脳-コンピュータインターフェースデバイスのガイド
ハイディ・デュラン
2024/09/23
共有:
エロン・マスクのニューロリンクのような注目を集めるプロジェクトのおかげで、脳-コンピュータインタフェース（BCI）は近年、世界的な関心を集めています。しかし、BCI技術は40年以上前から存在しており、自分自身の「マインドコントロール」プロジェクトを作成するために手術は必要ないことに驚くかもしれません。
EMOTIVは2011年にデビューし、革新的なBCIゲームデバイスとして最初のワイヤレスEEGヘッドセットを発表しました。それ以来、技術は機械学習アルゴリズムや改善された脳波センサーとともに大きく進化しました。今日、BCI愛好者は依然として自身の脳-コンピュータインターフェースプロジェクトのニーズにEMOTIVを選んでいます。
初心者でも経験豊富なプロフェッショナルでも、BCIの世界は革新と発見のためのエキサイティングな機会を提供しています。ここに、あなたがこの魅惑的な世界を理解し、アクセスするのを助けるための脳-コンピュータインターフェースデバイスのガイドがあります。
脳-コンピュータインターフェース技術の理解
脳-コンピュータインターフェース（BCI）技術は、脳と外部デバイス間の直接的なコミュニケーションを可能にします。技術的には、脳信号を読み取る任意のデバイスがBCIです。最近では、この用語は主にデバイスを「マインドコントロール」することを可能にするBCIを説明するために使用されています。脳の機能を理解するのに役立つ同じ技術が、コンピュータカーソルの制御、義肢の移動、インタラクティブなゲーム体験の作成などのさまざまなタスクのための命令に脳信号を変換できます。BCI技術は、肢体を使用できない人々に新しい希望を提供すると同時に、どこにでもいる体を持つ革新者やホビー愛好者にも役立っています。
「BCI」が時代の言葉になったため、脳-コンピュータインターフェースデバイスタイプを区別して混乱を緩和し、消費者と機関が自分に合ったBCIデバイスを選択できるようにすることが重要です。
BCIデバイス: 手術 vs. ヘッドセット
現在、脳に埋め込まれたデバイスと頭皮から脳信号を読み取るデバイスの2つの異なるタイプの脳-コンピュータインターフェースデバイスがあります（図1）。違いは以下の通りです。
図1. BCI信号取得技術の分類。（a）は非侵襲的、最小侵襲的、侵襲的の3つのレベルを含む手術次元の分類図を示しています。（b）は非植込み、介入、植込みの3つのレベルを含む検出次元の分類図を示しています。 [1]
頭蓋内（侵襲的）
頭蓋内脳波計（iEEG）は、電極を直接人の頭の中に埋め込むことによって信号を取得します。これにより、医師は研究、検出、および治療のために明確な電子信号を取得できます。脳のインプラントはデータを読み取ったり、脳を刺激したり、またはその両方を行うことができます。用途には、てんかん発作の評価[2]、精神疾患の治療[3]、麻痺の回避、思考からテキストや音声への変換（図2）、果ては視力の回復[4][5]などが含まれます。
米国食品医薬品局（FDA）は、埋め込まれたBCIデバイスを「中枢神経系または末梢神経系とインターフェースし、麻痺または切断された患者の失われた運動および/または感覚機能を回復する神経補装具」と定義しています[6]。
図2. ALSを患うケイシー・ハレルが、BrainGate臨床試験を通じてBCIインプラントの助けを借りて再び話す様子。（クレジット: UC Regents）
頭蓋内（最小侵襲的）
研究者たちは、脳から直接情報を読み取るためのより侵襲的でない方法を試みてきました。1つの方法は内視鏡的（図3）で、血管を通じて、ステントを介して脳に電極を送ります[7][8]。
もう1つの方法は、電気皮質脳波計（ECoG）と呼ばれ、膜下（subdural ECoG）または硬膜外（epidural ECoG）のいずれかで、頭蓋骨の下に電極を手術的に配置することが求められます。この手順は侵襲的ですが、従来のBCIインプラントよりは侵襲性が低いです[9]。
図3。A、完全に埋め込まれた脳-コンピュータインターフェース（BCI）の概略図。電極を持つデバイスが、上矢状静脈血管（挿入部）に埋め込まれ、皮下ポケット内の埋め込み可能な受信機-送信機ユニット（IRTU）に接続されています。IRTUは、外部受信機テレメトリユニット（ERTU）と通信し、信号をノートパソコンやタブレット用の信号制御ユニットに中継します。B、コンピュータ制御用のアイ・トラッカーを持つBCI。アイ・トラッキングはカーソルを移動させるために使用され、BCIがクリックに使用されます。C、コンピュータ制御用のアイ・トラッキングなしのBCI。アイテムスキャナーはアイテムを順番にハイライトし、BCIはハイライトされたアイテムをクリックするのに使用されます[7]。
非侵襲的BCI（EEGヘッドセット）
図4. ジョンは、BCI4Kidsプログラムに参加しており、脳-コンピュータインターフェースを使用して障害のある子供たちが環境と相互作用できるよう支援しています。ジョンの脳の力で創作した作品を見ることができます。こちら。
非侵襲的BCIデバイスは、電極を使用して、個人の頭皮を介して電気信号を読み取ります。このプロセスは従来、実験室の設定に制限されていましたが、ワイヤレスで研究用のEEGデバイスの登場により、どこでも正確な脳波の読み取りが可能になりました（図4）。
現在、数十種類の非侵襲的BCIヘッドセットが市場に出ています。多くは一つの目的、たとえば睡眠や集中力の監視のために設計されています。価格は数百ドルから数十万ドルまでさまざまです。EMOTIVは、ニューロサイエンティスト、学生、教育者、革新者、ゲーマー、ホビー愛好者、アーティストなど、世界中で使用される、2つのセンサーから最大32までのワイヤレスBCIデバイスの最も多用途かつ手頃な範囲を提供しています。
2022年のピアレビュー記事の監査によると[10]、EMOTIVは科学研究のために最も使用される消費者EEGデバイス（67.69%）です。研究者は、科学的に検証されたパフォーマンス、従来のEEGラボ機器に比較しての手頃さ、および多用途性のためにEMOTIVを信頼しています。大学の実験室で人間の脳に関する画期的な研究を行うために使用される同じEMOTIVヘッドセットは、BCIパフォーマンスのために音楽部門に共有され、その後心理学部門と共有され、実践的な学びのためにBCIクラブの学生とともに、脳を駆使したドローンをレースさせるために渡されます。
EMOTIV BCIデバイス
EMOTIVでは、初心者と経験豊富なユーザーのためにワイヤレスBCIデバイスを提供しています。
上記: 車椅子がEMOTIV FLEXを使用してBCIデバイスとして制御されています[11]。
上記: 学生がEPOC XとArduinoボードを使用してロボットアームを控制しています。（出典: マット・スー）
上記: フロリダ大学の学生がEMOTIV Insight BCIデバイスを装着してドローンを制御しています。（出典）
図5. TwitchゲーマーのPerrikaryalは、BCIを使用してHaloのゲームをうまく制御している2チャンネルのEMOTIV MN8脳用ウェアラブルを使用しています。
BCIプロジェクトの始め方
既にコーディングの経験がありますか？ | BCIに新しいですか？ |
ここから始めましょう: | スタートアップガイドはこちら: |
BCIを使うには？
BCIプロジェクトを始めるためには、5つの基本要素が必要です。
明確な目標
EMOTIVのEEGヘッドセットのような信号取得デバイス
EmotivBCIのような信号処理ソフトウェア
割り当てられたBCIコマンド（若干のコーディング経験が必要）
制御したいデバイスへのアクセス（SDK、Arduinoボードなど）
BCIコマンドを受信するためのデバイス
正しいBCIデバイスを選ぶ
適切なBCIデバイスを選択することは、プロジェクトの成功にとって重要です。以下は、いくつかの重要な考慮事項です：
使いやすさ: 特に初心者の場合、使いやすく、設定が簡単なデバイスを探してください。EMOTIVのBCIデバイスは、乾式、半乾式、塩水センサーで数分で設定できます。
機能性: デバイスが特定のプロジェクトに必要な機能と能力を提供していることを確認してください。EMOTIVヘッドセットは全脳センサーですが、一般的には、BCIはより多くのセンサーでより良く機能します。その論理に基づき、EMOTIV FLEXは最大32センサーを使用して最大限の脳センサーを得ますが、私たちのユーザーはEPOC XまたはInsightがBCIプロジェクトや研究に十分であると見出す傾向があります。MN8脳用ウェアラブルは、BCIモバイルアプリ開発に最適です。
センサー配置: EEGヘッドセットを選択する際は、センサーの配置やそれがニーズに与える影響を考慮してください。たとえば、市場に出ているいくつかのBCIデバイスは、1つのセンサーまたは後頭部にのみ複数のセンサーがあります。
湿式センサー vs. 乾式センサー: BCIデバイスを選択する際は、特に長時間使用する予定の場合、快適さと信号品質を考慮してください。塩水はジェルよりも快適で、半乾式センサーは塩水よりも使いやすく、乾式センサーは最も便利です。EMOTIVデバイスの信号品質を比較する。
互換性: 既存のソフトウェアやハードウェアツールと良好に統合されるデバイスを選択してください。既存のシステム（ドローン、Spotify、IoTなど）にBCIを統合したい場合は、SDKやAPIへのアクセスを確保してください。
サポート: 強力なサポートを提供し、活発なユーザーコミュニティを持つ企業からのデバイスを選択してください。EMOTIVは、広範なナレッジベースとカスタマーサポートを提供しています。
データとプライバシー: あなたの神経プライバシーは重要です。だからこそ、EMOTIVは始めからプライバシーを考慮してEEGデータの収集を設計しています。EMOTIVがあなたの脳データを保護する方法を確認する。
結論
BCIプロジェクトを始めることは、革新と影響の大きな可能性を秘めたエキサイティングな旅です。初心者でも経験豊富なプロフェッショナルでも、EMOTIVは成功に必要なツールとサポートを提供します。正しいBCIデバイスと明確なビジョンを持てば、新たな可能性を開くことができます。
今日、EMOTIVのBCIデバイスとリソースを発見し、BCIプロジェクトに着手しましょう。BCI技術を使って人間と技術の相互作用の未来を形作る革新者や研究者のコミュニティに参加してください。
私たちの開発者コミュニティに参加してください
私たちとBCIプロジェクトを共有してください！ ソーシャルメディアで#EMOTIVをタグ付けするか、メールしてください hello@emotiv.com。
もっと助けが必要ですか？お問い合わせ
参考文献
Y. Sun et al., “脳-コンピュータインターフェースの信号取得：医療と工学の交差点に対する視覚的レビュー,” Fundamental Research, 2024年4月, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. 利用可能: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559
P. S. Reif, A. Strzelczyk, and F. Rosenow, “てんかん患者における侵襲的EEG評価の歴史,” Seizure, vol. 41, pp. 191–195, 2016年4月, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.
デバイスと放射線健康センター, “麻痺または切断患者のための脳-コンピュータインターフェース（BCI）デバイス - 非臨床試験と臨床考慮事項,” 米国食品医薬品局, 2021年5月20日。https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing
Y.-H. Nho et al., “強迫症の電気生理学による応答性深部脳刺激が強迫行動を持続的に改善する,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, 2024年1月, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.
“NeuralinkがXで: ‘盲目を取り戻すためにFDAからブレークスルーデバイス指定を受けました。 患者登録とキャリアページでの空き状況に応募してください。https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X（旧Twitter）. https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet
M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, and D.-R. Chebat, “盲目の支援のための脳-マシンインターフェース,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, 2021年2月, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.
P. Mitchell et al., “重度の麻痺の4人の患者に対する完全に埋め込まれた内視鏡脳-コンピュータインターフェースの安全性評価,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, 2023年3月, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.
Q. He et al., “脳の惑星雲：内視鏡的神経記録と刺激による最小侵襲脳-コンピュータインターフェース,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, 2024年2月, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.
R. P. N. Rao, “半侵襲的BCI,” in ケンブリッジ大学出版局電子書籍, 2013年, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.
J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, and N. A. Badcock, “研究のための消費者向けEEGデバイスの使用に関するスコーピングレビュー,” bioRxiv (コールドスプリングハーバーラボ), 2022年12月, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.
D. Pawuś and S. Paszkiel, “専門家システムを用いたEEG信号の分類に基づくBCI車椅子制御法,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, 2022年10月, doi: 10.3390/app122010385.
エロン・マスクのニューロリンクのような注目を集めるプロジェクトのおかげで、脳-コンピュータインタフェース（BCI）は近年、世界的な関心を集めています。しかし、BCI技術は40年以上前から存在しており、自分自身の「マインドコントロール」プロジェクトを作成するために手術は必要ないことに驚くかもしれません。
EMOTIVは2011年にデビューし、革新的なBCIゲームデバイスとして最初のワイヤレスEEGヘッドセットを発表しました。それ以来、技術は機械学習アルゴリズムや改善された脳波センサーとともに大きく進化しました。今日、BCI愛好者は依然として自身の脳-コンピュータインターフェースプロジェクトのニーズにEMOTIVを選んでいます。
初心者でも経験豊富なプロフェッショナルでも、BCIの世界は革新と発見のためのエキサイティングな機会を提供しています。ここに、あなたがこの魅惑的な世界を理解し、アクセスするのを助けるための脳-コンピュータインターフェースデバイスのガイドがあります。
脳-コンピュータインターフェース技術の理解
脳-コンピュータインターフェース（BCI）技術は、脳と外部デバイス間の直接的なコミュニケーションを可能にします。技術的には、脳信号を読み取る任意のデバイスがBCIです。最近では、この用語は主にデバイスを「マインドコントロール」することを可能にするBCIを説明するために使用されています。脳の機能を理解するのに役立つ同じ技術が、コンピュータカーソルの制御、義肢の移動、インタラクティブなゲーム体験の作成などのさまざまなタスクのための命令に脳信号を変換できます。BCI技術は、肢体を使用できない人々に新しい希望を提供すると同時に、どこにでもいる体を持つ革新者やホビー愛好者にも役立っています。
「BCI」が時代の言葉になったため、脳-コンピュータインターフェースデバイスタイプを区別して混乱を緩和し、消費者と機関が自分に合ったBCIデバイスを選択できるようにすることが重要です。
BCIデバイス: 手術 vs. ヘッドセット
現在、脳に埋め込まれたデバイスと頭皮から脳信号を読み取るデバイスの2つの異なるタイプの脳-コンピュータインターフェースデバイスがあります（図1）。違いは以下の通りです。
図1. BCI信号取得技術の分類。（a）は非侵襲的、最小侵襲的、侵襲的の3つのレベルを含む手術次元の分類図を示しています。（b）は非植込み、介入、植込みの3つのレベルを含む検出次元の分類図を示しています。 [1]
頭蓋内（侵襲的）
頭蓋内脳波計（iEEG）は、電極を直接人の頭の中に埋め込むことによって信号を取得します。これにより、医師は研究、検出、および治療のために明確な電子信号を取得できます。脳のインプラントはデータを読み取ったり、脳を刺激したり、またはその両方を行うことができます。用途には、てんかん発作の評価[2]、精神疾患の治療[3]、麻痺の回避、思考からテキストや音声への変換（図2）、果ては視力の回復[4][5]などが含まれます。
米国食品医薬品局（FDA）は、埋め込まれたBCIデバイスを「中枢神経系または末梢神経系とインターフェースし、麻痺または切断された患者の失われた運動および/または感覚機能を回復する神経補装具」と定義しています[6]。
図2. ALSを患うケイシー・ハレルが、BrainGate臨床試験を通じてBCIインプラントの助けを借りて再び話す様子。（クレジット: UC Regents）
頭蓋内（最小侵襲的）
研究者たちは、脳から直接情報を読み取るためのより侵襲的でない方法を試みてきました。1つの方法は内視鏡的（図3）で、血管を通じて、ステントを介して脳に電極を送ります[7][8]。
もう1つの方法は、電気皮質脳波計（ECoG）と呼ばれ、膜下（subdural ECoG）または硬膜外（epidural ECoG）のいずれかで、頭蓋骨の下に電極を手術的に配置することが求められます。この手順は侵襲的ですが、従来のBCIインプラントよりは侵襲性が低いです[9]。
図3。A、完全に埋め込まれた脳-コンピュータインターフェース（BCI）の概略図。電極を持つデバイスが、上矢状静脈血管（挿入部）に埋め込まれ、皮下ポケット内の埋め込み可能な受信機-送信機ユニット（IRTU）に接続されています。IRTUは、外部受信機テレメトリユニット（ERTU）と通信し、信号をノートパソコンやタブレット用の信号制御ユニットに中継します。B、コンピュータ制御用のアイ・トラッカーを持つBCI。アイ・トラッキングはカーソルを移動させるために使用され、BCIがクリックに使用されます。C、コンピュータ制御用のアイ・トラッキングなしのBCI。アイテムスキャナーはアイテムを順番にハイライトし、BCIはハイライトされたアイテムをクリックするのに使用されます[7]。
非侵襲的BCI（EEGヘッドセット）
図4. ジョンは、BCI4Kidsプログラムに参加しており、脳-コンピュータインターフェースを使用して障害のある子供たちが環境と相互作用できるよう支援しています。ジョンの脳の力で創作した作品を見ることができます。こちら。
非侵襲的BCIデバイスは、電極を使用して、個人の頭皮を介して電気信号を読み取ります。このプロセスは従来、実験室の設定に制限されていましたが、ワイヤレスで研究用のEEGデバイスの登場により、どこでも正確な脳波の読み取りが可能になりました（図4）。
現在、数十種類の非侵襲的BCIヘッドセットが市場に出ています。多くは一つの目的、たとえば睡眠や集中力の監視のために設計されています。価格は数百ドルから数十万ドルまでさまざまです。EMOTIVは、ニューロサイエンティスト、学生、教育者、革新者、ゲーマー、ホビー愛好者、アーティストなど、世界中で使用される、2つのセンサーから最大32までのワイヤレスBCIデバイスの最も多用途かつ手頃な範囲を提供しています。
2022年のピアレビュー記事の監査によると[10]、EMOTIVは科学研究のために最も使用される消費者EEGデバイス（67.69%）です。研究者は、科学的に検証されたパフォーマンス、従来のEEGラボ機器に比較しての手頃さ、および多用途性のためにEMOTIVを信頼しています。大学の実験室で人間の脳に関する画期的な研究を行うために使用される同じEMOTIVヘッドセットは、BCIパフォーマンスのために音楽部門に共有され、その後心理学部門と共有され、実践的な学びのためにBCIクラブの学生とともに、脳を駆使したドローンをレースさせるために渡されます。
EMOTIV BCIデバイス
EMOTIVでは、初心者と経験豊富なユーザーのためにワイヤレスBCIデバイスを提供しています。
上記: 車椅子がEMOTIV FLEXを使用してBCIデバイスとして制御されています[11]。
上記: 学生がEPOC XとArduinoボードを使用してロボットアームを控制しています。（出典: マット・スー）
上記: フロリダ大学の学生がEMOTIV Insight BCIデバイスを装着してドローンを制御しています。（出典）
図5. TwitchゲーマーのPerrikaryalは、BCIを使用してHaloのゲームをうまく制御している2チャンネルのEMOTIV MN8脳用ウェアラブルを使用しています。
BCIプロジェクトの始め方
既にコーディングの経験がありますか？ | BCIに新しいですか？ |
ここから始めましょう: | スタートアップガイドはこちら: |
BCIを使うには？
BCIプロジェクトを始めるためには、5つの基本要素が必要です。
明確な目標
EMOTIVのEEGヘッドセットのような信号取得デバイス
EmotivBCIのような信号処理ソフトウェア
割り当てられたBCIコマンド（若干のコーディング経験が必要）
制御したいデバイスへのアクセス（SDK、Arduinoボードなど）
BCIコマンドを受信するためのデバイス
正しいBCIデバイスを選ぶ
適切なBCIデバイスを選択することは、プロジェクトの成功にとって重要です。以下は、いくつかの重要な考慮事項です：
使いやすさ: 特に初心者の場合、使いやすく、設定が簡単なデバイスを探してください。EMOTIVのBCIデバイスは、乾式、半乾式、塩水センサーで数分で設定できます。
機能性: デバイスが特定のプロジェクトに必要な機能と能力を提供していることを確認してください。EMOTIVヘッドセットは全脳センサーですが、一般的には、BCIはより多くのセンサーでより良く機能します。その論理に基づき、EMOTIV FLEXは最大32センサーを使用して最大限の脳センサーを得ますが、私たちのユーザーはEPOC XまたはInsightがBCIプロジェクトや研究に十分であると見出す傾向があります。MN8脳用ウェアラブルは、BCIモバイルアプリ開発に最適です。
センサー配置: EEGヘッドセットを選択する際は、センサーの配置やそれがニーズに与える影響を考慮してください。たとえば、市場に出ているいくつかのBCIデバイスは、1つのセンサーまたは後頭部にのみ複数のセンサーがあります。
湿式センサー vs. 乾式センサー: BCIデバイスを選択する際は、特に長時間使用する予定の場合、快適さと信号品質を考慮してください。塩水はジェルよりも快適で、半乾式センサーは塩水よりも使いやすく、乾式センサーは最も便利です。EMOTIVデバイスの信号品質を比較する。
互換性: 既存のソフトウェアやハードウェアツールと良好に統合されるデバイスを選択してください。既存のシステム（ドローン、Spotify、IoTなど）にBCIを統合したい場合は、SDKやAPIへのアクセスを確保してください。
サポート: 強力なサポートを提供し、活発なユーザーコミュニティを持つ企業からのデバイスを選択してください。EMOTIVは、広範なナレッジベースとカスタマーサポートを提供しています。
データとプライバシー: あなたの神経プライバシーは重要です。だからこそ、EMOTIVは始めからプライバシーを考慮してEEGデータの収集を設計しています。EMOTIVがあなたの脳データを保護する方法を確認する。
結論
BCIプロジェクトを始めることは、革新と影響の大きな可能性を秘めたエキサイティングな旅です。初心者でも経験豊富なプロフェッショナルでも、EMOTIVは成功に必要なツールとサポートを提供します。正しいBCIデバイスと明確なビジョンを持てば、新たな可能性を開くことができます。
今日、EMOTIVのBCIデバイスとリソースを発見し、BCIプロジェクトに着手しましょう。BCI技術を使って人間と技術の相互作用の未来を形作る革新者や研究者のコミュニティに参加してください。
私たちの開発者コミュニティに参加してください
私たちとBCIプロジェクトを共有してください！ ソーシャルメディアで#EMOTIVをタグ付けするか、メールしてください hello@emotiv.com。
もっと助けが必要ですか？お問い合わせ
参考文献
Y. Sun et al., “脳-コンピュータインターフェースの信号取得：医療と工学の交差点に対する視覚的レビュー,” Fundamental Research, 2024年4月, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. 利用可能: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559
P. S. Reif, A. Strzelczyk, and F. Rosenow, “てんかん患者における侵襲的EEG評価の歴史,” Seizure, vol. 41, pp. 191–195, 2016年4月, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.
デバイスと放射線健康センター, “麻痺または切断患者のための脳-コンピュータインターフェース（BCI）デバイス - 非臨床試験と臨床考慮事項,” 米国食品医薬品局, 2021年5月20日。https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing
Y.-H. Nho et al., “強迫症の電気生理学による応答性深部脳刺激が強迫行動を持続的に改善する,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, 2024年1月, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.
“NeuralinkがXで: ‘盲目を取り戻すためにFDAからブレークスルーデバイス指定を受けました。 患者登録とキャリアページでの空き状況に応募してください。https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X（旧Twitter）. https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet
M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, and D.-R. Chebat, “盲目の支援のための脳-マシンインターフェース,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, 2021年2月, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.
P. Mitchell et al., “重度の麻痺の4人の患者に対する完全に埋め込まれた内視鏡脳-コンピュータインターフェースの安全性評価,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, 2023年3月, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.
Q. He et al., “脳の惑星雲：内視鏡的神経記録と刺激による最小侵襲脳-コンピュータインターフェース,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, 2024年2月, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.
R. P. N. Rao, “半侵襲的BCI,” in ケンブリッジ大学出版局電子書籍, 2013年, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.
J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, and N. A. Badcock, “研究のための消費者向けEEGデバイスの使用に関するスコーピングレビュー,” bioRxiv (コールドスプリングハーバーラボ), 2022年12月, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.
D. Pawuś and S. Paszkiel, “専門家システムを用いたEEG信号の分類に基づくBCI車椅子制御法,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, 2022年10月, doi: 10.3390/app122010385.
エロン・マスクのニューロリンクのような注目を集めるプロジェクトのおかげで、脳-コンピュータインタフェース（BCI）は近年、世界的な関心を集めています。しかし、BCI技術は40年以上前から存在しており、自分自身の「マインドコントロール」プロジェクトを作成するために手術は必要ないことに驚くかもしれません。
EMOTIVは2011年にデビューし、革新的なBCIゲームデバイスとして最初のワイヤレスEEGヘッドセットを発表しました。それ以来、技術は機械学習アルゴリズムや改善された脳波センサーとともに大きく進化しました。今日、BCI愛好者は依然として自身の脳-コンピュータインターフェースプロジェクトのニーズにEMOTIVを選んでいます。
初心者でも経験豊富なプロフェッショナルでも、BCIの世界は革新と発見のためのエキサイティングな機会を提供しています。ここに、あなたがこの魅惑的な世界を理解し、アクセスするのを助けるための脳-コンピュータインターフェースデバイスのガイドがあります。
脳-コンピュータインターフェース技術の理解
脳-コンピュータインターフェース（BCI）技術は、脳と外部デバイス間の直接的なコミュニケーションを可能にします。技術的には、脳信号を読み取る任意のデバイスがBCIです。最近では、この用語は主にデバイスを「マインドコントロール」することを可能にするBCIを説明するために使用されています。脳の機能を理解するのに役立つ同じ技術が、コンピュータカーソルの制御、義肢の移動、インタラクティブなゲーム体験の作成などのさまざまなタスクのための命令に脳信号を変換できます。BCI技術は、肢体を使用できない人々に新しい希望を提供すると同時に、どこにでもいる体を持つ革新者やホビー愛好者にも役立っています。
「BCI」が時代の言葉になったため、脳-コンピュータインターフェースデバイスタイプを区別して混乱を緩和し、消費者と機関が自分に合ったBCIデバイスを選択できるようにすることが重要です。
BCIデバイス: 手術 vs. ヘッドセット
現在、脳に埋め込まれたデバイスと頭皮から脳信号を読み取るデバイスの2つの異なるタイプの脳-コンピュータインターフェースデバイスがあります（図1）。違いは以下の通りです。
図1. BCI信号取得技術の分類。（a）は非侵襲的、最小侵襲的、侵襲的の3つのレベルを含む手術次元の分類図を示しています。（b）は非植込み、介入、植込みの3つのレベルを含む検出次元の分類図を示しています。 [1]
頭蓋内（侵襲的）
頭蓋内脳波計（iEEG）は、電極を直接人の頭の中に埋め込むことによって信号を取得します。これにより、医師は研究、検出、および治療のために明確な電子信号を取得できます。脳のインプラントはデータを読み取ったり、脳を刺激したり、またはその両方を行うことができます。用途には、てんかん発作の評価[2]、精神疾患の治療[3]、麻痺の回避、思考からテキストや音声への変換（図2）、果ては視力の回復[4][5]などが含まれます。
米国食品医薬品局（FDA）は、埋め込まれたBCIデバイスを「中枢神経系または末梢神経系とインターフェースし、麻痺または切断された患者の失われた運動および/または感覚機能を回復する神経補装具」と定義しています[6]。
図2. ALSを患うケイシー・ハレルが、BrainGate臨床試験を通じてBCIインプラントの助けを借りて再び話す様子。（クレジット: UC Regents）
頭蓋内（最小侵襲的）
研究者たちは、脳から直接情報を読み取るためのより侵襲的でない方法を試みてきました。1つの方法は内視鏡的（図3）で、血管を通じて、ステントを介して脳に電極を送ります[7][8]。
もう1つの方法は、電気皮質脳波計（ECoG）と呼ばれ、膜下（subdural ECoG）または硬膜外（epidural ECoG）のいずれかで、頭蓋骨の下に電極を手術的に配置することが求められます。この手順は侵襲的ですが、従来のBCIインプラントよりは侵襲性が低いです[9]。
図3。A、完全に埋め込まれた脳-コンピュータインターフェース（BCI）の概略図。電極を持つデバイスが、上矢状静脈血管（挿入部）に埋め込まれ、皮下ポケット内の埋め込み可能な受信機-送信機ユニット（IRTU）に接続されています。IRTUは、外部受信機テレメトリユニット（ERTU）と通信し、信号をノートパソコンやタブレット用の信号制御ユニットに中継します。B、コンピュータ制御用のアイ・トラッカーを持つBCI。アイ・トラッキングはカーソルを移動させるために使用され、BCIがクリックに使用されます。C、コンピュータ制御用のアイ・トラッキングなしのBCI。アイテムスキャナーはアイテムを順番にハイライトし、BCIはハイライトされたアイテムをクリックするのに使用されます[7]。
非侵襲的BCI（EEGヘッドセット）
図4. ジョンは、BCI4Kidsプログラムに参加しており、脳-コンピュータインターフェースを使用して障害のある子供たちが環境と相互作用できるよう支援しています。ジョンの脳の力で創作した作品を見ることができます。こちら。
非侵襲的BCIデバイスは、電極を使用して、個人の頭皮を介して電気信号を読み取ります。このプロセスは従来、実験室の設定に制限されていましたが、ワイヤレスで研究用のEEGデバイスの登場により、どこでも正確な脳波の読み取りが可能になりました（図4）。
現在、数十種類の非侵襲的BCIヘッドセットが市場に出ています。多くは一つの目的、たとえば睡眠や集中力の監視のために設計されています。価格は数百ドルから数十万ドルまでさまざまです。EMOTIVは、ニューロサイエンティスト、学生、教育者、革新者、ゲーマー、ホビー愛好者、アーティストなど、世界中で使用される、2つのセンサーから最大32までのワイヤレスBCIデバイスの最も多用途かつ手頃な範囲を提供しています。
2022年のピアレビュー記事の監査によると[10]、EMOTIVは科学研究のために最も使用される消費者EEGデバイス（67.69%）です。研究者は、科学的に検証されたパフォーマンス、従来のEEGラボ機器に比較しての手頃さ、および多用途性のためにEMOTIVを信頼しています。大学の実験室で人間の脳に関する画期的な研究を行うために使用される同じEMOTIVヘッドセットは、BCIパフォーマンスのために音楽部門に共有され、その後心理学部門と共有され、実践的な学びのためにBCIクラブの学生とともに、脳を駆使したドローンをレースさせるために渡されます。
EMOTIV BCIデバイス
EMOTIVでは、初心者と経験豊富なユーザーのためにワイヤレスBCIデバイスを提供しています。
上記: 車椅子がEMOTIV FLEXを使用してBCIデバイスとして制御されています[11]。
上記: 学生がEPOC XとArduinoボードを使用してロボットアームを控制しています。（出典: マット・スー）
上記: フロリダ大学の学生がEMOTIV Insight BCIデバイスを装着してドローンを制御しています。（出典）
図5. TwitchゲーマーのPerrikaryalは、BCIを使用してHaloのゲームをうまく制御している2チャンネルのEMOTIV MN8脳用ウェアラブルを使用しています。
BCIプロジェクトの始め方
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BCIを使うには？
BCIプロジェクトを始めるためには、5つの基本要素が必要です。
明確な目標
EMOTIVのEEGヘッドセットのような信号取得デバイス
EmotivBCIのような信号処理ソフトウェア
割り当てられたBCIコマンド（若干のコーディング経験が必要）
制御したいデバイスへのアクセス（SDK、Arduinoボードなど）
BCIコマンドを受信するためのデバイス
正しいBCIデバイスを選ぶ
適切なBCIデバイスを選択することは、プロジェクトの成功にとって重要です。以下は、いくつかの重要な考慮事項です：
使いやすさ: 特に初心者の場合、使いやすく、設定が簡単なデバイスを探してください。EMOTIVのBCIデバイスは、乾式、半乾式、塩水センサーで数分で設定できます。
機能性: デバイスが特定のプロジェクトに必要な機能と能力を提供していることを確認してください。EMOTIVヘッドセットは全脳センサーですが、一般的には、BCIはより多くのセンサーでより良く機能します。その論理に基づき、EMOTIV FLEXは最大32センサーを使用して最大限の脳センサーを得ますが、私たちのユーザーはEPOC XまたはInsightがBCIプロジェクトや研究に十分であると見出す傾向があります。MN8脳用ウェアラブルは、BCIモバイルアプリ開発に最適です。
センサー配置: EEGヘッドセットを選択する際は、センサーの配置やそれがニーズに与える影響を考慮してください。たとえば、市場に出ているいくつかのBCIデバイスは、1つのセンサーまたは後頭部にのみ複数のセンサーがあります。
湿式センサー vs. 乾式センサー: BCIデバイスを選択する際は、特に長時間使用する予定の場合、快適さと信号品質を考慮してください。塩水はジェルよりも快適で、半乾式センサーは塩水よりも使いやすく、乾式センサーは最も便利です。EMOTIVデバイスの信号品質を比較する。
互換性: 既存のソフトウェアやハードウェアツールと良好に統合されるデバイスを選択してください。既存のシステム（ドローン、Spotify、IoTなど）にBCIを統合したい場合は、SDKやAPIへのアクセスを確保してください。
サポート: 強力なサポートを提供し、活発なユーザーコミュニティを持つ企業からのデバイスを選択してください。EMOTIVは、広範なナレッジベースとカスタマーサポートを提供しています。
データとプライバシー: あなたの神経プライバシーは重要です。だからこそ、EMOTIVは始めからプライバシーを考慮してEEGデータの収集を設計しています。EMOTIVがあなたの脳データを保護する方法を確認する。
結論
BCIプロジェクトを始めることは、革新と影響の大きな可能性を秘めたエキサイティングな旅です。初心者でも経験豊富なプロフェッショナルでも、EMOTIVは成功に必要なツールとサポートを提供します。正しいBCIデバイスと明確なビジョンを持てば、新たな可能性を開くことができます。
今日、EMOTIVのBCIデバイスとリソースを発見し、BCIプロジェクトに着手しましょう。BCI技術を使って人間と技術の相互作用の未来を形作る革新者や研究者のコミュニティに参加してください。
私たちの開発者コミュニティに参加してください
私たちとBCIプロジェクトを共有してください！ ソーシャルメディアで#EMOTIVをタグ付けするか、メールしてください hello@emotiv.com。
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参考文献
Y. Sun et al., “脳-コンピュータインターフェースの信号取得：医療と工学の交差点に対する視覚的レビュー,” Fundamental Research, 2024年4月, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. 利用可能: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559
P. S. Reif, A. Strzelczyk, and F. Rosenow, “てんかん患者における侵襲的EEG評価の歴史,” Seizure, vol. 41, pp. 191–195, 2016年4月, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.
デバイスと放射線健康センター, “麻痺または切断患者のための脳-コンピュータインターフェース（BCI）デバイス - 非臨床試験と臨床考慮事項,” 米国食品医薬品局, 2021年5月20日。https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing
Y.-H. Nho et al., “強迫症の電気生理学による応答性深部脳刺激が強迫行動を持続的に改善する,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, 2024年1月, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.
“NeuralinkがXで: ‘盲目を取り戻すためにFDAからブレークスルーデバイス指定を受けました。 患者登録とキャリアページでの空き状況に応募してください。https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X（旧Twitter）. https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet
M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, and D.-R. Chebat, “盲目の支援のための脳-マシンインターフェース,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, 2021年2月, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.
P. Mitchell et al., “重度の麻痺の4人の患者に対する完全に埋め込まれた内視鏡脳-コンピュータインターフェースの安全性評価,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, 2023年3月, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.
Q. He et al., “脳の惑星雲：内視鏡的神経記録と刺激による最小侵襲脳-コンピュータインターフェース,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, 2024年2月, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.
R. P. N. Rao, “半侵襲的BCI,” in ケンブリッジ大学出版局電子書籍, 2013年, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.
J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, and N. A. Badcock, “研究のための消費者向けEEGデバイスの使用に関するスコーピングレビュー,” bioRxiv (コールドスプリングハーバーラボ), 2022年12月, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.
D. Pawuś and S. Paszkiel, “専門家システムを用いたEEG信号の分類に基づくBCI車椅子制御法,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, 2022年10月, doi: 10.3390/app122010385.
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*免責事項 – EMOTIV製品は、研究用途および個人的な使用のみを目的としています。当社の製品は、EU指令93/42/EECで定義されている医療機器として販売されていません。当社の製品は、病気の診断や治療を目的として設計または意図されていません。
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