バーチャルリアリティ対応のブレインコンピュータインターフェース環境における具現化されたデジタルツインによる運動イメージ性能

要約

バーチャルリアリティ環境での運動イメージは、ブレイン・コンピュータ・インターフェース・システムにおいて幅広い用途があります。この原稿では、参加者が想像した動きをバーチャルリアリティ環境で行うのに似たパーソナライズされたデジタルアバターを使用して、没入感と身体の所有権を高める方法について概説しています。

要約

本研究では、ブレイン・コンピュータ・インターフェース(BCI)やバーチャルリアリティ(VR)技術を3次元(3D)アバターのカスタマイズと統合することで、神経リハビリテーションの革新的なフレームワークを紹介します。従来のリハビリテーションのアプローチでは、主に深く没入感のあるインタラクティブな体験を提供できないため、患者を十分に関与させることができないことがよくあります。本研究では、運動イメージ(MI)技術を用いて、参加者が身体の動きを視覚化し、実際に実行しないことで、このギャップを埋めることを目指しています。この手法は、脳の神経メカニズムを利用し、動きを想像する際に動きの実行に関与する領域を活性化することで、回復プロセスを促進します。VRの没入型機能と脳波計(EEG)の精度を統合して、想像上の動きに関連する脳活動をキャプチャして解釈することが、このシステムの中核を形成しています。パーソナライズされた3Dアバターの形をしたデジタルツインは、仮想環境への没入感を大幅に向上させるために採用されています。この身体性の高まりは、効果的なリハビリテーションにとって重要であり、患者と仮想の相手との間のつながりを強化することを目的としています。これにより、このシステムは運動イメージのパフォーマンスを向上させるだけでなく、より魅力的で効果的なリハビリテーション体験を提供することも目指しています。BCIのリアルタイムアプリケーションにより、このシステムは、想像上の動きを3Dアバターによって実行される仮想アクションに直接変換し、ユーザーに即座にフィードバックを提供することができる。このフィードバックループは、運動制御と回復に関与する神経経路を強化するために不可欠です。開発されたシステムの最終的な目標は、運動イメージエクササイズをよりインタラクティブでユーザーの認知プロセスに応答させることにより、運動イメージエクササイズの有効性を大幅に向上させ、それによって神経学的リハビリテーションの分野における新たな道を開くことです。

概要

神経障害を持つ患者のリハビリテーションパラダイムは、ブレインコンピューターインターフェース(BCI)や没入型バーチャルリアリティ(VR)などの高度なテクノロジーの統合により、変革的な変化を遂げており、回復を促進するためのより微妙で効果的な方法を提供しています。BCIベースのリハビリテーションの中心にある技術である運動イメージ(MI)は、実際の運動実行を伴わない身体運動の精神的なリハーサルを伴います¹。MIは、動きを想像すると、身体活動自体を実行するのと密接に一致する脳活動のパターンが引き起こされるという神経メカニズムを利用しています^2,3,4。具体的には、心筋梗塞に関与すると、脳の電気的活動のアルファ(8-13Hz)およびベータ(13-25Hz)周波数帯域で事象関連非同期(ERD)として知られる現象が引き起こされます^5,6,7。ERDは、ベースラインの脳リズムの抑制を示しており、これは実際の運動中にも観察されるパターンであり、それにより、BCI支援リハビリテーションフレームワーク^....

プロトコル

本研究では、脳波で記録されたMI信号を用いて、VR環境下で3Dアバターをリアルタイムに制御することの実現可能性を調査することを目的としています。この研究では、アバターを被写体に似せてパーソナライズすることにより、没入感と身体の所有権の感覚を高めることに焦点を当てています。この議定書は、ヴェールール工科大学の審査委員会から承認を受けました。参加者は、研究の目的、手順、および潜在的なリスクを確認した後、書面によるインフォームドコンセントを提供しました。

1. 実験セットアップ

注: 図1 の実験セットアップの図に示されているように、システムにすべてのコンポーネントが組み込まれていることを確認してください(使用する機器の 材料表 を参照)。

1. 3Dアバター開発
   1. アバターのモデリング
      1. データ収集の前日に、各参加者からさまざまな角度からの複数の顔写真と正確な身体測定値を収集します。
      2. モデリングソフトウェアをクリックして開きます。開いた直後に、[性別] のスライダーを見つけます。このスライダーは、作成しようとしているモデルの性別に合わせて調整してください。
      3. 画面上部の「モデリング」....

ディスカッション

VR技術と組み合わせたMIの応用は、運動計画と実行のための脳の自然なメカニズムを活用することにより、リハビリテーションの有望な道を提供します。身体運動^の神経活動を反映して、特定の脳周波数帯域で事象関連の非同期を誘導するMIの能力^2,3,4は、^{運動制御8}に関与する神経ネットワークを関与させ.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alienware Laptop	Dell		High-end gaming laptop with GTX1070 Graphics Card
Oculus Rift-S VR headset	Meta		VR headset
OpenBCI Cyton Daisy	OpenBCI		EEG system
OpenBCI Gel-free cap	OpenBCI		Gel-free cap for placing the EEG electrodes over the participant's scalp