Voltage-controlled current source for galvanic vestibular stimulation (GVS)

Galvanic Vestibular Stimulation (GVS) is a non-invasive technique that stimulates the vestibular system, which is crucial for maintaining balance and processing spatial orientation. The integration between the visual and vestibular systems, known as Oculo-Vestibular Recoupling (OVR), has shown promising potential in reducing motion sickness and enhancing immersion in Extended Reality (XR). However, a noticeable challenge in GVS research is the lack of open-sourced devices, with most studies relying on self-made prototypes or constant current power supplies. The prototyping of such devices necessitates rigorous testing and calibration, processes that are both resource-intensive and time-consuming. These challenges are particularly pronounced for researchers with limited expertise in electronics, thereby increasing the safety risks and complicating the reproducibility of experimental results. To address these issues, this paper introduces an open-source voltage-controlled current source (VCCS) module specifically designed for GVS. The proposed module provides a safe, stable, and compact solution. This study details the hardware development, performance evaluation, and wireless integration of the module, as well as a simple control methodology. Furthermore, a small-scale user study is conducted to validate the feasibility and user perception of GVS using the proposed module. This comprehensive approach aims to offer an easily accessible solution for researchers engaged in GVS-related studies.

前庭電気刺激（Galvanic Vestibular Stimulation, GVS）は、平衡感覚や空間的定位を司る前庭系を非侵襲的に刺激する手法である。視覚系と前庭系の統合である前庭動眼反射（Oculo-Vestibular Recoupling, OVR）は、拡張現実（Extended Reality, XR）環境におけるVR酔いの軽減や没入感の向上に有望であることが示されている。しかしながら、現在のGVS研究においてはオープンソースのデバイスがほとんど存在せず、多くの研究が自作のプロトタイプまたは安定化電源に依存しているという課題がある。このようなデバイスの試作には厳密な試験と校正が求められ、多くの資源と時間を要する。特に電子工学に関する専門知識が限られている研究者にとっては安全性のリスクが高まり、実験結果の再現性を確保することも困難である。これらの課題を解決するため、本研究ではGVS専用のオープンソース電圧制御電流源（Voltage-Controlled Current Source, VCCS）モジュールを提案する。このモジュールは安全かつ安定で小型化されたソリューションを提供するものである。本稿では、このモジュールのハードウェア開発、性能評価、および無線通信による統合方法について詳述し、簡易な制御方法についても示す。さらに、小規模なユーザースタディを実施し、提案したモジュールを用いたGVSの実現可能性およびユーザーの知覚について検証を行った。本研究における包括的なアプローチは、GVS関連研究に携わる研究者にとって、容易に活用可能な手段を提供することを目的としている。