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» 2017年12月20日 10時00分 公開

5分で分かる最新キーワード解説:脳で感じた印象を文字にする「fMRI脳情報デコーディング」とは? (1/4)

脳が感じた内容を、本人以外の人にも理解できる形で推定できる技術「fMRI」。夢の言語化さえ可能になるという仕組みとは?

[土肥正弘,ドキュメント工房]

 今回のテーマは「fMRI脳情報デコーディング」だ。脳の中で行われている複雑な情報処理のありさまをfMRI(functional Magnetic Resonance Imaging)という技術を使って計測し、脳が感じた内容を、本人以外の人にも理解できる形で推定する。動画を視聴して知覚した内容の言語化や、夢の内容の言語化が可能になるというこの技術、一体どのようなものか。

「fMRI脳情報デコーディング」とは?

 fMRI脳情報デコーディングは、「fMRI」を利用して計測した脳の血流変化の状態から、知覚した内容を解読(デコーディング)する技術だ。脳が知覚した内容を言葉として表現する手法が開発され、動画広告やコンテンツに対して新しい観点からの評価を行うための技術として、商用サービスが国内で始まっている。

 脳の活動の様子は、主に3つの手法で計測できる。1つは脳波と呼ばれる脳内の電位変化を計測するEEG(Electro-Encelphalo-Graphy)、もう1つは脳の電気活動によって生じる変動磁場を計測するMEG(脳磁図、Magneto-Encelphalo-Graphy)、そして脳内の血流変化を高周波磁場に対する生体応答の変化によって計測するfMRIの3種だ。

 EEGは時間解像度(どれだけ短い時間の活動を計測できるかの尺度)が高いのが特徴で、例えば運動機能の回復のための「BMI」に利用される。しかし、電極を頭皮に貼る方法では脳から取得する信号の信号対雑音比(SN比)が良くないため、信頼できる信号を得るためには頭蓋内への電極シートや脳への電極針埋め込みという方法がとられる。これは対象者に負担をかける。また一度に計測できる脳の部位が限られ、全脳の活動状況は分からない。

 MEGは、頭部にヘルメットのようなセンサーを被せて計測するので体を傷つけることがない上、EEGに比べて空間解像度(どれだけ小さい領域の活動を計測できるかの尺度)が高く、数十ミリメートルまで部位の特定ができる長所がある。しかし脳内のさまざまな部位からの重なり合った信号を頭皮上で検出するため、やはり詳細な活動源の推定は難しい。

 fMRIは、1辺が約1〜3ミリの立方体または直方体が計測の最小単位であり、他の方法よりも空間解像度が圧倒的に高い。つまり活動部位がより細かく特定できるわけだ。医療用のMRIを用いるため、高価で厳密に制御可能な装置と環境が必要ではあるが、体を傷つけず(非侵襲的に)計測できて、一度に脳の全領域の活動状況が可視化できる長所がある。

 その一方、脳活動に付随して生じる血流変化は活動開始からピークを迎えるまでに5〜6秒程度の時間がかかるので、時間解像度が低く、急速に変化する脳活動の計測には向かない。ただし結果を解析して知覚内容を推定する用途では、この程度の時間解像度の低さは大きな問題にはならない。

fMRIを利用した脳情報デコーディング実験の様子 図1 fMRIを利用した脳情報デコーディング実験の様子
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