(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定のアプリケーションを使用するユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成する方法であって、
一般化されたメンタルタスク記述にマッピングされた前記ユーザの脳信号を含むユーザプロファイルにアクセスするステップと、
前記特定のアプリケーションの複数の特性を含むアプリケーションプロファイルにアクセスするステップと、
前記ユーザプロファイルからの１又は複数の一般化されたメンタルタスク記述を、前記特定のアプリケーションのアプリケーションプロファイルからの個々の特性とマッチングするステップと、
前記アプリケーションプロファイルからの個々の特性のうち、前記ユーザプロファイルからの一般化されたメンタルタスク記述とマッチした特性を選択し、選択された特性及び該選択された特性とマッチする一般化されたメンタルタスク記述のペアの組を使用して、前記特定のアプリケーションを使用するユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ユーザプロファイル内のユーザ疲労に関する情報にアクセスするステップと、
それに応じて前記ブレインコンピュータインタフェースを調整するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ユーザプロファイル内の手動入力による情報にアクセスするステップと、
それに応じて前記ブレインコンピュータインタフェースを調整するステップと、
を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
訓練エクササイズを実施するステップと、
前記訓練エクササイズの間、ユーザの脳信号を測定するステップと、
前記ユーザの脳信号の特定の信号を、予め規定されたメンタルタスク記述にマッピングするステップであって、前記予め規定されたメンタルタスク記述は、一般化されたメンタルタスク記述である、ステップと、
前記メンタルタスク記述にマッピングされた前記ユーザの脳信号を含むユーザプロファイルを生成するステップと、
を更に含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記訓練エクササイズの間、ユーザの疲労を測定するステップを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ユーザプロファイルに前記測定された疲労に関する情報を記録するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記測定された疲労が予め決められた閾値を越える場合、前記訓練エクササイズを終了するステップを更に含む、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記予め規定されたメンタルタスク記述に関する制約を規定する手動入力を受け取るステップと、
前記ユーザプロファイルに前記手動入力を記録するステップと、
を更に含む、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
特定のアプリケーションを使用するユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成するためのシステムであって、
一般化されたメンタルタスク記述にマッピングされた前記ユーザの脳信号を含むユーザプロファイル及び前記特定のアプリケーションの複数の特性を含むアプリケーションプロファイルを記憶するデータベースと、
前記ユーザプロファイル及び前記アプリケーションプロファイルにアクセスし、前記ユーザプロファイルからの１又は複数の一般化されたメンタルタスク記述を、前記特定のアプリケーションのアプリケーションプロファイルからの個々の特性とマッチングし、前記アプリケーションプロファイルからの個々の特性のうち、前記ユーザプロファイルからの一般化されたメンタルタスク記述とマッチした特性を選択し、選択された特性及び該選択された特性とマッチする一般化されたメンタルタスク記述のペアの組を使用して、前記特定のアプリケーションを使用するユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成するプロセッサと、
を有するシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサは更に、前記ユーザプロファイル内のユーザ疲労に関する情報にアクセスし、それに応じて前記ブレインコンピュータインタフェースを調整する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサは更に、前記ユーザプロファイル内の手動入力による情報にアクセスし、それに応じて前記ブレインコンピュータインタフェースを調整する、請求項９又は１０に記載のシステム。
【請求項１２】
訓練エクササイズを実施する訓練ユニットと、
前記訓練エクササイズの間、ユーザの脳信号を測定するヘッドユニットと、
前記ユーザの脳信号の特定の信号を、予め規定されたメンタルタスク記述にマッピングし、前記メンタルタスク記述にマッピングされた前記ユーザの脳信号を含むユーザプロファイルを生成する処理機能部であって、前記予め規定されたメンタルタスク記述は、一般化されたメンタルタスク記述である、処理機能部と、
を更に有する、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記処理機能部は更に、前記訓練エクササイズの間、ユーザの疲労を測定するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記処理機能部は更に、前記ユーザプロファイルに前記測定された疲労に関する情報を記録するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記処理機能部は更に、前記測定された疲労が予め決められた閾値を越える場合、前記訓練エクササイズを終了するように構成される、請求項１３又は１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記予め規定されたメンタルタスク記述に関する制約を規定する手動入力を受け取るユーザインタフェースを更に有し、前記処理機能部は更に、前記ユーザプロファイルに前記手動入力を記録する、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
特定のアプリケーションを使用するユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成するための、コンピュータ可読媒体上のコンピュータプログラムであって、
一般化されたメンタルタスク記述にマッピングされた前記ユーザの脳信号を含むユーザプロファイルにアクセスする命令と、
前記特定のアプリケーションの複数の特性を含むアプリケーションプロファイルにアクセスする命令と、
前記ユーザプロファイルからの１又は複数の一般化されたメンタルタスク記述を、前記特定のアプリケーションのアプリケーションプロファイルからの個々の特性とマッチングする命令と、
前記アプリケーションプロファイルからの個々の特性のうち、前記ユーザプロファイルからの一般化されたメンタルタスク記述とマッチした特性を選択し、選択された特性及び該選択された特性とマッチする一般化されたメンタルタスク記述のペアの組を使用して、前記特定のアプリケーションを使用するユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成する命令と、
を含むコンピュータプログラム。
【請求項１８】
前記ユーザプロファイル内のユーザ疲労に関する情報にアクセスする命令と、
それに応じて前記ブレインコンピュータインタフェースを調整する命令と、
を更に含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１９】
前記ユーザプロファイル内の手動入力による情報にアクセスする命令と、
それに応じて前記ブレインコンピュータインタフェースを調整する命令と、
を更に含む、請求項１７又は１８に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２０】
訓練エクササイズを実施する命令と、
前記訓練エクササイズの間、ユーザの脳信号を測定する命令と、
前記ユーザの脳信号の特定の信号を、予め規定されたメンタルタスク記述にマッピングする命令であって、前記予め規定されたメンタルタスク記述は、一般化されたメンタルタスク記述である、命令と、
前記メンタルタスク記述にマッピングされた前記ユーザの脳信号を含むユーザプロファイルを生成する命令と、
を更に含む、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２１】
前記訓練エクササイズの間、ユーザの疲労を測定する命令を更に含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２２】
前記ユーザプロファイルに前記測定された疲労に関する情報を記録する命令を更に含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２３】
前記測定された疲労が予め決められた閾値を越える場合、前記エクササイズを終了する命令を更に含む、請求項２１又は２２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２４】
前記予め規定されたメンタルタスク記述に関する制約を規定する手動入力を受け取る命令と、
前記ユーザプロファイルに前記手動入力を記録する命令と、
を更に含む、請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレインコンピュータインタフェースにおいて使用されるユーザプロファイルを生成する方法及びシステム、並びにアプリケーションのユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
長年にわたって、人々は、脳波活動又は脳機能の他の電気生理学的な手段が、一般に脳コンピュータインタフェース（ＢＣＩ）と呼ばれる、メッセージ及びコマンドを外界に送るための新しい非筋肉チャネルを提供しうることを思索してきた。過去２０年にわたって、生産的なＢＣＩリサーチプログラムが立ち上がっている。脳機能の改善された理解によって、強力な低コストのコンピュータ装置の出現によって、及び障害をもつ人々のニーズ及び潜在能力の増大する認識によって、助長されて、これらのプログラムは、新しい通信及び制御技術を開発することに傾倒する。
【０００３】
最も人気あるブレインコンピュータインタフェースは、頭皮から記録される脳波（ＥＥＧ）活動又は皮質内に記録される１つのニューロン活動を使用する。これらの活動は、カーソル移動を制御し、文字又はアイコンを選択するためにコンピューティング環境において使用されることができ、又はニューロプロステーシスを動作させるために使用されることができる。各々のＢＣＩの中心は、ユーザからの電気生理学的な入力を、１又は複数の外部の装置を制御する出力に変換する翻訳アルゴリズムである。ＢＣＩの動作は、２つの適応コントローラの間の効果的なインタラクション、ＢＣＩに提供される電気生理学的な入力に自分のコマンドをエンコードするユーザ、及び入力に含まれるコマンドを認識し、装置制御においてそれらを表現するＢＣＩに依存する。ＢＣＩに関する更なる詳細は、J.R. Wolpaw, N.B., D.J. McFarland, G. Pfurtscheller, T.M. Vaughanによる「Brain-computer interfaces for communication and control」(Clinical Neurophysiology, 113 (2002) pages 767 to 791)及びT.M. Vaughan , W.J.H., L.J. Trejo , W.Z. Rymerによる「Brain-Computer Interface Technology: A Review of the Second International Meeting」(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2003 11(2) pages 94 to 109)において得られることができる。
【０００４】
ＢＣＩは、重度の障害をもつ個人に、彼らの生活の質を改善するために、提供されることができる。脳信号は、例えば障害をもつ人々のための車椅子、乗物又は補助ロボットのような装置の強化された制御を提供することができる。ＢＣＩ技術は、それが改善するにつれて、可能性として、より重度でない障害、部分的な障害又は医学的障害をもつ人々に役立つように展開するであろう。例えば、ＢＣＩは、長距離ドライバ又は航空機パイロットの注意を監視するために使用されることができる。ＢＣＩは、危険な又は荒れた場所において機能するロボットを制御するために使用されることができる。他のアプリケーションにおいて、ＢＣＩは、ビデオゲームにおいて付加的な制御を提供するために又はニューラルアート及び音楽を生成するために使用されることができる。
【０００５】
ＢＣＩのアプリケーション領域は、一端におけるバイナリスイッチ（１ビット、オン又はオフ）から、他端におけるアナログ複雑ロボティクスまで及ぶ連続体とみなされることができる。今日のＢＣＩは、最高２５ビット／分の最大情報転送レートを有する。より高いスピード及び正確さの達成は、信号取得及び処理、翻訳アルゴリズム、並びにユーザ訓練の改善を必要とする。ＢＣＩ信号の選択は、アプリケーションによる影響を受ける。例えば物理的装置の迅速な動きのような精確な制御機能に関して、いくつかのＥＥＧ信号の相対的に遅い変化は、不適当でありえるが、ニューロンのスパイクトレインのより迅速なダイナミックスは、十分でありえる。しかしながら、このような選択は、別のトレードオフを強いる：表面電極は、便利であり、少しのリスクしか含まないが、脳への電極の植え込みは、侵襲的であり、従ってより多くのリスクを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
個別のユーザによるＢＣＩの適切な使用の前に、広範囲にわたる訓練が、必要とされる。最初に、ユーザは、適当な電気生理学的信号が生成されるように、彼らの脳活動をどのように調節するべきかを知らなければならず、加えて、使用されるＢＣＩが、ユーザの多くの信号をログし、モデルを設計し、又はフィーチャを抽出しなければなららない。しかしながら、脳波（ＥＥＧ）信号は、それらが例えば筋電図（ＥＭＧ）及び眼電図（ＥＯＧ）信号のようなさまざまなアーチファクトによって不純にされるので、当然に非静止であり、被験者ごとに異なり、通常は非常にノイズが多い。筋電図（ＥＭＧ）は、筋細胞が収縮するとき、及び更に細胞が静止しているときに、これらの筋細胞によって生成される電位を検出する。眼電図記録は、網膜の静止電位を測定するための技法である。眼電図記録は、眼球運動、及び変化する光条件に対する目の適応を検出するために、使用されることができる。
【０００７】
信号変動性及びノイズは、ＥＥＧ分類子の性能をかなり歪めることがある。従って、多くのＢＣＩシステムについて、長たらしく時間のかかる訓練プロセスが、脳信号の特定の特性を知るために通常必要とされる；例えばX. Liao, D.Y., C. Liによる「Transductive SVM for reducing the training effort in BCI」(Journal of Neural Engineering, 2007 4(3), pages 246 to 254)を参照されたい。一般に、被験者は、あまりに多くの時間がかかり、退屈であり、迷惑であるようなＢＣＩのための訓練を経験する：ある実験において、成人に対する金銭的な賞の提供でさえ、訓練時間を大きく低減することはなかったが、子供に対するキャンディの提供は成功であった。特に障害をもつ又は初老の人々の場合、訓練は、非常に重い負担である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、知られている技術を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の見地によれば、ブレインコンピュータインタフェースにおいて使用されるユーザプロファイルを生成する方法であって、訓練エクササイズを実施するステップと、訓練エクササイズの間、ユーザの脳信号を測定するステップと、予め規定されたメンタルタスク記述に、ユーザの脳信号の特定の信号をマッピングするステップと、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号を含むユーザプロファイルを生成するステップと、を含む方法が提供される。
【００１０】
本発明の第２の見地によれば、ブレインコンピュータインタフェースにおいて使用されるユーザプロファイルを生成するシステムであって、訓練エクササイズを実施するように構成される訓練ユニットと、訓練エクササイズの間、ユーザの脳信号を測定するように構成されるヘッドユニットと、予め規定されたメンタルタスク記述に、ユーザの脳信号の特定の信号をマッピングし、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号を含むユーザプロファイルを生成するように構成される処理機能部と、を有するシステムが提供される。
【００１１】
本発明の第３の見地によれば、ブレインコンピュータインタフェースにおいて使用されるユーザプロファイルを生成するための、コンピュータ可読媒体上のコンピュータプログラム製品であって、訓練エクササイズを実施する命令と、訓練エクササイズの間、ユーザの脳信号を測定する命令と、ユーザの脳信号の特定の信号を、予め規定されたメンタルタスク記述にマッピングする命令と、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号を含むユーザプロファイルを生成する命令と、を含むプログラム製品が提供される。
【００１２】
本発明の第４の見地によれば、アプリケーションのユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成する方法であって、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号を含むユーザプロファイルにアクセスするステップと、アプリケーションの複数の特性を含むアプリケーションプロファイルにアクセスするステップと、ユーザプロファイルからの１又は複数のメンタルタスク記述を、アプリケーションプロファイルからの個々の特性とマッチングするステップと、それに応じて、ブレインコンピュータインタフェースを生成するステップと、を含む方法が提供される。
【００１３】
本発明の第５の見地によれば、アプリケーションのユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成するシステムであって、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号を含むユーザプロファイル及びアプリケーションの複数の特性を含むアプリケーションプロファイルを記憶するように構成されるデータベースと、ユーザプロファイル及びアプリケーションプロファイルにアクセスし、ユーザプロファイルからの１又は複数のメンタルタスク記述を、アプリケーションプロファイルからの個々の特性とマッチングし、それに応じてブレインコンピュータインタフェースを生成するように構成されるプロセッサと、を含むシステムが提供される。
【００１４】
本発明の第６の見地によれば、アプリケーションのユーザのためのブレインコンピュータインタフェースを生成するための、コンピュータ可読媒体上のコンピュータプログラム製品であって、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号を含むユーザプロファイルにアクセスする命令と、アプリケーションの複数の特性を含むアプリケーションプロファイルにアクセスする命令と、ユーザプロファイルからの１又は複数のメンタルタスク記述を、アプリケーションプロファイルからの個々の特性とマッチングする命令と、それに応じてブレインコンピュータインタフェースを生成する命令と、を含むプログラム製品が提供される。
【００１５】
本発明により、広範囲にわたる訓練を必要とし、相当な時間量を要し、退屈で、迷惑で、わずらわしい、ブレインコンピュータインタフェースの通常の使用に関連する問題を解決することが可能である。本発明は、ＢＣＩの訓練及び使用を、一般的な訓練及び使用の２つの部分に分離することを介して解決策を提供する。訓練は、ユーザを動機づけるための競争的な要素を含むことができるとともに、スピード及び正確さに焦点を合わせることができる。測定された脳信号は、メンタルタスク記述にマッピングされ、データベースに記憶される。ＢＣＩの使用において、このデータベースは、メンタルタスク記述及び関連する脳信号を、アプリケーションの機能の特定のフィーチャにマッピングするために使用される。このようにして、一般的な訓練が、一度だけ実施されればよく、それぞれ異なるアプリケーションは、それらを広範囲にわたって個別に学習し／訓練することなく、制御されることができる。これは、ＢＣＩに関する明白な使いやすさの改善を構成する。
【００１６】
本発明によって達成される主な利点は、ユーザが、それぞれ異なるアプリケーションについて訓練タスクを反復する必要がもはやないことである。ユーザは、単一の訓練セッションに参加することができ、これは、ユーザプロファイルを生成するために使用される。このプロファイルは、例えば、ユーザが、安定した反復可能な態様で３つの異なるタスクを実施することができ、これらがユーザプロファイルに規定される、詳細を含むことができる。ユーザが、新しいアプリケーションを使用しようとする場合、当該アプリケーションの機能から、ユーザプロファイルのコンテントへのマッピングが行われる。上述の例において、マッピングは、新しいアプリケーションの機能のうちの３つを採用し、これらを、特定のユーザのユーザプロファイルに含まれる３つにマッピングする。ユーザプロファイルは更に、ユーザプリファレンスの組を含むことができ、例えば、ユーザは、特定の活動を達成するために特定のメンタルタスクを好み、及び／又はユーザは、容易に疲れる。
【００１７】
脳信号は、ある程度個人的であることが判明されており、従って、原則的に、例えばJ. Thorpe, P.C.v.O., A. Somayajiによる「Pass-thoughts: Authenticating with Our Minds」(ACSA 2005 New Security Paradigms Workshop 2005 Lake Arrowhead, California, USA)に示されるように、個人の認証又は識別のために使用されることができる。本発明は、認証又は識別に関するものではないが、この特性は、訓練がユーザごとの個別的なものであることをも示す。
【００１８】
有利には、訓練は更に、訓練エクササイズの間、ユーザの疲労を測定することを含み、更には、ユーザプロファイルに、測定された疲労に関する情報を記録することを含む。新しいアプリケーションに対するユーザプロファイルのマッピングは、ユーザが実施しうるユーザプロファイルに記録された特定のタスクと関連する疲労のレベルを考慮することができるので、ユーザの疲労に関する情報の記録は、ブレインコンピュータインタフェースの根本的な性能を改善する。例えば、ユーザは、非常に正確にタスクＡを実施することが可能でありうるが、急速に疲労し、性能が低下するのに対し、タスクＢは、１０％の誤差の範囲によって実施されることができるが、ユーザは、より長い期間にわたってこの性能レベルを維持することが可能である。新しいアプリケーションのマッピングが行われるとき、これらの疲労レベルは、新しいアプリケーションのどの機能がどのタスクにマッチするかを決定するために使用されることができる。例えば、あるアプリケーションは、機能Ｘがアプリケーションにおいてあまり一般的でないが高い正確さを必要とするので、これは、タスクＡにマッピングされうることを示しうる。同様に、高い頻度の機能Ｙは、ユーザが疲労に苦しむ見込みが低いタスクＢにマッピングされることができる。
【００１９】
訓練は更に、測定された疲労が予め決められた閾値を越える場合、訓練エクササイズを終了することを含むように構成されることが好ましい。疲労は、ユーザプロファイルの生成中に測定されるので、これは、ユーザプロファイルを生成するために、ユーザが監視される時間長を制御するために使用されることもできる。ユーザは疲労している間はユーザプロファイルを生成しなかったので、これは、結果的に、ユーザの性能を表現する際に一貫して正確である見込みが高いタスクを含むユーザプロファイルを生成する。
【００２０】
理想的には、方法は、更に、予め規定されたメンタル記述に関する制約を規定する手動入力を受け取り、ユーザプロファイルに手動入力を記録することを含む。ユーザ入力に、ユーザプロファイルを訂正させることが可能であることが有用である。これは、適切に資格を与えられた技師又は医学専門家によって提供されることができる。これによって、ユーザプロファイルの訂正が、例えば安全性のような見地を考慮することが可能であり、ユーザプロファイルにマッピングされるアプリケーションが、過度のストレスをユーザに与えないことを確実にする。例えば、ユーザが実施することが可能な特定のタスクは、医師によってそれに加えられる制限をもつことができ、医師は、アプリケーションが、それがユーザにストレスを引き起こす時点の後に動作し続けないことを確実にする。
【００２１】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して、例示によって記述される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ブレインコンピュータインタフェースにおいて使用されるユーザプロファイルを生成するシステムの概略図。
【図２】ユーザプロファイルを生成する方法のフローチャート。
【図３】ユーザプロファイルの概略図。
【図４】ブレインコンピュータインタフェースを生成するシステムの概略図。
【図５】アプリケーションプロファイルとマッチングされるユーザプロファイルの概略図。
【図６】ブレインコンピュータインタフェースを生成する方法のフローチャート。
【図７】ＢＣＩ生成の特定の例の概略図。
【図８】ＢＣＩ生成の特定の例の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、ブレインコンピュータインタフェースの訓練及び使用が、時間的に完全に分離される２つの活動でありえるという認識に基づく。以下の記述は、２つの部分からなる：第１の部分は、ブレインコンピュータインタフェース訓練に関し、第２の部分は、ブレインコンピュータインタフェースの使用に関する。両方のケースにおいて、目的は、ユーザが受けなければならない必要な訓練時間を低減し、結果として、退屈さを低減し、被験者の便宜を改善することである。
【００２４】
図１は、ブレインコンピュータインタフェースを生成することに関して、ユーザを訓練するための基本的なスキームを示している。この図は、ブレインコンピュータインタフェースにおいて使用されるユーザプロファイルを生成するシステム１０を示している。訓練ユニット１２は、ヘッドユニット１４に接続される。ヘッドユニット１４は、ユーザ１８の脳の特定の部分から脳信号２０を測定するために、例えば複数の電極をもつキャップによって、被験者１８の頭皮１６と接触する電極を有する。更に、訓練ユニット１２は、訓練エクササイズを実施するように構成され、脳信号２０に影響を与えるために被験者１８とインタラクトする。好適な実施例のこのインタラクションは、２つの部分を含む。第１に、被験者１８は、例えばキーボード、マウス、特別なボタン及び様々なタイプのセンサのような入力装置を操作することができ、第２に、被験者１８は、例えばビデオ、サウンド、におい及び振動のような１又は複数の出力にさらされる。ヘッドユニット１４は、訓練エクササイズの最中、ユーザの脳信号２０を測定するように構成される。
【００２５】
訓練ユニット１２には、ユーザの脳信号２０の特定の信号を、予め規定されたメンタルタスク記述にマッピングし、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号２０を含むユーザプロファイル２４を生成するように構成される処理機能部２２が接続される。その結果、多くの脳信号２０及び関連するデータが、データベース２６に記憶される。このようなデータベースは、一般に、メンタルタスク記述（ＭＴＤ）及び関連する信号、抽出されたフィーチャ及び／又は適合モデル（ＳＦＭ）の集合を含む。
【００２６】
訓練の目的は、上述したように、メンタルタスク記述（ＭＴＤ）及び関連する信号、抽出されたフィーチャ及び／又は適合モデル（ＳＦＭ）の集合を一般に含むデータベース２６を生成することである。ユーザ１８は、特定のメンタルタスクを実施するよう求められ、測定された関連する信号は記憶される。代替として又は付加的に、特別なフィーチャが、信号から抽出されることができ、又はいくつかのモデルが、訓練されることができる。
【００２７】
このような訓練の間、訓練をより退屈でなく又は面倒でなくするための努力がなされることができる。一例として、被験者１８は、自分のより早期の測定の視覚的な／聴覚的な表現を提供されることができ、所与のタスクは、それらの性能を改善することである。更に、被験者１８は、他の（おそらくエキスパート）ユーザの測定を提供され、可能な限り密接にそれらの性能を模倣するように助長されることができる。あるタスクは、被験者１８の能力をためすために、スピード又は正確さに焦点を合わせることができる。被験者１８が、快適に感じる場合、多種多様なメンタルタスクによる訓練を続けることが可能である。最終的な集合は、特定の用途に必要とされるよりも広範囲にわたることができる。ＭＴＤ及び関連するＳＦＭの組は、潜在的なアプリケーション及びプリファレンスの広い範囲をカバーすることができる。
【００２８】
ユーザプロファイル２４は、ユーザ１８に特定的であり、ユーザが行うことができるメンタルタスク（ＭＴＤ）を、一貫して、正確さの必要なレベルで、規定する。各々のメンタルタスク記述は、それらのタスクにマッピングされるユーザの脳信号の対応する組とともに、ユーザプロファイル２４に記憶される。本質的に、ユーザプロファイル２４は、ユーザが十分に実行することができるタスクを記憶しており、機能ブレインコンピュータインタフェースの基礎として役立つことができる。ユーザプロファイルは、例えば３つのタスクのような、ほんの少数の特定のタスク及び関連する脳信号を記憶することもできる。しかしながら、ＢＣＩ環境において、これは、非常に多くの潜在的なアプリケーションを動作させるために十分である。
【００２９】
処理機能部２２は更に、訓練エクササイズの間、ユーザの疲労を測定するように構成されることができる。これは、例えば、反復されるタスクを監視し、ある時間期間にわたってユーザの脳信号２０の変化に注目することによって、達成されることができる。ユーザ１８が、特定のタスクを実施するためにより長い時間がかかる場合、又は増加する誤差の範囲を伴ってタスクを実施している場合、これは、ユーザが疲れてきていることを示す。処理機能部２２は更に、ユーザプロファイル２４の測定された疲労に関する情報を記録するように構成される。この情報は、ユーザ１８が時間ｔの間のみタスクを実施することができることを示すステートメントのような、特定のタスクに関する時間情報の形をとることができ、又は処理機能部２２は、ユーザ１８が、特定の回数のみ個々のタスクを実施することができることを記録することができる。疲労情報は更に、どのタスクが高い程度の確実性をもって実施されることができるか、及びどのタスクが誤差結果を生成しやすいか、又は時折検出不可能であるかを効果的に示す、誤差の範囲の詳細を含むことができる。
【００３０】
処理機能部２２は更に、測定された疲労が予め決められた閾値を越える場合、訓練エクササイズを終了するように構成されることができる。これは、ユーザ１８を疲れさせることなく可能な限り長く、ユーザ１８が訓練エクササイズを続けることを可能にするが、それにもかかわらず、ユーザ１８が完了することができるタスクに関する有用な情報を集めることができる。ユーザプロファイル２４は、ユーザ１８が効果的に実施することが可能である最大数のタスクを含むように拡張される。
【００３１】
システム１０は更に、予め規定されたメンタルタスク記述に関する制約を規定する手動入力を受け取るように構成されるユーザインタフェース２８を更に有し、処理機能部２２が更に、ユーザプロファイル２４の手動入力を記録するように構成される。これは、適切な医師が、プロファイル２４を調べるとともに、ユーザ１８の健康を保護するために、医師の専門の意見において、限界がユーザプロファイル２４に記録されるタスクの特定のものに設定されるべきかどうかに従って、必要な場合にプロファイル２４を訂正することを可能にする。
【００３２】
図２は、ユーザプロファイル２４を生成する方法を要約している。ブレインコンピュータインタフェースにおいて使用されるユーザプロファイル２４を生成する方法は、訓練エクササイズを実施し（ステップＳ２１）、訓練エクササイズの間、ユーザの脳信号２０を測定し（ステップＳ２２）、ユーザの脳信号２０の特定の信号を、予め規定されたメンタルタスク記述（ＭＴＤ）にマッピングし（ステップＳ２３）、メンタルタスク記述にマッピングされたユーザの脳信号を含むユーザプロファイル２４を生成すること（ステップＳ２４）、を含む。
【００３３】
図３は、生成されたユーザプロファイル２４をより詳しく示している。このプロファイル２４は、ユーザＡに関するものであり、特定のメンタルタスク記述２３にマッピングされた一連の脳信号測定２０を含む。個々の疲労測定２５が、メンタルタスク記述２３にマッピングされた信号２０の各々のペアとともに含まれる。疲労測定２５は、ユーザ１８が予め規定された正確さ（例えば＋／−５％）の範囲内で特定の脳信号２０を実施することができる回数と同じくらい簡単なものでありえる。プロファイル２４のこの例において、ユーザ１８が、十分な正確さのレベルでメンタルタスク記述番号２を実施することができなかったので、脳信号２０は、このタスク記述２３に対するマッピングとしてプロファイル２４に記録されなかったことが分かる。
【００３４】
さまざまなメンタルタスク記述２３は、非常に一般化された意味でアプリケーションを制御するために必要とされる、例えばオン／オフ、はい／いいえ、コンパスポイントの選択、又はスライダの移動等のタスクを記述し、又はデータベース２６内のこのようなタスクに対する参照を含む。タスク記述２３は、同じ機能に関連することができ、例えば、バイナリタスク記述（２つの状態の間の切り替え）が、それぞれ異なるタスク２３に現れることができるが、それぞれ異なる脳信号２０及びそれらに関連する疲労レベル２５を有しうる。ユーザ１８は、高い程度の正確さを伴って第１のバイナリタスクを実施することができるが、相対的に急速に疲れることがあり、他方、第２のバイナリタスクは、より低い正確さをもつが、ユーザ１８は、疲れる前に、より多くの回数この第２のタスクを実施することが可能である。
【００３５】
このようにして、ユーザ１８は、さまざまな予め規定された訓練エクササイズを実施し、それに応じて、彼らのユーザプロファイル２４が生成される。このプロファイル２４は、特定の一般化されたメンタルタスク２３を実施するユーザの能力を規定し、有利には、個々のタスク２３ごとに疲労情報２５を含む。ユーザプロファイル２４は、個別のユーザ１８に依存して、タスク２３の長いリストを含むことができ、又は２又は３のタスクのみを含むことができる。ユーザプロファイル２４は、特定のユーザ１８が、実際のアプリケーションにおける彼らの展開に有用な十分なレベルの反復性及び正確さを伴って、個別のタスク２３を実施することができる程度を規定する。
【００３６】
図４は、装置３０を使用する実際の例における、生成されたユーザプロファイル２４の適用を示しており、装置は、例えば電動車椅子でありうる。この装置３０は、ブレインコンピュータインタフェース４０及びアプリケーション３４を含む。ユーザのためのブレインコンピュータインタフェース４０を生成するシステムは、（メンタルタスク記述２３にマッピングされたユーザの脳信号２０を含む）ユーザプロファイル２４、及びアプリケーション３４の複数の特性を含むアプリケーションプロファイル３８を記憶するデータベース２６と、ユーザプロファイル２４及びアプリケーションプロファイル３８にアクセスし、ユーザプロファイル２４からの１又は複数のメンタルタスク記述２３を、アプリケーションプロファイル３８からの個々の特性とマッチングし、それに応じてブレインコンピュータインタフェース４０を生成するように構成されるプロセッサ３６と、を有する。
【００３７】
ＢＣＩ４０を使用するためのシステムを提供する際、主なフィーチャは、原則的に、（図４に示される）以下のフィーチャを有するＢＣＩによって（部分的に）動作されることができる装置３０を提供することである。ＢＣＩによって装置３０を制御するために必要とされる制御信号のタイプを記述するアプリケーションプロファイル３８が、利用可能である。この記述は、「単一のオン／オフ機能がある」のような非常に短いものでもよく、又は例えば可能性のある代替の及び他のオプションを含む長いアクションリストのように網羅的であってもよい。特定のＢＣＩを制御するための特定のユーザ１８のプリファレンスを記述するユーザプロファイル２４が、利用可能であり、プロファイル２４及び３８は共に、ＭＴＤ及び関連するＳＦＭの組が記憶されるデータベース２６に供給される。その結果、装置３０は、装置を最適にプログラムするために、データベースから必要な情報を受け取る。
【００３８】
最後に、装置３０のＢＣＩ４０は、この特定のＢＣＩについて、この特定のユーザについて、この特定のタスクについて必要とされる可能性として複数の長い訓練セッションの間に得られる情報を、ほぼ即時に提供される。ＢＣＩ４０が使用されるようになると、ＭＴＤ及びＳＦＭを有するデータベース２６は、このユーザ１８のために将来のＢＣＩアプリケーションを改善するために、更新されることができる。この更新プロセスは、バックグラウンドで走ることができる。ユーザプロファイル２４は、グラフィカルユーザインタフェースを使用して簡単に入力されてもよく、又はスマートカードに記憶されることもできる。
【００３９】
図５は、車椅子の特定のアプリケーションについてＢＣＩ４０を生成するために使用されるマッチングプロセスを示している。車椅子のためのアプリケーションプロファイル３８は、（車椅子をオン及びオフするための）オン／オフコマンド、（車椅子を動かすための）８ポイントコンパス特性、及び（同様に車椅子を動かすための）４ポイントコンパス特性の３つの特性２７を含む。各々の特性２７は更に、特性２７を実施するために必要な所望の正確さのレベルを規定する個々の正確さ情報２９を有する。疲労情報もまた、正確さ情報２９の中に含められることができる。ユーザプロファイル２４と同様に、特性２７は、明示的に述べられていなくてもよく、データベース２６のエントリへの数値参照を含むことができる。
【００４０】
ユーザＡのユーザプロファイル２４における関連するエントリが、示されている。ユーザ１８は、彼らが異なる疲労／正確さレベル２５を伴って実施することができる２つのオン／オフタスク２３を有する。ユーザ１８は更に、４ポイントコンパスタスク２３を実施することができるが、８ポイントコンパスタスク２３を実施することはできない。このタスク２３は、ユーザのプロファイル２４に存在しない。訓練ステージの間、ユーザ１８は、十分な正確さのレベルで、このタスク２３を実施することができなかったので、それは、ユーザのプロファイル２４に加えられなかった。ユーザ１８は、正確さ／疲労の中程度のレベル２５で、４ポイントコンパスタスク２３を実施することができる。
【００４１】
ＢＣＩ４０が、特定の車椅子アプリケーションについて、特定のユーザ１８について、生成されようとするとき、アプリケーションプロファイル３８の個々の特性２７に対するメンタルタスク記述２３のマッチングが行われる。この例において、ユーザプロファイル２４の第２のタスク２３は、アプリケーションプロファイル３８の第１の特性２７とマッチし、ユーザプロファイル２４の第３のタスク２３は、アプリケーションプロファイル３８の第３の特性２７にマッチする。このようにして、ユーザ１８が車椅子を制御することを可能にするＢＣＩ４０が生成される。８ポイントコンパスの特性２７は、マッチすることができないが、ユーザプロファイル２４の４ポイントコンパスタスク２３の存在は、ユーザ１８に実践的なＢＣＩ４０を提供するのに十分である。
【００４２】
本発明は、アプリケーション３４を制御するためのあるＢＣＩを少なくとも有する任意の装置３０において使用されることができる。この技術は、障害をもつ人を助ける分野において使用されることができるが、エンタテインメントの分野においても使用されることができる。主な利点は、必要な訓練が、より短く、より退屈でなくより面倒でない（又は全く退屈でなく面倒でない）ことである。本発明は、ＢＣＩを訓練するシステムであって、訓練セッションにおいて、メンタルタスク記述（ＭＴＤ）及び関連する信号、抽出されたフィーチャ及び／又は適合モデル（ＳＦＭ）の集合が、被験者１８から得られ、データベース２６に記憶され、後に、これが使用されようとするとき、装置のアプリケーションプロファイル３８が、得られ、装置３０においてＢＣＩ４０をプログラムするためにデータベース２６からデータを選択するために使用される、システムを提供する。
【００４３】
図６は、アプリケーション３４のユーザ１８のためのブレインコンピュータインタフェース４０を生成する方法を要約している。方法は、メンタルタスク記述２３にマッピングされたユーザの脳信号２０を含むユーザプロファイル２４にアクセスするステップ（ステップＳ４１）と、アプリケーション３４の複数の特性を含むアプリケーションプロファイル３８にアクセスするステップ（ステップＳ４２）と、ユーザプロファイル２４からの１又は複数のメンタルタスク記述２３を、アプリケーションプロファイル３８からの個々の特性２７とマッチングするステップ（ステップＳ４３）と、それに応じてブレインコンピュータインタフェース４０を生成するステップ（ステップＳ４４）と、を含む。ユーザプロファイル２４が、ユーザ１８について生成されると、それは、特定のアプリケーション３４の個別のユーザ１８のための個人化されたブレインコンピュータインタフェース４０を生成するために、何度も使用されることができる。これは、自動的に行われ、ユーザ１８が新しいアプリケーション３４を使用することを望む度に、ユーザ１８が訓練をやり直す必要がないことを確実にする。
【００４４】
プロセッサ３６は、（ユーザプロファイル２４に組み込まれる）知られているユーザ能力を、（アプリケーションプロファイル３８によって規定されるよう）アプリケーション３４の機能にマッピングしている。例えば、アプリケーション３４は、アプリケーションが、車椅子のようなハードウェアの一部に関連するか、又は電子メールアプリケーションのようなソフトウェア機能に関連するかに関わらず、プロファイル３８内に、特定のアプリケーションが提供する１０の機能を規定することができる。しかしながら、ユーザ１８に関する特定のユーザプロファイル２４は、ユーザ１８が満足なレベルで実施することができる５つのタスクのみを規定してもよい。この場合において、プロセッサ３６は、ユーザプロファイル２４のメンタルタスク記述２３にマッチするように、アプリケーションプロファイル３８の１０の特性２７のうちの５つを選択する。これは、ブレインコンピュータインタフェース４０を構成するために使用される。
【００４５】
上述したように、ユーザプロファイル２４の生成に関して、ユーザの疲労レベルに関する詳細が、ユーザプロファイル２４に記録されることができる。これは、プロセッサ３６によってアクセスされることができ、アプリケーション３４の特性に対するメンタルタスク記述２３のマッチングのプロセスにおいて使用されることができる。アプリケーションプロファイル３８は、機能のうち、最も頻繁に使用されるもの、最も正確さを必要とするもの、その他を特定することができる。これは、このアプリケーション３４に関して行われる特定のマッチングに関する判定がなされるとき、プロセッサ３６によって考慮される。
【００４６】
図７は、電動車椅子３０である特定のアプリケーション３４に関する、ユーザ１８用のＢＣＩ４０の生成を示している。ユーザ１８と関連付けられるユーザプロファイル２４、並びに装置３０及び装置３０を制御するアプリケーションに関するアプリケーションプロファイル３８は、一緒に、データベース２６に付随するプロセッサ３６に組み込まれる。車椅子３０のためのアプリケーションプロファイル３８の特性Ｐ１乃至Ｐｎを、ユーザプロファイル２４に規定されるエントリ（又は能力）Ｒ１乃至Ｒｍにリンクするマッチングが行われる。図から分かるように、特性及び機能は、ペアにされ、これは、ユーザ１８が車椅子３０を制御するために使用することができるブレインコンピュータインタフェース４０を生成するために使用される。ＢＣＩ４０の生成は、ユーザ１８の知られている能力に基づくものであり、ユーザのタスクにマッチするので、ユーザ１８は、車椅子３０を使用するために、いかなる他の又は付加的な訓練も受ける必要がない。
【００４７】
図８は、装置特性（Ｐ１乃至Ｐｎ）とユーザのプロファイル（Ｒ１乃至Ｒｍ）のエントリの間のマッチングの詳細な例を示している。マッチングの結果は、ＢＣＩ４０を生成するために使用されるペアの組（Ｐｘ１，Ｒｙ１）乃至（Ｐｘｋ，Ｒｙｋ）である。マッチングの例は、次の通りでありえる。Ｐｘｋ：この装置３０は、少なくとも５つのコマンド（左、右、後、前及び停止）を必要とする。Ｐｙｋ：このユーザは、５つの独立したメンタルタスクを信頼性をもって実施することができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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