NIRSを用いたニューロフィードバックシステムの開発
特定の状況・課題において脳血流が変化する部位を特定（ローカライゼイション）し，その部位の血流情報をフィードバックしながら脳の活動を制御できるようになれば，精神疾患患者の治療やトレーニングに応用可能であると考えられる。本研究では，国際感情画像システムの中から否定的画像を用い，情動刺激を行った際の賦活部位のローカライゼイションを試みた。次に，NIRS本体とパーソナルコンピュータをネットワークで接続し，リアルタイムに関心領域のデータを受信して，oxy-Hb濃度変化をアナログメータ表示するフィードバックシステムを開発した。被験者6名において，背外側前頭前皮質（3例），上側頭溝（6例），腹外側前頭前皮質...
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| Published in | JOURNAL OF THE KYORIN MEDICAL SOCIETY Vol. 42; no. 1; pp. 2 - 11 |
|---|---|
| Main Authors | , , , , , , , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
杏林医学会
2011
The Kyorin Medical Society |
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 0368-5829 1349-886X |
| DOI | 10.11434/kyorinmed.42.2 |
Cover
| Abstract | 特定の状況・課題において脳血流が変化する部位を特定（ローカライゼイション）し，その部位の血流情報をフィードバックしながら脳の活動を制御できるようになれば，精神疾患患者の治療やトレーニングに応用可能であると考えられる。本研究では，国際感情画像システムの中から否定的画像を用い，情動刺激を行った際の賦活部位のローカライゼイションを試みた。次に，NIRS本体とパーソナルコンピュータをネットワークで接続し，リアルタイムに関心領域のデータを受信して，oxy-Hb濃度変化をアナログメータ表示するフィードバックシステムを開発した。被験者6名において，背外側前頭前皮質（3例），上側頭溝（6例），腹外側前頭前皮質（2名）の領域がローカライゼイションされた。開発したシステムを被験者に試用したところ，トラブル等は発生せずフィードバックが可能であった。 |
|---|---|
| AbstractList | If we can feed back the information of our brain activity such as brain waves and cerebral blood flow, we may be able to control our brain activation for ourselves. This technique is called neurofeedback and can be applied to the therapy and training in the neurological and psychiatric field. Near infrared spectroscopy (NIRS) is a non-invasive method to measure brain activity using changes in the degree of hemoglobin oxygenation. We focused on NIRS, whose features are high temporal resolution and flexibility for routine monitoring. In this study, we have developed the NIRS-based neurofeedback system. When multiple channel data from NIRS are fed back directly to subjects, they cannot do effective training because these data contain too much information. We therefore tried to localize emotion-responsive areas with NIRS (Hitachi ETG-4000). To make subjects' emotions evoked, the visual stimulus using pictures was presented to them. The neutral and negative pictures were prepared from International Affective Picture System (IAPS), which is a database of photographs for emotion research, and 28 pictures in each emotion category were selected. A block design was used, which is a typical procedure for the NIRS experiment. Every block consisted of a 4-second presentation of 2 pictures from the same category (2 seconds per picture) and an 8-second fixation baseline. First 14 blocks in neutral category were presented, and then 14 blocks in negative category. The relative changes of oxy-hemoglobin concentrations were measured at 52 measurement points on the subject's frontal region. In 6 healthy subjects, the brain activated areas were localized with highest response to negative pictures compared to neutral pictures. Two analysis methods were used for localization: t test and NIRS-SPM. Using the results of the t test, the localized area was dorsolateral prefrontal cortex (3 subjects). Computing the general linear model on NIRS raw data with the NIRS-SPM software, the localized areas were superior temporal sulcus (6 subjects) and ventrolateral prefrontal cortex (2 subjects). To realize neurofeedback, the NIRS unit was connected with a PC by TCP/IP network. The PC picked up the oxy-hemoglobin data of the emotion-responsive areas and displayed the picture of a speed meter whose speed reflected oxy-hemoglobin concentration from NIRS. When we fed back on trial to the same 6 subjects using the developed system, real-time neurofeedback could be done without any trouble. These results suggested the feasibility of NIRS-based neurofeedback.
特定の状況・課題において脳血流が変化する部位を特定（ローカライゼイション）し，その部位の血流情報をフィードバックしながら脳の活動を制御できるようになれば，精神疾患患者の治療やトレーニングに応用可能であると考えられる。本研究では，国際感情画像システムの中から否定的画像を用い，情動刺激を行った際の賦活部位のローカライゼイションを試みた。次に，NIRS本体とパーソナルコンピュータをネットワークで接続し，リアルタイムに関心領域のデータを受信して，oxy-Hb濃度変化をアナログメータ表示するフィードバックシステムを開発した。被験者6名において，背外側前頭前皮質（3例），上側頭溝（6例），腹外側前頭前皮質（2名）の領域がローカライゼイションされた。開発したシステムを被験者に試用したところ，トラブル等は発生せずフィードバックが可能であった。 『要旨』 特定の状況・課題において脳血流が変化する部位を特定(ローカライゼイション)し, その部位の血流情報をフィードバックしながら脳の活動を制御できるようになれば, 精神疾患患者の治療やトレーニングに応用可能であると考えられる. 本研究では, 国際感情画像システムの中から否定的画像を用い, 情動刺激を行った際の賦活部位のローカライゼイションを試みた. 次に, NIRS本体とパーソナルコンピュータをネットワークで接続し, リアルタイムに関心領域のデータを受信して, oxy-Hb濃度変化をアナログメータ表示するフィードバックシステムを開発した. 被験者6名において, 背外側前頭前皮質(3例), 上側頭溝(6例), 腹外側前頭前皮質(2名)の領域がローカライゼイションされた. 開発したシステムを被験者に試用したところ, トラブル等は発生せずフィードバックが可能であった. 特定の状況・課題において脳血流が変化する部位を特定（ローカライゼイション）し，その部位の血流情報をフィードバックしながら脳の活動を制御できるようになれば，精神疾患患者の治療やトレーニングに応用可能であると考えられる。本研究では，国際感情画像システムの中から否定的画像を用い，情動刺激を行った際の賦活部位のローカライゼイションを試みた。次に，NIRS本体とパーソナルコンピュータをネットワークで接続し，リアルタイムに関心領域のデータを受信して，oxy-Hb濃度変化をアナログメータ表示するフィードバックシステムを開発した。被験者6名において，背外側前頭前皮質（3例），上側頭溝（6例），腹外側前頭前皮質（2名）の領域がローカライゼイションされた。開発したシステムを被験者に試用したところ，トラブル等は発生せずフィードバックが可能であった。 |
| Author | 中島, 章夫 福長, 一義 大貫, 雅也 福井, 裕輝 嶋津, 秀昭 舟久保, 昭夫 福井, 康裕 石山, 陽事 大瀧, 純一 |
| Author_FL | NAKAJIMA Akio OTAKI Junichi FUNAKUBO Akio ONUKI Masaya ISHIYAMA Yoji FUKUI Hiroki FUKUNAGA Kazuyoshi FUKUI Yasuhiro SHIMAZU Hideaki |
| Author_FL_xml | – sequence: 1 fullname: FUKUNAGA Kazuyoshi – sequence: 2 fullname: ONUKI Masaya – sequence: 3 fullname: FUKUI Hiroki – sequence: 4 fullname: FUNAKUBO Akio – sequence: 5 fullname: FUKUI Yasuhiro – sequence: 6 fullname: NAKAJIMA Akio – sequence: 7 fullname: SHIMAZU Hideaki – sequence: 8 fullname: ISHIYAMA Yoji – sequence: 9 fullname: OTAKI Junichi |
| Author_xml | – sequence: 1 fullname: 中島, 章夫 organization: 杏林大学保健学部先端臨床工学 – sequence: 1 fullname: 福長, 一義 organization: 杏林大学保健学部先端臨床工学 – sequence: 1 fullname: 大貫, 雅也 organization: 杏林大学大学院保健学研究科 – sequence: 1 fullname: 嶋津, 秀昭 organization: 杏林大学保健学部生理・生体工学 – sequence: 1 fullname: 大瀧, 純一 organization: 杏林大学保健学部精神看護学 – sequence: 1 fullname: 福井, 裕輝 organization: 国立精神・神経センター精神保健研究所司法精神医学研究部 – sequence: 1 fullname: 福井, 康裕 organization: 東京電機大学理工学部電子機械工学系 – sequence: 1 fullname: 石山, 陽事 organization: 虎ノ門病院臨床生理検査部 – sequence: 1 fullname: 舟久保, 昭夫 organization: 東京電機大学理工学部電子機械工学系 |
| BackLink | https://cir.nii.ac.jp/crid/1390001204893128960$$DView record in CiNii |
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| ContentType | Journal Article |
| Copyright | 2011 杏林医学会 |
| Copyright_xml | – notice: 2011 杏林医学会 |
| CorporateAuthor | 杏林大学大学院保健学研究科 杏林大学保健学部生理・生体工学 東京電機大学理工学部電子機械工学系 杏林大学保健学部先端臨床工学 杏林大学保健学部精神看護学 虎ノ門病院臨床生理検査部 国立精神・神経センター精神保健研究所司法精神医学研究部 |
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| DOI | 10.11434/kyorinmed.42.2 |
| DatabaseName | CiNii Complete |
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| Discipline | Medicine |
| DocumentTitleAlternate | The Development of the NIRS-based Neurofeedback System |
| DocumentTitle_FL | The Development of the NIRS-based Neurofeedback System |
| EISSN | 1349-886X |
| EndPage | 11 |
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| ISSN | 0368-5829 |
| IngestDate | Thu Jun 26 23:45:55 EDT 2025 Thu Jul 10 16:10:37 EDT 2025 Wed Sep 03 06:29:34 EDT 2025 |
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| Issue | 1 |
| Language | Japanese |
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| PublicationCentury | 2000 |
| PublicationDate | 2011 |
| PublicationDateYYYYMMDD | 2011-01-01 |
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| PublicationTitle | JOURNAL OF THE KYORIN MEDICAL SOCIETY |
| PublicationTitleAlternate | 杏林医会誌 |
| PublicationTitle_FL | J. Kyorin. Med. Soc 杏林医会誌 杏林医学会雑誌 |
| PublicationYear | 2011 |
| Publisher | 杏林医学会 The Kyorin Medical Society |
| Publisher_xml | – name: 杏林医学会 – name: The Kyorin Medical Society |
| References | 13) 福田正人：精神疾患とNIRS―光トポグラフィー検査による脳機能イメージング．東京，中山書店，2009．p. 222-231 8) Okada E & Delpy DT: Near-infrared light propagation in an adult head model. I. Modeling of low-level scattering in the cerebrospinal fluid layer. Appl Opt 42: 2906-2914, 2003. 2) 竹内 伸：ニューロフィードバックの実際．バイオフィードバック研究 36：43-48，2009 7) Johnston SJ, Boehm SG, Healy D, Goebel R & Linden DE: Neurofeedback: A promising tool for the self-regulation of emotion networks. NeuroImage 49: 1066-1072, 2010. 20) Suda M, Sato T, Kameyama M, Ito M, Suto T, Yamagishi Y, Uehara T, Fukuda M & Mikuni M: Decreased cortical reactivity underlies subjective daytime light sleepiness in healthy subjects: A multichannel near-infrared spectroscopy study. Neurosci Res 60: 319-326, 2008. 16) 田村 守：光を用いた脳機能イメージング（1）．臨床脳波 44：389-397，2002 10) Sato W, Kubota Y, Okada T, Murai T, Yoshikawa S & Sengoku A: Seeing happy emotion in fearful and angry faces: qualitative analysis of facial expression recognition in a bilateral amygdala-damaged patient. Cortex 38: 727-742, 2002. 11) Stark R, Zimmermann M, Kagerer S, Schienle A, Walter B, Weygandt M & Vaitl D: Hemodynamic brain correlates of disgust and fear ratings. NeuroImage 37: 663-673, 2007. 4) Butnik SM: Neurofeedback in adolescents and adults with attention deficit hyperactivity disorder. J Clin Psychol 61: 621-625, 2005. 12) Etkin A, Egner T, Peraza DM, Kandel ER & Hirsch J: Resolving emotional conflict: a role for rostral anterior cingulate cortex in modulating activity in the amygdala. Neuron 51: 871-882, 2006. 19) Miller EK & Cohen JD: An integrative theory of prefrontal cortex function. Ann Rev Neurosci 24: 167-202, 2001. 9) Tranel D, Gullickson G, Koch M & Adolphs R: Altered experience of emotion following bilateral amygdala damage. Cogn Neuropsychiatry 11: 219-232, 2006. 5) Buch E, Weber C, Cohen LG, Braun C, Dimyan MA, Ard T, Mellinger J, Caria A, Soekadar S, Fourkas A & Birbaumer N: Think to move: a neuromagnetic brain-computer interface (BCI) system for chronic stroke. Stroke 39: 910-917, 2008. 21) Moll J, de Oliveira-Souza R, Bramati IE & Grafman J: Functional networks in emotional moral and nonmoral social judgments. NeuroImage 16: 696-703, 2002. 3) Friel PN: EEG biofeedback in the treatment of attention deficit hyperactivity disorder. Altern Med Rev 12: 146-151, 2007. 24) Lévesque J, Eugène F, Joanette Y, Paquette V, Mensour B, Beaudoin G, Leroux JM, Bourgouin P & Beauregard M: Neural circuitry underlying voluntary suppression of sadness. Biol Psychiatry 53: 502-510, 2003. 1) 竹林直紀，神原憲治，三谷有子，中井吉英：臨床精神神経学の可能性 ～研究から実践への架け橋～．バイオフィードバック研究 32：27-32，2005 18) Sun J: Tail probabilities of the maxima of Gaussian random fields. Ann Probab 21: 34-71, 1993. 23) 小池秀海：顔の認知と事象関連電位．杏林医会誌 35：153-157，2004 22) Kreifelts B, Ethofer T, Shiozawa T, Grodd W & Wildgruber D: Cerebral representation of non-verbal emotion perception: fMRI reveals audiovisual integration area between voice- and face-sensitive regions in the superior temporal sulcus. Neuropsychologia 47: 3059-3066, 2009. 14) Lang PJ, Bradley MM & Cuthbert BN: International Affective Picture System (IAPS): Instruction Manual and Affective Ratings. University of Florida, The Center for Research in Psychophysiology, Gainesville, FL. 2005. 15) Collins DL, Neelin P, Peters TM & Evans AC: Automatic 3D intersubject registration of MR volumetric data in standardized Talairach space. J Comput Assist Tomogr 18: 192-205, 1994. 6) deCharms RC: Reading and controlling human brain activation using real-time functional magnetic resonance imaging. Trends Cogn Sci 11: 473-481, 2007. 17) Ye JC, Tak S, Jang KE, Jung JW & Jang JD: NIRS-SPM: Statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy. NeuroImage 44: 428-447, 2009. |
| References_xml | – reference: 5) Buch E, Weber C, Cohen LG, Braun C, Dimyan MA, Ard T, Mellinger J, Caria A, Soekadar S, Fourkas A & Birbaumer N: Think to move: a neuromagnetic brain-computer interface (BCI) system for chronic stroke. Stroke 39: 910-917, 2008. – reference: 11) Stark R, Zimmermann M, Kagerer S, Schienle A, Walter B, Weygandt M & Vaitl D: Hemodynamic brain correlates of disgust and fear ratings. NeuroImage 37: 663-673, 2007. – reference: 20) Suda M, Sato T, Kameyama M, Ito M, Suto T, Yamagishi Y, Uehara T, Fukuda M & Mikuni M: Decreased cortical reactivity underlies subjective daytime light sleepiness in healthy subjects: A multichannel near-infrared spectroscopy study. Neurosci Res 60: 319-326, 2008. – reference: 14) Lang PJ, Bradley MM & Cuthbert BN: International Affective Picture System (IAPS): Instruction Manual and Affective Ratings. University of Florida, The Center for Research in Psychophysiology, Gainesville, FL. 2005. – reference: 3) Friel PN: EEG biofeedback in the treatment of attention deficit hyperactivity disorder. Altern Med Rev 12: 146-151, 2007. – reference: 6) deCharms RC: Reading and controlling human brain activation using real-time functional magnetic resonance imaging. Trends Cogn Sci 11: 473-481, 2007. – reference: 17) Ye JC, Tak S, Jang KE, Jung JW & Jang JD: NIRS-SPM: Statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy. NeuroImage 44: 428-447, 2009. – reference: 4) Butnik SM: Neurofeedback in adolescents and adults with attention deficit hyperactivity disorder. J Clin Psychol 61: 621-625, 2005. – reference: 7) Johnston SJ, Boehm SG, Healy D, Goebel R & Linden DE: Neurofeedback: A promising tool for the self-regulation of emotion networks. NeuroImage 49: 1066-1072, 2010. – reference: 8) Okada E & Delpy DT: Near-infrared light propagation in an adult head model. I. Modeling of low-level scattering in the cerebrospinal fluid layer. Appl Opt 42: 2906-2914, 2003. – reference: 24) Lévesque J, Eugène F, Joanette Y, Paquette V, Mensour B, Beaudoin G, Leroux JM, Bourgouin P & Beauregard M: Neural circuitry underlying voluntary suppression of sadness. Biol Psychiatry 53: 502-510, 2003. – reference: 15) Collins DL, Neelin P, Peters TM & Evans AC: Automatic 3D intersubject registration of MR volumetric data in standardized Talairach space. J Comput Assist Tomogr 18: 192-205, 1994. – reference: 18) Sun J: Tail probabilities of the maxima of Gaussian random fields. Ann Probab 21: 34-71, 1993. – reference: 1) 竹林直紀，神原憲治，三谷有子，中井吉英：臨床精神神経学の可能性 ～研究から実践への架け橋～．バイオフィードバック研究 32：27-32，2005． – reference: 2) 竹内 伸：ニューロフィードバックの実際．バイオフィードバック研究 36：43-48，2009． – reference: 12) Etkin A, Egner T, Peraza DM, Kandel ER & Hirsch J: Resolving emotional conflict: a role for rostral anterior cingulate cortex in modulating activity in the amygdala. Neuron 51: 871-882, 2006. – reference: 13) 福田正人：精神疾患とNIRS―光トポグラフィー検査による脳機能イメージング．東京，中山書店，2009．p. 222-231． – reference: 22) Kreifelts B, Ethofer T, Shiozawa T, Grodd W & Wildgruber D: Cerebral representation of non-verbal emotion perception: fMRI reveals audiovisual integration area between voice- and face-sensitive regions in the superior temporal sulcus. Neuropsychologia 47: 3059-3066, 2009. – reference: 23) 小池秀海：顔の認知と事象関連電位．杏林医会誌 35：153-157，2004． – reference: 19) Miller EK & Cohen JD: An integrative theory of prefrontal cortex function. Ann Rev Neurosci 24: 167-202, 2001. – reference: 16) 田村 守：光を用いた脳機能イメージング（1）．臨床脳波 44：389-397，2002． – reference: 21) Moll J, de Oliveira-Souza R, Bramati IE & Grafman J: Functional networks in emotional moral and nonmoral social judgments. NeuroImage 16: 696-703, 2002. – reference: 9) Tranel D, Gullickson G, Koch M & Adolphs R: Altered experience of emotion following bilateral amygdala damage. Cogn Neuropsychiatry 11: 219-232, 2006. – reference: 10) Sato W, Kubota Y, Okada T, Murai T, Yoshikawa S & Sengoku A: Seeing happy emotion in fearful and angry faces: qualitative analysis of facial expression recognition in a bilateral amygdala-damaged patient. Cortex 38: 727-742, 2002. |
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| SourceID | nii medicalonline jstage |
| SourceType | Publisher |
| StartPage | 2 |
| SubjectTerms | international affective picture system (IAPS) near infrared spectroscopy (NIRS) neurofeedback |
| Title | NIRSを用いたニューロフィードバックシステムの開発 |
| URI | https://www.jstage.jst.go.jp/article/kyorinmed/42/1/42_1_2/_article/-char/ja http://mol.medicalonline.jp/library/journal/download?GoodsID=ct3kyori/2011/004201/001&name=0002-0011j https://cir.nii.ac.jp/crid/1390001204893128960 |
| Volume | 42 |
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| ispartofPNX | 杏林医学会雑誌, 2011, Vol.42(1), pp.2-11 |
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