなく活動していることが求められる場合があります。

Emotivのような企業は、検査の実施、処理、解釈をより速く、より便利にするEEG技術の進歩を先導してきました。EmotivのモバイルおよびワイヤレスEEGヘッドセットは5分未満でセットアップでき、被験者を試験施設に拘束するのではなく自由に動き回れるようにします。

EEG検査の前には、医師、雇用主、研究者など、検査を実施する専門家に、常用している薬について伝えてください。手技の前夜に髪を洗い、整髪料などを付けないままにしておくことが推奨されます。検査の少なくとも8時間前からは、カフェインを飲んだり食べたりしないでください。EEG手技中に睡眠をとる必要がある場合は、検査中に脳を適切にリラックスさせるため、前夜の睡眠を制限するよう指示されることがあります。


EEGモニタリング

EEG手技中に痛みや不快感を感じることはありません。臨床EEG手技では、ベッドまたはリクライニングチェアに横になり、目を閉じるよう指示されます。EEG技師は頭部を測定し、リードを装着する位置に印を付けます。

検査が始まると、電極が脳波を記録し、その活動を記録装置へ送ります。EEG装置はその後、データを解釈用の波形パターンに変換します。記録が終わると、技師が頭皮から電極を取り外します。

科学的または臨床的な環境で行われる通常のEEG検査は、初期設定に約20分を含め、30〜60分で完了します。消費者向け、個人のパフォーマンス向け、職場研究向けに実施されるEEG検査は、目的に応じてより短くも長くもなります。EmotivのワイヤレスEEGヘッドセットは、こうした用途でより迅速なセットアップを可能にします(5分未満)。

手技後の回復時間は通常必要ありません。検査中に眠るために眠気をもよおす薬を服用した場合、検査担当者は、薬の効果が切れるまで施設で待機するか、誰かに車で送ってもらうよう勧めることがあります。

EEG検査の副作用はまれです。電極は感覚を生じさせず、脳活動を記録するだけです。てんかんのある人は、手技中の点滅光などの刺激によって発作を起こすことがあります。EEG検査中の発作は恐れる必要はありません。むしろ、医師がてんかんの種類を診断し、それに応じて治療を調整する助けになることがあります。


EEGの解釈と手技結果

臨床的な理由でEEG検査を勧められた場合、検査結果は神経系を専門とする医師によって解釈されます。神経科医は、正常および異常な脳パターンについて記録を調べます。脳波パターンは、その波形の特徴によって非常に識別しやすいです。たとえば、バースト・サプレッション・パターンは、昏睡や全身麻酔のような脳活動の低下した状態の患者でしばしば観察され、短いスパイク(バースト)と平坦な期間(サプレッション)が交互に現れます。

てんかんの種類によって、異なるEEGパターンが特徴づけられます。スパイク・ウェーブ・パターン — 全般性で対称的なEEGパターン — は、しばしば欠神発作の最中に観察されます。この発作では、患者は短時間の意識喪失を経験します。部分焦点発作では、発作活動が脳の1つの領域のみに影響し、その領域に対応するEEGデータチャネルに低電位・高速リズムのパターンとして現れます。

その後、神経科医はEEG測定を検査を依頼した医師に返送します。担当医は、EEG画像を確認し結果を説明するための予約を入れることがあります。状態によっては、フォローアップとしてEEGニューロフィードバックやバイオフィードバックと呼ばれるサービスを勧められることがあります。たとえば、集中に関連する脳波パターンを強化したい人は、ADHDのためのニューロフィードバック療法に取り組むかもしれません。

バイオフィードバック療法は、被験者が不随意な身体過程を制御できるよう支援します。たとえば高血圧を経験している被験者は、皮膚上の電極からデータを受け取っているモニター上で自分の身体計測値を見ることができます。この活動をモニタリングすることで、症状を軽減しうるリラクゼーションやメンタルエクササイズを学ぶことができます。

同様に、ニューロフィードバックはEEGを利用して脳の働きをより良くするよう訓練します。このトレーニング中、患者はEEG装置に接続され、自分の脳活動をリアルタイムで見ます。これはしばしばビデオゲームのような形を取り、患者が自分の脳でゲームを「操作」して脳活動を制御します。患者は、脳機能障害に関連する脳波周波数を改善しようとします。ちょうどアスリートが弱い筋肉を鍛えるのと同じです。EEGニューロフィードバックは、てんかん、双極性障害、ADHD、自閉症などの状態にしばしば推奨されます。これらの障害の助けにはなりますが、治癒させることはできません。


さまざまな種類のEEGデバイス

EEG装置は、いくつかの異なるウェアラブルEEGデバイスの形で提供されています。最も大きな違いは、臨床用EEGデバイス(医療および科学研究の現場で使用)と、消費者用EEGデバイス(消費者調査、学術研究、パフォーマンスとウェルネスで使用)の違いです。臨床用デバイスでは、参加者は装着中に動くことができず、信号の歪みを避けるために、管理された遮蔽環境でデータを収集する必要があります。Emotivのワイヤレスヘッドセットのような消費者用EEGデバイスは、どこでも脳活動をモニタリングできます。

さまざまな種類のウェアラブルEEGデバイスの違いは、EEGシステムを使う専門家の要件や、データが収集される環境をサポートするために必要です。たとえば、神経科医や神経科学者は、消費者研究者よりも高密度のセンサーを必要とすることがよくあります。EEG電極の配置に加えて、考慮すべきその他の注目すべき違いがいくつかあります。


EEGキャップ VS. EEGヘッドセット

EEGキャップとEEGヘッドセットの違いは何でしょうか? この2つの最も一般的なウェアラブルEEGデバイスの主な違いは電極数です。ヘッドセットは通常5〜20個の電極を備えています。キャップは電極配置のための表面積が広いため、より多くのセンサーを搭載できます。Emotiv EPOC FLEXのようなEEGキャップは、柔軟な配置のために可動式センサーを提供します。Emotiv InsightおよびEpoc Xヘッドセットのセンサー構成は固定されています。


EPOC Flex

ジェルまたは生理食塩水センサー


EPOC+ と EPOC X

生理食塩水センサー


湿式 VS. 乾式EEG電極

EEGデバイスは主に湿式電極または乾式電極のいずれかを使用します。最近開発された電極の形式として「タトゥー電極」があり、これは一時的なタトゥーのように貼り付ける印刷電極です。湿式電極は、頭皮との接触を良くするために粘着性ジェルを使用するため、より高いデータ精度が得られます。湿式電極は主に臨床および研究の現場で使われます。乾式電極は粘着性ジェルを必要としません。乾式電極を備えたEEGデバイスは、セットアップ時間が短くて済むため、EEGの消費者研究でしばしば使われます。研究者は、湿式と乾式のEEG電極の長所と短所を継続的に比較しています。


有線 VS. 無線EEGデバイス

EEGの初期には、患者は臨床環境でEEG装置に接続される必要がありました。現在では、EEG信号をデジタル化してスマートフォン、コンピューター、またはクラウドのような記録装置へ送信できるため、無線EEG検査が可能です。携帯型EEGを使えば、さまざまな環境で検査を実施できます。被験者が無線EEGヘッドセットを装着して公園を歩き回る実験も可能で、その被験者の動きはデータ送信範囲によってのみ制限されます。点滅光のような刺激を与えるために検査環境を管理する必要がある場合は、臨床環境を選ぶことができます。その場合、有線EEG装置の使用に制限はありません。


有線EEGヘッドセット

ケーブル接続


無線Emotiv EEGヘッドセット

Bluetooth無線技術


EEG測定と他の脳測定技術

EEG測定の利点は、利用可能な脳活動測定の中で最も侵襲性が低く、関連する認知過程の間に多くの定量情報を提供できることです。脳機能を研究する他の方法には次のようなものがあります。

  • 機能的磁気共鳴画像法(fMRI)

  • 脳磁図法(MEG)

  • 核磁気共鳴分光法(NMRまたはMRS)

  • 皮質脳波記録

  • 単一光子放射断層撮影法(SPECT)

  • 陽電子放出断層撮影法(PET)

  • 近赤外分光法(NIRS)

  • 事象関連光信号(EROS)


EEGの利点

EEGは空間的感度が比較的低いにもかかわらず、前述のいくつかの脳画像・脳研究技術に対して複数の利点があります。

  • EEGはfMRIと比べて時間分解能が非常に高いです。ミリ秒単位の速度で起こる脳の迅速な反応を捉えられるため、脳内で起きていることと環境で起きていることを正確に同期できます。EEGは臨床および研究環境で250〜2000 Hzのサンプリングレートで記録されます。より現代的なEEGデータ収集システムでは、必要に応じて20,000 Hzを超えるサンプリングレートで記録できます。

  • ハードウェアコストおよび総所有コスト(TCO)が大幅に低いです。

  • EEGデータは、電極を脳表面に直接配置するために脳神経外科手術を必要とする皮質脳波記録とは異なり、非侵襲的に収集されます。

  • モバイルEEGセンサーは、重く高価で移動できない機器に依存するfMRI、SPECT、PET、MRS、MEGよりも、より多くの場所で使用できます。

  • EEGは無音なので、聴覚刺激への反応を研究できます。

  • fMRIやMRIと比べて、EEG装置には物理的な危険がありません。fMRIとMRIは強力な磁石であり、ペースメーカーのような金属製機器を装着した患者には使用できません。

  • fMRI、PET、MRS、SPECTは閉所恐怖症を悪化させる可能性があり、それが検査結果を損なうことがあります。EEGは被験者が狭い空間に閉じ込められないため、閉所恐怖症を引き起こしません。

  • 消費者向けEEGスキャンは、他のほとんどの神経画像技術とは異なり、検査中の被験者の動きの自由度が高いです。

  • 陽電子放出断層撮影法とは異なりEEGは放射性リガンドへの曝露を伴わず、MRIやfMRIのような高磁場への曝露もありません。

  • EEGは高強度(>1テスラ)の磁場への曝露を伴いません。

  • 行動テスト法と比べて、EEGは潜在処理(反応を必要としない処理)を検出できます。この技術は、運動反応を行えない被験者にも使われます。

  • EEGは消費者利用への参入障壁が低いため、日常生活のさまざまな活動中の脳活動を追跡・記録するための強力なツールであり、事実上無限の応用が可能です。

  • EEG睡眠分析は、思春期の脳成熟度評価を含め、脳発達のタイミングに関する重要な側面を示すことがあります。

  • fMRIで使われるBOLD(Blood-oxygen-level-dependent)画像法と比べると、EEGで測定されている信号が何であるかについて、より明確な理解があります。


EEGゲーム

EEG技術は、医療および娯楽の両方の目的でゲーム分野に応用されています。企業は、VR、AR、BCIにおけるビデオゲームとのインタラクション手段としてEEGを利用しています。EEG装置は信号を検出し、ソフトウェア内のアルゴリズムがあなたの脳波を解釈して、画面上のアバターを制御します。

EmotivのEPOCヘッドセットは、意識的および無意識的な思考や感情を監視・解釈できる、最初の高忠実度ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)です。このBCIは、30種類の異なる表情、感情、行動の複雑な脳波を検出できます。この検出は機械学習によって実現されています。機械学習アルゴリズムは、参加者がさまざまな表情、感情、行動を処理している間に生じる脳パターンを認識するよう訓練されています。

アルゴリズムがそのデータセット内のEEG脳波を検出すると、BCIはそのパターンを物理的またはデジタルのコマンドと関連付けることができます。たとえば、「押せ!」のようなトリガー語を思い浮かべると、アバターは進路上の物体を押しのけます。


TechCrunch TV:EEGを使ったマインドコントロール機器など


EEGのユースケース

EEG測定には多くの現代的な応用があります。代表的なEEGのユースケースには次のようなものがあります。

  • 神経科学

  • 脳教育プログラム

  • ニューロマーケティング

  • 睡眠研究

  • ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)

  • 認知パフォーマンス

  • 自己定量化

  • 感情状態

  • ADHD療法

  • 神経疾患

  • 脳波同調

  • 認知行動療法

  • ニューロインフォマティクス

  • 脳波ゲーム

  • AR & VR補助

  • 嚥下障害と認知症

  • 脳卒中リハビリテーション

  • 作業記憶テスト(N-back)


注:これはEEGに関する一般的な情報にすぎません。Emotiv製品は、研究用途および個人利用のみに使用されることを意図しています。当社の製品は、EU指令93/42/EECで定義される医療機器としては販売されていません。当社の製品は、疾患の診断または治療に使用するよう設計または意図されたものではありません。