EEG単独とハイブリッドEEG–fNIRS BCIのFES制御性能比較:健常者を対象とした盲検無作為化研究と公開データセット
EEG vs. Hybrid EEG–fNIRS BCI for FES Control in Healthy Subjects: A Blind Randomized Study and an Open Dataset
脳コンピューターインターフェース(BCI)と機能的電気刺激(FES)を組み合わせたシステムは、脳卒中後のリハビリテーションにおいて効果的であると考えられている。本研究では、健常者を対象に、EEG単独とハイブリッドEEG–fNIRSアプローチがリアルタイム3クラスBCI–FES制御性能に与える影響を比較した。16名の健常 volunteers が3日間にわたり5回のBCI–FESトレーニングセッションに参加した。一方のグループでは手首伸筋のFESがハイブリッドEEG–fNIRS分類器によって駆動され、もう一方のグループではEEGのみで駆動された。分類精度、主体感、注意、身体的快適さのいずれの評価項目においても、統計的に有意なグループ間差は見られなかった(p > 0.05)。リアルタイム3クラス分類のメディアンリコールは、ハイブリッドグループで53.5%、EEGのみのグループで57.3%であった。主体感スコアは両グループで最大値の約75%に達した。シミュレーション分析では、単峰性fNIRSのみおよびEEGのみの分類器で同等の精度が示された。遺伝的アルゴリズムベースのチャネル選択により、EEGチャネルではC3とC4が最も情報量が多いと特定された一方、最適なfNIRS配置には個別の最適化が必要であった。本研究で使用された分類および融合パイプラインの制約下では、信号取得モダリティは健常被験者におけるBCI–FES性能や主体感に有意な影響を与えないことが示唆された。完全なEEG–fNIRSデータセットはNITRCを通じて公開されている。
- 健常者16名を対象とした盲検無作為化研究で、リアルタイム3クラスBCI-FES制御においてEEG単独とハイブリッドEEG-fNIRS方式に統計的に有意な性能差がないことを示した(p > 0.05)。
- 本研究で使用された完全なEEG-fNIRSデータセットがNITRCを通じて公開された。
本研究はBCI-FESリハビリテーション分野において、EEG単独とハイブリッドEEG–fNIRS方式の性能差が統計的に有意でないことを示した学術的知見であり、BCIリハビリ市場における技術選択の論点を提供する。ただし、健常者対象の小規模研究であり、投資判断に直結する企業・製品・市場イベントは含まれていない。