(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体のリハビリテーションに用いるリハビリテーション用装置であって、
自己のリハビリ対象部位が運動しているとの自己運動錯覚を誘起させる自己運動錯覚誘起手段によって所定の錯覚刺激を付与することにより、前記自己運動錯覚が誘起されている患者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記生体信号を解析して前記自己運動錯覚が誘起された状態を示す特徴的な生体信号を検出する特徴的生体信号検出部と、
前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記リハビリ対象部位を強制的に運動させる身体駆動手段を制御するための制御信号、および／または脳に刺激を与える脳刺激手段を制御するための制御信号を出力する制御信号出力部と
を有するリハビリテーション用装置。
【請求項２】
前記身体駆動手段は、機械的に患者の身体を動かす機械的な身体駆動手段、または電気的に患者の身体を動かす電気的な身体駆動手段である、請求項１に記載のリハビリテーション用装置。
【請求項３】
前記錯覚刺激は、前記リハビリ対象部位を模した仮想部位が所定の運動を行っている映像を、そのリハビリ対象部位に重なる位置に表示して患者に見せることによる視覚刺激である、請求項１または請求項２に記載のリハビリテーション用装置。
【請求項４】
前記錯覚刺激は、前記リハビリ対象部位を振動させるか、または前記リハビリ対象部位の皮膚を刺激することによる感覚刺激である、請求項１または請求項２に記載のリハビリテーション用装置。
【請求項５】
前記錯覚刺激によって前記自己運動錯覚を誘起させる前に、自己の身体が自己のものであるとの自己身体所有感を誘起させるための刺激を付与する自己身体所有感誘起手段を有している、請求項１から請求項４のいずれかに記載のリハビリテーション用装置。
【請求項６】
前記制御信号出力部は、前記錯覚刺激が付与されてから所定の時間内に前記特徴的な生体信号が検出されたとき、前記制御信号を出力する、請求項１から請求項５のいずれかに記載のリハビリテーション用装置。
【請求項７】
前記制御信号出力部は、前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記身体駆動手段および／または前記脳刺激手段への前記制御信号の代わりに、または前記身体駆動手段および／または前記脳刺激手段への前記制御信号と合わせて、前記リハビリ対象部位を模した仮想部位を駆動する仮想部位駆動手段を制御するための制御信号を出力する、請求項１から請求項６のいずれかに記載のリハビリテーション用装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のリハビリテーション用装置と、前記自己運動錯覚を誘起させる自己運動錯覚誘起手段と、前記身体駆動手段および／または前記脳刺激手段と、を有するリハビリテーションシステム。
【請求項９】
身体のリハビリテーションに用いるリハビリテーション用プログラムであって、
自己のリハビリ対象部位が運動しているとの自己運動錯覚を誘起させる自己運動錯覚誘起手段によって所定の錯覚刺激を付与することにより、前記自己運動錯覚が誘起されてい
る患者から生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記生体信号を解析して前記自己運動錯覚が誘起された状態を示す特徴的な生体信号を検出する特徴的生体信号検出部と、
前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記リハビリ対象部位を強制的に運動させる身体駆動手段を制御するための制御信号、および／または脳に刺激を与える脳刺激手段を制御するための制御信号を出力する制御信号出力部と
してコンピュータを機能させる、リハビリテーション用プログラム。
【請求項１０】
身体のリハビリテーションに用いるリハビリテーション用装置の作動方法であって、
自己のリハビリ対象部位が運動しているとの自己運動錯覚を誘起させる自己運動錯覚誘起手段によって所定の錯覚刺激を付与することにより、前記自己運動錯覚が誘起されている患者から生体信号を取得する生体信号取得部が作動するステップと、
前記生体信号を解析して前記自己運動錯覚が誘起された状態を示す特徴的な生体信号を検出する特徴的生体信号検出部が作動するステップと、
前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記リハビリ対象部位を強制的に運動させる身体駆動手段を制御するための制御信号、および／または脳に刺激を与える脳刺激手段を制御するための制御信号を出力する制御信号出力部が作動するステップと
を有するリハビリテーション用装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳卒中後の片麻痺患者等のように、自らの意志による随意運動が困難または不能となった患者の運動機能を回復させるためのリハビリテーションを行うリハビリテーション用装置、これを備えたリハビリテーションシステム、リハビリテーション用プログラムおよびリハビリテーション方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、患者にリハビリテーションを行うための技術として、例えば、特許第４６１８７９５号公報には、患者に麻痺した身体部分の正常な動きを見せる視覚刺激装置、身体駆動装置、患者の生体信号を検知する手段、検知した生体信号から身体を駆動させるためのデータを生成する手段、および生成されたデータを前記身体駆動装置に送信する手段から構成されており、前記生体信号の検知または外部信号をトリガーとして、前記視覚刺激装置と協調して前記身体駆動装置が患者に見せる身体部分の動きと同じ動きを強制的に開始し、一定時間その動きを継続するようにプログラムされたリハビリ装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６１８７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、脳卒中後の片麻痺患者等においては、損傷半球の運動野に対して非損傷半球から異常な抑制性の入力があることが知られており（いわゆる異常半球間抑制）、当該異常半球間抑制によって、自分で運動しようとする意思の生成が困難になっていると考えられている。このため、上述の特許文献１に記載されているように、身体を動かすことはおろか、自発的に身体を動かそうという意思すら発現できない患者も多くおり、この場合には、そもそも特許文献１においてトリガーとなる生体信号を発することができないという問題がある。【０００５】
また、特許文献１では、患者の生体信号をトリガーとして利用できないとき、外部信号（所定間隔で発せられる音）をトリガーとして利用する旨が記載されている。しかしながら、外部信号を利用する場合、患者の意思とは全く無関係に視覚刺激装置や身体駆動装置を動作させるだけであるため、現実にはリハビリテーション効果を期待できない。【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、自発的に身体を動かそうという意思を発現できない患者に対しても自己の身体が運動しているような自己運動錯覚を誘起させ、高いリハビリテーション効果を得ることができるリハビリテーション用装置、これを備えたリハビリテーションシステム、リハビリテーション用プログラムおよびリハビリテーション方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るリハビリテーション用装置は、身体のリハビリテーションに用いるリハビリテーション用装置であって、自己のリハビリ対象部位が運動しているとの自己運動錯覚を誘起させるための所定の錯覚刺激が付与されている患者から生体信号を取得する生体信号取得部と、前記生体信号を解析して前記自己運動錯覚が誘起された状態を示す特徴的な生体信号を検出する特徴的生体信号検出部と、前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記リハビリ対象部位を強制的に運動させる身体駆動手段および／または脳に刺激を与える脳刺激手段を制御するための制御信号を出力する制御信号出力部とを有する。【０００８】
また、本発明の一態様として、前記錯覚刺激は、前記リハビリ対象部位を模した仮想部位が所定の運動を行っている映像を、そのリハビリ対象部位に重なる位置に表示して患者に見せることによる視覚刺激であってもよい。【０００９】
さらに、本発明の一態様として、前記錯覚刺激は、前記リハビリ対象部位を振動させるか、または前記リハビリ対象部位の皮膚を刺激することによる感覚刺激であってもよい。【００１０】
また、本発明の一態様として、前記錯覚刺激によって前記自己運動錯覚を誘起させる前に、自己の身体が自己のものであるとの自己身体所有感を誘起させるための刺激を付与する自己身体所有感誘起手段を有していてもよい。【００１１】
さらに、本発明の一態様として、前記制御信号出力部は、前記錯覚刺激が付与されてから所定の時間内に前記特徴的な生体信号が検出されたとき、前記制御信号を出力してもよい。【００１２】
また、本発明の一態様として、前記制御信号出力部は、前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記身体駆動手段および／または前記脳刺激手段への前記制御信号の代わりに、または前記身体駆動手段および／または前記脳刺激手段への前記制御信号と合わせて、前記リハビリ対象部位を模した仮想部位を駆動する仮想部位駆動手段を制御するための制御信号を出力してもよい。【００１３】
また、本発明に係るリハビリテーションシステムは、請求項１から請求項６のいずれかに記載のリハビリテーション用装置と、前記自己運動錯覚を誘起させる自己運動錯覚誘起手段と、前記身体駆動手段および／または前記脳刺激手段と、を有する。【００１４】
さらに、本発明に係るリハビリテーション用プログラムは、身体のリハビリテーションに用いるリハビリテーション用プログラムであって、自己のリハビリ対象部位が運動しているとの自己運動錯覚を誘起させるための所定の錯覚刺激が付与されている患者から生体信号を取得する生体信号取得部と、前記生体信号を解析して前記自己運動錯覚が誘起された状態を示す特徴的な生体信号を検出する特徴的生体信号検出部と、前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記リハビリ対象部位を強制的に運動させる身体駆動手段および／または脳に刺激を与える脳刺激手段を制御するための制御信号を出力する制御信号出力部としてコンピュータを機能させる。【００１５】
また、本発明に係るリハビリテーション方法は、身体のリハビリテーションに用いるリハビリテーション方法であって、自己のリハビリ対象部位が運動しているとの自己運動錯覚を誘起させるための所定の錯覚刺激が付与されている患者から生体信号を取得する生体信号取得ステップと、前記生体信号を解析して前記自己運動錯覚が誘起された状態を示す特徴的な生体信号を検出する特徴的生体信号検出ステップと、前記特徴的生体信号検出部によって前記特徴的な生体信号が検出されたときに、前記リハビリ対象部位を強制的に運動させる身体駆動手段および／または脳に刺激を与える脳刺激手段を制御するための制御信号を出力する制御信号出力ステップとを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、自発的に身体を動かそうという意思を発現できない患者に対しても自己の身体が運動しているような自己運動錯覚を誘起させ、高いリハビリテーション効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るリハビリテーション用装置を備えたリハビリテーションシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態において、視覚刺激を付与する自己運動錯覚誘起手段の一例を示す図である。
【図３】本実施形態において、感覚刺激を付与する自己運動錯覚誘起手段の一例を示す図である。
【図４】本実施形態のリハビリテーションシステムを用いたリハビリテーション方法を示すフローチャート図である。
【図５】実施例１において、（ａ）錯覚条件の様子を示す写真、および（ｂ）非錯覚条件の様子を示す写真である。
【図６】実施例１における各条件下で記録された運動誘発電位の重畳波形を示すグラフである。
【図７】実施例２において、（ａ）非錯覚条件および（ｂ）錯覚条件における、各周波数成分の信号強度を示すグラフである。
【図８】実施例２において、８〜１３Ｈｚの周波数帯域における信号強度の平均値の時間変化を示すグラフである。
【図９】実施例３における各刺激条件下において、運動誘発電位の変化率の平均値の時間変化を示すグラフである。
【図１０】実施例４の実験条件を示すイメージ図である。
【図１１】実施例４において、自己運動錯覚を知覚している状態の脳活動を示す脳のｆＭＲＩ画像であって（ａ）左側面図、（ｂ）右側面図、および（ｃ）断面図である。
【図１２】実施例５において、背屈筋および掌屈筋の筋電図を示すグラフである。
【図１３】実施例６の実験装置を示す（ａ）斜視図、（ｂ）ディスプレイ部分を省略した平面図、および（ｃ）右側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本願発明者は、鋭意研究の結果、患者が実際には運動しておらず安静にしている状態であっても、所定の刺激を付与することによって、あたかも自己の身体（リハビリ対象部位）が運動しているかのような感覚を知覚させられることを見出した。本発明において、上記のような現実に反した運動感覚の知覚を自己運動錯覚という。
【００１９】
また、本願発明者は、鋭意研究の結果、上記の自己運動錯覚を誘起させると、現実に運動を実施するときに必要とされる脳活動に近い活動が得られることを見出した。このため、自己運動錯覚を用いることで、脳の運動野が活性化し、上述した異常半球間抑制が改善されると予測した。また、当該異常半球間抑制の改善によって自発的な運動の発現が促され、片麻痺患者等の運動機能を回復するのに有効であると推測し、本発明を完成させるに至った。
【００２０】
以下、本発明に係るリハビリテーション用装置、これを備えたリハビリテーションシステム、リハビリテーション用プログラムおよびリハビリテーション方法の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態のリハビリテーションシステム１は、主として、自己運動錯覚誘起手段２と、生体信号採取手段３と、身体駆動手段４と、脳刺激手段５と、仮想部位駆動手段８と、本実施形態のリハビリテーション用装置１０とから構成されている。以下、各構成について説明する。
【００２２】
自己運動錯覚誘起手段２は、患者に所定の錯覚刺激を付与することにより、自己の身体（リハビリ対象部位）が運動しているとの自己運動錯覚を誘起させるものである。本実施形態において、自己運動錯覚誘起手段２により付与される錯覚刺激としては、主として、視覚刺激と感覚刺激とがある。
【００２３】
錯覚刺激として視覚刺激を付与する場合、自己運動錯覚誘起手段２は、図２に示すように、液晶ディスプレイやヘッドマウントディスプレイ等の表示装置２１や、この表示装置２１に視覚刺激用映像を入力するパーソナルコンピュータ等の映像再生装置２２等により構成される。また、表示装置２１と映像再生装置２２が一体的に構成されたタブレットタイプの携帯端末等を利用することも可能である。また、視覚刺激用映像としては、リハビリ対象部位を模した仮想部位が所定の運動を行っている映像が用いられる。
【００２４】
そして、図２に示すように、患者のリハビリ対象部位に仮想部位を重なる位置に表示して患者に見せることにより、あたかも自己の身体が正に自己のものであるという感覚（いわゆる自己身体所有感）が誘起され、かつ、当該重ねた状態で視覚刺激用映像を表示することにより患者に自己運動錯覚が誘起される。なお、視覚刺激用映像は、患者自身のリハビリ対象部位を映像化することが好ましいが、これに限定されるものではなく、その患者のリハビリ対象部位と同様の色彩や形状等を模したものであれば、他人の映像やコンピュータグラフィクス等の映像でもよい。また、映像再生装置２２は、リハビリテーション用装置１０によって兼用させてもよく、リハビリテーション用装置１０とは別体でもよい。
【００２５】
錯覚刺激として感覚刺激を付与する場合、自己運動錯覚誘起手段２は、バイブレータ等の振動装置２３によって構成される。そして、リハビリ対象部位が例えば手首の場合、図３に示すように、振動装置２３を手首の腱に当てた状態で振動させることにより筋紡錘が発火し、自己運動錯覚が誘起される。
【００２６】
また、自己運動錯覚誘起手段２は、リハビリ対象部位の皮膚を刺激することにより感覚刺激を付与し、自己運動錯覚を誘起してもよい。具体的には、リハビリ対象部位の近傍にテープでワイヤを貼り付け、当該ワイヤを引っ張って皮膚をストレッチさせることが考えられる。あるいは、回転可能な円盤上に掌を載置し、当該円盤を所定方向に回転させることによっても感覚刺激を付与しうる。
【００２７】
生体信号採取手段３は、脳波信号や脳血流等の脳活動、または筋肉の活動電位や関節の動き等の筋活動等を示す生体信号を採取するものである。本実施形態において、脳波信号を採取する生体信号採取手段３としては、頭皮上に配置されて脳活動に伴って生じた電位変化を捉える電極や、この電極で採取された脳波信号を周波数解析し周波数成分ごとの信号強度データとして出力する脳波計等により構成される。また、脳血流を採取する生体信号採取手段３としては、近赤外分光血流計等が用いられる。
【００２８】
また、筋肉の活動電位を採取する生体信号採取手段３としては、筋電計等が用いられる。この筋電計は、リハビリ対象部位の運動に関わる筋肉の活動電位を計測するとともに、当該活動電位信号を周波数解析し、周波数成分ごとの信号強度データとして出力するようになっている。さらに、関節の動きを採取する生体信号採取手段３としては、加速度センサや角度センサの他、モーションキャプチャから画像処理によって、関節が動いた際の加速度や角度を算出するようにしてもよい。
【００２９】
身体駆動手段４は、患者の身体（リハビリ対象部位）を強制的に動かして運動させるものである。本実施形態において、身体駆動手段４は、機械的に患者の身体を動かす場合と、電気的に患者の身体を動かす場合とが例示される。機械的な身体駆動手段４としては、リハビリ対象部位に装着されてアクチュエータ等によって駆動され、身体を強制的に動かすパワーアシスト装置等が挙げられる。一方、電気的な身体駆動手段４としては、リハビリ対象部位に貼付された電極に低周波のパルス電流を流して筋肉を収縮させ、身体を強制的に動かす電気刺激装置等が挙げられる。
【００３０】
脳刺激手段５は、非侵襲的に患者の脳に刺激を与えて脳の可塑性を誘起するものである。本実施形態において、脳刺激手段５が脳に刺激を与える方法としては、経頭蓋磁気刺激（Transcranial Magnetic Stimulation：ＴＭＳ）と、経頭蓋直流電気刺激（transcranial Direct Current Stimulation：ｔＤＣＳ）とが例示される。
【００３１】
経頭蓋磁気刺激は、刺激コイルに素早いパルス電流を流すことで、刺激コイルの直下に磁場を誘起し、電磁誘導を通じて脳内に渦電流を誘起する方法である。刺激コイルを一次運動野（Ｍ１）上に設置することにより、平行に走行する皮質細胞を刺激し、いくつかのシナプスを介して錐体路細胞を興奮させる。このように経頭蓋磁気刺激は、非侵襲的に大脳皮質や半球間回路に対して刺激を与えられるため、治療的介入効果が期待されている。
【００３２】
また、経頭蓋直流電気刺激は、経頭蓋磁気刺激と同様、非侵襲的かつ痛みが少ない刺激方法である。具体的には、一次運動野を刺激する場合、一対の刺激電極の一方を一次運動野の直上に配置するとともに、他方を反対側の眼窩上に配置し、刺激時間と極性によって、刺激部位の興奮性を高めたり低下させたりする。経頭蓋磁気刺激および経頭蓋直流電気刺激は、いずれも損傷された半球側の一次運動野において興奮性を高めるか、正常半球側の一次運動野における興奮性が低下する方へ調整する。このため、脳卒中患者等の運動機能を改善することにつながると考えられる。
【００３３】
なお、上記のように、脳の一次運動野を刺激して目的の筋肉から記録される複合筋活動電位を運動誘発電位（Motor Evoked Potential：ＭＥＰ）という。また、本実施形態では、患者に強い自己運動錯覚を誘起させるため、自己運動錯覚誘起手段２は、視覚刺激および感覚刺激の双方を同じタイミングで付与している。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、視覚刺激または感覚刺激のいずれか一方だけでも、十分な自己運動錯覚を誘起させることができる。
【００３４】
仮想部位駆動手段８は、自発的に身体を動かそうという意思をわずかにでも発現できる患者のリハビリ対象部位を模した仮想部位を駆動するものである。本実施形態において、仮想部位駆動手段８は、視覚刺激を付与する場合の自己運動錯覚誘起手段２と同等の構成を備えており、液晶ディスプレイやヘッドマウントディスプレイ等の表示装置２１と、この表示装置２１に仮想部位を表示させるパーソナルコンピュータ等の映像再生装置２２により構成される。
【００３５】
ただし、自己運動錯覚誘起手段２では、上述したとおり、仮想部位が患者の意思によらず所定の運動を行っている視覚刺激用映像を使用する。これに対し、仮想部位駆動手段８では、後述するとおり、患者が自発的に身体を動かそうという意思を発したタイミングに合わせて、仮想部位が動くようにフィードバック制御しうるようになっている。この場合、自己運動錯覚を誘起させる場合と同様、仮想部位を患者のリハビリ対象部位に重なる位置に表示して患者に見せる必要がある。
【００３６】
なお、仮想部位の動作を制御する方法としては、患者の静止画像からリハビリ対象部位をトリミングし、当該トリミング領域を仮想部位として移動させる画像処理プログラムが考えられる。または、患者のリハビリ対象部位を模したコンピュータグラフィックスを製作し、当該コンピュータグラフィックスによる仮想部位を移動させる画像処理プログラムを用いてもよい。
【００３７】
リハビリテーション用装置１０は、上述した各手段とともに、身体のリハビリテーションに用いる装置である。本実施形態において、リハビリテーション用装置１０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成されており、図１に示すように、主として、記憶手段６と、演算処理手段７とを有している。
【００３８】
記憶手段６は、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段７が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。本実施形態において、記憶手段６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびフラッシュメモリ等によって構成されており、図１に示すように、プログラム記憶部６１と、検出対象周波数記憶部６２と、判定用閾値記憶部６３と、刺激タイミング記憶部６４とを有している。以下、各構成部についてより詳細に説明する。
【００３９】
プログラム記憶部６１には、本実施形態のリハビリテーション用プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段７が、リハビリテーション用プログラム１ａを実行することにより、リハビリテーション用装置１０としてのコンピュータを後述する各構成部として機能させるようになっている。
【００４０】
なお、リハビリテーション用プログラム１ａの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等のように、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にリハビリテーション用プログラム１ａを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、リハビリテーション用装置１０とは別に設置されたデータサーバ等に記憶手段６を設け、当該データサーバ等からＡＳＰ（Application Service Provider）方式やクラウドコンピューティング方式で利用してもよい。
【００４１】
検出対象周波数記憶部６２は、後述する特徴的生体信号検出部７２が、特徴的な生体信号を検出する際に用いる周波数成分である検出対象周波数を記憶するものである。本発明において、特徴的な生体信号とは、自己運動錯覚が誘起された状態を示す全ての脳活動（脳波や脳血流）や筋活動（筋肉の活動電位や関節の加速度や角度）を含む概念である。
【００４２】
上述したとおり、本実施形態において、生体信号採取手段３は、生体信号として脳活動を採取する場合、脳波信号を周波数成分ごとの信号強度として出力するようになっている。一方、実施例２で後述するとおり、本願発明者は、自己運動錯覚が誘起されたとき、所定の周波数成分における信号強度が大きく変化することを見出した。そこで、本実施形態では、適切な検出対象周波数を設定し、当該周波数成分の信号強度における大きな変化を特徴的な脳活動として検出することとしている。
【００４３】
なお、本実施形態では、アルファ波に相当する８〜１３Ｈｚを検出対象周波数として記憶しているが、特徴的な脳活動を検出しうる周波数帯域であれば適宜設定してもよい。例えば、単一の周波数成分（例：１０Ｈｚ）でもよく、複数の周波数成分（例：５Ｈｚおよび１０Ｈｚ）でもよく、あるいは複数の周波数帯域（例：３〜５Ｈｚおよび８〜１３Ｈｚ）でもよい。
【００４４】
また、上述したとおり、生体信号採取手段３は、生体信号として筋肉の活動電位を採取する場合、当該活動電位を周波数成分ごとの信号強度として出力するようになっている。このため、検出対象周波数記憶部６２には、特徴的な筋肉の活動電位を検出する際に用いる周波数成分である検出対象周波数が記憶されている。
【００４５】
判定用閾値記憶部６３は、後述する特徴的生体信号検出部７２が、特徴的な生体信号か否かを判定するための判定用閾値を記憶するものである。本実施形態では、生体信号として脳活動を採取した場合、脳波信号の検出対象周波数の信号強度における大きな変化、または脳血流における大きな変化を特徴的な脳活動（生体信号）として検出する。このため、前記脳波信号の信号強度における大きな変化または前記脳血流における大きな変化がどの程度であれば、特徴的な脳活動として判定すべきかを判定用閾値で定めている。
【００４６】
また、本実施形態において、生体信号として筋活動を採取した場合、筋肉の活動電位の検出対象周波数の信号強度における大きな変化、または関節の加速度や角度における大きな変化を特徴的な筋活動（生体信号）として検出する。このため、前記活動電位の信号強度における大きな変化または関節の動きにおける大きな変化がどの程度であれば、特徴的な筋活動として判定すべきかを判定用閾値で定めている。
【００４７】
なお、本実施形態では、患者ごとに適切な判定用閾値を設定するため、錯覚刺激を付与する前の安静時における信号強度の平均値に、標準偏差の２倍（２ＳＤ）を足し合わせた値を判定用閾値に設定している。しかしながら、当該値に限定されるものではなく、判定用閾値を一定値に固定してもよい。
【００４８】
刺激タイミング記憶部６４は、自己運動錯覚を誘起させるための錯覚刺激を付与する刺激タイミングを記憶するものである。この刺激タイミングは、後述するとおり、特徴的生体信号検出部７２により検出された特徴的な生体信号が、自己運動錯覚が誘起されたことに起因するものであることを担保するためのデータである。
【００４９】
具体的には、刺激タイミングは、自己運動錯覚誘起手段２が視覚刺激を付与する場合に利用可能なデータである。すなわち、視覚刺激用映像において、リハビリ対象部位を模した仮想部位が所定の運動を行うタイミングを時間軸に表したタイミングチャートが、刺激タイミングとして刺激タイミング記憶部６４に記憶される。
【００５０】
つぎに、演算処理手段７は、上記各手段との間で各種の信号をやりとりし、各種の演算処理を実行するものである。本実施形態において、演算処理手段７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって構成されており、記憶手段６にインストールされたリハビリテーション用プログラム１ａを実行することにより、図１に示すように、生体信号取得部７１と、特徴的生体信号検出部７２と、制御信号出力部７３として機能するようになっている。以下、各構成部についてより詳細に説明する。
【００５１】
生体信号取得部７１は、自己運動錯覚を誘起させるための所定の錯覚刺激が付与されている患者から生体信号を取得するものである。本実施形態では、患者から生体信号を採取するに際して、自己の身体が運動しているような自己運動錯覚を誘起させる。具体的には、生体信号取得部７１は、自己運動錯覚誘起手段２により所定の錯覚刺激を付与しながら、生体信号採取手段３から生体信号を取得する。
【００５２】
なお、本実施形態において、生体信号採取手段３が脳波計の場合、生体信号取得部７１は、脳波信号から得られた周波数成分ごとの信号強度データを生体信号として取得する。また、生体信号採取手段３が近赤外分光血流計の場合、生体信号取得部７１は、脳血流のデータを生体信号として取得する。さらに、生体信号採取手段３が筋電計の場合、生体信号取得部７１は、筋肉の活動電位信号から得られた周波数成分ごとの信号強度データを生体信号として取得する。また、生体信号採取手段３が加速度センサや角度センサの場合、生体信号取得部７１は、関節の加速度データや角度データを生体信号として取得する。
【００５３】
特徴的生体信号検出部７２は、患者から採取された生体信号をリアルタイムで解析し、特徴的な生体信号を検出するものである。本実施形態において、脳波信号から特徴的な脳活動を検出する場合、特徴的生体信号検出部７２は、生体信号取得部７１により取得された脳波信号に関する周波数成分ごとの信号強度データを解析する。
【００５４】
具体的には、特徴的生体信号検出部７２は、検出対象周波数記憶部６２に記憶されている検出対象周波数を参照し、当該検出対象周波数の信号強度を時系列に抽出する。そして、特徴的生体信号検出部７２は、抽出した信号強度と、判定用閾値記憶部６３に記憶されている判定用閾値とを比較し、大きな変化がないか否かを監視する。その結果、信号強度が判定用閾値を超えたとき、または信号強度が判定用閾値以下となったとき、特徴的な脳活動（生体信号）として検出するようになっている。
【００５５】
また、本実施形態において、脳血流から特徴的な脳活動を検出する場合、特徴的生体信号検出部７２は、生体信号取得部７１により取得された脳血流を解析する。具体的には、特徴的生体信号検出部７２は、脳血流と判定用閾値記憶部６３に記憶されている判定用閾値とを比較し、大きな変化がないか否かを監視する。その結果、脳血流が判定用閾値を超えたとき、または脳血流が判定用閾値以下となったとき、特徴的な脳活動（生体信号）として検出する。
【００５６】
さらに、本実施形態において、筋肉の活動電位から特徴的な筋活動を検出する場合、特徴的生体信号検出部７２は、生体信号取得部７１により取得された活動電位信号に関する周波数成分ごとの信号強度データを解析する。具体的には、特徴的生体信号検出部７２は、検出対象周波数記憶部６２に記憶されている検出対象周波数を参照し、当該検出対象周波数の信号強度を時系列に抽出する。そして、特徴的生体信号検出部７２は、抽出した信号強度と、判定用閾値記憶部６３に記憶されている判定用閾値とを比較し、大きな変化がないか否かを監視する。その結果、信号強度が判定用閾値を超えたとき、または信号強度が判定用閾値以下となったとき、特徴的な筋活動（生体信号）として検出する。
【００５７】
また、本実施形態において、関節の動きから特徴的な筋活動を検出する場合、特徴的生体信号検出部７２は、生体信号取得部７１により取得された加速度データや角度データを解析する。具体的には、特徴的生体信号検出部７２は、加速度データや角度データと判定用閾値記憶部６３に記憶されている判定用閾値とを比較し、大きな変化がないか否かを監視する。その結果、加速度データや角度データが判定用閾値を超えたとき、または加速度データや角度データが判定用閾値以下となったとき、特徴的な筋活動（生体信号）として検出する。
【００５８】
制御信号出力部７３は、特徴的な生体信号が検出されたとき、身体駆動手段４および／または脳刺激手段５を制御するための制御信号を出力するものである。本実施形態において、制御信号出力部７３は、特徴的生体信号検出部７２が特徴的な生体信号を検出したか否かを常時監視する。そして、特徴的な生体信号が検出されたタイミングで、身体駆動手段４を制御する制御信号および／または脳刺激手段５を制御する制御信号を出力するようになっている。
【００５９】
具体的には、身体駆動手段４を制御する制御信号としては、パワーアシスト装置を駆動させる制御信号や、電気刺激装置にパルス電流を出力させる制御信号が挙げられる。また、脳刺激手段５を制御する制御信号としては、経頭蓋磁気刺激や経頭蓋直流電気刺激に係る装置を駆動させる制御信号が挙げられる。
【００６０】
また、本実施形態において、制御信号出力部７３は、特徴的生体信号検出部７２により検出された特徴的な生体信号が、自己運動錯覚が誘起されたことに起因するものであることを担保するためのオプション機能を有している。すなわち、制御信号出力部７３は、自己運動錯覚誘起手段２により錯覚刺激が付与されてから、所定の時間内に特徴的な生体信号が検出されたとき、制御信号を出力するようになっている。
【００６１】
具体的には、視覚刺激を付与する自己運動錯覚誘起手段２は、上述したとおり、表示装置２１および映像再生装置２２から構成される。このため、制御信号出力部７３は、当該映像再生装置２２から視覚刺激用映像の再生が開始された時刻を取得するとともに、刺激タイミング記憶部６４に記憶されている刺激タイミングを参照し、患者に視覚刺激が付与される刺激付与時刻を把握する。
【００６２】
そして、制御信号出力部７３は、特徴的生体信号検出部７２が特徴的な生体信号を検出する度に、当該検出時刻が刺激付与時刻から所定の時間内であるか否かを判定する。その結果、所定の時間内である場合のみ制御信号を出力するようになっている。なお、所定の時間としては、１〜２秒以内に設定することが望ましい。
【００６３】
なお、本実施形態では、リハビリテーション効果を最大限に高めるため、制御信号出力部７３は、身体駆動手段４および脳刺激手段５の双方に制御信号を同期させて出力している。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、身体駆動手段４または脳刺激手段５のいずれか一方にのみ制御信号を出力してもよい。
【００６４】
また、本実施形態において、自発的に身体を動かそうという意思をわずかにでも発現できる患者を対象とする場合、特徴的生体信号検出部７２が当該意思を特徴的な生体信号として検出する。そして、当該検出したタイミングに合わせて、制御信号出力部７３が身体駆動手段４および／または脳刺激手段５への制御信号の代わりに、または身体駆動手段４および／または脳刺激手段５への制御信号と合わせて、仮想部位駆動手段８を制御するための制御信号を出力する。具体的には、仮想部位駆動手段８を制御する制御信号としては、特徴的な生体信号の特徴量に応じた移動量で、静止画像やコンピュータグラフィックス中の仮想部位が動く画像処理を実行させる命令信号が挙げられる。
【００６５】
つぎに、本実施形態のリハビリテーション用装置１０、これを備えたリハビリテーションシステム１、リハビリテーション用プログラム１ａおよびリハビリテーション方法による作用について、図４を用いて説明する。
【００６６】
まず、脳卒中後の片麻痺患者等に対して、身体（リハビリ対象部位）のリハビリテーションを行う場合、自己運動錯覚誘起手段２、生体信号採取手段３、身体駆動手段４および脳刺激手段５を装着ないしセッティングする。
【００６７】
つぎに、自己運動錯覚誘起手段２を用いて、患者に所定の錯覚刺激を付与し、自己運動錯覚を誘起させる（ステップＳ１）。これにより、患者が安静にしている状態であっても、あたかも自己の身体が正に自己のものであるという感覚（いわゆる自己身体所有感）、および自己の身体が運動しているかのような感覚（自己運動錯覚）を誘起させる。また、錯覚刺激として視覚刺激を付与する場合には、リハビリ対象部位および仮想部位の色彩や形状をできるだけ一致させ、患者自身のリハビリ対象部位と違和感がないように配置および表示することで、より強い自己身体所有感および自己運動錯覚が誘起される。
【００６８】
つづいて、生体信号取得部７１が、自己運動錯覚が誘起されている患者から採取された生体信号を取得する（ステップＳ２）。これにより、脳波信号や筋肉の活動電位信号からは周波数成分ごとの信号強度がリアルタイムかつ時系列で取得される。また、脳血流や関節の加速度・角度のデータも使用する場合には、別途取得される。
【００６９】
つぎに、特徴的生体信号検出部７２が、患者から採取された生体信号をリアルタイムで解析し、特徴的な生体信号を検出する（ステップＳ３）。このとき、本実施形態では、生体信号として脳波や筋肉の活動電位を用いる場合、特徴的な生体信号を検出するための検出対象周波数と、特徴的な生体信号か否かを判定するための判定用閾値とが適切に設定されている。このため、自己運動錯覚に相当する特徴的な脳活動や筋活動が高精度に検出される。
【００７０】
特徴的な生体信号が検出されない限り（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ１〜Ｓ２の処理が繰り返される。一方、特徴的な生体信号が検出される度に（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御信号出力部７３が、当該検出時刻が刺激付与時刻から所定の時間内であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００７１】
その結果、所定の時間内でなければ（ステップＳ４：ＮＯ）、制御信号出力部７３は制御信号を出力せず、処理をステップＳ１へと戻す。これにより、特徴的な生体信号が検出された場合であっても、明らかに自己運動錯覚が誘起されたことに起因しない脳活動または筋活動であれば、制御信号が出力されない。このため、自己運動錯覚が誘起されていない状態、すなわちリハビリテーション効果があまり見込まれない状態で、身体駆動手段４や脳刺激手段５を作動させずに済み、患者への負担を軽減する。
【００７２】
一方、所定の時間内である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御信号出力部７３が制御信号を出力する（ステップＳ５）。これにより、身体駆動手段４および脳刺激手段５が、自己運動錯覚が誘起されたタイミングに同期されて正確に駆動される。このため、運動野の活動性が向上し、上述の異常半球間抑制が改善される。また、当該異常半球間抑制の改善によって自発的な運動の発現が促され、片麻痺患者等の運動機能を回復する。
【００７３】
なお、制御信号が出力された後は、リハビリテーションが終了するまでステップＳ１からの処理が繰り返される（ステップＳ６）。
【００７４】
なお、上述した本実施形態では、脳卒中後の片麻痺患者等のように、自発的に身体を動かそうという意思を発現できない患者に対するリハビリテーションについて説明した。しかしながら、本発明に係るリハビリテーション用装置１０、リハビリテーション用プログラム１ａおよびリハビリテーション方法は、自発的に身体を動かそうという意思をわずかにでも発現できる患者を対象とすることも可能である。
【００７５】
この場合、自己運動錯覚誘起手段２によって患者にある程度の自己運動錯覚を誘起させた後、当該患者に自らの意思で身体を動かそうと考えさせる。すると、生体信号取得部７１が特徴的な生体信号を検出し、当該検出タイミングに合わせて制御信号出力部７３が仮想部位駆動手段８に制御信号を出力する。これにより、患者のリハビリ対象部位を模した仮想部位が、患者の意思にシンクロナイズされた状態で動作する。このため、当該仮想部位の動作を目視することによって、当該患者の自己運動錯覚がさらに増大される。すなわち、仮想部位駆動手段８による仮想部位の動作が視覚刺激となり、自己運動錯覚誘起手段２としての役割を果たすこととなる。なお、制御信号出力部７３は、仮想部位駆動手段８へ制御信号を出力するのと同時に、身体駆動手段４および／または脳刺激手段５に対しても制御信号を出力してもよい。
【００７６】
また、制御信号出力部７３は、特徴的な生体信号の特徴量に応じて、仮想部位駆動手段８による仮想部位の移動量を制御することも可能である。これにより、仮想部位の移動量が少なければ、身体を動かそうとする意思をもっと強くするよう患者に努力を促す等、患者に視覚的なフィードバックを提供でき、リハビリ効果が向上される。
【００７７】
さらに、本発明に係るリハビリテーション用装置１０、リハビリテーション用プログラム１ａおよびリハビリテーション方法の対象患者は、上記の片麻痺患者等に限定されるものではない。例えば、怪我や病気によって四肢を切断した後に、当該切断した四肢に痛みを感じる幻肢痛や、骨折等の怪我により局所的な部位（四肢等）の安静を強いられた後、当該部位に慢性的に残る疼痛のように、創傷部位が治癒した後に残存する痛みを有する患者を対象としてもよい。
【００７８】
この場合、当該患者の創傷部位をリハビリ対象部位として、本発明に係るリハビリテーション用装置１０、リハビリテーション用プログラム１ａおよびリハビリテーション方法を用いてリハビリテーションを実施することにより、当該部位に残存する疼痛が低減し、または消失するという作用が期待される。
【００７９】
以上のような本実施形態によれば、以下のような効果を奏する
１．自発的に身体を動かそうという意思を発現できない患者に対しても、自己運動錯覚を誘起させ、高いリハビリテーション効果を得ることができる。
２．脳卒中後の片麻痺患者等の運動機能を効果的に回復させるためのトレーニングを実施することができる。
３．患者は安静にしているだけでよく、患者への負担が少ない非侵襲でリハビリテーションを行うことができる。
４．自己運動錯覚が誘起されたタイミングと、身体駆動手段４や脳刺激手段５を駆動するタイミングとを高精度に同期することができる。
５．自己運動錯覚を効果的に誘起することができ、その誘起を高精度に検出することができる。
６．自己運動錯覚が誘起されていない状態で、身体駆動手段４や脳刺激手段５が駆動されるのを抑制し、患者への負担を軽減することができる。
７．幻肢痛等のように、創傷部位が治癒した後に残存する疼痛を低減または消失させることができる。
８．自発的に身体を動かそうという意思をわずかに発現できる患者に対しては、仮想部位の動作をフィードバック制御し、自己運動錯覚の誘起と仮想部位の駆動とを繰り返しループさせることにより、高いリハビリテーション効果を得ることができる。
【００８０】
つぎに、本発明に係るリハビリテーション用装置１０、これを備えたリハビリテーションシステム１、リハビリテーション用プログラム１ａおよびリハビリテーション方法の具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００８１】
本実施例１では、自己運動錯覚が誘起されている状態で脳刺激を付与した場合と、自己運動錯覚が誘起されていない状態で脳刺激を付与した場合とで、脳活動にどのような変化があるのかを確認する実験を行った。【００８２】
まず、自己運動錯覚を誘起させる条件（錯覚条件）として、図５（ａ）に示すように、完全に安静にしている被験者の左前腕部分に、液晶モニタを触れないように設置した。当該液晶モニタには、他者の左前腕の示指（人指し指）が外転・内転運動を反復する視覚刺激用映像を映し出した。そして、当該視覚刺激用映像内の左前腕（仮想部位）と被験者の左前腕（リハビリ対象部位）とが重なって見えるように液晶モニタの設置位置を調節した。【００８３】
一方、自己運動錯覚を誘起させない条件（非錯覚条件）として、図５（ｂ）に示すように、被験者自身の左前腕が見えるように、仮想部位を表示している液晶モニタを離して設置した。そして、自身の示指が動いていないことを認識しながら、上記と同じ視覚刺激用映像を映し出した。【００８４】
上記二つの条件および安静時の各条件下において、筋電図・誘発電位検査装置（日本光電工業株式会社，Neuropack）を用いて、脳の興奮性の指標となる運動誘発電位（Motor Evoked Potential：ＭＥＰ）を被験者について記録した。【００８５】
具体的には、左手指から運動誘発電位を記録するために適した位置において、円形コイルを用いて経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）を行った。経頭蓋磁気刺激の刺激強度は、被験者毎に適切な試験刺激強度を探索した結果として、安静時運動閾値の１１４．６１±７．９１％となった。また、視覚刺激用映像において、左示指が外転運動を行ったタイミングに合わせて経頭蓋磁気刺激を実施した。なお、運動誘発電位は、示指の外転運動に関わる筋肉である第一背側骨間筋（ＦＤＩ）の他、小指外転筋（ＡＤＭ）からも記録した。【００８６】
以上の各条件下で記録された運動誘発電位の重畳波形を図６に示す。図６で示されるように、自己運動錯覚が誘起されている錯覚条件下では、安静時や非錯覚条件下の運動誘発電位よりも明らかに運動誘発電位の振幅が大きかった。すなわち、錯覚条件下では、皮質脊髄路の興奮性が高まることが明示された。【００８７】
以上のような本実施例１によれば、自己運動錯覚が誘起されている状態で脳刺激を与えると脳活動が活性化し、自己運動錯覚が誘起されていない状態で脳刺激を与えても脳活動が活性化しないことが示された。また、脳活動が低い状態では運動を学習しないため、やみくもに身体駆動手段４で身体を動かしたり、脳刺激手段５で脳を刺激しても、高いリハビリテーション効果は得られないことが示された。すなわち、本発明のように、まずは自己運動錯覚を誘起させ、そのタイミングに合わせて身体駆動や脳刺激を行うという順番が極めて重要であることが明らかになった。【００８８】
なお、本実施例１において、第一背側骨間筋の支配領域における運動誘発電位の促通は、内転運動中には起こらず、小指外転筋の支配領域から誘発される運動誘発電位でも起こらなかった。さらに、同じ動画を見ているものの、モニタの設置位置がずれており、かつ自分の指が動いていないことが見えている非錯覚条件下では、運動誘発電位に変化がなかった。したがって、錯覚条件は現実の運動のように運動方向依存性、および体部位選択性をもって誘起される促通現象であると理解できる。
【実施例２】
【００８９】
本実施例２では、自己運動錯覚の誘起に起因する特徴的な脳活動が、脳波の周波数成分のうち、どのあたりの帯域に現れるのかを確認する実験を行った。【００９０】
まず、特徴的な脳活動を検出する条件（錯覚条件）としては、実施例１と同様の実験条件とした。ただし、視覚刺激用映像としては、被験者（２４歳，男性）のリハビリ対象部位である手関節が掌屈を繰り返す動画を使用した。また、被験者には、視覚刺激用映像と合わせて、手関節が掌屈を繰り返すイメージを頭の中に浮かばせた。【００９１】
一方、特徴的な脳活動を検出させない条件（非錯覚条件）としては、液晶モニタの位置は錯覚条件における位置と変えずに、動画自体を上下反転表示し、視覚刺激用映像内の仮想部位と被験者のリハビリ対象部位とが重ならないように表示した。【００９２】
上記二つの各条件下において、視覚刺激用映像の再生を開始する１秒前の時点から、筋電図・誘発電位検査装置（日本光電工業株式会社，Neuropack）を用いて、各周波数成分における信号強度を測定した。その結果を図７に示す。【００９３】
図７に示すように、錯覚条件と非錯覚条件とを比較すると、視覚刺激用映像が開始された直後で、１０Ｈｚ付近における信号強度の変化に大きな違いが見られた。そこで、各条件下において、運動に関わる周波数成分として一般的に用いられる、８〜１３Ｈｚの周波数帯域における信号強度を抽出し、その平均値の時間変化をグラフ化したものを図８に示す。【００９４】
図８に示すように、錯覚条件では、視覚刺激用映像が開始されると、信号強度が急激に増加し、その後、急激に低下していた。一方、非錯覚条件では、視覚刺激用映像の開始後に錯覚条件とやや類似した傾向が見られるものの、極端な変化ではなかった。【００９５】
以上のような本実施例２によれば、脳波における所定の周波数帯域において、自己運動錯覚が誘起されたことに起因する特徴的な脳活動が現れることが示された。
【実施例３】
【００９６】
本実施例３では、様々な刺激を付与した前後において、脳の興奮性の指標となる運動誘発電位がどのように変化するかを確認する実験を行った。【００９７】
具体的には、健常な被験者に対する刺激として、以下の三種類を設定した。
刺激１：経頭蓋に直流電気による刺激を付与する（経頭蓋直流電気刺激）
刺激２：頭の中で自己の身体が運動しているイメージを想像させる
刺激３：視覚刺激を付与するための視覚刺激用映像を見せる【００９８】
そして、上記三種類の刺激を組み合わせて、以下の五つの刺激条件を設定した。
刺激条件１：刺激１＋刺激２＋刺激３
刺激条件２：刺激１のみ
刺激条件３：刺激１＋刺激２
刺激条件４：刺激１＋刺激３
刺激条件５：刺激２＋刺激３【００９９】
上記の各刺激条件下において１０〜１５分間刺激を与え、刺激開始から刺激終了後６０分後までの間、筋電図・誘発電位検査装置（日本光電工業株式会社，Neuropack）を用いて、運動誘発電位の変化率を測定した。当該変化率の平均値の時間変化を図９に示す。【０１００】
図９に示すように、測定時期における主効果のＦ値およびＰ値はそれぞれ、Ｆ＝１４．７０，Ｐ＜０．００５であり、交互作用のＦ値およびＰ値はそれぞれ、Ｆ＝１．９６４，Ｐ＝０．０２７であった。したがって、本実施例３によれば、上記各刺激を付与した後は、統計学的に有意に運動誘発電位が向上することが示された。【０１０１】
また、単独で電気刺激を付与した場合（刺激条件２）、図９に示すように、刺激を開始した時点と刺激を終了した直後とで、運動誘発電位の変化率に有意差は見られなかった。これに対し、視覚刺激用映像により自己運動錯覚を誘起させたタイミングで電気刺激を付与した場合（刺激条件４）、刺激を終了した直後、運動誘発電位の変化率が最も高い値を示し、皮質運動野の興奮性が有意に高まっていた。よって、本実施例３によれば、本発明に係るリハビリテーションは、急性効果がより高いことが示された。【０１０２】
さらに、視覚刺激用映像により自己運動錯覚を誘起させたタイミングで、自らも運動するイメージをさせて電気刺激を付与した場合（刺激条件１）、図９に示すように、刺激を終了してから少なくとも３０分間は、皮質運動野において高い興奮性が持続された。この持続性が長いほど、リハビリテーションに係る運動を学習しやすいと考えられている。よって、本実施例３によれば、自発的に身体を動かそうという意思を少しでも発現できる患者であれば、自己運動錯覚が誘起されたタイミングに当該意思を同期させることで、より高いリハビリテーション効果を得られることが示された。
【実施例４】
【０１０３】
本実施例４では、視覚刺激によって自己運動錯覚が誘起されている間の脳活動を確認する実験を行った。【０１０４】
被験者としては、神経的または精神疾患の病歴がない右利きの健常者１４名とした。各被験者は、図１０に示すように、仰向けの状態となった状態で、右手首の位置が動かないように緩やかに固定された。また、各被験者の眼前には鏡を固定するとともに、右手を撮影しうる位置にウェブカメラを固定した。そして、当該ウェブカメラによって頭上側のスクリーンに投影された自分の右手を眼前の鏡によって見える状態とした。【０１０５】
つぎに、各被験者は、自分の右手が見えていることを確認した後、手関節の掌屈運動を所定速度でゆっくり繰り返し、ウェブカメラにより視覚刺激用映像として記録した。つづいて、各被験者は、同じ位置かつ同じ速度で運動している自分または他人の視覚刺激用映像を見ている間、右手を動かさないように指示された。【０１０６】
その結果、各被験者は、自分の視覚刺激用映像を見たときだけ自己運動錯覚を経験し、他人の視覚刺激用映像では自己運動錯覚を知覚しなかった。また、視覚刺激を付与している間、各被験者の脳活動を確認するため、３Ｔ全身イメージャ（MEDSPEC 30/80 AVANCE；ブルカー社）を用いてｆＭＲＩ（磁気共鳴機能画像法）により脳の活動に関連した血流動態反応を視覚化した。自己運動錯覚を知覚していない条件を比較対照として、自己運動錯覚を知覚しているときの結果を図１１に示す。【０１０７】
図１１に示すように、両側島皮質および被殻と同様に、左運動前野の背側・腹側、上下の頭頂小葉、および右後頭側頭骨接合部において有意な活性化が見られた。一方、被験者は自己運動錯覚を知覚しているにも関わらず、一次運動野と体性感覚野には活性化が見られなかった。【０１０８】
以上のような本実施例４によれば、視覚刺激による自己運動錯覚は、一次運動野および感覚野を活性化することなく誘起されることが示された。
【実施例５】
【０１０９】
本実施例５では、視覚刺激による自己運動錯覚の強さを確認する実験を行った。【０１１０】
具体的には、表示装置２１としてヘッドマウントディスプレイを被験者に装着し、被験者の右手の手関節が掌屈を繰り返す動画を視覚刺激用映像として再生した。この視覚刺激用映像を見ている間、被験者は自身の右手を動かさないように指示されていた。また、被験者の頭は、自己身体所有感を誘起させるため、自身の右手の方向を向くように指示されていた。このときの背屈筋および掌屈筋の筋電図を図１２に示す。【０１１１】
図１２に示すように、視覚刺激用映像が再生されている間、特に背屈筋において強い筋収縮がみられた。また、被験者は自身の右手を動かしているつもりは全くなかったにも関わらず、実際には、右手がわずかに掌屈する様子が観察された。【０１１２】
以上のような本実施例５によれば、視覚刺激によって誘起される自己運動錯覚が極めて強い錯覚であることが示された。
【実施例６】
【０１１３】
本実施例６では、視覚刺激によって誘起される自己運動錯覚をより強化するための実験を行った。【０１１４】
具体的には、図１３に示すように、患者の両手を内部に挿入可能な箱状の装置本体と、この装置本体に対して傾斜角度を調節可能なディスプレイとから構成される装置（自己身体所有感誘起手段兼自己運動錯覚誘起手段）を用意した。【０１１５】
まず、被験者には、図１３（ａ）に示すように、被験者の左手の甲にスティックがゆっくり近づき、軽くタッチする動作を所定周期で繰り返す映像を見せる。一方、当該映像内でタッチするタイミングに同期させて、図１３（ｂ）に示すように、装置本体内に挿入されている被験者の実際の左手の甲に対しても、同様のスティックを接触させる。【０１１６】
この動作を繰り返すことにより、所定時間経過後、被験者は映像内のスティックが映像内の左手に近づくだけで、実際の自分の左手にスティックが近づいた時に感じるようなゾクゾク・ムズムズする感覚を知覚し、映像内の左手があたかも自己の左手であるかのような自己身体所有感が誘起されていることが確認された。【０１１７】
つぎに、被験者には、図１３（ａ）に示すように、被験者の左手に白熊のアニメキャラクターがなついてくるような仕草をする映像を見せる。一方、当該映像内で白熊が映像内の左手の掌に接触するタイミングに同期させて、図１３（ｂ）に示すように、装置本体内に挿入されている被験者の実際の左手の掌に対しても、ぬいぐるみのような生地を接触させる。【０１１８】
この動作を繰り返すことにより、所定時間経過後、被験者は映像内のキャラクターが映像内の左手に近づくだけで、実際の自分の左手に白熊のアニメキャラクターが近づいたようなリアルな感覚をより強く知覚した。このため、映像内の左手があたかも自己の左手であるかのような自己身体所有感が、スティック映像によって誘起された自己身体所有感よりも一層強化されていることが確認された。【０１１９】
上記のような自己身体所有感の誘起プロセスおよび強化プロセスの後、被験者の左手の手関節が掌屈を繰り返す動画を視覚刺激用映像として表示し、自己運動錯覚を誘起させた。これにより、被験者には、極めて強い自己運動錯覚が誘起されることが確認された。また、上記の自己身体所有感の誘起プロセスおよび強化プロセスの後、視覚刺激に代えて感覚刺激を付与しても、同様に強い自己運動錯覚が誘起されることが確認された。【０１２０】
以上のような本実施例６によれば、自己運動錯覚を誘起させる前に、別途、自己身体所有感を誘起させて強化することにより、より強い自己運動錯覚を誘起できることが示された。また、患者は、装置本体内に手を挿入するだけで、映像内の手が重なった位置に表示される。このため、映像とリハビリ対象部位とを重ねるためのセッティングの煩わしさがなく、セッティング時間もかからないため、患者への負担が軽減されることが示された。さらに、上記装置は、自己身体所有感を誘起させるための刺激を付与する自己身体所有感誘起手段、および自己運動錯覚を誘起させるための刺激を付与する自己運動錯覚誘起手段として機能することが示された。【０１２１】
なお、本実施例６では、自己身体所有感の誘起プロセスと、自己身体所有感の強化プロセスを両方実行しているが、いずれか一方でもよい。例えば、自己身体所有感の強化プロセスのみを実行した場合、当該プロセスが自己身体所有感の誘起プロセスとして機能することとなる。【０１２２】
また、上述した本実施例６では、強い自己運動錯覚を誘起させるために、自己身体所有感を誘起させているが、必ずしも自己運動錯覚が誘起されている必要はない。すなわち、自己運動錯覚は誘起されていないものの、自己身体所有感のみが誘起されている状態であれば、一定のリハビリ効果が得られるものと思われる。【０１２３】
なお、本発明に係るリハビリテーション用装置１０、これを備えたリハビリテーションシステム１、リハビリテーション用プログラム１ａおよびリハビリテーション方法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。【０１２４】
例えば、上述した本実施形態では、自己運動錯覚誘起手段２が視覚刺激を付与する場合、液晶ディスプレイをリハビリ対象部位に重ねて身体の一部として連続的に見せていたが、この構成に限定されるものではない。例えば、実施例５のように、ヘッドマウントディスプレイを使用してもよい。ただし、この場合、上記のとおり、自己身体所有感および自己運動錯覚誘起を誘起させるため、患者の頭部（視線方向）が、自身のリハビリ対象部位の方向を向いている必要がある。【０１２５】
そこで、例えば、予めリハビリ対象部位を載置する載置位置を定めるとともに、当該載置位置と患者の頭部との位置関係を算出しておく。そして、患者の頭部の位置や傾きをジャイロセンサや加速度計で検出し、当該検出値に基づいて適切な頭部の位置や向きを指示して調整するようにしてもよい。あるいは、頭部の位置や傾きに基づいて、視覚刺激用映像の大きさや位置を自動的に調整してもよい。【０１２６】
また、視覚刺激を付与するその他の例として、身体の一部を切断してしまった患者等に対しては、当該切断部分の空間を湯気やドライアイス等で白色化する。そして、当該白色化された空間をスクリーンとして利用し、当該スクリーンに視覚刺激用映像をプロジェクタで投影させるようにしてもよい。これにより、自己の身体である感覚が一層強くなり、自己運動錯覚が誘起されやすくなるものと考えられる。
【符号の説明】
【０１２７】
１  リハビリテーションシステム
１ａ  リハビリテーション用プログラム
２  自己運動錯覚誘起手段
３  生体信号採取手段
４  身体駆動手段
５  脳刺激手段
６  記憶手段
７  演算処理手段
８  仮想部位駆動手段
１０  リハビリテーション用装置
２１  表示装置
２２  映像再生装置
２３  振動装置
６１  プログラム記憶部
６２  検出対象周波数記憶部
６３  判定用閾値記憶部
６４  刺激タイミング記憶部
７１  生体信号取得部
７２  特徴的生体信号検出部
７３  制御信号出力部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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