機械学習による脳と機械のインターフェースの改善(Improving Brain–Machine Interfaces with Machine Learning)

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2024-12-06 カリフォルニア工科大学(Caltech)

カリフォルニア工科大学(Caltech)の研究者たちは、脳-機械インターフェース(BMI)の性能向上に向け、機械学習を活用した新たな手法を開発しています。BMIは、脳信号を直接読み取り、コンピューターや義肢などの外部デバイスを制御する技術で、特に四肢麻痺患者の生活の質向上に寄与しています。しかし、脳信号の複雑さや個人差により、正確な解読が課題となっています。Caltechのチームは、機械学習アルゴリズムを用いて脳信号のパターンをより精密に解析し、デバイス制御の精度と応答性を高めることに成功しました。この進展は、BMIの実用化と普及を促進し、神経科学と工学の融合による新たな治療法の開発に大きく貢献することが期待されています。

<関係資料>

ニューラルネットワークを介した特徴抽出による四肢麻痺患者による脳コンピュータインターフェースの強化された制御 Enhanced control of a brain–computer interface by tetraplegic participants via neural-network-mediated feature extraction

Benyamin Haghi,Tyson Aflalo,Spencer Kellis,Charles Guan,Jorge A. Gamez de Leon,
Albert Yan Huang,Nader Pouratian,Richard A. Andersen & Azita Emami
Nature Biomedical Engineering (2024)Cite this article Metricsdetails

機械学習による脳と機械のインターフェースの改善(Improving Brain–Machine Interfaces with Machine Learning)

Abstract

To infer intent, brain–computer interfaces must extract features that accurately estimate neural activity. However, the degradation of signal quality over time hinders the use of feature-engineering techniques to recover functional information. By using neural data recorded from electrode arrays implanted in the cortices of three human participants, here we show that a convolutional neural network can be used to map electrical signals to neural features by jointly optimizing feature extraction and decoding under the constraint that all the electrodes must use the same neural-network parameters. In all three participants, the neural network led to offline and online performance improvements in a cursor-control task across all metrics, outperforming the rate of threshold crossings and wavelet decomposition of the broadband neural data (among other feature-extraction techniques). We also show that the trained neural network can be used without modification for new datasets, brain areas and participants.

生物工学一般
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