(57)【要約】【課題】ユーザが脳波の変化とスイッチの対応付けを行うためのトレーニングを行う必要が無く、かつ短時間でスイッチ操作が可能な脳波スイッチの制御方法を提供する。【解決手段】或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する刺激提示ステップと、第１刺激と第２刺激に対するユーザの脳の電位の変化を観測する脳波計測ステップと、第１刺激の提示時刻でのユーザの脳の電位を基準電位とし、基準電位から第１刺激の提示時刻以降の各時刻のユーザの脳の電位を減じた値を振幅として、第１刺激の提示時刻から第２刺激の提示時刻までの間に振幅が負に遷移し、かつ、第２刺激の提示時刻から所定の時間内に振幅が正に遷移した場合に、当該第１刺激と当該第２刺激に対応するスイッチの識別子を出力するスイッチ選択ステップと、を識別子が出力されるまで繰り返し実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する刺激提示ステップと、
上記第１刺激と上記第２刺激に対する上記ユーザの脳の電位の変化を観測する脳波計測ステップと、
上記第１刺激の提示時刻での上記ユーザの脳の電位を基準電位とし、当該基準電位から上記第１刺激の提示時刻以降の各時刻の上記ユーザの脳の電位を減じた値を振幅として、上記第１刺激の提示時刻から上記第２刺激の提示時刻までの間に上記振幅が負に遷移し、かつ、上記第２刺激の提示時刻から所定の時間内に上記振幅が正に遷移した場合に、上記第１刺激と上記第２刺激に対応するスイッチの識別子を出力するスイッチ選択ステップと、
を上記識別子が出力されるまで繰り返し実行する脳波スイッチの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の脳波スイッチの制御方法であって、
上記所定の時間は、２００〜４００ミリ秒である脳波スイッチの制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載の脳波スイッチの制御方法であって、
上記第１刺激と上記第２刺激との提示間隔が２０００ミリ秒以上であり、かつ、或るスイッチに係る上記第２刺激と次の或るスイッチに係る上記第１刺激との提示間隔が１秒以上である脳波スイッチの制御方法。
【請求項４】
或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する刺激提示部と、
上記第１刺激と上記第２刺激の提示タイミングを制御する刺激制御部と、
上記ユーザの脳の電位を計測する脳波計測部と、
上記第１刺激の提示時刻での上記ユーザの脳の電位を基準電位とし、当該基準電位から上記第１刺激の提示時刻以降の各時刻の上記ユーザの脳の電位を減じた値を振幅として、上記第１刺激の提示時刻から上記第２刺激の提示時刻までの間に上記振幅が負に遷移し、かつ、上記第２刺激の提示時刻から所定の時間内に上記振幅が正に遷移した場合に、上記第１刺激と上記第２刺激に対応するスイッチの識別子を出力するスイッチ選択部と、
を備える脳波スイッチ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の脳波スイッチ装置であって、
上記所定の時刻は、２００〜４００ミリ秒である脳波スイッチ装置。
【請求項６】
請求項４又は５のいずれかに記載の脳波スイッチ装置であって、
上記第１刺激と上記第２刺激との提示間隔が２０００ミリ秒以上であり、かつ、或るスイッチに係る上記第２刺激と別の或るスイッチに係る上記第１刺激との提示間隔が１秒以上である脳波スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘発電位反応の１つである随伴陰性変動を用い、ユーザが脳の中で注意選択しているスイッチを特定することにより、実世界のスイッチを操作する脳波スイッチの制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳波を分析することにより注意選択する手法としては、例えば特許文献１にて開示されたものが挙げられる。これは、脳波スイッチ処理方法を使用したメッセージ表示装置であり、ＡＬＳ症などにより脳機能を維持した状態で全身不随となった患者の意思の伝達を、脳波によって文字選択させることにより補助するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の手法の場合、どのようにしたら脳波が変化するのか、また脳波をどう変化させたらスイッチを操作できるのかなどについて、ユーザ（患者）自身の膨大なトレーニングにより把握・獲得する必要があり、現実的には困難を伴う。また、一般的な脳波の波形は特徴に欠き、ノイズが乗ると波形がわからなくなってしまうことから、数十回におよぶ加算平均処理を行いノイズを除去する必要がある。そのため、実際にスイッチの操作が実行されるまで、数秒から数十秒を要し、操作性に難がある。
【０００５】
本発明の目的は、ユーザが脳波の変化とスイッチの対応付けを行うためのトレーニングを行う必要が無く、かつ短時間でスイッチ操作が可能な脳波スイッチの制御方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の脳波スイッチの制御方法は、或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する刺激提示ステップと、第１刺激と第２刺激に対するユーザの脳の電位の変化を観測する脳波計測ステップと、第１刺激の提示時刻でのユーザの脳の電位を基準電位とし、基準電位から第１刺激の提示時刻以降の各時刻のユーザの脳の電位を減じた値を振幅として、第１刺激の提示時刻から第２刺激の提示時刻までの間に振幅が負に遷移し、かつ、第２刺激の提示時刻から所定の時間内に振幅が正に遷移した場合に、当該第１刺激と当該第２刺激に対応するスイッチの識別子を出力するスイッチ選択ステップと、を識別子が出力されるまで繰り返し実行する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の脳波スイッチの制御方法および装置によれば、ユーザが脳波の変化とスイッチの対応付けを行うためのトレーニングを行う必要が無く、また波形が特徴的な随伴陰性変動を利用するため加算処理が不要であり、よって短時間でのスイッチ操作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】脳波スイッチ装置１００の機能構成例を示す図。
【図２】随伴陰性変動発生時の波形のイメージを示す図。
【図３】刺激提示部１０１において、光源を点滅させるイメージを示す図。
【図４】各スイッチに係る第１、第２刺激提示の時系列イメージを示す図。
【図５】脳波スイッチ装置１００の処理フロー例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に本発明の脳波スイッチ装置１００の機能構成例を示す。脳波スイッチ装置１００は、脳波の誘発電位反応のひとつである随伴陰性変動（ＣＮＶ：continent negative variation）を利用して脳波スイッチを実現する。誘発電位反応は一般的な脳波と異なり、脳活動が正常であれば必ず同様の波形が出現することが知られており、主に臨床検査において用いられている。この反応は２つの刺激（光や音など）により誘導される。具体的には、ユーザに対し、開始を示す第１刺激を与え、その後終了を示す第２刺激が与えられるまでの間（この間は予測できないようにする）、集中（注意）が必要な、例えば素早く数を頭の中で数えるなどのタスクを行わせる。すると、このプロセスの間に図２に示すようなＣＮＶ波形が観測される。ＣＮＶ波形は、第１刺激時点の脳波の電位を基準電位として、（基準電位）−（各時刻で計測された電位）により表わされる相対的電位（振幅）が第１刺激から第２刺激までの間はマイナス（−）方向に緩やかに増加するが、第２刺激後はプラス（＋）に転じ大きな谷状の波形を生じるという特徴的な形をしている。本発明では、このＣＮＶ波形の検出によりユーザが注意選択しているスイッチを特定する。
【００１０】
本発明の脳波スイッチ装置１００は、刺激提示部１０１と刺激制御部１０２と脳波計測部１０３とスイッチ選択部１０４とを備える。
【００１１】
刺激提示部１０１は、或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザ１に提示する。例えば識別子ｉが１〜９のいずれかのスイッチを選択する場合、１〜９の番号が表示された光源を設ける。そして、例えばスイッチ６の選択操作の開始・終了の刺激を提示する時には、まず選択操作開始を示す第１刺激として図３(a)に示すように６番の光源をフラッシュのように点灯させ、図３(b)に示すようにしばらく間を置いた後、選択操作終了を示す第２刺激として図３(c)に示すように再び６番の光源をフラッシュのように点灯させる。なお、第１刺激と第２刺激は必ずしも同じ種類の刺激でなくてもよく、例えば第１刺激が音、第２刺激が光というように異なる種類の刺激を与えても構わない。
【００１２】
刺激制御部１０２は、第１刺激と第２刺激の提示タイミングを制御する。具体的には図４に示すように、或るスイッチに係る第１刺激と第２刺激を順次与えた後、次の或るスイッチに係る第１刺激と第２刺激を順次与える。また、刺激のタイミングが予測できないように各刺激の提示間隔は一定にならないよう制御する（タイミングを予測されると脳波の反応が変化しＣＮＶ波形を観測しづらくなる）。各刺激の提示間隔は任意に設定してよいが、ＣＮＶ波形を観測する上で、或るスイッチに係る第１刺激と第２刺激との提示間隔は２０００ミリ秒以上とることが望ましく、また、各スイッチごとの刺激を区別する上で、或るスイッチに係る第２刺激と次の或るスイッチに係る第１刺激との提示間隔は１秒以上とることが望ましい。更に、刺激のタイミングをより予測しづらくするため、刺激を提示するスイッチの順序を順不同にすることが望ましい（図４の例では、（３→１→６→２→・・・）。
【００１３】
脳波計測部１０３は、電極２を介してユーザ１の脳の電位を一定のサンプリング間隔（例えば２〜１０ｋＨｚ）で計測し、スイッチ選択部１０４に向けて出力する。なお、電極２の装着方法はＣＮＶ波形を観測しうる方法であればいかなる方法を採っても構わない。図１は、マイナスの導出電極２ａ、２ｂ、２ｃを頭頂部に、プラスの基準電極２ｄを両耳たぶに、ボディーアース２ｅを額に、眼球運動によるアーチファクトの影響を補正するための電極２ｆを眼窩上縁に、それぞれ装着した例である。
【００１４】
スイッチ選択部１０４は、図２に示すように、第１刺激の提示時刻でのユーザ１の脳の電位を基準電位として、（振幅）＝（基準電位）−（各時刻で計測された電位）を計算する。そして、第１刺激の提示時刻から当該第１刺激に対応する第２刺激の提示時刻までの間に振幅が負に遷移し、かつ、当該第２刺激の提示時刻から所定の時間ｔ（例えば２００〜４００ｍｓｅｃ）内に振幅が正に遷移した場合に、ユーザ１が当該第１刺激と当該第２刺激に対応する光源（スイッチ）を注意選択し随伴陰性変動が発生したと判定し、上記第１刺激と上記第２刺激に対応するスイッチの識別子ｉを出力する。
【００１５】
以下、脳波スイッチ装置１００の処理フロー例を図５を用いて説明する。なお、ここでは説明の便宜上、スイッチの識別子ｉを１、２、・・・と順番に遷移させて刺激を提示する例を説明するが、実際には識別子ｉは先に説明したように順不同に遷移させることが望ましい。
【００１６】
まず、識別子ｉの初期値（ここではｉ＝１）を設定した上で、一定のサンプリング間隔でユーザの脳の電位の計測を開始し、識別子ｉ（＝１）に対応するスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する（Ｓ１）。このとき、ユーザは第１刺激をトリガに集中が必要なタスク、例えば素早く数を頭の中で数える作業を開始し、第２刺激をトリガに作業を終了する。また、Ｓ１と並行して随伴陰性変動の有無を観測し（Ｓ２）、第１刺激と第２刺激との間に振幅が負に遷移し、かつ、第２刺激の提示から所定の時間内に振幅が正に遷移した場合（随伴陰性変動が観測された場合）、当該スイッチの識別子ｉ（＝１）を出力し処理を終了する（Ｓ３）。一方、随伴陰性変動が観測されなかった場合には、識別子ｉをｉ＝ｉ＋１により遷移させ、再びＳ１〜Ｓ３を実行し、これを識別子ｉが出力されるまで（随伴陰性変動が観測されるまで）繰り返す。識別子が一巡しても識別子ｉが出力されなかった場合は終了してもよいし、再びｉ＝１から開始してもよい。
【００１７】
以上のような本発明の脳波スイッチの制御方法及び装置により、ユーザが脳波の変化とスイッチの対応付けを行うためのトレーニングが不要となる。また、波形が特徴的な随伴陰性変動を利用するため加算処理が不要となるため短時間でのスイッチ操作を実現できる。これにより、高い応答特性が得られ使用者の操作性が向上する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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