(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者が意識的に体の一部を動かした時の脳内活動を測定する脳内活動測定システムであって、
体の一部を動かすべきタイミングを被験者に知らせるための視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激を被験者に与える感覚刺激手段と、被験者の実際の動きと前記タイミングのずれに基づく評価を被験者にフィードバックする動き評価手段とを具備したことを特徴とする脳内活動測定システム。
【請求項２】
請求項２に記載の脳内活動測定システムにおいて、測定の進行具合を被験者に知らせるための進行具合報知手段を具備したことを特徴とする脳内活動測定システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の脳内活動測定システムにおいて、前記感覚刺激手段は、前記タイミングで塗りつぶしが完了するように次第に塗りつぶされる閉図形を表示する動画像表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システム。
【請求項４】
請求項３に記載の脳内活動測定システムにおいて、前記動画像表示手段は、被験者が入るシールドルーム内に設置された非磁性材料のスクリーンと、被験者が入るシールドルーム外に設置され前記スクリーンに動画像を投影するプロジェクターとを具備してなることを特徴とする脳内活動測定システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の脳内活動測定システムにおいて、前記動き評価手段は、被験者の実際の動きが前記タイミングより早い場合は両者のずれが小さいほど高得点を被験者にフィードバックし、被験者の実際の動きが前記タイミングより遅い場合は０点と遅れに応じたペナルティの少なくとも一方を被験者にフィードバックする得点評価手段であることを特徴とする脳内活動測定システム。
【請求項６】
請求項５に記載の脳内活動測定システムにおいて、前記得点評価手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と前記得点とを同時に見られる位置に前記得点を表示することを特徴とする脳内活動測定システム。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれかに記載の脳内活動測定システムにおいて、前記進行具合報知手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と測定の実行回数と残り回数とを同時に見られる位置に前記測定の実行回数と残り回数とを表示する測定回数表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脳内活動測定システムに関し、さらに詳しくは、脳内活動測定中、被験者の意欲や集中力を持続・促進できるようにした脳内活動測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の脳磁場測定システムの一例を示す構成図である。
この脳磁場測定システム５００は、被験者Ｐを載置する寝台３０と、前記被験者Ｐの指Ｆの動きを感知する指操作装置５１と、磁気センサ（図示せず）を内蔵するデュアー３２と、前記寝台３０と前記指操作装置５１と前記デュアー３２を磁気的にシールドされた空間内に収容するシールドルーム３３と、前記磁気センサで得た磁気信号に基づいて脳磁場を算出する演算装置３４と、前記脳磁場を表示したり各部を制御したりする制御用コンピュータ３５とを具備してなる。
【０００３】
一般に、被験者Ｐが意識的に指Ｆを動かしたときの脳神経の電気的活動に伴う磁場を測定する場合、該磁場が極めて微弱なため、被験者Ｐに一定時間ごとに指Ｆを動かしてもらい、その動きに同期して得られた磁気信号を加算平均することで、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を高める手法が採用される。例えば、被験者Ｐは、５秒間をメンタルカウント（心の中で数をカウント）するごとに指Ｆを動かすことを、２００回繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
被験者がメンタルカウントで指の動きを何回も繰り返していると、その単調さのために意欲や集中力が次第に薄れ、退屈したり、眠気を催したりして、測定に支障を生じることがある問題点がある。
そこで、本発明の目的は、脳内活動測定中、被験者の意欲や集中力を持続・促進できるようにした脳内活動測定システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、被験者が意識的に体の一部を動かした時の脳内活動を測定する脳内活動測定システムであって、体の一部を動かすべきタイミングを被験者に知らせるための視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激を被験者に与える感覚刺激手段と、被験者の実際の動きと前記タイミングのずれに基づく評価を被験者にフィードバックする動き評価手段とを具備したことを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第１の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が体の一部を動かすべきタイミングを視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激の変化に基づいて認識できると共に、実際の動きと前記タイミングのずれがフィードバックされるので、ゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、測定の進行具合を被験者に知らせるための進行具合報知手段を具備したことを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第２の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が測定進行状況を知ることが出来るので、よりゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記感覚刺激手段は、前記タイミングで塗りつぶしが完了するように次第に塗りつぶされる閉図形を表示する動画像表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第３の観点による脳内活動測定システムでは、次第に塗りつぶされる閉図形を表示するので、退屈したり眠気を催すことを防止できる程度に複雑であると共に高度な思考を呼び起こさない程度に単純であり、良いバランスで被験者の意欲や集中力を持続・促進できる。また、被験者が眼球を動かさないでタイミングをとることが出来るので、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記動画像表示手段は、被験者が入るシールドルーム内に設置された非磁性材料のスクリーンと、被験者が入るシールドルーム外に設置され前記スクリーンに動画像を投影するプロジェクターとを具備してなることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第４の観点による脳内活動測定システムでは、被験者の間近にスクリーンを置くため、被験者が眼球を動かさないで表示を見ることができ、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。また、スクリーンが非磁性材料のため、磁気信号を測定する邪魔にならない。さらに、プロジェクターをシールドルーム外に設くため、プロジェクターが発生するノイズが測定の邪魔になることもない。
【０００９】
第５の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記動き評価手段は、被験者の実際の動きが前記タイミングより早い場合は両者のずれが小さいほど高得点を被験者にフィードバックし、被験者の実際の動きが前記タイミングより遅い場合は０点と遅れに応じたペナルティの少なくとも一方を被験者にフィードバックする得点評価手段であることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第５の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が前記タイミングより遅れずに体の一部を動かせば、１回毎に被験者に得点が示されるので、まさにゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。なお、被験者の実際の動きが前記タイミングに一致すると最高得点となり、それより少しでも遅くなると、０点となったり，遅れに応じたペナルティが課されるため、前記タイミングが非常にクリティカルなポイントとして被験者に認識され、よりゲーム感覚を増すことが出来る。
【００１０】
第６の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記得点評価手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と前記得点とを同時に見られる位置に前記得点を表示することを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。上記第６の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が眼球を動かさないで得点を見ることができ、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。
【００１１】
第７の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記進行具合報知手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と測定の実行回数と残り回数とを同時に見られる位置に前記測定の実行回数と残り回数とを表示する測定回数表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第７の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が眼球を動かさないで測定の実行回数と残り回数とを見ることができ、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる脳磁場測定システムを示す構成図である。
この脳磁場測定システム１００は、被験者Ｐを寝た姿勢で載置する寝台３０と、前記被験者Ｐの指Ｆの動きを感知する指操作装置１と、例えば１６０チャネルの磁気センサ（図示せず）を内蔵するデュアー３２と、前記磁気センサで得た磁気信号に基づいて脳磁場を算出する演算装置３４と、前記脳磁場を表示したり各部を制御したりする制御用コンピュータ３５とを具備してなる。
【００１４】
また、前記指操作装置１が指Ｆの動きを感知した瞬間にトリガー信号Ｓを出力する光装置２と、前記指Ｆを動かすべきタイミングを示す動画像（図５〜図７）やフィードバック情報（図８を参照して後述する）の映像データを生成するノートパソコン４と、映像光を出射するプロジェクター５と、前記映像光を反射する鏡６と、その鏡６の反射光により映像を表示するスクリーン７とを具備してなる。
【００１５】
さらに、前記映像光を通す孔が穿設され且つ各部（寝台３０，指操作装置１，デュアー３２，鏡６，スクリーン７）を磁気的にシールドされた空間内に収容するシールドルーム３３ａを具備してなる。
【００１６】
図２は、前記指操作装置１および光装置２を示す構成図である。
前記指操作装置１は、凹形の第１壁側に光ファイバ１１が埋設され且つ第２壁側に光ファイバ１２が埋設された光スイッチ１３と、その光スイッチ１３を載置するベース部１４とを具備してなる。前記光スイッチ１３の底面は、被験者Ｐが指Ｆを動かしやすい配置位置に調整できるように、マジックテープ（登録商標）で前記ベース部１４の上面に着設されている。前記光スイッチ１３の構造体の材料は、例えばプラスチックである。前記ベース部１４の材料は、例えば発泡スチロールである。
前記光装置２は、前記光ファイバ１１に光を送る発光ダイオード２１と、前記光ファイバ１２を通して戻ってきた光を検出するフォトダイオード２２と、検出レベルが閾レベルｔｈを超えた瞬間にトリガー信号Ｓを出力するコンパレータ２３と、前記閾レベルｔｈを調整するレベル調整器２４とを具備してなる。
【００１７】
図３に示すように、前記光スイッチ１３の凹形の第１壁には、前記光ファイバ１１の端部まで貫通している光出射孔Ｈｏｕｔが穿設されている。第２壁には、前記光ファイバ１２の端部まで貫通している光入射孔Ｈｉｎが穿設されている。このように、前記光ファイバ１１，１２の端部を孔口から奥まった位置にすることで、外部からの光の侵入を低減して、誤動作を防止することが出来る。
図３の（ａ）に示すように、指Ｆを凹形の谷に置いた状態では、指Ｆで光が遮られるため、前記光ファイバ１２に光が入射されない。
図３の（ｂ）に示すように、指Ｆを上げると、谷部分を光が通過するため、前記光ファイバ１２に光が入射される。この瞬間に、検出レベルが閾レベルｔｈを超えて、前記光装置２からトリガー信号Ｓが出力される。このように、指Ｆを上げた瞬間を検出することで、指Ｆを下ろした瞬間を検出する場合よりも、指Ｆのストロークに起因する検出遅れや指Ｆの置き位置がずれることによる検出ミスを低減できる。
【００１８】
なお、前記指操作装置１として、例えば、特開２０００−３１６８２８号公報に開示された指入力装置を採用してもよい。
【００１９】
図４は、図１の脳磁場測定システム１００により、被験者Ｐが指Ｆを意識的に動かすことを繰り返したときの脳磁場を測定する処理を示すフロー図である。
ステップＵ１では、測定者は、ノートパソコン４に、指Ｆを動かす回数すなわち繰り返し回数Ｎを設定する。例えば、Ｎ＝２００である。
ステップＵ２では、測定者は、ノートパソコン４に、指Ｆを動かす間隔すなわち操作間隔Ｔを設定する。例えば、Ｔ＝５〔ｓ〕である。
ステップＵ３では、測定者は、ノートパソコン４に、指Ｆを動かすべきタイミングを示す動画像の表示時間τを設定する。例えば、τ＝３〔ｓ〕である。
【００２０】
ステップＵ４では、演算装置３４は、磁気センサで得た磁気信号に基づく脳磁場の算出を開始する。
ステップＵ５では、実行済みの動き回数を表す済回数ｉをｉ＝０に初期化する。
【００２１】
ステップＵ６では、経過時間ｔをｔ＝０に初期化し、経過時間の計測を開始する。
ステップＵ７では、ノートパソコン４およびプロジェクター５は、スクリーン７上に、「経過時間ｔにつれて円内を扇形状に広がる方向に塗りつぶし、動画像表示時間τが経過した瞬間に円内全体を塗りつぶす動画像」を表示する。すなわち、ｔ＝０の時点では、図５に示すように、円輪郭のみを表示する。ｔ＝ａ（０＜ａ≦τ）の時点では、図６に示すように、中心角α＝ａ×３６０°／τを持つ扇形状の内部を塗りつぶす。ｔ＝τの瞬間に、図７に示すように、円内全体を塗りつぶす。塗りつぶし色は、任意であるが、例えば紺色である。なお、被験者Ｐに違和感のない動画像を提示する見地からは、塗りつぶし領域を連続的に変化させることが好ましい。ただし、０．１ｓ程度以下のステップで画像を変化させれば、経験的に、被験者Ｐに不自然な印象を与えずに済む（上記数値例では、０．１ｓあたりαを１２°だけ段階的に変化させれば足る）。
被験者Ｐは、円内全体が塗りつぶされる瞬間を見込んで、指Ｆを動かす（上げる）。なお、磁場測定精度を高める見地から、被験者Ｐは、円の中心を見続けることで、特にｔ＝τの前後１ｓ程度の体動（眼球運動，まばたき等）を極力抑制することが好ましい。
【００２２】
ステップＵ８では、ｔ＝τとなるまで上記ステップＵ７の表示を継続し、ｔ＝τとなったらステップＵ９へ進む。
【００２３】
ステップＵ９では、所定の待ち時間（例えば１ｓ）が経過するまで待ち、経過したらステップＵ１０へ進む。
ステップＵ１０では、ノートパソコン４は、指Ｆを動かしたときの経過時間ｔ＝ｂ（トリガー信号Ｓの出力時刻）と，ｔ＝τとのズレを計測し、そのズレを反映した得点を算出する。例えば、０≦ｂ≦τ−１またはｂ＞τの場合は得点を“０”とし、ｂ＝τの場合には得点を“１００”とし、τ−１＜ｂ＜τの期間は得点を１００−（τ−ｂ）×１００とする。得点例を示せば、指Ｆを動かすのが０．２〔ｓ〕だけ早すぎたｂ＝２．８〔ｓ〕の場合の得点は“８０”となる。なお、ｂ＞τの場合、得点を“０”とする代わりに又はそれに加えて、遅れ（＝ｂ−τ）に応じたペナルティを被験者Ｐにフィードバックしてもよい。
【００２４】
ステップＵ１１では、ｉを１だけインクリメントする。
ステップＵ１２では、残回数＝Ｎ−ｉを算出する。
【００２５】
ステップＵ１３では、図８に示すように、ノートパソコン４およびプロジェクター５は、スクリーン７上に、被験者Ｐへのフィードバック情報として、現得点（上記ステップＵ１０で算出した得点），現在までの最高得点，済回数，残回数を表示する。
【００２６】
ステップＵ１４では、ｔ＝Ｔとなるまで上記ステップＵ１３の表示を継続し、ｔ＝ＴとなったらステップＵ１５へ進む。
ステップＵ１５では、残回数＝０でなければ上記ステップＵ６へ戻り、残回数＝０ならばステップＵ１６へ進む。
【００２７】
ステップＵ１６では、制御用コンピュータ２４は、操作時間間隔Ｔごとの磁気信号を加算平均して、その結果を例えばグラフや等磁場図で表示する。
【００２８】
（実施例１）
脳磁場測定に不慣れな被験者に対し、左手の示指の伸展運動を５ｓ間隔で２００回行った。この時、Ｎ＝２００，Ｔ＝５〔ｓ〕に設定した動画像（図５〜図７参照）を表示した。そして、１６０チャネルの全頭型脳磁場測定システムを用いて、θ波成分（４〜７Ｈｚの脳波成分）を測定した。
図９の直線ａは、測定結果を近似した直線である。
（比較例１）
実施例１と同じ条件で、但しメンタルカウントで、θ波成分を測定した。
図９の直線ｂは、測定結果を近似した直線である。
実施例１では、比較例１よりもθ波成分の増加割合が低くなっている。θ波成分は、人が浅い睡眠状態に移行するときに増加することが知られている。従って、本発明を実施した方が、眠気を催さないことが判る。
【００２９】
（実施例２）
過去に１０回以上の脳磁場測定を経験してメンタルカウントに慣れている被験者に対し、左手の示指の伸展運動を５ｓ間隔で２００回行った。この時、Ｎ＝２００，Ｔ＝５〔ｓ〕に設定した動画像（図５〜図７参照）を表示した。そして、１６０チャネルの全頭型脳磁場測定システムを用いて、θ波成分（４〜７Ｈｚの脳波成分）を測定した。
図１０の直線ａは、測定結果を近似した直線である。
（比較例２）
実施例２と同じ条件で、但しメンタルカウントで、θ波成分を測定した。
図１０の直線ｂは、測定結果を近似した直線である。
実施例２では、比較例２よりもθ波成分の増加割合が低くなっている。θ波成分は、人が浅い睡眠状態に移行するときに増加することが知られている。従って、本発明を実施した方が、眠気を催さないことが判る。
【００３０】
以上の脳磁場測定システム１００によれば、指Ｆを動かすべきタイミングを示す動画像（図５〜図７参照）をスクリーン７上に表示するので、適度な視覚刺激を周期的に被験者Ｐに与えて、被験者Ｐの意識レベルを安定な状態に高めておける。また、被験者Ｐに、指Ｆを動かすタイミングのズレや測定の進行状況をフィードバックする（図８参照）ことで、操作にゲーム性を持たせることが可能となり、意欲や集中力をいっそう長く持続できるようになる。
【００３１】
−他の実施形態−
（１）図１１に示すように、前記スクリーン７に、輝度が周期的に変化することを繰り返す輝度変化領域Ｒｖと，一定輝度の標準輝度領域Ｒｓとを並べて表示し、前記輝度変化領域Ｒｖの輝度が前記標準輝度領域Ｒｓの輝度となったタイミングで被験者が体の一部を動かすようにしてもよい。この場合には、画像自体に動きが無いので、被験者の眼球運動等をさらに低減できる利点がある。
【００３２】
（２）周波数が周期的に変化する音（例えば１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲の音）を出力し、所定の周波数周波数となったタイミング（例えば１ｋＨｚとなった瞬間）で被験者が体の一部を動かすようにしてもよい。この場合には、視覚障害者に対しても本発明を実施できる。
【００３３】
（３）被験者に、指等を動かすタイミングを知覚させるための触覚刺激を与えてもよい。この場合には、視覚・聴覚障害者に対しても本発明を実施できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の脳内活動測定システムによれば、被験者が体の一部を動かすべきタイミングを視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激の変化に基づいて認識できると共に実際の動きと前記タイミングのずれがフィードバックされるので、ゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる脳磁場測定システムを示す構成図である。
【図２】図１の脳磁場測定システムにおける指操作装置および光装置を示す構成図である。
【図３】被験者の指の動きを光スイッチにより感知する原理を示す説明図である。
【図４】図１の脳磁場測定システムによる脳磁場測定処理を示すフロー図である。
【図５】図１の脳磁場測定システムで表示する動画像を示す説明図である。
【図６】図１の脳磁場測定システムで表示する動画像を示す別の説明図である。
【図７】図１の脳磁場測定システムで表示する動画像を示すさらに別の説明図である。
【図８】図１の脳磁場測定システムで表示するフィードバック情報を示す説明図である。
【図９】実施例１と比較例１のグラフである。
【図１０】実施例２と比較例２のグラフである。
【図１１】他の実施形態を示す説明図である。
【図１２】従来の脳磁場測定システムの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１００  脳磁場測定システム
１      指操作装置
２      光装置
４      ノートパソコン
５      プロジェクター
６      鏡
７      スクリーン
３０    寝台
３２    デュアー
３３ａ  シールドルーム
３４    演算装置
３５    制御用コンピュータ
Ｆ      指
Ｐ      被験者
Ｓ      トリガー信号
【図１】
0003584286.tif 000002
【図２】
0003584286.tif 000003
【図３】
0003584286.tif 000004
【図４】
0003584286.tif 000005
【図５】
0003584286.tif 000006
【図６】
0003584286.tif 000007
【図７】
0003584286.tif 000008
【図８】
0003584286.tif 000009
【図９】
0003584286.tif 000010
【図１０】
0003584286.tif 000011
【図１１】
0003584286.tif 000012
【図１２】
0003584286.tif 000013