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とよみおとべ
6 years ago
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1 TG3-1 28th Fuzzy System Symposium (Nagoya, An Investigation of EEG for eyes open and closed using a dry-electrode based mobile neuro-sensor Yoshihito Maki 1 Tsuyoshi Nakamura 2 Masayoshi Kanoh 3 Kouji Yamada 1 1 Nagoya Institute of Technology 2 2 Chukyo University 3 3 Institute of Advanced Media Arts and Sciences Abstract: Given a remarkable recent progress in robotics research, we can envision the day when robots and humans coexist and robots become closely integrated into our daily lives. This means endowing robots with the ability to communicate so they perceive human emotion, adapt their behavior to humans, and sense situations even without explicit instructions. Supposing that humans coexist with robots, we expect to realize daily communication with robots and communication support by robots. To achieve that, robots have to have abilities that perception to perceive human s mental state or mood, and communication to communicate it. Regarding ability of perception, we had suggested the approach using single dry-electrode neuro-sensor of NeuroSky MindSet and experimented with it. As the result, by using the approach, the brain waves obtained from NeuroSky MindSet could discriminate subjects state with high accuracy. However, in the experiment the subjects state depended on both mental stress and eyes open/closed state and we did t clarify which factor determined the subjects state. This study investigated which of eyes open/closed or mental stress state gives some features to brain waves observed from B3 Band, The investigation suggests that eyes open/closed state has a lot of influence to the brain waves, and both NeuroSky MindSet and B3 Band can be used to estimate human s simple state such as eyes open/closed in daily life. 1 SSVEP( ) BCI [1, 2, 3, 4, 5, 6] 1 B3 Band 2 631

1 1 NeuroSky MindSet 1 1 3 Bluetooth MindSet B3 Band( 2) MindSet [7] 2: B3 Band 1: NeuroSky MindSet NeuroSky MindSet MindSet 80% [8] 1

2 1 1 NeuroSky MindSet Bluetooth MindSet B3 Band( 2) MindSet [7] 2: B3 Band 1: NeuroSky MindSet NeuroSky MindSet MindSet 80% [8] 1 MindSet 2 B3 Band B3 Band MindSet MindSet NeuroSky MindSet B3 Band 512Hz 1 FFT SupportVectorMachine(SVM) SVM δ, θ, α l, α h, β l, β h, γ l, γ h 8 δ:0.5 3Hz θ:3 8Hz α l :8 10Hz α h :10 12Hz β l :12 20Hz β h :20 30Hz γ l :30 45Hz, γ h :45 60Hz 8 8 SVM δ θ 6 SVM 8 δ θ SVM 2 6 δ δ θ 8 SVM 6 SVM 8 M 8 = {δ, θ, α h, α l, β h, β l, γ h, γ l } 6 M 6 = {α h, α l, β h, β l, γ h, γ l } 1 5 M 8 t M 8 (t)

3 [6] M 8 (t) M 6 (t) 3 M 8 (t) = k=t+2 k=t 2 M 8 (k) k=t+2 1 T M 8 (k) k=t 2 B3 Band / B3 Band (relax) (calculate) B3 Band , (10 3 ) ( ) n n : time[sec] SVM SVM M 8 (t) M 6 (t) (relax calculate) 1 relax calculate SVM SVM SVM 2 3 SVM SVM SVM 2 4 4: SVM relax calculate 1 / 2 (open) (closed) / 2 SVM 1 SVM 2 633

6 SVM 6 7 SVM 50% B3 Band MindSet 80% 8 70% 8 SVM 9

4 SVM 2 5 open closed 5: SVM 7: 8 SVM 6 SVM 4 SVM B3 Band 2 8 SVM 6 SVM 2 SVM 6 7 8: 8 SVM 6 SVM 6: 8 SVM 6 SVM 6 7 SVM 50% B3 Band MindSet 80% 8 70% 8 SVM M 8 (t) δ ( ) δ SVM δ δ B3 Band δ 6 SVM B3 Band 634

識が有るか無いかなどの 2 状態を開眼/閉眼によって波数帯を除いた場合でも目の開閉のような単純な状態推定ならば可能であると考えられるこのことから判別するような場合には十分有用だと考えられるま B3 Band を用いる状況によっては簡便な 2 状態判別器として十分有効であることが期待されるた目の開閉の影響を大きく受けている脳波を除いて行った判別でも

5 識が有るか無いかなどの 2 状態を開眼/閉眼によって波数帯を除いた場合でも目の開閉のような単純な状態推定ならば可能であると考えられるこのことから判別するような場合には十分有用だと考えられるま B3 Band を用いる状況によっては簡便な 2 状態判別器として十分有効であることが期待されるた目の開閉の影響を大きく受けている脳波を除いて行った判別でも多少精度は落ちるものの比較的高い精度で正しい判別が行えていたことから従来の脳波計には及ばないものの簡易でモバイルなセンサとしての利用価値は大いにあると考えられるこのような性質から 1 点電極の脳波デバイスは従来の電極のウェット型脳波デバイスから 1 点のみを取り出して利用していること等しいと推定されるこのことに関しては類似した研究報告がされてており本実験の結果からもきわめて妥当な結果であると言える [9, 10] しかしそうした場合に従来の多電極の脳波デバイスが眼球運動によって受ける δ 波干渉と 1 点電極の脳波デバイスが受ける目の開閉状態による δ 波干渉が必ずしも同じであるとは言えない本研究の実験では開眼と閉眼の状態の違いにより δ 波のパワーに大きな違いが見られたもののそれが多電極型デバイスを用いた先行研究にて報告されていた眼球運動形成 δ によるものかどうかはあくまで我々の推察に留まっている今後は 1 点電極の脳波デバイスが多電極の脳波デバイスから 1 点だけ用いたものであるという推定の上で多電極の脳波デバイスで測定された各点の脳波のパワーと 1 点電極の脳波デバイスので測定したパワーとを比較し関係性を調査する必要があると考えられる同時に簡易な脳波センサが有効だと思われる局面を想定してそうした局面での有効性を調査していきたいまた今回の結果では判別率に個人差が見られた SVM の判別性能をより高くするために脳波のパワースペクトル変化などを見ながらこの個人差の要因について深く検討を行っていく必要があると考える図 9: 開眼時の時系列パワー比 M8 (t) 図 10: 閉眼時の時系列パワー比 M8 (t) 5 おわりに参考文献本稿では日常生活の上で人間共生型ロボットが [1] A. Luo, T. J. Sullivan : A user-friendly SSVEP based brain computer interface using a timedomain classifier, Journal of Neural Engineering, Vol.7, No.2, pp , インタラクション及びコミュニケーション支援を行えるようになることを目的とし先行研究で着目されているモバイルな脳波デバイスを用いての人の心理状態推定が目の開閉によるノイズの影響無しに正しく推定可能か否かについて調査を行った実験結果から [2] G. Rebolledo-Mendez, I. Dunwell, E. A. Martı nez-miro n, M. D. Vargas-Cerda n, S. de Freitas, F. Liarokapis, A. R. Garcı a-gaona: Assessing Neurosky s Usability to Detect Attention Levels In An Assessment Exercise, Proceedings of the 13th International Conference MindSet や B3 Band のような 1 点ないし 2 点の電極を使うドライ型センサは目の開閉による筋電位の影響を強く受けていると推測されこの点については不安定なデバイスであると思われるしかし目の開閉などの単純な判別に用いるには十分であり日常生活の上で起きているか寝ているか意 635

6 on Human-Computer Interaction. Part I: New Trends, pp , [3] E. Haapalainen, S. Kim, J. F. Forlizzi, A. K. Dey : Psycho-physiological measures for assessing cognitive load, Proceedings of the 12th ACM international conference on Ubiquitous computing Ubicomp 10, pp , [4] Eija Haapalainen, SeungJun Kim, Jodi F. Forlizzi, Anind K. Dey : Psycho-Physiological Measures for Assessing Cognitive Load, [5] Katie Crowley, Aidan Sliney, Ian Pitt, Dave Murphy : Evaluating a Brain-Computer Interface to Categorise Human Emotional Response, 10th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies, [6] Yoshitsugu Yasui : A Brainwave Signal Measurement and Data Processing Technique for Daily Life Applications Journal of Physiological Anthropology. [7] Jack Mostow, Kai-min Chang, and Jessica Nelso : Toward Exploiting EEG Input in a Reading Tutor, [8] Yoshihito Maki, Genma Sano, Yusuke Kobashi, Tsuyoshi Nakamura, Masayoshi Kanoh, Koji Yamada : Estimating Subjective Assessments using a Simple Biosignal Sensor. [9] Chin-Teng Lin, Lun-De Liao, Yu-Hang Liu, I- Jan Wang, Bor-Shyh Lin, Jyh-Yeong Chang : Novel Dry Polymer Foam Electrodes for Long- Term EEG Measurement, IEEE TRANSAC- TIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 58, NO. 5, [10] NeuroSky White Paper : Brainwave EEG Signal, maki@ai.nitech.ac.jp 636

知能と情報, Vol.30, No.5, pp

知能と情報, Vol.30, No.5, pp 1, Adobe Illustrator Photoshop [1] [2] [3] Initital Values Assignment of Parameters Using Onomatopoieas for Interactive Design Tool Tsuyoshi NAKAMURA, Yuki SAWAMURA, Masayoshi KANOH, and Koji YAMADA Graduate