ブレイン・コンピューター・インターフェースを活用してイメトレ中の脳状態を可視化することで運動能力を向上 -健常者のパフォーマンス向上やスポーツ、人間拡張分野への応用に道-

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2026-04-13 慶應義塾大学,科学技術振興機構

慶應義塾大学と科学技術振興機構の研究チームは、ブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)を用いて、運動イメージ訓練中の脳状態を可視化し、運動能力を向上させる手法を開発した。ウェアラブル脳波計とAIにより脳活動をリアルタイムで可視化し、ユーザーが脳状態を制御する訓練を行うことで、実際に身体を動かさなくてもパフォーマンスが向上することを確認した。これは従来の筋電や心拍に基づく訓練と異なり、運動の司令中枢である脳そのものを直接鍛える点が特徴である。場所や設備に依存しない新たなトレーニング法として、スポーツやリハビリ、人間拡張分野への応用が期待される。

ブレイン・コンピューター・インターフェースを活用してイメトレ中の脳状態を可視化することで運動能力を向上 -健常者のパフォーマンス向上やスポーツ、人間拡張分野への応用に道-
図1. ブレイン・コンピューター・インターフェースの操作訓練

<関連情報>

ブレイン・コンピュータ・インターフェースを用いたニューロフィードバック訓練は、ヒトにおける皮質状態切り替えの汎化可能な制御を可能にする Brain–computer interface–based neurofeedback training enables transferable control of cortical state switching in humans

Seitaro Iwama, Atsuya Matsuoka, and Junichi Ushiba
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:April 10, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2525769123

Significance

Humans can flexibly control actions. Although closed-loop regulation of sensorimotor activity has been demonstrated since the 1960s, whether these volitional transitions can be rapidly controlled to improve behavior was unknown. Here, we demonstrate that humans can learn to self-regulate sensorimotor rhythms (SMR) using a brain–computer interface to master volitional switching between distinct cortical states defined by SMR amplitude. This learned control was associated with modulated neural dynamics in the sensorimotor network and characterized by rapid, large-scale shifts in periodic and aperiodic brain activity. Critically, the acquired skill generalized to overt motor tasks, significantly shortening reaction times for both muscle contraction and relaxation, suggesting that both reward-based and brain-state–contingent learning mechanisms contribute to intercontext generalization and enable mental practice gains.

Abstract

Behavioral flexibility relies on transient neural dynamics that govern cortical state transitions. However, whether humans can deliberately learn to control such state transitions and generalize trained neural dynamics beyond contexts remains unclear. Here, we demonstrate that operation of a brain–computer interface (BCI) which links time evolution of sensorimotor activity with real-time feedback enables volitional control over the targeted neural population. Compared with a double-blind sham control group, trained participants modulated sensorimotor oscillations in the absence of BCI. Data-driven latent-state analysis further revealed stronger interregional phase coupling and steeper broadband spectral slope in the medial frontal cortex during transitions. The training-induced reorganization of sensorimotor dynamics was found during movement execution and associated with performance improvement, indexed by reduced reaction times for both muscle contraction and relaxation. These findings provide evidence that learned control over cortical state transitions enhances behavioral flexibility beyond the training context.

医療・健康
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