新型ウェアラブル脳-コンピュータインターフェース開発(New Wearable Brain-Computer Interface)

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2025-04-07 ジョージア工科大学

新型ウェアラブル脳-コンピュータインターフェース開発(New Wearable Brain-Computer Interface)
A micro-scale brain sensor on a finger. Credit: W. Hong Yeo.

ジョージア工科大学の研究チームは、日常生活での連続使用が可能な新しいウェアラブル型ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)を開発しました。このマイクロスケールの脳センサーは、髪の毛の間や皮膚のすぐ下に挿入され、従来の脳センサーの制限を克服します。導電性ポリマー製のマイクロニードルを使用し、柔軟なポリイミド/銅ワイヤーで信号を伝達することで、センサーと皮膚の接触抵抗を低減し、高忠実度の脳信号を長時間にわたり安定して取得できます。実験では、6人の参加者がこのデバイスを装着して拡張現実(AR)ビデオ通話を操作し、最大12時間にわたり96.4%の精度で視覚刺激に対する神経信号の記録と分類が成功しました。この技術は、医療、神経リハビリテーション、拡張現実などの分野での応用が期待されています。

<関連情報>

持続的拡張現実感ブレイン・コンピュータ・インターフェイスのための、毛包間のモーション・アーチファクト制御マイクロ脳センサー Motion artifact–controlled micro–brain sensors between hair follicles for persistent augmented reality brain–computer interfaces

Hodam Kim, Ju Hyeon Kim, Yoon Jae Lee, +15, and Woon-Hong Yeo
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:April 7, 2025
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2419304122

Significance

This study overcomes traditional brain–computer interfaces’ (BCI) limitations by developing motion artifact–controlled micro–brain sensors that integrate seamlessly between hair strands. The sensor-integrated wearable system achieves ultralow impedance density and high-fidelity neural signal capture for multiple hours, even during intense motion, by demonstrating continuous telecommunication using augmented reality. This advance provides a pathway for the practical and continuous use of BCI in everyday life, enhancing the integration of digital and physical environments.

Abstract

Modern brain–computer interfaces (BCI), utilizing electroencephalograms for bidirectional human–machine communication, face significant limitations from movement-vulnerable rigid sensors, inconsistent skin–electrode impedance, and bulky electronics, diminishing the system’s continuous use and portability. Here, we introduce motion artifact–controlled micro–brain sensors between hair strands, enabling ultralow impedance density on skin contact for long-term usable, persistent BCI with augmented reality (AR). An array of low-profile microstructured electrodes with a highly conductive polymer is seamlessly inserted into the space between hair follicles, offering high-fidelity neural signal capture for up to 12 h while maintaining the lowest contact impedance density (0.03 kΩ·cm-2) among reported articles. Implemented wireless BCI, detecting steady-state visually evoked potentials, offers 96.4% accuracy in signal classification with a train-free algorithm even during the subject’s excessive motions, including standing, walking, and running. A demonstration captures this system’s capability, showing AR-based video calling with hands-free controls using brain signals, transforming digital communication. Collectively, this research highlights the pivotal role of integrated sensors and flexible electronics technology in advancing BCI’s applications for interactive digital environments.

生物工学一般
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