(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
課題呈示を行う呈示器と、
呈示された課題に対する被験者の応答を認識する認識部と、
前記認識部の認識結果を記録する記録部と、
前記認識部の認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題を呈示するよう前記呈示器を制御する呈示制御部と、
課題呈示および課題に対する応答に伴う被験者の脳活動を計測する脳活動計測部と、を備え、
前記脳活動計測部は、被験者の脳活動の時間変化を計測するとともに、前記認識部の認識結果の出力タイミングを、脳活動の計測結果と共に記録し、前記計測結果において前記出力タイミングを表示部に識別可能に表示させるように構成されている、認知脳活動計測システム。
【請求項２】
前記呈示制御部は、前記認識結果の出力タイミングから、被験者に認知機能に対する負荷を継続的に付与可能な所定時間経過時に、次の課題を呈示する制御を行う、請求項１に記載の認知脳活動計測システム。
【請求項３】
前記課題は、応答に被験者の身体の運動動作を伴う課題であり、
前記認識部は、被験者の動作を非接触で検出する動作検出部を含む、請求項１または２に記載の認知脳活動計測システム。
【請求項４】
前記脳活動計測部は、計測プローブを介して被験者の頭部に計測光を照射し、被験者の頭部を通過した計測光を前記計測プローブを介して受光する光計測装置を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の認知脳活動計測システム。
【請求項５】
課題呈示を行うステップと、
呈示された課題に対する被験者の応答を認識するステップと、
被験者の応答の認識結果を記録するステップと、
前記認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題を呈示するステップと、
課題呈示および課題に対する応答に伴う被験者の脳活動を計測するステップと、を備え、
前記脳活動を計測するステップにおいて、被験者の脳活動の時間変化を計測するとともに、前記認識結果の出力タイミングを、脳活動の計測結果と共に記録し、前記計測結果において前記出力タイミングを表示部に識別可能に表示する、認知脳活動計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認知脳活動計測システムおよび認知脳活動計測方法に関し、特に、認知課題の実行中に被験者の脳活動を計測する認知脳活動計測システムおよび認知脳活動計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、認知課題の実行中に被験者の脳活動を計測する計測システムが知られている。（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、課題呈示を行うディスプレイと、呈示された課題に対する被験者の応答を入力する入力デバイスと、入力結果を記録する記憶部と、脳活動計測装置とを備えた計測システムが開示されている。
【０００４】
脳活動の計測では、レスト期間（安静期間）とタスク期間（課題期間）とが交互に設けられ、レスト期間の後、タスク期間において課題呈示と被験者による応答とが行われる。タスク期間内に複数の課題が呈示される場合、課題呈示の時間間隔は、通常、一定値に設定される。応答に要する時間には個人差があるので、課題呈示の時間間隔は、応答に時間がかかる被験者が応答に間に合わないことがないように、応答の遅い被験者を基準に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４６４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一定の時間間隔で課題呈示を行う場合、被験者の個人差によって、課題により生じる認知機能上の負荷に個人差が生じてしまうという問題点がある。つまり、応答の早い被験者は、課題に対する応答後、次の課題呈示までの間に待たされることになるため、タスク期間中に負荷が変動するとともに、応答の遅い被験者と比べて負荷が低減される。脳活動計測は、タスク期間およびレスト期間の各々における認知機能上の負荷を揃えた条件で行うことにより、他の被験者や診断基準等との対比を行うため、個々の被験者の負荷を均一にすることが重要である。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、応答の早さの個人差に起因して、課題により生じる認知機能上の負荷がばらつくのを抑制することが可能な認知脳活動計測システムおよび認知脳活動計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における認知脳活動計測システムは、課題呈示を行う呈示器と、呈示された課題に対する被験者の応答を認識する認識部と、認識部の認識結果を記録する記録部と、認識部の認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題を呈示するよう呈示器を制御する呈示制御部と、課題呈示および課題に対する応答に伴う被験者の脳活動を計測する脳活動計測部と、を備え、脳活動計測部は、被験者の脳活動の時間変化を計測するとともに、認識部の認識結果の出力タイミングを、脳活動の計測結果と共に記録し、計測結果において出力タイミングを表示部に識別可能に表示させるように構成されている。
【０００９】
この発明の第１の局面による認知脳活動計測システムでは、上記のように、呈示された課題に対する被験者の応答を認識する認識部と、認識部の認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題を呈示するよう呈示器を制御する呈示制御部とを設ける。これにより、呈示された課題に対する被験者の応答を自動で認識し、認識部が認識結果を出力した場合（すなわち、被験者が応答した場合）に、速やかに次の課題を呈示することができる。その結果、応答速度の個人差に依存せずに、応答が行われた後の同じタイミングで課題による負荷を被験者に与えることが可能となる。これにより、本発明によれば、応答の早さの個人差に起因して、課題により生じる認知機能上の負荷がばらつくのを抑制することができる。また、この結果、タスク期間およびレスト期間の各々における認知機能上の負荷のばらつきが抑制されるので、他の被験者の計測結果や診断基準との対比などのデータ解析を容易化することが可能となる。また、課題に対する被験者の応答速度の個人差によって、応答のタイミング（認識結果の出力タイミング）がばらつく場合にも、脳活動の計測結果データにおいて被験者毎の応答のタイミングを把握することができる。その結果、課題による負荷のばらつきを抑制しつつ、データ解析をさらに容易化することができる。
【００１０】
上記第１の局面による認知脳活動計測システムにおいて、好ましくは、呈示制御部は、認識結果の出力タイミングから、被験者に認知機能に対する負荷を継続的に付与可能な所定時間経過時に、次の課題を呈示する制御を行う。このように構成すれば、タスク期間の途中における個々の課題呈示の間に待ち時間が発生して被験者に与える負荷が変動することを抑制し、タスク期間の間安定して所定の負荷が与えられた状態を継続させることができる。その結果、個人差により負荷がばらつくのを抑制し、かつ、個々のタスク期間における負荷の変動を抑制することができる。なお、本発明における「被験者に認知機能に対する負荷を継続的に付与可能な所定時間」とは、課題と次の課題との間で被験者に休憩（待機時間）を与えない時間間隔であり、たとえば１秒〜２秒程度の時間間隔である。
【００１１】
上記第１の局面による認知脳活動計測システムにおいて、好ましくは、課題は、応答に被験者の身体の運動動作を伴う課題であり、認識部は、被験者の動作を非接触で検出する動作検出部を含む。このように構成すれば、被験者の身振り（ジェスチャー）による応答を検出することができる。ここで、たとえば発声（発話）による応答は、被験者の言語的、文化的な差異により影響が生じやすいのに対し、ジェスチャーは言語的、文化的な差異の影響が少ないため、個人差をより抑制することができる。また、認知脳活動の計測は、認知機能を担う前頭葉に対して主に行われるが、発声（発話）による応答は、応答行為自体が前頭葉を賦活させる場合があるため、課題による脳活動の変化のみを計測しにくい場合がある。これに対して、身体の運動動作による応答の場合、計測対象（前頭葉）とは異なる運動野が主に賦活されることになるので、応答動作そのものによる脳活動の変化の影響を分離し易いというメリットがある。
【００１２】
上記第１の局面による認知脳活動計測システムにおいて、好ましくは、脳活動計測部は、計測プローブを介して被験者の頭部に計測光を照射し、被験者の頭部を通過した計測光を計測プローブを介して受光する光計測装置を含む。このように構成すれば、非侵襲かつ簡易に、計測対象とする脳領域の広い範囲に渡る脳活動の計測結果を得ることができる。
【００１４】
この発明の第２の局面における認知脳活動計測方法は、課題呈示を行うステップと、呈示された課題に対する被験者の応答を認識するステップと、被験者の応答の認識結果を記録するステップと、認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題を呈示するステップと、課題呈示および課題に対する応答に伴う被験者の脳活動を計測するステップと、を備え、脳活動を計測するステップにおいて、被験者の脳活動の時間変化を計測するとともに、認識結果の出力タイミングを、脳活動の計測結果と共に記録し、計測結果において出力タイミングを表示部に識別可能に表示する。
【００１５】
この発明の第２の局面による認知脳活動計測方法では、上記のように、呈示された課題に対する被験者の応答を認識するステップと、認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題を呈示するステップとを設ける。これにより、呈示された課題に対する被験者の応答を認識し、認識結果を出力した場合（すなわち、被験者が応答した場合）に、速やかに次の課題を呈示することができる。その結果、応答速度の個人差に依存せずに、応答が行われた後の同じタイミングで課題による負荷を被験者に与えることが可能となる。これにより、本発明によれば、応答の早さの個人差に起因して、課題により生じる認知機能上の負荷がばらつくのを抑制することができる。また、この結果、タスク期間およびレスト期間の各々における認知機能上の負荷のばらつきが抑制されるので、他の被験者の計測結果や診断基準との対比などのデータ解析を容易化することが可能となる。また、課題に対する被験者の応答速度の個人差によって、応答のタイミング（認識結果の出力タイミング）がばらつく場合にも、脳活動の計測結果データにおいて被験者毎の応答のタイミングを把握することができる。その結果、課題による負荷のばらつきを抑制しつつ、データ解析をさらに容易化することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上記のように、応答の早さの個人差に起因して、課題により生じる認知機能上の負荷がばらつくのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による認知脳活動計測システムの全体構成を示したブロック図である。
【図２】脳活動の測定の概要を示した図である。
【図３】認知脳活動計測システムの構成例を示したブロック図である。
【図４】認知脳活動計測システムの処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本実施形態による認知脳活動計測システムを用いた脳活動計測において、応答速度の速い被験者に対する計測例（Ａ）および応答速度の遅い被験者に対する計測例（Ｂ）を示したタイムチャートである。
【図６】比較例による計測例を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（認知脳活動計測システムの全体構成）
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による認知脳活動計測システム１００の全体構成について説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態による認知脳活動計測システム１００の概念図である。認知脳活動計測システム１００は、呈示器１と、認識部２と、呈示制御部３と、記録部４と、脳活動計測部５とを備えている。
【００２１】
認知脳活動計測システム１００は、認知脳活動の計測対象となる被験者に対して、呈示器１から認知課題を呈示する。被験者は、呈示された認知課題に対して課題回答（応答）を行う。被験者の応答は、認識部２により自動認識される。認識部２の認識結果は、呈示制御部３に出力されるとともに記録部４に記録される。認識結果が出力されたことに基づいて、呈示制御部３は呈示器１に次の呈示課題を呈示させる。脳活動計測部５は、一連の課題呈示および応答における被験者の脳活動を計測し、計測結果の時系列データを生成する。計測が完了すると、計測中に実施された課題数（応答数）や、課題に対する応答の正答率、課題呈示から応答に要した時間（平均時間）などが集計され、脳活動の計測データとともに記録される。これらの計測結果を解析することにより、たとえば鬱病の診断などに利用される。
【００２２】
脳活動計測では、図２に示すように、設定された課題ＣＴの試行を行わないレスト期間（安静期間）ＰＲと、課題ＣＴの試行を行うタスク期間（課題期間）ＰＴとが設けられる。レスト期間ＰＲにおける脳活動計測値とタスク期間ＰＴにおける脳活動計測値との相対的な変化に基づいて、脳活動の有無が判断される。タスク期間ＰＴにおける脳活動は、被験者の認知機能に対する負荷によって変動することから、タスク期間ＰＴにおける脳活動計測では、異なる被験者に対しても同程度の負荷が安定して付与されていることが望まれる。本実施形態による認知脳活動計測システム１００は、認識部２の認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題を呈示することによって、被験者の個人差により被験者への負荷が変動することを抑制するように構成されている。
【００２３】
被験者に呈示する課題ＣＴは、計測目的に応じた様々なものが提案されている。たとえば、鬱病患者に特異的な脳活動が前頭葉（前頭前野）で観測されることが知られており、脳活動の計測データが鬱病の診断に用いられる。その場合、呈示課題としては、前頭葉（前頭前野）を賦活する種類の課題が選択される。
【００２４】
（認知脳活動計測システムの各部の概要）
次に、認知脳活動計測システム１００の各部の概要について説明する。
【００２５】
図１に示すように、呈示器１は、課題呈示を行う機能を有する。呈示器１は、たとえば、液晶モニタやプロジェクタなどの表示装置である。課題呈示を音声により行うことができる場合、呈示器１は音声出力装置（スピーカ）であってもよいし、表示装置とスピーカとを組み合わせてもよい。
【００２６】
認識部２は、呈示された課題ＣＴに対する被験者の応答を認識する機能を有する。認識部２は、入力操作を受け付ける入力デバイスによらずに、被験者の応答を自動的に認識することが可能に構成されている。たとえば応答が身体の運動動作（ジェスチャー）により行われる場合、認識部２は、被験者の動作を非接触で検出する動作検出部６を備える。動作検出部６としては、たとえば、赤外線カメラなどの撮像装置や位置センサなどが利用可能である。また、応答が被験者の発声（発話）による場合には、認識部２は、マイクなどの音声検出部７を備える。
【００２７】
動作検出部６として撮像装置を用いる場合、被験者の手指等にマーカーを付し、パターン認識（画像認識）によってジェスチャーを認識することが可能である。動作検出部６として位置センサを用いる場合、たとえば磁気式、超音波式、光学式などの３次元位置センサを用いて手指等の位置を計測し、各手指の相対位置関係によって、ジェスチャーを認識することが可能である。また、動作検出部６として公知のモーションキャプチャー技術を用いてもよい。
【００２８】
音声検出部７を用いる場合、被験者の応答（発声）を検出して、音声認識によって応答を認識することが可能である。
【００２９】
なお、呈示課題と課題に対する応答方法とは、セットで設計され、応答に起因して不要な情報が計測されないようにすることが好ましい。身体の運動動作（ジェスチャー）により応答を行う場合、運動動作が主として前頭葉（前頭前野）とは別個の脳領域（運動野）に関わるため、呈示課題に起因する反応を応答に関わる反応と分離して計測し易い点で好ましい。本実施形態では、課題ＣＴは、応答に被験者の身体の運動動作を伴う課題である。
【００３０】
このような身体動作による応答が可能な課題ＣＴとしては、たとえば「後出しじゃんけん課題」がある。後出しじゃんけん課題は、予めじゃんけんの手（グー、チョキまたはパー）を呈示しておき、被験者が、呈示されたじゃんけんに対応する手を回答として応答する。後出しじゃんけん課題は、応答を運動動作によって行うことが容易である。呈示されたじゃんけんに対して被験者が負ける手を回答する「後出し負けじゃんけん」は、認知機能上の負荷が高い点で好ましい。この場合、認識部２は、動作検出部によって被験者の応答動作（グー、チョキまたはパー）を認識する。認識部２は、被験者が応答した手（グー、チョキまたはパー）を認識結果として呈示制御部３に出力する。
【００３１】
呈示制御部３は、レスト期間ＰＲおよびタスク期間ＰＴにおける一連の課題呈示動作を制御する機能を有する。呈示制御部３は、予め設定されたスケジュールに従って、呈示器１を制御することにより、課題呈示を制御する。なお、レスト期間ＰＲにおいても、レスト期間ＰＲ用の（課題以外の）表示や音声出力を行う。レスト期間用画像は、たとえば、注視点（十字マーク）のみを示した画像である。
【００３２】
本実施形態では、呈示制御部３は、認識部２の認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題ＣＴを呈示するよう呈示器１を制御する。すなわち、呈示制御部３は、認識結果の出力タイミングＡに応じて次の課題呈示を実行させることにより、応答から次の課題呈示までの間の時間間隔を均一化させる。
【００３３】
次の課題呈示のタイミングは、認識結果の出力タイミングＡと同時であってもよいし、認識結果の出力タイミングＡと同時でなくてもよい。呈示制御部３は、認識結果の出力タイミングＡから、被験者に認知機能に対する負荷を継続的に付与可能な所定時間ｔ１経過時に、次の課題ＣＴを呈示する制御を行うように構成されている。所定時間ｔ１は、被験者に認知機能に対する負荷を継続的に付与可能な時間間隔である。言い換えると、所定時間ｔ１は、被験者に休憩を与えない時間間隔である。所定時間ｔ１は、課題ＣＴの呈示時間ｔ２よりも短い。課題の種類にもよるが、呈示時間ｔ２が５秒程度であるのに対して、所定時間ｔ１は、たとえば１秒〜２秒程度としてよい。認識結果の出力タイミングＡと同時に呈示を行う場合など、課題呈示が早すぎると、被験者側の準備ができない場合がある一方、応答（認識結果の出力）から３秒程度以上かかると、被験者は待たされている印象を受ける場合があり、負荷の均一化に影響するためである。なお、認識部２は、十分に短い時間内に応答を認識可能であるため、認識結果の出力タイミングＡと被験者の応答タイミングとは、実際上、同時であると見なしてよい。
【００３４】
記録部４は、認識部２による被験者の応答の認識結果を記録する機能を有する。また、記録部４は、課題数（応答数）や、課題ＣＴに対する応答の正答率、課題呈示から応答に要した時間（平均時間）などの集計結果を記録する。なお、呈示制御部３は、予めランダムに割り付けられた複数パターンの課題ＣＴを順次呈示させていく。被験者による応答の結果（正答率）を記録部４にリアルタイムで蓄積しておき、呈示制御部３が、正答率の低い課題ＣＴをより多く呈示させるような呈示制御を行ってもよい。
【００３５】
呈示制御部３および記録部４は、ハードウェアとしてはたとえばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）により構成されている。呈示制御部３および記録部４は、それぞれ個別のハードウェアによって構成してもよいが、共通のハードウェアにより構成してもよい。その場合、呈示制御部３は、ＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を実行することにより実現される機能として構成され、記録部４は、ＰＣに設けられたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やフラッシュメモリなどの記憶装置により構成される。
【００３６】
脳活動計測部５は、課題呈示および課題ＣＴに対する応答に伴う被験者の脳活動を計測する機能を有する。また、脳活動計測部５は、被験者の脳活動の時間変化を計測するとともに、認識部２の認識結果の出力タイミングＡを脳活動の計測結果と共に記録するように構成されている。認識部２の認識結果の出力タイミングＡは、呈示制御部３から脳活動計測部５に出力される。脳活動の計測は、様々な手段により行うことができる。たとえば、脳活動計測部５は、光計測装置、ｆＭＲＩ（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）装置、脳波計などにより構成することができる。脳活動計測部５は、これらの組み合わせによって構成されていてもよい。
【００３７】
本実施形態では、脳活動計測部５は光計測装置を含む。光計測装置は、計測プローブ５ａを介して被験者の頭部に計測光を照射し、被験者の頭部を通過した計測光を計測プローブ５ａを介して受光することにより、脳活動を計測する。具体的には、光計測装置は、近赤外分光法（ＮＩＲＳ；ｎｅａｒ‐ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）に基づいて脳内の血流変化に対応したヘモグロビン量の変化を光学的に検出する。ヘモグロビン量の変化に基づいて脳活動の有無（賦活状態）を観測することが可能である。
【００３８】
（認知脳活動計測システムの具体的な構成例）
次に、認知脳活動計測システム１００の具体的な構成例について説明する。
【００３９】
図３に示すように、認知脳活動計測システム１００は、表示装置１０、呈示制御装置２０、撮像装置３０および光計測装置４０を備える。ここでは、課題ＣＴとして、後出しじゃんけん課題を採用した例について説明する。表示装置１０は、特許請求の範囲の「呈示器」の一例である。撮像装置３０は、特許請求の範囲の「動作検出部」の一例である。光計測装置４０は、特許請求の範囲の「脳活動計測部」の一例である。
【００４０】
表示装置１０は、液晶モニタであり、被験者に呈示する課題ＣＴを画面表示するように構成されている。
【００４１】
呈示制御装置２０は、１台のＰＣにより構成されている。呈示制御装置２０は、ＣＰＵなどからなる制御部２１と、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などからなる表示制御部２２と、ハードディスクドライブなどの記憶部２３と、有線または無線の通信部２４と、外部機器とのインターフェースである入出力部２５とを備える。制御部２１は、特許請求の範囲の「認識部」および「呈示制御部」の一例である。また、記憶部２３は、特許請求の範囲の「記録部」の一例である。
【００４２】
制御部２１は、記憶部２３にインストールされた各種ソフトウェア（プログラム）を実行することにより、呈示制御部３および認識部２として機能する。なお、制御部２１（ＣＰＵ）が更に表示制御部２２としての機能を有していてもよい。制御部２１は、撮像装置３０により得られた被験者の応答動作の撮像画像にパターン認識処理を行うことにより、被験者の応答（グー、チョキまたはパー）を認識する。そして、制御部２１は、認識結果の出力（生成）タイミングに応じて、表示装置１０への課題ＣＴの画像出力を行うように表示制御部２２を制御する。また、制御部２１は、被験者の応答の認識結果を記憶部２３に記憶させる。
【００４３】
表示制御部２２は、制御部２１の制御の下、記憶部２３に記録された課題ＣＴ用の画像（映像）データや、レスト期間用画像（映像）のデータを読み出し、表示装置１０に出力するように構成されている。
【００４４】
記憶部２３は、課題ＣＴなどの各種画像（映像）データ、被験者の応答の認識結果のほか、制御部２１が実行する各種プログラム、計測条件、被験者毎の設定情報などを記憶している。
【００４５】
通信部２４は、光計測装置４０の後述する通信部４５と相互通信を行うことが可能に構成された通信モジュールである。制御部２１は、認識結果の出力（生成）タイミングを表すトリガ信号を、通信部２４を介して光計測装置４０に出力する。
【００４６】
入出力部２５は、撮像装置３０と接続されており、撮像装置３０への制御信号を出力するとともに、撮像装置３０から撮像画像のデータを取得する。また、呈示制御装置２０は、キーボードおよびマウスなどの入力機器からなる操作部２６を有し、使用者による各種の設定のための入力操作を受け付ける。
【００４７】
撮像装置３０は、赤外線カメラを備えており、呈示制御装置２０による制御の下で、動作検出部６として機能する。すなわち、撮像装置３０は、被験者が課題呈示に対する応答動作を行った場合に、応答動作を行う被験者の手指を撮像し、撮像画像のデータを呈示制御装置２０に出力する。得られた撮像画像のデータに基づいて、制御部２１が画像認識処理を行い、被験者の応答動作（グー、チョキまたはパー）を認識する。赤外線を強く反射するマーカーを被験者の手指に装着することにより、精度よく応答を認識することが可能である。
【００４８】
光計測装置４０は、光出力部４１と、光検出部４２と、計測制御部４３と、本体制御部４４と、通信部４５と、主記憶部４６とを備えている。また、光計測装置４０は、表示部４７および操作部４８と接続されているとともに、光ファイバを介して計測プローブ５ａ（送光用プローブおよび受光用プローブ）と接続されている。
【００４９】
光出力部４１は、光ファイバを介して送光用の計測プローブ５ａに計測光を出力するように構成されている。光出力部４１は、半導体レーザーなどを光源として備え、近赤外光の波長領域で複数波長（たとえば、７８０ｎｍ、８０５ｎｍおよび８３０ｎｍの３波長）の計測光を出力する。光検出部４２は、光電子増倍管などを検出器として備え、受光用の計測プローブ５ａに入射した計測光を光ファイバを介して取得し、検出するように構成されている。
【００５０】
計測制御部４３は、本体制御部４４により設定される計測パラメータに従って、光出力部４１および光検出部４２の動作制御を行い、光出力部４１の点灯および消灯のタイミングを制御するとともに、光検出部４２から受光量信号を取得する。
【００５１】
受光用の計測プローブ５ａに入射した計測光の強度（受光量）に基づいて脳活動に伴うヘモグロビン量の変化、すなわち血流量の変化や酸素代謝の活性化状態を非侵襲で取得することが可能である。光計測装置は、複数の計測プローブ５ａを用いて広い脳領域を複数点（計測チャンネル）で計測することにより、脳のどの領域がどのように活動しているかの２次元分布（マップ）を取得することが可能となっている。
【００５２】
計測プローブ５ａは、頭部表面上の所定位置に固定するためのホルダ５ｂに取り付けられる。使用者は、計測したい部位（前頭部など）に応じてプローブの配置を決定し、プローブをホルダ５ｂに取り付ける。送光用の計測プローブ５ａと受光用の計測プローブ５ａとは、ホルダ５ｂにおいて、行および列の各方向に交互に並ぶように配置される。これにより、隣接する計測プローブ５ａの間に計測チャンネル（計測点）が形成される。
【００５３】
本体制御部４４は、ＣＰＵやメモリなどから構成されるコンピュータであり、主記憶部４６に格納された各種プログラムを実行することにより、光計測装置４０の計測動作を制御するように構成されている。本体制御部４４は、通信部４５を介して呈示制御装置２０と制御信号のやりとりを行い、呈示制御装置２０のタスク呈示動作と、光計測装置４０の計測動作とを同期させる。
【００５４】
また、本体制御部４４は、データ解析用ソフトウェア（プログラム）を実行することにより、得られた計測データを表示部４７へ出力する。計測データは、測定チャンネル毎の測定時間（測定タイミング）情報と計測値情報とを含む時系列データであり、主記憶部４６に記録される。本体制御部４４は、応答の認識結果の出力（生成）タイミングを表すトリガ信号を呈示制御装置２０から取得すると、時系列の計測データにトリガ信号の取得時点を記録し、識別可能に表示させる。
【００５５】
通信部４５は、有線または無線の通信モジュールからなり、呈示制御装置２０を含む外部機器との間でデータ通信を行うことが可能である。主記憶部４６は、たとえばＨＤＤ（ハードディスクドライブ）からなり、本体制御部４４が実行する各種プログラムを格納するととともに、計測の結果得られた計測データを記憶することが可能である。表示部４７は、たとえば液晶モニタなどの表示装置であり、操作部４８は、たとえばキーボードおよびマウスなどからなる入力機器である。
【００５６】
（認知脳活動計測システムの処理動作）
次に、図３および図４を参照して、認知脳活動計測システム１００の処理動作の概略を説明する。ここでは、認知脳活動計測システム１００の処理動作を機能毎に分割して説明する。すなわち、光計測装置４０の計測処理を脳活動計測部５の動作として説明する。また、撮像装置３０および制御部２１による認識処理を認識部２の動作として説明する。また、制御部２１による課題呈示に関する制御処理を呈示制御部３の動作として説明する。
【００５７】
図４に示すように、ステップＳ１において、脳活動計測部５は、操作部４８を介して操作を受け付け、計測を行う被験者の設定登録を行う。レスト期間ＰＲおよびタスク期間ＰＴなどの計測スケジュールを含む呈示条件は、被験者と関連づけられて設定される。脳活動計測部５は、呈示条件を呈示制御部３に出力し、呈示制御部３は、ステップＳ２１において登録情報と対応付けられた呈示（表示）条件を設定する。
【００５８】
ステップＳ２において、脳活動計測部５は、計測開始の操作入力を受け付けるべく待機する。この間、被験者には、脳活動計測部５の計測プローブ５ａが装着されるなど、計測準備作業が行われる。脳活動計測部５は、計測開始の操作入力を受け付けると、ステップＳ３に進み、計測動作を開始する。また、脳活動計測部５は、呈示制御部３に制御信号を出力する。制御信号に応じて、呈示制御部３は、ステップＳ２２で呈示制御を開始する。
【００５９】
この後、脳活動計測部５は、ステップＳ４において脳活動計測を実行し、計測データを記憶部２３に記憶させる。また、認識結果の出力タイミングＡ（図２参照）を示すトリガ信号が出力された場合、脳活動計測部５は、トリガ信号の記録を行う。ステップＳ５において、脳活動計測部５は、計測を終了するか否かを判断し、計測を終了しない場合には、ステップＳ４に戻って計測を継続する。
【００６０】
呈示制御部３は、ステップＳ２３において、経過時間のカウントを開始し、ステップＳ２４において、呈示データを選択する。タスク期間ＰＴであれば、ランダムに割り付けられた課題ＣＴのデータが順次選択され、レスト期間ＰＲであれば、レスト期間ＰＲに設定されたレスト期間用画像のデータが選択される。選択結果は表示制御部２２に出力され、表示制御部２２は、ステップＳ３１において選択された呈示データを取得（ロード）する。
【００６１】
ステップＳ２５において、呈示制御部３は、経過時間のカウントが所定の表示タイミングに到達すると、表示制御部２２に表示要求を出力する。表示制御部２２は、ステップＳ３２において、表示要求に応じて呈示データを表示装置１０に表示する。タスク期間ＰＴでは、表示される呈示データが課題ＣＴの画像となる。すなわち、じゃんけんのグー、チョキおよびパーのいずれかが、課題ＣＴとして呈示される。課題ＣＴは、呈示条件として設定された所定の呈示時間ｔ２（図２参照）の間、表示（呈示）される。表示装置１０から課題呈示をうけた被験者は、課題ＣＴに対して正解となる応答動作（グー、チョキまたはパー）を行う。
【００６２】
表示要求は、認識部２にも出力される。認識部２は、呈示制御部３から表示要求を受けるまで、ステップＳ１１において待機状態となる。表示要求を受けると、認識部２は、ステップＳ１２において、表示要求がタスク期間ＰＴにおけるものか否かを判断する。判断は、たとえば、現時点が予め設定されたタスク期間ＰＴに該当するか否かに基づき行われる。タスク期間ＰＴでない場合には、処理がステップＳ１１に戻り、認識部２は待機状態を継続する。
【００６３】
一方、表示要求がタスク期間ＰＴにおけるものである場合、認識部２は、ステップＳ１３において、被験者の応答を認識する認識処理を行う。すなわち、撮像装置３０により被験者の手指の動作を撮像し、撮像画像に基づいて制御部２１が応答動作（グー、チョキまたはパー）を認識する。
【００６４】
そして、ステップＳ１４において、認識部２は、認識結果を記憶部２３に記録し、認識結果を呈示制御部３に出力する。認識結果を出力すると、認識部２は、ステップＳ１５に進み、計測を終了するか否かを判断し、計測を終了しない場合には、処理をステップＳ１１に戻す。
【００６５】
一方、呈示制御部３は、ステップＳ２６において、認識結果を取得したか否かを判断する。認識部２から認識結果を取得していない場合、呈示制御部３は、ステップＳ２６の判断を繰り返して待機する。認識部２から認識結果を取得すると、呈示制御部３は、ステップＳ２７に処理を進める。この際、呈示制御部３は、認識結果の出力タイミングＡを表すトリガ信号を脳活動計測部５に出力する。
【００６６】
ステップＳ２７において、呈示制御部３は、計測を終了するか否かを判断し、計測を終了しない場合には、ステップＳ２３に戻る。タスク期間ＰＴの場合、呈示制御部３は、次のステップＳ２４において、経過時間のカウントを開始し、認識結果の出力タイミングＡ（ステップＳ１４の認識結果の出力）から予め設定された所定時間ｔ１（図２参照）が経過した時点で、ステップＳ２５において次の呈示画像（課題ＣＴ）の表示要求を出力する。これにより、呈示制御部３は、認識結果の出力から所定時間ｔ１が経過した表示タイミングで、表示制御部２２が次の呈示画像を表示装置１０に表示（ステップＳ３２）させる。
【００６７】
以上の結果、レスト期間ＰＲおよびタスク期間ＰＴの開始時間に到達した場合には、それぞれレスト期間用画像、課題ＣＴの画像が表示される。タスク期間ＰＴ中では、認識結果の出力から所定時間ｔ１が経過した表示タイミングが到達する度に、課題ＣＴの画像が順次表示されることになる。
【００６８】
計測終了の判定は、たとえば、予め設定された計測終了時間に到達した場合や、操作部４８を介した計測終了の指示入力が受け付けられた場合などに判定条件を満たす。この結果、ステップＳ５、Ｓ１５、Ｓ２７およびＳ３３の各ステップで、それぞれ計測を終了するとの判定がなされる。
【００６９】
脳活動計測部５は、計測を終了すると判定した場合、ステップＳ６において計測停止処理を行い、処理動作を終了する。また、認識部２、呈示制御部３および表示制御部２２も、計測を終了すると判定した場合に処理動作を終了する。
【００７０】
（本実施形態の作用）
次に、図５および図６を参照して、本実施形態による認知脳活動計測システム１００の作用について説明する。
【００７１】
上記の通り、本実施形態による認知脳活動計測システム１００では、被験者の応答の認識部２による認識結果が出力されたことに基づいて、課題ＣＴが順次呈示されることになる。
【００７２】
そのため、図５（Ａ）に示すように、応答速度が速い被験者（応答に要する時間が短い被験者）の場合、１番目の課題呈示が終了してから被験者が応答動作を行うまでの時間ｐ１が経過した直後に、次の（２番目の）課題呈示が行われる。時間ｐ１が経過した直後とは、認識結果の出力タイミングＡから、負荷を継続的に付与可能な所定時間ｔ１（１秒〜２秒程度の所定値）経過時である。そのため、応答速度が速い被験者であっても、応答から次の課題呈示までに待たされる（休憩を挟む）ことがなく、負荷を継続的に受け続けることになる。
【００７３】
また、図５（Ｂ）に示すように、応答速度が遅い被験者（応答に要する時間が長い被験者）の場合、１番目の課題呈示が終了してから被験者が応答動作を行うまでの時間ｐ２（＞ｐ１）が経過した直後に、次の（２番目の）課題呈示が行われる。そのため、応答速度が遅い被験者であっても、現在の課題呈示から次の課題呈示までに応答が間に合わないことが抑制され、応答速度が速い被験者と同じように負荷を継続的に受けることになる。
【００７４】
図６には、次の課題呈示までの時間間隔を所定の一定時間に設定した場合の比較例を示している。比較例の場合、応答速度が遅い被験者でも応答が間に合うように、応答速度が遅い被験者に合わせて時間間隔（時間ｐ２＋所定のマージン）を設定する必要がある。その結果、応答速度が速い被験者では、時間ｐ１経過時における応答後、次の課題呈示までの期間ｔ３の間待たされることになり、負荷変動が生じる。また、応答速度が遅い被験者では、時間ｐ２経過時における応答後、次の課題呈示までの期間ｔ４が期間ｔ３と比較して短いため、応答速度が速い被験者と比べると相対的に高い負荷を受けることになる。
【００７５】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００７６】
本実施形態では、上記のように、呈示された課題ＣＴに対する被験者の応答を認識する認識部２と、認識部２の認識結果が出力されたことに基づいて、次の課題ＣＴを呈示するよう呈示器１を制御する呈示制御部３とを設ける。これにより、呈示された課題ＣＴに対する被験者の応答を自動で認識し、認識部２が認識結果を出力した場合（すなわち、被験者が応答した場合）に、速やかに次の課題ＣＴを呈示することができる。その結果、応答速度の個人差に依存せずに、応答が行われた後の同じタイミングで課題ＣＴによる負荷を被験者に与えることが可能となる。これにより、本実施形態によれば、応答の早さの個人差に起因して、課題ＣＴにより生じる認知機能上の負荷がばらつくのを抑制することができる。また、この結果、タスク期間ＰＴおよびレスト期間ＰＲの各々における認知機能上の負荷のばらつきが抑制されるので、他の被験者の計測結果や診断基準との対比などのデータ解析を容易化することが可能となる。
【００７７】
また、本実施形態では、上記のように、認識結果の出力タイミングＡから、被験者に認知機能に対する負荷を継続的に付与可能な所定時間ｔ１経過時に、次の課題ＣＴを呈示する制御を行うように呈示制御部３を構成する。これにより、タスク期間ＰＴの途中における個々の課題呈示の間に待ち時間が発生して被験者に与える負荷が変動することを抑制し、タスク期間ＰＴの間安定して所定の負荷が与えられた状態を継続させることができる。その結果、個人差により負荷がばらつくのを抑制し、かつ、個々のタスク期間ＰＴにおける負荷の変動を抑制することができる。
【００７８】
また、本実施形態では、上記のように、課題ＣＴを、応答に被験者の身体の運動動作を伴う課題とする。そして、認識部２に、被験者の動作を非接触で検出する動作検出部６を設ける。これにより、被験者の身振り（ジェスチャー）による応答を検出することができる。ここで、たとえば発声（発話）による応答は、被験者の言語的、文化的な差異により影響が生じやすいのに対し、ジェスチャーは言語的、文化的な差異の影響が少ないため、個人差をより抑制することができる。また、認知脳活動の計測は、認知機能を担う前頭葉に対して主に行われるが、発声（発話）による応答は、応答行為自体が前頭葉を賦活させる場合があるため、呈示課題による脳活動の変化のみを計測しにくい場合がある。これに対して、身体の運動動作による応答の場合、応答動作そのものによる脳活動の変化の影響を分離し易いというメリットがある。
【００７９】
また、本実施形態では、上記のように、脳活動計測部５として、計測プローブ５ａを介して被験者の頭部に計測光を照射し、被験者の頭部を通過した計測光を計測プローブ５ａを介して受光する光計測装置４０を設ける。これにより、非侵襲かつ簡易に、計測対象とする脳領域の広い範囲に渡る脳活動の計測結果を得ることができる。
【００８０】
また、本実施形態では、上記のように、脳活動計測部５を、被験者の脳活動の時間変化を計測するとともに、認識部２の認識結果の出力タイミングＡを脳活動の計測結果と共に記録するように構成する。これにより、課題に対する被験者の応答速度の個人差によって、応答のタイミング（認識結果の出力タイミングＡ）がばらつく場合にも、脳活動の計測結果データにおいて被験者毎の応答のタイミングを把握することができる。その結果、課題による負荷のばらつきを抑制しつつ、データ解析をさらに容易化することができる。
【００８１】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８２】
たとえば、上記実施形態では、ハードウェア上、呈示制御装置２０の制御部２１により表示装置１０による課題呈示処理や撮像装置３０の撮像画像に基づく応答の認識処理を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光計測装置４０の本体制御部４４により、課題呈示の制御処理や応答の認識処理を行うように構成してもよい。その場合、光計測装置４０の本体制御部４４が、プログラムを実行することにより呈示制御部３および認識部２として機能する。
【００８３】
また、上記実施形態では、呈示制御装置２０の制御部２１と撮像装置３０との組み合わせにより認識部２を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、撮像装置３０を接続したＰＣなどにより、認識部２を呈示制御装置２０とは別個の装置として構成してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、「後出しじゃんけん課題」の応答を認識部２が画像認識により認識する構成を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、課題ＣＴはどのような課題であってもよいし、認識部は、課題に応じた応答を認識可能であればどのような構成であってもよい。課題ＣＴは、認知課題としてよく知られる語流暢課題（条件に合致する言葉をできるだけ多く応答させる課題）や、Ｎバック課題（連続的に呈示された複数の刺激のうち、Ｎ回前の刺激を答えさせる課題）、ストループ課題（色名を示す文字を色名とは異なる文字色で表示し、表示された文字または文字の色を答えさせる課題）などであってもよい。また、上記以外の課題であってもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、応答に被験者の身体の運動動作（ジェスチャー）を伴う課題ＣＴの一例として、「後出しじゃんけん課題」を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。ジェスチャーを伴う課題は、たとえば、旗揚げ（呈示課題と同じように旗を上げ下げする）など、呈示課題に対応する応答動作を要求するものであれば、どのようなものでも課題となりうる。また、呈示課題に対する応答の方法を工夫すれば、課題の種類に依らずにジェスチャーでの応答が可能である。
【００８６】
また、上記実施形態では、認識結果の出力タイミングＡから、次の課題ＣＴを呈示するまでの所定時間ｔ１の例として、１秒〜２秒程度として説明したが、被験者にとって休憩とならないような時間であれば、２秒以上であってもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  呈示器
２  認識部
３  呈示制御部
４  記録部
５  脳活動計測部
５ａ  計測プローブ
６  動作検出部
１０  表示装置（呈示器）
２１  制御部（認識部、呈示制御部）
２３  記憶部（記録部）
３０  撮像装置（動作検出部）
４０  光計測装置（脳活動計測部）
１００  認知脳活動計測システム
【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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