注2.機能的磁気共鳴イメージング（fMRI：Functional magnetic resonance imaging）
一般の病院等で使用されているMRIの撮影法の一つです。脱酸素化ヘモグロビンの変動に伴う磁気信号の計測により、脳の血流と相関のある信号を高い空間分解能で測定することができます。

注3．近赤外分光イメージング（NIRS：Near-infrared spectroscopy）
頭部などの生体組織に対して透過性の高い近赤外線（波長700nm-1000nm）を外部から照射し、組織を透過してきた光を調べることにより、脳内を流れている血液中のヘモグロビンの酸素化状態、血液量の増減などを測定することができます。fMRIやMEGと違って被験者の頭を若干動かしても正確に計測できることから、被験者の身体的負担が少ないのが特徴です

脳研究においては視覚や聴覚、触覚などの刺激呈示装置と、脳磁図（MEG）、機能的磁気共鳴イメージング（fMRI）、近赤外分光イメージング（NIRS）などの無侵襲脳活動計測装置を用いて実験を行い、刺激による脳活動信号を解析します。今回開発した「脳活動計測制御装置」は、刺激呈示装置による刺激呈示情報の出力とその刺激に対する脳機能信号の取得の制御を可能とし、さらにそれらの信号間の時間のずれをミリ秒精度で実現したものです（図１）。従来、刺激生成には、Windowsなど通常のOSに基づくソフトウエアや拡張ボードが利用されます。それらは外部への出力端子を備えているため、その出力を計測装置への制御信号として使うことができます。しかし、通常のOSはリアルタイム制御に特化していないために、刺激呈示と脳計測とのタイミングがずれてしまう不都合が生じていました。その問題を解決するために、NICTの脳機能研究グループが開発した制御装置では、OSとは独立して、ほぼ同時に刺激呈示指示信号と装置制御信号とを両方に与えることができ、設定したクロック周波数での動作が保証されていることが特徴です。また、本装置では、複数のディジタルレベル入出力とアナログ入力とがあるため被験者のボタン押しの反応時間などの行動指標や、脈拍、呼吸などの生体信号も取り込むことができます。

　本装置を脳活動計測装置であるfMRI装置（図２）やNIRS装置（図３）に連結させた実証実験も行っています。撮像開始を指示する制御信号をfMRI装置に備わっている心電同期入力に加えfMRI装置については、一秒に一回のパルスを与えて外部信号による撮像開始制御動作を確立させ、その後、パルス幅20msの１ビットの撮像開始信号を与えて、動作を確認しました。NIRS装置については、サンプリング時間が数十ミリ秒から数百ミリ秒であるため、本装置によりサンプリング時間以上のパルス幅を持つマーカー信号を与えて、NIRSの動作を確認しました。このように、本装置をMEG 、fMRI、NIRSいずれに連結させた場合でも、制御信号を数秒ごとに繰り返し与えた結果、実際の実験時間にわたって正確な動作が確認されました。今回の「脳活動計測制御装置」が普及することにより、刺激呈示による脳機能研究が簡易になるとともに、従来、その刺激情報と脳信号情報の取得タイミングのずれが解消され、脳研究にも資することができます。今後は、医療分野での脳機能計測装置の普及が進み、本装置の応用が期待されます。

図１　脳活動計測制御システムの構成 （視覚刺激によるイメージ）

図２　fMRI装置

図３　NIRS装置