(57)【要約】【課題】フィードバックを用いた認知強化の方法およびシステムを提供する。【解決手段】一実施形態において、方法は、目標脳状態に対応する目標周波数を決定するステップと、ユーザーにおいて目標脳状態の達成を試みるために、フィードバックを用いてユーザーの脳を刺激するステップと、を含む。刺激ステップは、ユーザーに結合された１以上のセンサーから受信される、ユーザーの脳の電気出力を測定するステップと、測定された電気出力に基づいて、ユーザーの脳に関連付けられる現在の周波数を決定するステップと、現在の周波数と目標周波数との差を決定するステップと、を含んでよい。本方法は、現在の周波数と目標周波数との差が所定量より大きい場合、ユーザーの脳に１以上の経路を通じて信号を送信するステップを含む。該信号は、ユーザーの脳に関連付けられる現在の周波数を目標周波数に向けて修正可能な周波数を有してよい。【選択図】図４Ａ
2015205183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサが、目標脳状態に対応する目標周波数を決定するステップと、
前記プロセッサが、ユーザーにおいて前記目標脳状態の達成を試みるために、
前記ユーザーに結合された１以上のセンサーから受信される前記ユーザーの脳の電気出力を測定するステップと、
前記測定された電気出力に基づいて、前記ユーザーの前記脳に関連付けられる現在の周波数を決定するステップと、
前記ユーザーの前記脳に関連付けられる前記現在の周波数と前記目標周波数との差を決定するステップと、
前記現在の周波数と前記目標周波数との前記差が所定量より大きい場合、前記ユーザーの前記脳に関連付けられる前記現在の周波数を前記目標周波数に向けて修正可能な周波数を有する信号を、前記ユーザーの前記脳に１以上の経路を通じて送出するステップと、
を１回以上繰り返すことにより、フィードバックを用いて前記ユーザーの前記脳を刺激するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記１以上の経路のうち１つは、電磁気的経路である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１以上の経路のうち１つは、前記ユーザーの耳または目を介する光学経路である、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１以上の経路のうち１つは、可聴経路である、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記目標周波数は、ユーザーデバイスからの、前記目標脳状態のユーザー選択を示すデータに基づいて決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセッサが、前記信号を、該信号を特定する符号で符号化するステップと、
前記プロセッサが、前記符号に基づいて、前記ユーザーの前記脳の前記電気出力から前記信号をフィルタリングするステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記目標脳状態に対応する第１の周波数は、それぞれ特定の脳状態に対応する複数の周波数を備えるデータベースに格納される、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ロジックを備える非一時的なコンピューター可読媒体であって、
前記ロジックは、プロセッサによって実行されたときに、
目標脳状態に対応する目標周波数を決定するステップと、
ユーザーにおいて前記目標脳状態の達成を試みるために、
前記ユーザーに結合された１以上のセンサーから受信される前記ユーザーの脳の電気出力を測定するステップと、
前記測定された電気出力に基づいて、前記ユーザーの前記脳に関連付けられる現在の周波数を決定するステップと、
前記ユーザーの前記脳に関連付けられる前記現在の周波数と前記目標周波数との差を決定するステップと、
前記ユーザーの前記脳に関連付けられる前記現在の周波数を前記目標周波数に向けて修正可能な周波数を有する信号を、前記ユーザーの前記脳に１以上の経路を通じて送出するステップと、
を１回以上繰り返すことにより、フィードバックを用いて前記ユーザーの前記脳を刺激するステップと、
を実行するように動作可能である、
コンピューター可読媒体。
【請求項９】
前記１以上の経路のうち１つは、電磁気的経路である、
請求項８に記載のコンピューター可読媒体。
【請求項１０】
前記１以上の経路のうち１つは、前記ユーザーの耳または目を介する光学的回路である、
請求項８に記載のコンピューター可読媒体。
【請求項１１】
前記１以上の経路のうち１つは、可聴経路である、
請求項８に記載のコンピューター可読媒体。
【請求項１２】
前記目標周波数は、ユーザーデバイスからの、前記目標脳状態のユーザー選択を示すデータに基づいて決定される、
請求項８に記載のコンピューター可読媒体。
【請求項１３】
前記１以上のプロセッサは更に、
前記信号を、該信号を特定する符号で符号化するステップと、
前記符号に基づいて、前記ユーザーの前記脳の前記電気出力から前記信号をフィルタリングするステップと、
を実行するように動作可能である、
請求項８に記載のコンピューター可読媒体。
【請求項１４】
前記目標脳状態に対応する第１の周波数は、それぞれ特定の脳状態に対応する複数の周波数を備えるデータベースに格納される、
請求項８に記載のコンピューター可読媒体。
【請求項１５】
メモリと、
前記メモリに通信可能に結合される１以上のプロセッサと、
を備えるシステムであって、
前記１以上のプロセッサは、
目標脳状態に対応する目標周波数を決定するステップと、
ユーザーにおいて前記目標脳状態の達成を試みるために、
前記ユーザーに結合された１以上のセンサーから受信される前記ユーザーの脳の電気出力を測定するステップと、
前記測定された電気出力に基づいて、前記ユーザーの前記脳に関連付けられる現在の周波数を決定するステップと、
前記ユーザーの前記脳に関連付けられる前記現在の周波数と前記目標周波数との差を決定するステップと、
前記現在の周波数と前記目標周波数との前記差が所定量より大きい場合、前記ユーザーの前記脳に関連付けられる前記現在の周波数を前記目標周波数に向けて修正可能な周波数を有する信号を、前記ユーザーの前記脳に１以上の経路を通じて送出するステップと、
を１回以上繰り返すことにより、フィードバックを用いて前記ユーザーの前記脳を刺激するステップと、
を実行するように動作可能である、
システム。
【請求項１６】
前記１以上の経路のうち１つは、電磁気的経路である、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記１以上の経路のうちひとつは、前記ユーザーの耳または目を介する光学的回路である、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記１以上の経路のうち１つは、可聴経路である、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１以上のプロセッサは更に、
前記信号を、該信号を特定する符号で符号化するステップと、
前記符号に基づいて、前記ユーザーの前記脳の前記電気出力から前記信号をフィルタリングするステップと、
を実行するように動作可能である、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記目標脳状態に対応する第１の周波数は、それぞれ特定の脳状態に対応する複数の周波数を備えるデータベースに格納される、
請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に認知強化に関し、より具体的には、フィードバックを用いた認知強化に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの職業は、疲労、眠気、過重負担および注意散漫を引き起こす作業を伴い、これらは労働者のパフォーマンスに悪影響を及ぼす。認知機能の強化はこのような悪影響に対処することができ、結果として、労働者効率を改善し人件費を節約することができる。更に、認知強化は、メンタルヘルス、睡眠、学習およびトレーニングを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
本開示ならびに本開示の更なる特徴および利点をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
【図１】本開示の特定の実施形態に係る例示的な認知強化システムを示すネットワーク図である。
【図２】本開示の特定の実施形態に係る、図１の認知強化システムで用いられる例示的な認知強化モジュールを示す図である。
【図３】本開示の特定の実施形態に係る、図１の認知強化システムで用いられる例示的なコンピューティングシステムを示す図である。
【図４Ａ】本開示の特定の実施形態に係る、フィードバックを用いた認知強化の例示的な方法を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】本開示の特定の実施形態に係る、図４Ａに登場したユーザーにおいて目標脳状態を達成するために、フィードバックを用いてユーザーの脳を刺激するステップの例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
職業人は、しばしば困難な作業に直面する。例えばパイロットは、ミッションの間、注意力と集中力を何時間も維持しなければならない。しかしながら、長い倦怠感の時間が強い集中の時間によって中断される場合がある。このように認知作業が不均一に分布することにより、警戒が緩む時間または認知的な過重負担の時間が生じる可能性があり、これらの両方がミッションの遂行に悪影響を及ぼすおそれがある。別の例として、情報アナリストは、何時間も連続で座ったまま、写真などの情報を分析する。結果として、アナリストの注意力が低下する場合がある。脳波の同調を制御することによって認知強化を行うと、認知機能を改善することができ、結果として、ミッションの遂行を改善することができる。更に、フィードバックループを用いることにより、脳の出力信号に応じて、装置によって生成される入力信号を能動的に修正することができる。更に、フィードバックループにより、ユーザーの脳が目標脳状態に達する速さをリアルタイムで調節することができる。
【０００５】
したがって、本開示の態様は、一実施形態において、目標脳状態に対応する目標周波数を決定し、ユーザーにおいて目標脳状態を達成するために、フィードバックを用いてユーザーの脳を刺激する方法を含む。ユーザーの脳を刺激するステップは、ユーザーに結合された１以上のセンサーから受信される、ユーザーの脳の電気出力を測定するステップと、測定された電気出力に基づいて、ユーザーの脳に関連付けられる現在の周波数を決定するステップと、ユーザーの脳に関連付けられる現在の周波数と目標周波数との差を決定するステップと、を含んでよい。該方法は、現在の周波数と目標周波数との差が所定量より大きい場合、前記ユーザーの前記脳に関連付けられる前記現在の周波数を前記目標周波数に向けて修正可能な周波数を有する信号を、前記ユーザーの前記脳に１以上の経路を通じて送出するステップを含んでよい。該方法は、上記の測定ステップ、決定ステップおよび送出ステップを１回以上繰り返すステップを含んでよい。
【０００６】
本開示の認知強化は、多くの利点を提供することができる。一例として、認知強化モジュール１１０は、認知強化に対してリアルタイム調節を行うためのフィードバックの利用を提供する。別の例として、認知強化モジュール１１０は、符号化されたシグナリングおよびフィルタリングを用いることにより、ユーザーの脳の電気出力の測定をより正確なものにすることができる。更に別の例として、認知強化モジュール１１０は、オーバーヘッドをほとんど要さない、便利でコスト効率の高い認知強化システム１００を提供することができる。更に別の例として、認知強化モジュール１１０は、望ましくない信号のキャンセルにより、多くの神経障害の治療を提供することができる。別の例として、認知強化モジュール１１０は、ユーザーが最も有効な経路を選択できるように、複数の励起経路を提供することができる。別の例として、認知強化モジュール１１０は、認知強化システム１００の特定のユーザーに合わせてカスタマイズすることができる。別の例として、認知強化モジュール１１０は非侵襲性の認知刺激を提供し、それによって回復時間を短縮または排除することができる。別の例として、認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８の脳に送られる信号の周波数、振幅、波形および場所の制御を可能にすることができる。
【０００７】
更なる詳細を図１〜４Ｂにおいて議論する。図１は、例示的な認知強化システム１００を示す。図２と図３は、それぞれ、図１の認知強化システム１００に用いられる例示的な認知強化モジュール１１０と例示的なコンピューティングシステム１０５を示す。図４Ａは、フィードバックを用いた認知強化の例示的な方法を示し、図４Ｂは、図４Ａに登場したユーザーにおいて目標脳状態の達成を試みるために、フィードバックを用いてユーザーの脳を刺激するステップの例示的な方法を示す。
【０００８】
図１は、本開示の特定の実施形態に係る認知強化システム１００を示す。一実施形態において、認知強化システム１００は、望ましい脳状態を達成するための脳波の強化を提供することができる。また、いくつかの実施形態において、認知強化システム１００は、認知機能を改善するための望ましくない脳波のキャンセルを提供することもできる。一実施形態において、認知強化システム１００は、コンピューティングシステム１０５、認知強化モジュール１１０、電極１１７、ユーザー１１８、ネットワーク１２０および刺激装置１２５を備えてよい。
【０００９】
コンピューティングシステム１０５は、認知強化システム１００において動作するように構成される任意のコンピューティングシステムであってよい。例えば、コンピューティングシステム１０５は、認知強化システム１００において情報の通信、処理および／または格納を行うように構成されるタブレット、スマートフォン、ラップトップ、パーソナル・コンピューターその他のデバイスであってよい。また、コンピューティングシステム１０５はユーザーインターフェースを備えてもよく、例えば、ユーザー１１８または別のユーザーが認知強化システム１００を操作する際に用いることのできるディスプレー、タッチスクリーン、マイク、キーパッドその他の適切な端末装置を備えてよい。
【００１０】
認知強化モジュール１１０は、目標脳状態の目標周波数を決定し、目標脳状態の達成を試みるためにフィードバックを用いてユーザー１１８の脳を刺激するように構成される、任意のコンポーネントであってよい。いくつかの実施形態において、認知強化モジュール１１０は、ネットワーク１２０を介してコンピューティングシステム１０５、刺激装置１２５および電極１１７と接続されてよい。例えば、認知強化モジュール１１０は、リモートサーバーに位置するソフトウェアであってよい。他の実施形態において、認知強化モジュール１１０は、コンピューティングシステム１０５内に含まれてよい。例えば、認知強化モジュール１１０は、コンピューティングシステム１０５上にインストールされるソフトウェアであってよい。いくつかの実施形態において、認知強化モジュール１１０は、サーバー、リモートサーバー、ホストコンピューターその他の適切なコンポーネントを含んでよい。単一のモジュールとして図示されているが、特定の実施形態において、ユーザー１１８のグループの場合、グループのメンバーにそれぞれ対応する複数の認知強化モジュール１１０が設けられてよい。この場合、各認知強化モジュール１１０はネットワーク１２０を介して通信可能に結合されてよい。他の実施形態では、データを処理しネットワーク１２０を介してグループの各メンバーに信号を送出する、遠隔に位置する単一の認知強化モジュール１１０が設けられてよい。いくつかの実施形態において、グループシナリオにおける認知強化モジュール１１０の結合により、認知強化の共有が可能になる。例えば、グループの一員に関連付けられた認知強化モジュール１１０が、注意力の上昇に関連付けられる脳波の兆候を受信した場合、認知強化モジュール１１０は、グループの他のメンバーの注意力を上昇させる信号を供給するようにプログラムされてよい。
【００１１】
一実施形態において、電極１１７は、脳の電気出力を感知するように構成される任意の種類の電極であってよい。例えば、電極１１７は、１以上のセンス電極を含んでよい。いくつかの実施形態において、電極１１７は、電気刺激をユーザー１１８の脳に与えるように構成される電極を含んでよい。例えば、電極１１７は、ユーザー１１８の脳を刺激する１以上のドライブ電極を含んでよい。電極１１７は、ユーザー１１８の脳波の時間依存性電気振動を感知するように構成されてよく、振動の周波数、波形、場所、振幅および大きさ（magnitude）の測定に用いられてよい。このような振動は、様々な認知機能、例えば睡眠、学習、集中、瞑想その他の認知機能に関係している可能性がある。特定の実施形態において、電極１１７は、脳波記録または脳磁図記録の技術を用いてよい。電極１１７は、任意の数の電極を含んでよい。例えば、単一の電極がユーザー１１８に結合されてよい。別の例として、２以上の電極１１７がユーザー１１８に結合されてよい。一実施形態において、電極１１７は、電極１１７を保持するように構成される任意の装置に貼付または装着されてよい。例えば、電極１１７は、ユーザー１１８が着用し得る帽子またはヘッドセットに貼付されてよい。電極１１７は、コンピューティングシステム１０５、認知強化モジュール１１０および刺激装置１２５に、直接的に、またはネットワーク１２０を介して、接続されてよい。ユーザー１１８のグループのシナリオでは、電極１１７は、グループの各メンバーに貼付されてよい。このシナリオでは、グループの各メンバーの電極１１７は、ネットワーク１２０を介して、グループの他のメンバー各々の電極と通信可能に結合されてよい。
【００１２】
ユーザー１１８は、ひとりの人間または人間のグループであってよい。例えば、ユーザー１１８として、軍の旅団が挙げられる。別の例として、ユーザー１１８は、情報アナリストのグループであってよい。ユーザー１１８は、認知強化システム１００の操作者を含んでもよい。
【００１３】
ネットワーク１２０は、認知強化システム１００のコンポーネント（コンピューティングシステム１０５、認知強化モジュール１１０、電極１１７、刺激装置１２５等）間の通信を促進するように動作可能な、任意の適切なネットワークであってよい。ネットワーク１２０は、電子、音声、ビデオ、光、データ、メッセージ、信号またはこれらの任意の組合わせを送信可能な、任意の相互接続システムを含んでよい。ネットワーク１２０としては、コンポーネント間の通信を促進するように動作可能な公衆電話交換網（Public  Switched  Telephone  Network：ＰＳＴＮ）、公衆もしくはプライベートのデータネットワーク、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、ローカル、リージョナルもしくはグローバルの通信もしくはコンピューターネットワーク（例えばインターネット）、有線もしくは無線のネットワーク、企業イントラネットその他の適切な通信リンクの全部または一部（これらの組合わせを含む）が挙げられる。
【００１４】
特定の実施形態において、刺激装置１２５は、ユーザー１１８の脳への信号の供給に用いられてよい。このような信号は、ユーザー１１８の脳内のニューロンを目標周波数で「興奮（fire）」させることができる。すなわち、刺激信号は、脳波を該刺激信号に同調するように調節し、これにより、該刺激信号と脳波とを結合させることで望ましい波形を達成することができる。刺激装置１２５は、特定の周波数の信号をユーザー１１８の脳に供給するように構成される任意の装置であってよい。例えば、刺激装置１２５は経頭蓋脳刺激装置であってよく、例えば経頭蓋交流刺激装置、経頭蓋磁気刺激装置または経頭蓋直流刺激装置であってよい。別の例として、刺激装置１２５は、１以上のドライブ電極であってよい。更に別の例として、刺激装置１２５は、ユーザー１１８の耳または目を通して光信号を供給するように構成される任意の装置であってよく、例えば光ファイバーを備える装置やディスプレーを備えるメガネであってよい。更に別の例として、刺激装置１２５は、ユーザー１１８の耳に可聴信号を供給するように構成される任意の装置であってよく、例えば音響発生装置に結合されるヘッドホンであってよい。いくつかの実施形態において、刺激装置１２５は、ネットワーク１２０を介して信号を送出してよい。例えば、刺激装置１２５は、ネットワーク１２０の有線または無線の接続を介して、電極１１７に電気信号を送出してよい。他の実施形態では、刺激装置１２５は、ユーザー１１８の脳に直接的に信号を供給してよい。例えば、刺激装置１２５は、ユーザー１１８の耳または目を介して、直接的に光信号を供給してよい。単一の刺激装置１２５が図示されているが、認知強化システムは、ネットワーク１２０を介して通信可能に結合される複数の刺激装置１２５を備えてよい。例えば、ユーザー１１８のグループの場合、グループの各メンバーに結合される対応の刺激装置１２５が設けられてよい。特定の実施形態において、刺激装置１２５は、コンピューティングシステム１０５または認知強化モジュール１１０と組み合わされてよい。
【００１５】
例示的な動作実施形態として、認知強化システム１００のユーザー１１８または操作者は、コンピューティングシステム１０５および認知強化モジュール１１０を用いて、ユーザー１１８の脳の目標脳状態を選択することができる。電極１１７は、ユーザー１１８の脳の出力信号を測定し、信号をコンピューティングシステム１０５および認知強化モジュール１１０に供給してよい。認知強化モジュール１１０は、受信された信号を分析し、受信された信号の測定された電気出力に基づいて、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数を決定してよい。次いで認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数と目標脳状態に関連付けられる目標周波数との差を決定してよい。現在の周波数と目標周波数との差が所定量より大きい場合、認知強化モジュール１１０は、刺激装置１２５に、ユーザー１１８の脳に対して信号を送出させてよい。刺激装置１２５がユーザー１１８の脳に供給する信号は、ユーザー１１８の脳の現在の周波数を目標周波数に向けて修正することできる周波数を有してよい。信号は、脳波を該信号に同調するように調節することができ、これにより、信号と脳波とを結合させることで望ましい波形を達成することができる。認知強化モジュール１１０は、目標脳状態が達成されるまで、このプロセスを１回以上繰り返してよい。
【００１６】
図２は本開示の特定の実施形態に係る、図１の認知強化システム１００に用いられる例示的な認知強化モジュール１１０を示す。一実施形態において、認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８において目標脳状態を達成するために、フィードバックを用いてユーザー１１８の脳を刺激するように構成される。いくつかの実施形態において、認知強化モジュール１１０は、望ましくない脳波をキャンセルすることにより、神経障害を治療するように構成される。特定の実施形態において、認知強化モジュール１１０は、インターフェース２２０、プロセッサ２３０およびメモリ２４０を有する。
【００１７】
インターフェース２２０は、ネットワーク１２０からの情報の受信、ネットワーク１２０を介する情報の送信、情報の処理の実行、他の装置との通信、またはこれらの任意の組合わせを行うように構成される、任意の適切な装置であってよい。例えば、インターフェース２２０は、ネットワーク１２０を介して、コンピューティングシステム１０５から目標脳状態を受信してよい。別の例として、インターフェース２２０は、ネットワーク１２０を介して刺激装置１２５にコマンドを送出することで、刺激装置１２５にユーザー１１８に対して信号を供給させてよい。一実施形態において、インターフェース２２０は、任意のポートまたは接続（実接続または仮想接続）を表し、例えば、認知強化モジュール１１０が認知強化システム１００のコンピューティングシステム１０５、ネットワーク１２０、刺激装置１２５その他のコンポーネントと情報交換できるようにするＬＡＮ、ＷＡＮ、ＭＡＮその他の通信システムを介して通信するために、プロトコル変換機能とデータ処理機能とを有する、任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを表す。特定の実施形態において、インターフェース２２０は、プロセッサ２３０に通信可能に結合されてよい。
【００１８】
一実施形態において、プロセッサ２３０は、インターフェース２２０およびメモリ２４０と通信可能に結合し、インターフェース２２０およびメモリ２４０から受信される情報を処理することにより、認知強化モジュール１１０の動作および管理を制御する。プロセッサ２３０として、情報を制御し処理するように動作する任意のハードウェアおよび／またはソフトウェアが挙げられる。例えば、プロセッサ２３０は、認知強化モジュール１１０の動作を制御するためにロジック２６０を実行する。プロセッサ２３０は、プログラマブル論理装置、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、任意の適切な処理装置、またはこれらの任意の適切な組合わせであってよい。
【００１９】
メモリ２４０は、永久的にまたは一時的に、プロセッサ２３０に関するデータ、動作ソフトウェアその他の情報を格納する。メモリ２４０として、情報の格納に適した揮発性もしくは不揮発性のローカルもしくはリモートの装置のうち任意の１つまたはそれらの組合わせが挙げられる。例えば、メモリ２４０として、ＲＡＭ、ＲＯＭ、磁気記憶装置、光学記憶装置その他の適切な情報記憶装置、またはこのような装置の組合わせが挙げられる。特定のモジュールを含むものとして図示されているが、メモリ２４０は、認知強化モジュール１１０の動作に用いられる任意の適切な情報を有してよい。図示の実施形態では、メモリ２４０は脳状態データベース２５０およびロジック２６０を有する。
【００２０】
脳状態データベース２５０は、周波数および関連脳状態を格納するように構成される任意のコンポーネントであってよい。例えば、脳状態データベース２５０は、Microsoft  Access（登録商標）データベースまたはMicrosoft  Excel（登録商標）データベースであってよい。特定の実施形態において、脳状態データベース２５０は、複数の周波数と対応の目標脳状態とを関連付けるテーブルであってよい。一例として、脳状態データベース２５０は、心的外傷後ストレス障害（ＰＴＳＤ）についてのセルと、ユーザーのＰＴＳＤ状態を改善するための目標脳周波数についての関連セルとを有してよい。更に別の例として、脳状態データベース２５０は、エキスパートの目標脳状態と対応周波数とについてのセルを有してよい。いくつかの実施形態において、脳状態データベース２５０は、目標脳状態が特定の目標周波数に対応することを示す研究に基づく目標周波数を有してよい。一実施形態において、脳状態データベース２５０は、ユーザー１１８に合わせてカスタマイズされた目標周波数を有してよい。例えば、ユーザー１１８の脳が特定の脳状態にあるときの周波数を測定し、脳状態データベース２５０に格納することができる。
【００２１】
ロジック２６０は、一般に、認知強化モジュール１１０の記載の機能および工程を実行するためにコンピューター可読記憶媒体に備えられるロジック、ルール、アルゴリズム、コード、テーブルおよび／またはその他適切な命令を意味する。例えば、ロジック２６０は、目標脳状態に対応する目標周波数の決定を促進し、ユーザー１１８において目標脳状態の達成を試みるために、フィードバックを用いてユーザー１１８の脳を刺激する。この場合、ロジック２６０は、ユーザー１１８に結合された１以上のセンサーからネットワーク１２０を介して、インターフェース２２０を通じて受信される、ユーザー１１８の脳の電気出力を測定してよい。ロジック２６０は、測定された電気出力に基づいて、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数を決定し、現在の周波数と目標周波数との差を決定してよい。現在の周波数と目標周波数との差が所定量より大きい場合、ロジック２６０は、刺激装置１２５に、ユーザー１１８の脳に１以上の経路を通じて信号を送出させてよい。特定の実施形態において、信号は、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数を目標周波数に向けて、または目標周波数まで修正可能な周波数を有してよい。
【００２２】
図３は、本開示の特定の実施形態に係る、図１の認知強化システム１００で用いられる例示的なコンピューティングシステム１０５を示す。上述したように、一実施形態において、コンピューティングシステム１０５は、認知強化システム１００において情報の通信、処理および／または格納を行うように構成されるタブレット、スマートフォン、ラップトップ、パーソナル・コンピューターその他のデバイスであってよい。特定の実施形態において、コンピューティングシステム１０５は、ユーザー１１８等のユーザーが、コンピューティングシステム１０５上のアプリケーションにおいて各種モード３１０Ａ〜３１０Ｆを選択することによって、目標脳状態を選択できるようにしてよい。
【００２３】
モード３１０Ａ〜３１０Ｆは、任意の目標脳状態に対応してよい。例えば、モード３１０Ａは、リラクゼーションに対応してよい。別の例として、モード３１０Ｂは、学習の脳状態に対応してよい。一実施形態において、各モード３１０Ａ〜３１０Ｆは、ユーザー入力を用いてユーザー１１８によって選択可能であってよい。例えば、ユーザー１１８は、モード３１０Ａ〜３１０Ｆのいずれかをタッチ、選択またはスワイプして、目標脳状態を選択することができる。他の実施形態では、ユーザー１１８は、音声コマンドを提供して、モード３１０Ａ〜３１０Ｆのうち１つを選択することができる。ユーザー１１８によって実行されるように説明したが、特定の実施形態において、モード３１０Ａ〜３１０Ｆの選択は、認知強化システム１００の操作者（例えば医師）によって実行されてよい。また、モード３１０Ａ〜３１０Ｆは治療モード３１０Ｅを含んでよく、ユーザー１１８が治療を受ける神経障害が表示されてよい。例えば、コンピューティングシステム１０５は、ＰＴＳＤ、うつ、てんかんその他の神経障害に対応する治療モード３１０Ｅを表示してよい。特定の実施形態において、コンピューティングシステム１０５は、モード３１０Ａ〜３１０Ｆのうち１つが選択されたときに、認知強化モジュール１１０にネットワーク１２０を通じて信号を供給してよい。認知強化モジュール１１０がコンピューティングシステム１０５上に存在する実施形態では、信号は、ネットワーク１２０を通ることなく直接的に認知強化モジュール１１０に供給されてよい。特定の実施形態において、信号は、ユーザー１１８の選択を示すものであってよい。
【００２４】
図４Ａは、本開示の特定の実施形態に係る、フィードバックを用いた認知強化の例示的な方法４００を示す。方法４００はステップ４１０で開始され、ステップ４１０では、目標脳状態に対応する目標周波数が決定されてよい。一実施形態において、目標脳状態に対応する目標周波数を決定するために、認知強化モジュール１１０は、脳状態データベース２５０において目標脳状態に関連付けられる目標周波数を検索してよい。例えば、ユーザーが図３の例示的なコンピューティングシステム１０５を用いてモード３１０Ｂを選択した場合、認知強化モジュール１１０は、脳状態データベース２５０において学習の目標脳状態を検索してよい。認知強化モジュール１１０が脳状態データベース２５０において学習の目標脳状態を発見した場合、認知強化モジュール１１０は、選択された学習脳状態に対応する目標周波数を検索してよい。
【００２５】
ステップ４２０において、ユーザー１１８において目標脳状態の達成を試みるために、フィードバックを用いてユーザー１１８の脳が刺激されてよい。ユーザー１１８において目標脳状態の達成を試みるためにフィードバックを用いてユーザー１１８の脳を刺激する例示的な方法を図４Ｂに示し、後述する。
【００２６】
図４Ｂは、本開示の特定の実施形態に係る、図４Ａに登場したユーザー１１８において目標脳状態を達成するために、フィードバックを用いてユーザー１１８の脳を刺激するステップの例示的な方法４２０を示す。ステップ４３０において、ユーザー１１８に結合された１以上のセンサーから受信されるユーザー１１８の脳の電気出力が測定されてよい。特定の実施形態において、センサーは電極１１７を含んでよい。特定の実施形態において、電極１１７は、ユーザー１１８の脳波の電気振動を感知してよい。いくつかの実施形態において、電極１１７は、感知された電気振動に関連付けられる信号を認知強化モジュール１１０に供給してよく、認知強化モジュール１１０は、該信号を用いて様々な測定を行ってよい。いくつかの実施形態において、ユーザー１１８の脳を通じて出力された脳波の様々な特性が測定される。例えば、測定される特性として、脳波の場所（すなわち、脳波が発生した脳内の場所）、周波数、ユーザー１１８の脳から出力される時間依存性電気振動の大きさが挙げられる。このような振動は、脳の特定の機能に関係し得る神経活動を示す。
【００２７】
ステップ４４０において、測定された電気出力に基づいて、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数が決定されてよい。一実施形態において、現在の周波数は、ユーザー１１８の脳内のニューロンが「興奮（fire）」する周波数であってよい。特定の実施形態において、時間依存性電気振動の現在の周波数は、ユーザー１１８に結合された１以上のセンサー（例えば電極１１７）から受信される電気出力を用いて、測定されてよい。
【００２８】
ステップ４５０において、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数と目標周波数との差が決定されてよい。いくつかの実施形態において、この決定は、現在の周波数と目標周波数との減算に基づいてなされてよい。上述したように、特定の実施形態において、目標周波数は脳状態データベース２５０から取得されてよい。
【００２９】
ステップ４６０において、現在の周波数と目標周波数との差が所定量と比較されてよい。特定の実施形態において、該所定量は、認知強化システム１００の操作者によって設定されるしきい値であってよい。例えば、認知強化システム１００の操作者は、コンピューティングシステム１０５上のアプリケーションを用いて、所定量を設定することができる。他の実施形態において、ユーザー１１８は、コンピューティングシステム１０５を用いて所定量を設定することができる。また、所定量は、認知強化モジュール１１０のロジック２６０にハードコードされてもよい。例えば、所定量は、ユーザー１１８による調節が不可能な固定量であってよい。現在の周波数と目標周波数との差が所定量より小さい場合、認知強化モジュール１１０は目標脳状態が達成されたと判定し、方法４２０は終了する。現在の周波数と目標周波数との差が所定量より大きい場合、認知強化モジュール１１０は目標脳状態がまだ達成されていないと判定し、方法はステップ４７０に進む。
【００３０】
ステップ４７０において、１以上の経路を通じてユーザー１１８の脳に信号が送出されてよい。いくつかの実施形態において、ユーザー１１８の脳に送出される信号は、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数を目標周波数に向けて、または目標周波数まで修正可能な周波数を有してよい。例えば、目標脳状態が学習状態（関連付けられる目標周波数は５Ｈｚであってよい）であり、ユーザー１１８の脳の現在の周波数が２Ｈｚである場合、ユーザー１１８の脳に送出される信号は３Ｈｚの周波数を有してよい。この例では、該信号は、現在の周波数２Ｈｚを目標周波数５Ｈｚまで修正することができる。別の例として、信号は１０Ｈｚの周波数を有してよく、これにより、現在の周波数５Ｈｚを目標周波数１０Ｈｚに向けて修正することができる。この例において、ユーザー１１８は、５Ｈｚで目を開けていることができる。いくつかの実施形態において、同相で大きさの等しい、脳の電気出力と同じ符号をもつ信号を供給するために、信号は電気出力と時刻同期されてよく、これにより、現在の周波数の振幅を大きくすることができる。いくつかの実施形態において、信号は、脳波を刺激信号に同調するように調節することができ、これにより、刺激信号と脳波とを結合させることで望ましい波形を達成することができる。
【００３１】
他の実施形態では、ユーザー１１８の脳に送出される信号は、望ましくない脳波をキャンセルしてよい。例えば、ユーザー１１８の脳が望ましくない脳波を有する場合、認知強化モジュール１１０は、望ましくない脳波と１８０度位相のずれた信号を、ユーザー１１８の脳に送出してよい。このようにして、望ましくない脳波をキャンセルすることができる。望ましくない脳波のキャンセルは、神経障害の治療に有用である場合がある。例えば、ユーザー１１８がＰＴＳＤ、てんかん、睡眠不足、ストレス、倦怠感その他の神経障害をもつ場合、そのような神経障害の各々に関連付けられる望ましくない脳波は、該望ましくない信号と１８０度位相のずれた信号を送出することによってキャンセルすることができる。
【００３２】
特定の実施形態において、ユーザー１１８の脳に送出される信号は符号化されてよい。信号を特定する符号で該信号を符号化すると、該符号を用いて、符号化信号を脳の電気出力からフィルタリングすることができるので、ユーザー１１８の脳の測定の正確性を向上させることができる。ユーザー１１８の脳に送出される信号がフィルタリングされないと、脳の電気出力の測定が歪められるおそれがある。例示的な動作実施形態として、認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８の脳に送出される信号を、該信号を特定する符号で変調してよい。電極１１７は、ユーザー１１８の脳の電気出力を感知してよいが、該電気出力には、脳の電気振動と脳に送出された符号化信号との両方が含まれ得る。電極１１７は、電気振動と脳に送出された符号化信号との両方を感知することができるので、認知強化モジュール１１０は、符号化信号に対して変調された符号に基づいて、符号化信号を全ての電気出力からフィルタリングすることができる。結果として、認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８の脳の電気振動について、より正確な測定を行うことができる。
【００３３】
特定の実施形態において、信号が送出される１以上の経路は、ユーザー１１８の脳に信号を供給するように構成される任意の励起経路であってよい。一実施形態において、電磁気的経路が用いられてよい。例えば、電磁気的経路として、経頭蓋交流刺激または経頭蓋磁気刺激が挙げられる。特定の実施形態において、別の経路として、光学刺激を供給する光学経路が用いられてよい。例えば、光学刺激として、ユーザー１１８の耳を通じて送られる光信号が挙げられる。光学刺激の別の例として、ユーザー１１８の目を通じて送られる光信号が挙げられる。いくつかの実施形態において、可聴経路が用いられてよい。例えば、可聴経路として、ユーザー１１８の耳を通じて送られる音声が挙げられる。可聴経路が用いられるいくつかの実施形態において、ユーザー１１８のそれぞれの耳に異なる周波数で音声を送って、該音声の周波数の差である周波数で、ユーザー１１８の脳を同調させてよい。特定の実施形態において、１度に複数の経路が用いられてよい。例えば、電磁気的経路と可聴経路との両方が同時に用いられてよい。別の例として、目を通じての光学経路と耳を通じての光学経路との両方が同時に用いられてよい。
【００３４】
ステップ４７０で信号を送出した後、方法４２０はステップ４３０に進んでよい。ここで、現在の周波数と目標周波数との差が所定量より小さくなるまでステップ４３０〜４７０が実行され、小さくなった時点で方法４２０が終了する。特定の実施形態において、ステップ４３０〜４７０を繰り返すことにより、認知強化モジュール１１０にフィードバックループが設けられる。フィードバックループにより、リアルタイム調節が可能となる。特定の実施形態において、刺激の範囲が調節されてよい。例えば、現在の周波数が目標周波数に向かう速さが十分でない場合、ユーザー１１８の脳に送出される信号の周波数は、脳の現在の周波数の修正を速めるように調節されてよい。代替の方法として、現在の周波数が目標周波数に向かう速さが速すぎる場合、信号の周波数は、現在の周波数の修正を減速するように調節されてよい。いくつかの実施形態において、ユーザー１１８は、フィードバックループを用いて刺激の範囲を調節することができる。他の実施形態では、認知強化システム１００の操作者は、フィードバックループを用いて刺激の範囲を調節することができる。
【００３５】
フィードバックの別の用途として、目標脳状態の生成に関与する脳の領域に信号を誘導するように、刺激の場所が調節されてよい。例えば、ユーザー１１８の脳に送出される信号は、ユーザー１１８の頭部の特定の場所に位置付けられた電極１１７の選択サブセットに送出されてよい。別の例として、ユーザー１１８または認知強化システム１００の操作者は、電極１１７の場所を移動することができる。電極１１７の場所を変更することにより、ユーザー１１８の脳のうち刺激される領域が調節される。一実施形態において、フィードバックを用いた周波数および場所の制御に加えて、信号の振幅および波形が制御されてもよい。
【００３６】
例示的な動作実施形態として、認知強化モジュール１１０は、目標脳状態に対応する目標周波数を決定する。例えば、認知強化モジュール１１０は、脳状態データベース２５０において検索を実行して、ユーザー１１８によって選択された目標脳状態に関連付けられる目標周波数を決定してよい。認知強化モジュール１１０は、目標脳状態の達成を試みるために、フィードバックを用いてユーザー１１８の脳を刺激してよい。ユーザー１１８の脳を刺激するために、認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８に結合された１以上のセンサーから受信される、ユーザー１１８の脳の電気出力を測定してよい。例えば、認知強化モジュール１１０は、電極１１７から信号を受信し、該信号の様々な特性を測定してよい。認知強化モジュール１１０は、測定された電気出力に基づいて、ユーザー１１８の脳に関連付けられる現在の周波数を決定してよい。例えば、認知強化モジュール１１０は、測定された電気出力を用いて、現在の周波数を計算してよい。認知強化モジュール１１０は、現在の周波数と目標周波数との差を決定してよい。例えば、認知強化モジュール１１０は、現在の周波数を目標周波数から引いてよい。現在の周波数と目標周波数との差が所定量より大きい場合、認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８の脳に１以上の経路を通じて信号を送出してよい。該信号は、現在の周波数を目標周波数に向けて修正可能な周波数を有してよい。認知強化モジュール１１０は、測定ステップ、決定ステップおよび送出ステップを、目標脳状態が達成されるまで繰り返してよい。
【００３７】
認知強化モジュール１１０は、多くの利点を提供する。特定の実施形態において、認知強化モジュール１１０は、認知強化に対してリアルタイム調節を行うためのフィードバックの利用を提供することができる。いくつかの実施形態において、認知強化モジュール１１０は、符号化されたシグナリングおよびフィルタリングを用いることによって、ユーザーの脳の電気出力の測定において正確性を向上させることができる。いくつかの実施形態において、認知強化モジュール１１０は、オーバーヘッドをほとんど要さない、便利でコスト効率の高い認知強化システム１００を提供することができる。特定の実施形態において、認知強化モジュール１１０は、望ましくない信号のキャンセルを利用して、多くの神経障害の治療を可能にすることができる。一実施形態において、認知強化モジュール１１０は、ユーザーが最も効果的な経路を選択できるように、複数の励起経路を提供することができる。いくつかの実施形態において、認知強化モジュール１１０は、認知強化システム１００の特定のユーザーに合わせてカスタマイズすることができる。一実施形態において、認知強化モジュール１１０は、非侵襲性の認知刺激を提供し、それによって回復時間を短縮または排除することができる。別の例として、認知強化モジュール１１０は、ユーザー１１８の脳に送られる信号の周波数、振幅、波形および場所の制御を可能にすることができる。
【００３８】
本開示においていくつかの実施形態が説明されたが、当該技術分野の当業者には多種多様な変更、変形、交代、変換および修正が示唆されるであろう。また、本開示は、そのような変更、変形、交代、変換および修正を包含するように意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
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