ビッグデータダイジェストはロボティクスレクチャーホールから転載されました

天津大学は、国際的に大きな影響力を持つハイレベルな研究大学として、科学技術革新への追求を決して怠りませんでした。幾度となく外国の技術独占を打ち破り、数々の世界初、そして中国初を生み出し、「イノベーション」を中国の主要テーマとすることを常に目指してきました。

最近、この名門985大学は、新たな「中国初」を達成しました。天津市医療工学トランスレーショナル・メディシン研究所、天津脳科学・脳インスパイアード研究センター、そして教育部知能医療工学研究センターは、SuiShi IntelligentやCETC Cloud Brainなどの企業と協力し、脳コンピュータインターフェース分野における中国初の総合オープンソースソフトウェアプラットフォームであるMetaBCIを共同で立ち上げました。天津大学は、この分野における強みとリーダーシップを改めて示しました。

脳コンピュータインターフェース（BCI）技術は、人間と機械の間で直接的な情報伝達を実現することを意味します。現在、世界の主要国は未来を「脳科学の時代」と捉え、脳科学研究を国家開発戦略に組み入れています。脳科学の中核的応用分野であるBCI分野は、技術分野における破壊的イノベーション革命を巻き起こしており、ヘルスケアやコンシューマーエレクトロニクスなどの産業の発展に大きな影響を与えると予想されます。

脳コンピュータインターフェース（BCI）分野は現在、急速な産業発展期にあります。優れたソフトウェアプラットフォームは、人間の脳とハードウェアデバイスの間に「情報スーパーハイウェイ」を構築し、高品質なヒューマンコンピュータインタラクションを実現します。しかし、現在主流となっている国際的なBCIソフトウェアプラットフォームは、主にC++言語と商用ソフトウェアMATLABをベースにしています。これらのプラットフォームは、プログラミング要件の厳しさ、開発サイクルの長さ、コストの高さや規制による制約など、様々な問題を抱えています。技術的な敷居を下げ、研究開発コストを削減し、製品サイクルを短縮し、商業化を促進するために、効率的で実用的なオープンソースソフトウェアプラットフォームが緊急に求められています。

天津大学が主導するMetaBCIプラットフォームは、国際的に認められたオープンソース言語Pythonで記述されています。ユーザーフレンドリーで拡張性に優れ、幅広いコラボレーションと応用の機会を提供します。MetaBCIの基本アーキテクチャは、パラダイム提示、データ取得、信号処理、ユーザーフィードバック、マシン実行の5つのモジュールで構成され、Python環境内でユーザーの意図を誘導、取得、分析、変換するプロセス全体を可能にします。現在、14の脳コンピュータインターフェース（BCI）ソースデータセットと複数の古典的なBCIパラダイムを統合し、数十の高度なBCIデコードアルゴリズムと特殊なインテリジェントコンピューティングモデルをカバーしています。また、革新的なBCIデコードアルゴリズム呼び出しインターフェースも備えています。オープンソース化後、データセットとアルゴリズムの種類はさらに拡張・改善される予定です。

2021年5月、MetaBCI信号処理装置のベータ版が、世界最大のコードウェブサイトで予定より早く公開されました。国内外の多くの研究機関は、トライアルに参加した際に、このプラットフォームが脳コンピュータデータセットの読み取りにシンプルで効率的な脳コンピュータインターフェースと、統一された情報前処理ワークフローを提供し、データの読み取りと処理を自動化すると同時に、研究者が重要なステップを自ら変更できる柔軟性を確保していると評価しました。

天津大学は、中国電子公司と共同で、非侵襲性脳コンピュータインターフェース専用コンピューティング・データ取得チップ「BrainTalker」CシリーズおよびDシリーズを既にリリースしている模様です。国産の高性能脳波取得システム「神宮迪庭（Shenggong-Diting）」も国家医療機器登録証を取得し、コアハードウェアの革新と開発のスピードを加速させています。MetaBCIのリリースは、中国にとって脳コンピュータインターフェースの基盤となる基本ソフトウェアの汎用プラットフォーム構築に向けた重要な一歩です。

天津大学医学工学・トランスレーショナル医学研究所副所長、天津脳科学・脳類似研究センター副所長の徐敏鵬教授は、「MetaBCIが中国のオープンソース脳コンピューターインターフェースソフトウェアプラットフォームの欠陥を埋め、より多くの研究者や実務家と協力して継続的に拡充・改善し、国際的に認められたオープンソース脳コンピューターインターフェースソフトウェアプラットフォームへと発展し、高度なヒューマンコンピューターインタラクション、メタバースなどの新技術の飛躍的進歩、次世代脳コンピューター融合インテリジェンスの実現に重要なサポートを提供することを期待しています」と述べました。

2020年2月号の『ネイチャー』誌には、「ネイチャー・フォーカス 中国の脳科学」という特集記事が掲載され、中国で急成長を遂げている脳科学分野を特集し、研究機関の現状、研究成果、産業化の現状を紹介しました。掲載された内容は以下のとおりです。

中国が2016年に打ち上げた宇宙実験室「天宮2号」の多くの目的の一つは、非侵襲性脳コンピュータインターフェース（BCI）技術の宇宙環境への適応性を試験することでした。中国の宇宙飛行士はこの世界初の実験を成功させ、地球と宇宙における脳コンピュータインターフェースの性能を比較するための重要なベンチマークを提供しました。この実験で使用された脳コンピュータインターフェースシステムは、天津脳科学・脳触発知能研究センター（天津脳科学センター）の神経工学チームによって開発されました。

天津大学医療工学トランスレーショナルメディシン研究所

フルキーボード108命令セット制御プラットフォーム

2016年、研究チームは動的停止戦略を採用し、オンラインBCIの模擬実験においてこれまでで最高の情報転送速度を達成しました。これにより、正確な測定に十分なEEG信号を適応的に収集することが可能になりました。2018年には、開発した識別的正準パターンマッチングアルゴリズムにより、サブマイクロボルトの事象関連電位の高効率デコードを国際的に初めて達成し、EEG信号の識別精度を1桁向上させました。2019年には、従来のBCIシステムの約3倍に相当する108個の命令でフルキーボードの制御を初めて実現した高速BCIシステムを構築しました。

弱い視覚刺激パラダイムとその識別古典的パターンマッチング

天津脳科学センターチームが開発したBCI技術は、宇宙飛行士の宇宙環境における運用能力の拡大に加え、脳卒中患者のリハビリテーションにも活用されています。従来の治療法では限定的な支援しか提供できませんでしたが、チームはBCI技術と機能的電気刺激（fEP）を組み合わせ、四肢全体の脳卒中リハビリテーション訓練のための人工神経リハビリテーションロボットシステムを開発しました。このシステムは、人の主観的な運動意図に基づいて皮質と筋の活動を誘発し、患肢の神経制御能力を大幅に向上させることができます。チームが開発した一連の神経リハビリテーションロボットは、既に複数の病院で臨床応用され、成功を収めています。

人工神経リハビリテーションロボット「神宮1号」

統計によると、中国ではますます多くの省が深刻な高齢化社会に突入しています。世界的な高齢化の到来に伴い、脳卒中、アルツハイマー病、パーキンソン病といった疾患は、人類にとってますます大きな健康負担となっています。

増加する高齢者人口にとって、脳コンピュータインターフェース（BCI）は最適なインタラクション方法となる可能性が高い。これは、現在のグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）によるインタラクションは学習を必要とし、高齢者にとっては非常に困難であるからだ。また、高齢者の多くは自力で生活することが困難であるため、会話や身振り手振りも非常に困難である。

脳コンピュータインターフェース技術（BCI）は、高齢者が補助機器に接続して操作することを可能にし、能力の範囲内で作業を実行し、さらにはセルフケアの実現を支援します。また、脳卒中、てんかん、パーキンソン病などの疾患を持つ患者にリハビリテーション訓練を提供することで、高齢者本人とその家族の負担と精神的ストレスを軽減します。さらに、高齢者ケアサービスとスマートホーム分野を統合することで、高齢者にとってより快適な在宅環境を提供することができます。

今後、脳コンピューターインターフェース技術の発展により、高齢者による機器の操作や使用、病気のリハビリや治療が容易になるだけでなく、高齢者と子どものコミュニケーションが促進され、高齢者の心の孤独感や孤立感が軽減されると考えられます。

脳科学は、生命科学の今後の発展において、間違いなく極めて重要な分野となるでしょう。この分野に関心を持つ人が増えるにつれ、より多くの人材と資金が流入することが期待されます。そして、支援政策によって脳科学の発展は加速し、より刺激的な技術革新と実用的な製品がもたらされるでしょう。