(57)【要約】【課題】多自由度の回転・並進を含む加速度感覚刺激効果を得るための前庭電気刺激手法を実現することができる電気刺激装置を提供する。【解決手段】感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極とを有し、第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが同じまたは逆として出力する電流を制御する。また、第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが同じまたは逆として制御する。また、右半側の第３の電極と左半側の第３の電極との間の電流の向きを制御する。【選択図】図１
2008188121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有し、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じまたは逆として前記電気刺激部を制御する制御部と
を有することを特徴とする電気刺激装置。
【請求項２】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有し、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じまたは逆として前記電気刺激部を制御する制御部と
を有することを特徴とする電気刺激装置。
【請求項３】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有し、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記右半側に装着される第１の刺激電極と前記左半側に装着される第１の刺激電極との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを制御する制御部と
を有することを特徴とする電気刺激装置。
【請求項４】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じ向きになるように前記電気刺激部を制御する
ことを特徴とする刺激電流制御方法。
【請求項５】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが逆の向きになるように前記電気刺激部を制御する
ことを特徴とする刺激電流制御方法。
【請求項６】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じ向きになるように前記電気刺激部を制御する
ことを特徴とする刺激電流制御方法。
【請求項７】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが逆の向きになるように前記電気刺激部を制御する
ことを特徴とする刺激電流制御方法。
【請求項８】
前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、
前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、
前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、
を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、
前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、
前記右半側に装着される第１の刺激電極から前記左半側に装着される第１の電極に向かうように、あるいはその逆となるように、刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを制御する
ことを特徴とする刺激電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微弱な電流を流すことによって前庭を刺激して人間に擬似的な加速度感覚を与える電気刺激装置、刺激電流制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、平衡感覚の受容器である前庭感覚への電気刺激を利用した身体誘導装置が知られている。このような電気刺激による歩行の誘導は次のようなものである。
図２６に示すように、装着者１の左耳の後ろに皮膚表面電極４４ａ、右耳の後ろに皮膚表面電極４４ｂを設置し、電気刺激装置の本体９０からこれらの電極間に数ｍＡ程度の弱い直流を流すと、陽極側に向かって装着者１の前庭感覚に加速度感を生じさせることができる。すなわち、装着者１の主観的な重力の方向が傾き、電流の向きと強さに応じて装着者１の重心が揺らいで左又は右へ体が泳ぐ。皮膚への刺激が無いので装着者１は自分の体が動いた後で気が付く。
【０００３】
このように左右方向への加速度感を生じさせることによって、立位動作の原点である鉛直方向感覚に傾きを生じさせることができ、これによって装着者１の立位姿勢は当人の意図的な応答によらずに陽極側に傾く。この傾きを歩行中に生じさせると、図２７に示すように装着者１の歩行方向は陽極側に向かって曲がって行くことになる。すなわち、図２７に示すように、装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ａを陽極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ｂを陰極として電流を流すと、装着者１は陽極側である左方向に向かって曲がって歩いて行き、装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ａを陰極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極４４ｂを陽極として電流を流すと、装着者１は陽極側である右方向に向かって曲がって歩いて行く。
【０００４】
このような装置を利用し、前庭電気刺激を周期性刺激となる電流を電極に流した場合の、感覚効果・身体運動について、以下の非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】前田、安藤、天宮、杉本、永谷、稲見、前庭刺激における周期性刺激の感覚効果と周波数応答、日本バーチャルリアリティ学会第１０回大会論文集、２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術においては、前庭電気刺激においてもたらされる加速度感は左右側方への並進加速度感覚と、前後方向への並進加速度感覚、これらと重力加速度の合計としての重力方向の傾き効果だけであった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、前庭刺激において刺激の電流経路を詳細に検討した結果、耳周辺以外に取り付ける皮膚電極の構成と配置を工夫することによって、上下方向の並進加速度感覚刺激と、左右の前庭器官への電気刺激を独立に制御することとで、多自由度の回転・並進を含む加速度感覚刺激効果を得るための前庭電気刺激手法を実現することができる電気刺激装置、刺激電流制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有し、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じまたは逆として前記電気刺激部を制御する制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有し、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じまたは逆として前記電気刺激部を制御する制御部とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有し、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記右半側に装着される第１の刺激電極と前記左半側に装着される第１の刺激電極との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じ向きになるように前記電気刺激部を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが逆の向きになるように前記電気刺激部を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが同じ向きになるように前記電気刺激部を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを前記右半側と左半側とが逆の向きになるように前記電気刺激部を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前庭感覚を刺激する感覚刺激電流を生成する電流指令値生成部と、前記感覚刺激電流を出力する電気刺激部と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、前記感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極と、を有する電気刺激装置の刺激電流制御方法であって、前記第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、前記右半側に装着される第１の刺激電極から前記左半側に装着される第１の電極に向かうように、あるいはその逆となるように、刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、この発明によれば、前庭電気刺激において従来２極から３極しか得られなかった電極を６極用いて適切に配置することで、多自由度の回転・並進を含む擬似的な加速度感覚刺激効果を得ることができる。
すなわち、本発明は、感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、外耳道近傍に装着する第１の刺激電極と、感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、眼窩近傍に装着する第２の刺激電極と、感覚刺激電流の電流経路が前庭器官を含む領域とする、頸動脈近傍に装着する第３の刺激電極とを有し、第１、第２、第３の刺激電極が頭部の右半側、左半側にそれぞれ装着され、第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが同じまたは逆として前記電気刺激部を制御するようにした。
また、本発明は、第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが同じまたは逆として電気刺激部を制御するようにした。
また、右半側に装着される第１の刺激電極と左半側に装着される第１の刺激電極との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを制御するようにした。
これにより、多自由度の回転や並進などの擬似的な加速度感覚刺激効果を与えることが可能となる。
【００１６】
また、本発明によれば、第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが同じ向きになるように制御するようにした。これにより、後方向並進加速度感覚として、後方に並進する知覚を与えることが可能である。
【００１７】
また、本発明によれば、第１と第２との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが逆の向きになるように制御するようにした。これにより、ヨー軸回転感覚として、水平面方向において回転する知覚を与えることが可能である。
【００１８】
また、本発明によれば、第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが同じ向きになるように制御するようにした。
これにより、垂直方向における並進加速度感覚として、下方向へ並進する知覚を与えることが可能である。
【００１９】
また、本発明によれば、第１と第３との間における刺激電極に出力される感覚刺激電流の向きを右半側と左半側とが逆の向きになるように制御するようにした。これにより、ロール軸回転感覚として、垂直方向において回転する知覚を与えることが可能である。
【００２０】
また、本発明によれば、右半側に装着される第１の刺激電極から左半側に装着される第１の電極に向かうように、あるいはその逆となるように、電流の向きを制御するようにした。これにより、水平方向において、右方向あるいは左方向へ並進する知覚を与えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜本発明の基本的概念＞
本発明の基本的な技術思想の「前庭器官に対して電気刺激をもたらす電流経路として頭蓋の孔を通る電流路を想定し、漏れ電流等による電流の分散を効率的に避けるため、耳穴（外耳道）により近い刺激部位に電極を装着する」ことの技術的な考察を説明する。
図１に従来研究における電極配置部位を示す概念図を示す。図１（ａ）は皮膚表面電極を装着した利用者の頭部を前後左右から示す概念図であり、図１（ｂ）は左側面方向から見た（Side View）、電極が配置される電極配置部位を示す概念図であり、図１（ｃ）は頭頂部方向から見た（Top View）、電極が配置される電極配置部位を示す概念図である。
ここで、図１（ｂ）において示すように、図の横方向の軸Ｄに対して、反時計方向に３４°の角度を有する線Ｇ上に電極配置部位が設けられる。また、図１（ｃ）に示すように、頭部断面を円状として、時計方向にπ／６ずつ角度θを加算した位置に、それぞれ、電極配置部位Ｅ0，Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3，Ｅ4，Ｅ5が設けられ、計６箇所の電極配置部位が設定されている。
【００２２】
ここで、各電極配置部位間の距離及び実測した直流抵抗値の表を図２のテーブルに示し、角度θにて直流抵抗値をグループ化したグラフを図３に示す。図２のテーブルにおいて、抵抗Ｒijは電極配置部位ＥiとＥjとの間の直流抵抗値を示し、距離Ｄ01は電極配置部位ＥiとＥjとの間の距離を示している。図３において、横軸はグループの角度θを示し、Ｎ＝１（１×π／６），Ｎ＝２（２×π／６），Ｎ＝３（３×π／６）である。
また、人間の頭蓋骨を絶縁体とし、頭蓋骨の外表面の皮膚を球殻状の抵抗体として、距離と直流抵抗値との関係を、後述する幾何学計算モデルによる理論式の（１），（２）及び（３）式により解くと、図４のグラフに示す対応関係となる。図４は、縦軸が抵抗であり、横軸が角度θ、すなわち予測抵抗値を測定した間隔を示している（角度θが大きくなるほど距離も大きくなる）。
【００２３】
本来、絶縁体表面上における球殻状の抵抗体であれば、図４に示すように、距離が大きくなることにより、抵抗値が増加することになる。
しかしながら、図３に示すグラフによる測定した直流抵抗値は距離の変化に従い、予測抵抗値のように単調に変化しておらず、特に、電極配置部位Ｅ0，Ｅ2及びＥ4の各々の電極配置部位間の直流抵抗値、すなわち抵抗値Ｒ02，Ｒ24及びＲ40が他の抵抗値に比較して低下していることが明らかに判る。
【００２４】
上述した結果から、図５に示すように、電極配置部位Ｅ0，Ｅ2及びＥ4各々の間に球殻状の抵抗体と異なる電流経路、すなわち抵抗Ｒ02I，Ｒ24I及びＲ40Iが存在することが推定できる。ここで、この抵抗Ｒ02I，Ｒ24I及びＲ40I各々は、眼窩孔と外耳道とを介した頭蓋内の電流経路における抵抗であることが推定できる。
上述した頭蓋骨を貫通する電流経路において、この電流経路を流れる電流が頭蓋内の前庭器官を刺激することにより、前庭刺激の効率を向上させることが可能と考えられる。
【００２５】
これにより、外耳道を貫通して流れる感覚刺激電流の分散（漏れ電流）を最も小さくするために、耳穴から内耳に向かってより近付けた位置を電極配置部位として設定し、電極を設置することが望ましいことが理論的に判明したことになる。
すなわち、頭蓋骨を貫通する電流経路の入力端及び出力端となる、頭蓋骨に開いた孔部（眼窩孔、外耳道など）の近傍に電極配置部位を設定しないと、この孔部に入力される以外に球殻状の抵抗体に拡散する電流が漏れ電流として存在することとなり、効率的に前庭器官に感覚刺激電流を印加することができず、無駄な電流を流すことになる。
【００２６】
従来研究においては、本明細書に記述した解析として、絶縁体を貫通可能である脳波のような高周波成分についてしかなされていない。このため、脳波のような高周波成分を検出する場合、頭蓋骨の孔部の効果については考慮の外にあり、外耳道（耳穴）および眼窩穴を介して、頭蓋内部を貫通する電流経路を含め直流成分に関する解析はなされていない。したがって、直流電流を用いた本発明のような観点に基づく電極の配置の刺激効率に関する知見は報告されていない。実際には、本発明で推定される頭蓋内部の電流経路を通る感覚刺激電流（刺激電流）が、この電流経路にある前庭器官を刺激することにより、前庭電気刺激が成立していると考えられる。
【００２７】
次に、幾何学計算モデル及びこのモデルにおける理論式を示す。図６に人間の頭を球形として、以下の（１），（２）及び（３）式により位置により電極位置間の抵抗値を計算した。
下記（１）〜（３）式において、頭の半径（The radius of head）ＲをＲ＝０．１［ｍ］、電極の半径（The radius of electrodes）ＲeをＲe＝０．０１５［ｍ］、皮膚の伝導率（The conductivity of human skin）σをσ＝０．２［Ｓ］、角度θをθ＝π／３［rad］、伝導体としての皮膚の平均の厚さ（The equivalent thickness of skin as conductor）ＴをＴ＝０．００３［ｍ］として、各電極間位置間の抵抗値の計算を行った。
【００２８】
【数１】
2008188121.tif 000003
【００２９】
【数２】
2008188121.tif 000004
【００３０】
【数３】
2008188121.tif 000005
【００３１】
＜電気刺激装置＞
次に、図面を参照し、上述した概念で設定した電極配置部位に装着した電極に対して感覚刺激電流を流す本発明の実施形態について説明する。図７はこの実施形態における電気刺激装置１００の構成を示すブロック図である。この電流変化量制御部２０は、感覚刺激電流を印加する際、皮膚痛覚刺激を削減するために、従来のようなローパスフィルタによる処理では刺激提示のタイミングが大きく遅れる問題を、周波数を基準とした処理ではなく、単位時間あたりの電流変化量を一定以下に抑える処理によって、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくするものである。なお、図７に示す電流変化量制御部２０の構成は一例であり、この構成に限定されない。
【００３２】
電流変化量制御部２０の定数値出力部２１は、一定電圧を出力する。ゲイン調整器２２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。この電圧は積分器２４において積分され電流量を指示する値として用いられるので、ゲイン調整器２２から出力され積分器２４に入力される電圧は単位時間あたりの電流変化量を指示する値となる。すなわち、ゲイン調整器２２の増幅率を調整することにより電流変化量を制御することができる。図８のグラフにおいて刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形の電流変化量が皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分であるので、ゲイン調整器２２が出力する電圧がこの電流変化量に対応する値となるように、ゲイン調整器２２の増幅率を設定する。この図８において、横軸は時刻であり、縦軸は電流値を示している。
【００３３】
比較器２６は、電流指令値出力部１０が出力する電圧と積分器２４が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、積分器２４の出力する電圧が電流指令値出力部１０の出力する電圧より小さい場合は、比較器２６はハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。スイッチ２３は、比較器２６からハイレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３を閉じてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させ、ローレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３を開いてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させない。積分器２４は、ゲイン調整器２２が出力する電圧を積分して出力する。すなわち、積分器２４の出力電圧は時間に比例して上昇し、電流指令値に等しい値まで上昇すると、以後、その値を維持する。
【００３４】
ゲイン調整器２５は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。電流指令値に等しい値に維持された積分器２４の出力電圧がゲイン調整器２５の増幅率に従って増減された電圧は定常目標電流量を指示する値として定電流発生・制御部４０に入力される。すなわち、ゲイン調整器２５の増幅率を調整することにより定常目標電流量を制御することができる。
【００３５】
電流変化量制御部２０は上記のような構成により、定常目標電流量と単位時間あたりの電流変化量を制御する。また、定電流発生・制御部４０は従来と同様に構成され、実際に流れる電流量を測定して、電流変化量制御部２０から入力される定常目標電流量と電流変化量を達成するように電流供給を制御する。
【００３６】
定電流発生・制御部４０の電源４１は、一定電流を出力する。電流検出器４２は、電源４１から電流調整器４３へ流れる電流量を検出し、検出した電流量に比例した電圧を比較器４５へ出力する。比較器４５は、電流検出器４２が出力する電圧とゲイン調整器２５が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、電流検出器４２の出力する電圧がゲイン調整器２５の出力する電圧より小さい場合は、ハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。電流調整器４３は、比較器４５からハイレベルの電圧が入力されたときは電流量を増加させ、ローレベルの電圧が入力されたときは電流量を減少させる。
ユーザ皮膚電極４４は、６つの皮膚表面電極から構成されており、電流調整器４３から出力された電流を装着者１に入力する。
定電流発生・制御部４０は上記のような構成により、実際に流れる電流量を測定して、ゲイン調整器２５から入力される電圧に対応する電流量を達成するように電流供給を制御する。ここでは、電流調整器４３が、６つの各電極に供給する出力電流を制御する。
【００３７】
上述した電気刺激装置１００による電流波形を図８のグラフにおいて破線で示す。この破線は電気刺激装置１００により装着者１に、電極を介して入力される電流値を示す。電流変化量制御部２０は電流指令値出力部１０が電流指令値として出力する電圧をランプ型時間応答追従特性の電圧に変換し、電流指令値に等しい電圧まで上昇させて、以後、その値を維持する。この電圧はゲイン調整器２５の増幅率に従って増減して出力され、この電圧に対応する電流が定電流発生・制御部４０のユーザ皮膚電極４４から装着者１に入力される。
【００３８】
なお、電流指令値出力部１０から刺激目標の電流値Ｉ０より小さい刺激目標の電流値を指示する電流指令値が出力された場合は装着者１には上記より弱い刺激が与えられ、刺激目標の電流値Ｉ０により奏する効果より小さい効果を奏する。すなわち、電気刺激装置１００によって前述のような歩行の誘導を行った場合は、小さく歩行を誘導することができる。
【００３９】
従来の電気刺激装置のローパスフィルタによる処理において、皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分は、刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形である。これよりも急激な電流量の変化、すなわち刺激電流の時間波形をグラフに表したときに図８の斜線部分に含まれる場合には、皮膚痛覚を刺激することとなる。したがって、電流値の時間変化量を一定以下にする必要がある。この実施形態においては、ゲイン調整器２２を適切に設定することにより、常にこの皮膚痛覚を刺激しない限界値となる最大の変化量で電流を制御することが可能となり、皮膚痛覚を刺激せずに最短時間であるｔ０からｔ１までの時間で刺激目標の電流値Ｉ０に到達することができる。
【００４０】
次に、電気刺激装置のもう１つの構成例について説明する。図９の電気刺激装置１１０は、電流指令値出力部１０が出力する電流指令値を直接、定電流発生・制御部４０に入力する構成とは異なり、破線内の構成が追加されている。これにより、装着者１ごとに適切な定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を電気刺激装置１１０の外部から設定し、与えたくない皮膚痛覚刺激を低減することができる。
【００４１】
電気刺激装置１１０は、前述の電流指令値出力部１０、電流変化量制御部２０、定電流発生・制御部４０を含む。ユーザ刺激調整ツマミ２７は、電流変化量制御部２０においてゲイン調整器２２（図７）に設けられた電流変化量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値を変えるためのツマミと、ゲイン調整器２５（図７）に設けられた電流量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値を変えるためのツマミから構成される。また、図７において定電流発生・制御部４０に含まれるユーザ皮膚電極４４は、図９においては定電流発生・制御部４０には含まずこの外部に設けられている。
【００４２】
電気刺激装置１１０は、さらに、破線内に調整信号発生器５０と稼動・調整切り替えスイッチ６０が追加されている。調整信号発生器５０は、正又は負の最大の電流指令値を出力する。稼動・調整切り替えスイッチ６０はトグルスイッチであり、その共通接点ｃが接点ａに接続されると電流指令値出力部１０の出力電圧が電流変化量制御部２０に入力され、共通接点ｃが接点ｂに接続されると調整信号発生器５０の出力電圧が電流変化量制御部２０に入力される。
【００４３】
電気刺激装置１１０の動作は次の通りである。装着者１は、ユーザ皮膚電極４４を構成する皮膚表面電極４４ａ及び４４ｂをそれぞれ左耳及び右耳の後ろに設置し、稼動・調整切り替えスイッチ６０の共通接点ｃを接点ｂに接続する。すると、電流指令値出力部１０が出力する正と負の最大の電流指令値に等しい値が調整信号発生器５０から電流変化量制御部２０に出力される。そして電流変化量制御部２０が出力する電圧に対応する電流量が定電流発生・制御部４０からユーザ皮膚電極４４を通じて装着者１に入力される。なお、調整信号発生器５０が出力する最大の電流指令値の正と負の切り替えは、装着者１が手動で切り替える構成としてもよいし、装着者１に入力される電流値が図２のグラフに示す破線のように増加して一定値となるまでの時間間隔、すなわち、ｔ０からｔ１までの時間よりも長い時間間隔をもうけて、自動で正と負の間を繰り返し切り替える構成としてもよい。
【００４４】
このとき装着者１が皮膚痛覚刺激を感じた場合は、ユーザ刺激調整ツマミ２７を操作して、許容できる適切な皮膚痛覚刺激となるように、ゲイン調整器２２（図７）に設けられた電流変化量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値、及び、ゲイン調整器２５（図７）に設けられた電流量調整に用いられる可変抵抗器の抵抗値を変化させる。これにより、電流変化量制御部２０は、電流指令値出力部１０から出力された電流指令値を、装着者１ごとに適切な定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量に対応したランプ応答に変換し、定電流発生・制御部４０に出力する。装着者１はこのように適切な値に定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を調整した後、稼動・調整切り替えスイッチ６０の共通接点ｃを接点ａに接続すると、電流指令値出力部１０から出力された電流指令値が電流変化量制御部２０に入力される。このようなリファレンス作業により前庭電気刺激等において最適に皮膚痛覚刺激を軽減し、電気刺激が効果を奏するまでの応答の遅れを防止することができる。
【００４５】
上記では、定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を装着者１が手動で設定したが、個人差、環境差にあわせて自動設定してもよい。これは、実際に刺激を与える前にユーザ皮膚電極４４の通電抵抗を短時間で測定し、この測定結果に基づいて好ましい定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を推定して自動設定するものである。
【００４６】
上記のように自動設定を行うための構成及びその動作の一例は次の通りであるが、これに限定されない。ここでは、前述の電気刺激装置１００の電流変化量制御部２０（図１）について次のように構成を追加する。電流変化量制御部２０は、通電抵抗測定部、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）をさらに備える。また、ゲイン調整器２２及びゲイン調整器２５はＣＰＵに接続され、増幅率をＣＰＵから指示された値に設定する。通電抵抗測定部はユーザ皮膚電極４４と接続し、ＣＰＵから通電抵抗の測定指示が入力されるとユーザ皮膚電極４４の通電抵抗を測定し、その測定値をＣＰＵに出力する。
【００４７】
ＣＰＵはＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、上記のような通電抵抗測定部の制御、及び、ゲイン調整器２２、ゲイン調整器２５の増幅率の制御を行う。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶する。ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム、及び、通電抵抗の値に対して好ましい定常目標電流量及び単位時間あたりの電流変化量を設定するために用いられるテーブルを予め記憶しておく。
【００４８】
上記のテーブルの項目は、通電抵抗の値、ゲイン調整器２５に設定する増幅率、ゲイン調整器２２に設定する増幅率からなる。まず、基準となる通電抵抗の値及びこれに対応する好ましい単位時間あたりの電流変化量を定める。また、通電抵抗の値を複数用意する。
そして、通電抵抗の値ごとに、基準となる通電抵抗の値に対する比率αを算出し、αのｍ乗倍の値、及び、αのｎ乗分の１の値を算出し、それぞれの値をゲイン調整器２５に設定する増幅率、ゲイン調整器２２に設定する増幅率として、通電抵抗の値に対応づけてテーブルを作成する。ここで、ｍ、ｎは正の数で１より小さい値とする。また、定数値出力部２１が出力する電圧は、上記の基準となる通電抵抗の値に対応する好ましい単位時間あたりの電流変化量に対応する電圧としておく。
【００４９】
上述した電流変化量制御部２０のＣＰＵは次のように動作する。まず、通電抵抗測定部に通電抵抗の測定指示を出力し、その測定値を取得してＲＡＭに記憶する。次に、ＲＯＭに予め記憶されたテーブルにおいてＲＡＭに記憶した測定値に等しい通電抵抗の値、等しいものが存在しない場合は最も近い通電抵抗の値を特定し、これに対応するαのｍ乗倍の値、及び、αのｎ乗分の１の値を取得する。これらの値をそれぞれゲイン調整器２５の増幅率、及び、ゲイン調整器２２の増幅率として設定する。すると、電流指令値をαのｍ乗倍した値に対応する電流量が定常目標電流量となり、定数値出力部２１が出力する値をαのｎ乗分の１倍した値に対応する電流量が単位時間あたりの電流変化量となる。
【００５０】
このような技術については、次の参考文献１を参照することが可能である。
［参考文献１］前田、安藤、雨宮、加速度感提示のための前庭電気刺激における電流密度分布のモデル化、日本バーチャルリアリティ学会第１１回大会論文集、２００６年
【００５１】
以下の実施形態においては、この参考文献１に記載された実験的解析結果に基づく知見を応用し、加速度感覚を生じさせたい様々な方向に応じて刺激電流を制御するものである。
【００５２】
以下、本実施形態における電極の取付位置について説明する。
図１０は、本実施形態における電極の配置とその電流経路について説明するための図面である。
図１０（ａ）は、頭部の右半側を側方からみた図面である。電極は、左右の片側に３極ずつ、計６極の電極を配置する。この図１０（ａ）において、右半側の３つの電極は、電極ａとして外耳道側、電極ｂとして左右の眼窩周辺、電極ｃとして頸動脈付近に配置され、これが頭部の左半側にも右半側と対称的に配置され、合計６つの電極が配置される。
図１０（ｂ）は、頭部の上方から見た場合における電流経路を示す図面である。この図に示すように、図１０（ａ）の電極配置の場合、右側の眼窩から右側の外耳道の間、右側の外耳道と左側の外耳道との間、左側の外耳道と左側の眼窩との間において、それぞれ電流の経路が形成される。
図１０（ｃ）は、頭部を後方から見た場合における電流経路を示す図面である。ここでは、右側の外耳道と左側の外耳道との間の電流経路について示されている。
【００５３】
頸動脈付近に配置された電極ｃの配置目的は、従来にはない、上下方向への前庭電気刺激の加速度感覚創出のための電極設置である。前額に電極を設置することで、前後方向への加速度感を前庭電気刺激によって創出することができる。前庭電気刺激における電柱の経路は、主に図１１のように推定することができる。すなわち、前庭器官は、図１１に示すように、前庭器官は絶縁体としての頭蓋骨に埋設されるように位置しており、このため、電流を流すことのできる他の湿潤組織として、外耳道、内耳道、耳管の３つの穴だけが結合されている。
このうち、本実施形態での電極ａは、左右それぞれの外耳道側に設置されるものである。このような電極配置部位は、側方へ加速度を利用者に感じさせる（覚創させる）前庭電気刺激を与える感覚刺激電流を印加することとなる。この一方の電極ａから侵入した感覚刺激電流は内耳道を抜けて、前庭器官を通過した後、反対側の内耳道を介して反対側の外耳道近傍に設置された電極ａへ抜けていると考えられている（図１１符号（Ａ）の矢印方向から符号（Ｂ）の電流経路）。
【００５４】
一方、眼窩周りの電極ｂによる前後方向への刺激は、この符号（Ｂ）の矢印の向きの電流が視神経孔を抜けて眼窩から前額に至る経路で前方へ流れたものと考えられ、実際に同時に視神経を刺激して明滅を感じさせることがこの傍証として挙げられる。
【００５５】
これに対し、頸動脈付近に設置された電極ｃによる感覚刺激電流は、電極ｂから耳管および頸動脈を介して符号（Ｃ）の向きに流れることとなり、上下方向への加速度感覚を生じさせることにもなるものであり、これは今回の実験にて初めて得られた結果であると同時に、３次元の全方向への前庭電気刺激を可能にする知見である。
【００５６】
また、従来、前後方向の前庭電気刺激において、図１のように前額中央に配置されていた前方電極を図１０の電極ｂのように左右の眼窩周辺（図中では頬）に左右に分けて配置することによって、右半側、左半側に電流を分割することができる。
このため、図１２のように、左右側内耳にある前庭器官の各半側において前後方向の異なる電気刺激を実現することができ、これによって水平面での回転（ヨー軸）の加速度感覚を生じさせることが可能である。これは、上下方向の電気刺激においても電極ｃの配置のように左右半側で分離されていることで同様にロール軸回転の加速度感覚を生じさせることが可能である（図１３）。
図１０の電極配置では、これらの回転以外に、並進３軸の前後・上下・左右についても図１４、図１５、図１６のように可能であることから、多自由度の疑似加速度運動刺激を実現することが可能である。以下、図１２から図１６を用いて、さらに説明するが、ここでは、各電極間において、感覚刺激電流を出力する向きを制御することとなるが、この感覚刺激電流を出力する電流の向きについては、図７の低電流発生・制御部４０によって制御されるものであり、６つの電極の出力端子に対し、どの電極同士を対向電極とするかの組み合わせと電流の向きについて、与える知覚（回転、並進など）に応じて選択し、選択した電極に対して選択した向きに応じた電流を供給する。
【００５７】
次に、図１２から図１６を用いて、さらに説明する。
図１２は、ヨー軸回転感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。ここでは、左半側の電極ａから左半側の電極ｂに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ｂから右半側の電極ａに向かって電流を流す。これにより、ヨー軸回転感覚として、水平面方向において時計回り（右回り）に回転する知覚を与えることが可能である。
また、この逆として、左半側の電極ｂから左半側の電極ａに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ａから右半側の電極ｂに向かって電流を流す。これにより、ヨー軸回転感覚として、水平面方向において反時計回り（左回り）に回転する知覚を与えることが可能である。
【００５８】
図１３は、ロール軸回転感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。ここでは、左半側の電極ｃから左半側の電極ａに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ａから右半側の電極ｃに向かって電流を流す。これにより、ロール軸回転感覚として、垂直方向において時計回り（右回り）に回転する知覚を与えることが可能である。
また、この逆として、左半側の電極ａから左半側の電極ｃに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ｃから右半側の電極ａに向かって電流を流す。これにより、ロール軸回転感覚として、垂直方向において反時計回り（左回り）に回転する知覚を与えることが可能である。
【００５９】
図１４は、水平方向における並進加速度感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。ここでは、左半側の電極ａから左半側の電極ｂに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ａから右半側の電極ｂに向かって電流を流す。これにより、前方向並進加速度感覚として、前方に並進する知覚を与えることが可能である。
また、この逆として、左半側の電極ｂから左半側の電極ａに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ｂから右半側の電極ａに向かって電流を流す。これにより、後方向並進加速度感覚として、後方に並進する知覚を与えることが可能である。
【００６０】
図１５は、垂直方向における並進加速度感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。ここでは、左半側の電極ｃから左半側の電極ａに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ｃから右半側の電極ａに向かって電流を流す。これにより、垂直方向における並進加速度感覚として、上方向へ並進する知覚を与えることが可能である。
また、この逆として、左半側の電極ａから左半側の電極ｃに向かって電流を流すとともに、右半側の電極ａから右半側の電極ｃに向かって電流を流す。これにより、垂直方向における並進加速度感覚として、下方向へ並進する知覚を与えることが可能である。
【００６１】
図１６は、水平方向における並進加速度感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。ここでは、左半側の電極ａから右半側の電極ａに向かって電流を流す。これにより、水平方向において、右方向へ並進する知覚を与えることが可能である。
また、この逆として、右半側の電極ａから左半側の電極ａに向かって電流を流す。これにより、水平方向において、左方向へ並進する知覚を与えることが可能である。
【００６２】
次に、電極の取付について説明する。
【００６３】
＜外耳道近傍に装着する皮膚表面電極＞
以下、本発明における頭蓋骨の孔部近傍、外耳道近傍に装着する皮膚表面電極（電極）の構成について説明する。この外耳道近傍に装着する皮膚表面電極を両耳に装着することにより、外耳道、内耳道、前庭器官、他方の内耳道、他方の外耳道が電流経路として、横方向（顔面を正面として）に感覚刺激電流が前庭器官を介して流れるため、左右への加速度感を与えることとなる。すなわち、左右両方の耳に装着することにより、各々が対向電極となり、左右の加速度感を得られ、また、後述するように、口蓋内及び額（眼窩近傍）に装着する電極各々とも対向電極を構成することができる。この電極は、例えば、図１０（ａ）の電極ａとして利用される。
Ａ．耳珠挟み型電極
図１７に示す、頭部の耳介における耳珠に装着する皮膚表面電極を説明する。
例えば、耳珠挟み型電極は、図１８に示すような構成をしており、硬質な絶縁材料等で形成された基部５１上部に導電性ゴム層５２を形成し、さらにこの導電性ゴム層５２上部に導電性ゲル層５３が形成されている。すならち、基部５１，導電性ゴム層５２及び導電性ゲル層５３により、耳珠を挟む固定部５５Ａ及び５５Ｂが構成されている。
【００６４】
そして、固定部５５Ａ及び５５Ｂはバネ機構部５６に接続されており、固定部５５Ａが矢印Ｐ１方向に、固定部５５Ｂが矢印Ｐ２方向に、すなわち対向面が近づく方向にバネ機構部５６により付勢されている。このとき、固定部５５Ａ及び固定部５５Ｂは、導電性ゲル層５３が対向するよう、バネ機構部５６に接続されている。レバー５７を互いに近づけるように動作させて、バネ機構部５６に付勢された固定部５５Ａ及び固定部５５Ｂの対向する間隔を広げ、耳珠を挟み込んで装着する。装着した状態で、ケーブルを介して耳珠に対して、上記電気刺激装置１００から感覚刺激電流を印加する。
【００６５】
上述した耳珠に装着する皮膚表面電極は、電極配置部位の内耳（すなわち外耳道）への距離の近さの点から、頭蓋内部の電流経路に対して効率的に間隔刺激電流を流すことができ、本発明の他の電極構成に比較して最も大きな刺激ゲインを得ることができる。
外耳道に上記固定部を挿入して耳珠を挟む行為に対し、一般的な利用者が慣れずに、装着に抵抗感があると思われるが、バネ機構部５３の固定部を付勢する力、すなわち固定部５５Ａ及び５５Ｂの挟む圧力を調整することにより、長時間使用しても違和感が無くなり、容易に装着することが可能となる。
【００６６】
皮膚表面電極の特性としては、図２６に示す皮膚表面電極４４ａ及び４４ｂの電極配置部位の装着に比較すると、外耳道に近いため、印加した感覚刺激電流が効率的に頭蓋内部の電流経路を流れ、球殻状の抵抗体に拡散する漏れ電流（球殻状の抵抗体に拡散した電流の積分値）が大幅に減少（約１／８０；（１）〜（３）式からの推定値）し、電極の密着部の面積が１／１６と小さくすることができる。
この耳珠挟み型電極を複数の利用者で確認した結果、従来の図２６に示す皮膚表面電極と比較すると、１／１６の面積であっても、等価ゲインとして３〜１０倍、ほぼ５倍以上の感覚刺激が得られることが判った。
【００６７】
Ｂ．耳かけリング型電極
耳かけリング型電極は、耳介が頭部に接続する、図１９に示す耳介基部に密着させる構造となっている。
図２０に耳かけリング型電極の構造を示す概念図を示す。棒状の絶縁性の基材６１に導電性ゴム６２を巻き、この導電性ゴム６２に導電性ゲル層６３を形成する。この基材６１は、上述したように絶縁性であり、かつ各利用者の耳介の形状に合わせ、湾曲させるなど可能な変形自在の材料が用いられており、装着時に固定部６１Ａ及び６１Ｂを変形させて、耳介に固定する。また、基材６１は、変形自在であり、変形させた状態で形状が安定する金属棒に、絶縁性材料を層としてコーティングしたものを用いてもよい。
【００６８】
密着面積を増加させるため、固定部６１Ａ及び６１Ｂにも導電性ゲル層を設けることも考えられる。しかしながら、耳介に固定する場合、点接触する可能性がたかく、点接触部分の電流密度が高くなり、皮膚痛覚刺激を受けることとなるため、固定部６１Ａ及び６１Ｂは絶縁状態としておくことが必要である。装着した状態で、ケーブルを介して耳介基部に対して、上記電気刺激装置１００から感覚刺激電流を印加する。
上述した構造によれば、基材６１を各個人の耳介の形状に合わせて、変形させて耳介基部の皮膚との接触を保つため、装着時の調整に多少の手間がかかるものの、基材６１が調整により耳介の形状に対応した湾曲状態となるため、調整後の安定性は非常に高くなる。
【００６９】
また、導電体ゲル層６３部分が耳介基部の形状となっているため、皮膚に対する密着性が高く、皮膚との接触面積も大きくなり、耳珠よりも外耳道から若干遠くなるが、感覚刺激に必要な電流量を得ることができる。
また、装着後もほとんど邪魔にならず、押さえによって余分な圧力が加えられたりすることがなく、違和感とともに血行を阻害することもなく、普及用途に適した構造と考えられる。
【００７０】
皮膚表面電極の特性としては、図１８の耳珠挟み型電極と同様に、図２６に示す皮膚表面電極４４ａ及び４４ｂの電極配置部位の装着に比較すると、外耳道に近いため、印加した感覚刺激電流が効率的に頭蓋内部の電流経路を流れ、球殻状の抵抗体に拡散する漏れ電流（球殻状の抵抗体に拡散した電流の積分値）が減少（約１／６；（１）〜（３）式からの推定値）し、電極の密着部の面積を１／２と小さくすることができる。
この耳珠挟み型電極を複数の利用者で確認した結果、従来の図２６に示す皮膚表面電極と比較すると、１／２の面積であっても、等価ゲインとして、ほぼ３倍以上の感覚刺激が得られることが判った。
【００７１】
Ｃ．眼鏡耳かけつる部型電極
この眼鏡耳かけつる部型電極は、基本的に、上記Ｂの耳かけリング型電極を眼鏡のつる部に適用したものである。図２１に示すように、耳介基部の接触する眼鏡のつる部に導電性ゴム７１を巻き付け、その導電性コム７１に導電性ゲル層７２を形成する。
また、耳介基部に密着する以外のつる部分は、点接触して皮膚痛覚刺激を与えないように、絶縁性を保つように構成されている必要がある。
この皮膚表面電極の特性としては、上記Ｂの耳かけリング型電極と同等のため、記載を省略する。
眼鏡自体がパーソナルな個人の所有物であるため、すでに述べた耳かけリング型電極のように基材、すなわち、つるを調整しなくとも、耳介基部に密着するよう変形及び調整がなされているため、実用的な構造と言える。眼鏡を装着した状態で、ケーブルを介して耳介基部に対して、上記電気刺激装置１００から感覚刺激電流を印加する。
【００７２】
Ｄ．耳かけヘッドホン型電極
この耳かけヘッドホン型電極は、基本的に、上記Ｂの耳かけリング型電極をイヤホンを耳介に固定する固定部８０の、耳介基部に接触する部分に適用したものである。図２２に示すように、耳介基部の接触する固定部８０の、耳介基部に接触する領域に導電性ゴム８１を巻き付け、その導電性ゴム８１に導電性ゲル層８２を形成する。
また、耳介基部に密着する以外のつる部分は、Ｂ及びＣの場合と同様に、点接触して皮膚痛覚刺激を与えないように、絶縁性を保つように構成されている必要がある。
この皮膚表面電極の特性としては、上記Ｂの耳かけリング型電極と同等のため、記載を省略する。
【００７３】
また、音楽聴取のための既存の装着法を適用させた構造であるため、ユーザの装着に対する抵抗感が少ない。
しかし、一方で、固定部８０の調整及び変形にはある程度の自由度の制約を受けるため、固定部８０を変形自在の材料で形成する必要がある。
イヤホンを装着した状態で、ケーブルを介して耳介基部に対して、上記電気刺激装置１００から感覚刺激電流を印加する。
【００７４】
Ｅ．耳朶挟み型電極
この耳朶挟み型電極は、図１８の耳珠挟み電極を耳朶（図１７）に適用したものであり、耳珠より外耳道から若干離れる。このため、漏れ電流が増加するため、感覚刺激電流をＡの電極に比較してより流す必要があり、固定部５５Ａ及び５５Ｂの皮膚に密着する領域の面積は、Ａの耳珠挟み型電極に比較して大きくする必要がある。
また、耳朶は人体で最も痛覚を感じる神経が少ないことで知られる部位であるため、電流密度を耳珠に装着する場合に比較して増加することもできる。
【００７５】
耳朶内部がほぼ脂肪質であるため、耳朶自体が容易に変形可能である。この特性を利用して、図１８の固定部５５Ａ及び５５Ｂの密着する部分の面積を平面的に大きくし、この平らな面で挟み込むことにより、耳朶が平たく伸ばされて安定した接触と接触面積とを確保できる。
耳朶挟み型電極を装着した状態で、ケーブルを介して耳朶に対して、上記電気刺激装置１００から感覚刺激電流を印加する。
【００７６】
この耳朶挟み型電極を複数の利用者で確認した結果、従来の図２６に示す皮膚表面電極と比較すると、２／３の面積（挟む両面分）であっても、ほぼ同等の等価ゲインが得られることが判った。また、漏れ電流が１／６となるほぼ同等の感覚刺激が得られることが判った。
印加した感覚刺激電流が効率的に頭蓋内部の電流経路を流れ、球殻状の抵抗体に拡散する漏れ電流（球殻状の抵抗体に拡散した電流の積分値）が大幅に減少（約１／６；（１）〜（３）式からの推定値）することが推定される。
【００７７】
＜外耳道内部に装着する皮膚表面電極＞
Ｆ．イヤホン型電極
このイヤホン型電極は、図２３に示すように、基本的にインイヤー式のイヤホン形状をしており、絶縁性材料で形成された、所定の厚さの円盤形状の基部１５０の突出部として形成され、表面が導電性ゲル層１６０で被われた、先端が球形の突出部１５０Ａ（すなわち、イヤーパッドでありこの部分を電極として使用）を外耳道内部に挿入して、導電性ゲル層の電極を外耳道内の皮膚に密着させて用いる。ここで、上記基部１５０は突出部１５０Ａが所定の長さ以上に外耳道に挿入されないようにするストッパの役をしており、Ｂ及びＣの場合と同様に、耳介部内面における外耳道周辺の皮膚に点接触して皮膚痛覚刺激を与えないように、絶縁性を保つように構成されている必要がある。上記基部１５０は、外耳道の孔の直径より、大きな直径の円盤状に形成されている。
【００７８】
また、突出部１５０Ａは、基部１５０の中央部を突出形成したものに対して、導電性ゴムを巻き付け、その外周部に導電性ゲル層１６０を形成し、外耳道内部にて皮膚との密着性を向上させている。
この図２３に示すイヤホン型電を外耳道内に装着した状態で、ケーブルを介してこの外耳道に対して、上記電気刺激装置１００から感覚刺激電流を印加する。
この耳朶挟み型電極を複数の利用者で確認した結果、従来の図２６に示す皮膚表面電極と比較すると、皮膚に接触する面積が少なくとも、同等以上の等価ゲインが得られることが判った。
印加した感覚刺激電流が、直接外耳道内に流れるため、球殻状の抵抗体に拡散する漏れ電流（球殻状の抵抗体に拡散した電流の積分値）がほぼ無くなり、すでに述べた皮膚電極に比較して、より効率的に頭蓋内部の電流経路を流れることが推定される。
【００７９】
＜眼窩近傍に装着する皮膚表面電極＞
次に、本発明における眼窩近傍に装着する皮膚表面電極（電極）の構成について説明する。この眼窩近傍に装着する皮膚表面電極を両目周辺に装着することにより、片半側において、眼窩近傍に設けられた皮膚表面電極と、外耳道近傍に設けられた電極とが対向電極となり、眼窩近傍、前庭器官、内耳道、外耳道が電流経路として形成される。そして、右半側と左半側のそれぞれの電極の組み合わせにおいて、お互いに逆方向となる電流を流すと、感覚刺激電流が前庭器官を介してお互いに逆向きで流れ、ヨー軸回転感覚が得られる。感覚刺激電流を逆向きで流すが、流す電流の向きの組み合わせによっては、右回り、あるいは左回りのヨー軸回転感覚が得られる。なお、同じ向きの感覚刺激電流を流した場合には、前方、あるいは後方の並進加速度感覚を得ることができる。この眼窩近傍の電極は、例えば、図１０（ａ）の電極ｂとして利用される。
【００８０】
Ｇ．マスク型電極
このマスク型電極は、図２４に示すように、絶縁性材料で形成され、左右の眼窩近傍に密着され耳にかけて装着するための基部２００に、左右の眼窩付近に左右それぞれ独立した電極２００Ａ、２００Ｂが設けられている。この電極２００Ａと２００Ｂは、例えば、導電性ゲル層の電極であり、眼窩近傍の皮膚に密着させて用いられる。
ここでは、眼窩の周りに電極を形成することができ、接触面積を広く確保することができるので、電流による皮膚へ刺激を低減することができる。
なお、電極２００Ａと２００Ｂは、目の周囲に円周に沿った形状の略楕円状の形状であるが、Ｃの字型、すなわち、円の一部が連結していない形状の電極を適用することも可能である。この場合、Cの字の開口部分（電極がない部分）は、電極２００Ａ、電極２００Ｂのいずれについても鼻側に向くように配置する。これにより、皮膚上を伝わって、電極２００Ａと２００Ｂとの間で感覚刺激電流が流れてしまうことを低減することができる。この開口面積や、開口部の形状については、装着者の顔の形状等に応じて変更するようにしてもよい。
このような電極を、マスク型ではなく、眼鏡に取り付けるようにしてもよい。また、装着者によっては、目の上側半分、あるいは目の下側半分など、電極形状を変更するようにしてもよい。
【００８１】
＜頸動脈付近に装着する皮膚表面電極＞
次に、本発明における頸動脈付近に装着する皮膚表面電極（電極）の構成について説明する。ここでは、この上下方向への加速度感を覚醒する他の電極について説明する。この頸動脈付近に装着する皮膚表面電極を首の周囲の左右それぞれ、すなわち、右半側と左半側にそれぞれ１つずつ設けられる。頸動脈付近に装着することにより、片半側において、頸動脈付近に設けられた皮膚表面電極と、外耳道近傍に設けられた電極とが対向電極となり、電流経路として形成される。そして、右半側と左半側のそれぞれの電極の組み合わせにおいて、お互いに逆方向となる電流を流すと、感覚刺激電流が前庭器官を介してお互いに逆向きで流れ、ロール軸回転感覚が得られる。感覚刺激電流を逆向きで流すが、流す電流の向きの組み合わせによっては、右回り、あるいは左回りのヨー軸回転感覚が得られる。なお、同じ向きの感覚刺激電流を流した場合には、垂直方向において、上方向、あるいは下方向の並進加速度感覚を得ることができる。この頸動脈付近の電極は、例えば、図１０（ａ）の電極ｃとして利用される。
【００８２】
Ｈ．首輪型電極
この首輪型電極は、図２５に示すように、首の回りに沿って取り巻くように形成される絶縁性材料で形成された基部２３０に、表面が導電性ゲル層で構成される電極２１０Ａ、２１０Ｂが設けられている。また、基部２３０の一端側と他端側との一部が重なり合って連結させるための結束具２２０Ａ、２２０Ｂが取り付けられる。基部２３０としては、装着者に圧迫感を与えないように、伸縮性がある素材（布等）を用いることが好ましい。また、結束具２２０Ａ、２２０Ｂとしては、例えば、綿ファスナが適用可能である。
そして、この首輪型電極を装着する場合には、電極２１０Ａと電極２１０Ｂとが対向する位置であって、かつ、装着者の右半側と左半側の位置になるように装着される。
【００８３】
なお、図７及び図９における各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより電気刺激信号の生成処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００８４】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、微弱な電流を流すことによって前庭感覚及び筋肉を含む刺激に反応する器官を刺激する電気刺激方法及び装置に用いられる。
【００８６】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の設計思想を説明するための電極配置部位の位置を示す概念図である。
【図２】図１に示す電極配置部位各々の間の抵抗値を測定したテーブルである。
【図３】図２のテーブルを電極配置部位の間隔によりグループ分けした、各グループにおける測定の抵抗値を示すグラフである。
【図４】幾何学計算モデルによる理論式により計算した電極配置部位の距離と抵抗値との対応を示すグラフである。
【図５】頭蓋内部を貫通する電流経路を示す、頭頂部から見た概念図である（電流経路を抵抗で示してある）。
【図６】頭部を球形とし、頭蓋骨を絶縁体とし、頭蓋骨の外部表面上の皮膚を球殻状の抵抗体とした幾何学計算モデルを示す概念図である。
【図７】本発明の実施形態による電気刺激装置１００の構成例を示すブロック図である。
【図８】電気刺激装置１００による電流波形を示すグラフである
【図９】本発明の他の実施形態による電気刺激装置１１０の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本実施形態における電極の配置とその電流経路について説明するための図面である。
【図１１】感覚刺激電流の経路を説明する頭蓋内の概念図である。
【図１２】ヨー軸回転感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。
【図１３】ロール軸回転感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。
【図１４】水平方向における並進加速度感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。
【図１５】垂直方向における並進加速度感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。
【図１６】水平方向における並進加速度感覚をもたら電気刺激について説明するための図面である。
【図１７】耳珠挟み型電極の電極配置部位を示すための人間の頭部の左側面から見た概念図である。
【図１８】本発明の実施形態による耳珠挟み型電極の構造の一例を示す概念図である。
【図１９】耳介基部リング型電極の電極配置部位を示すための人間の頭部の右後方側面から見た概念図である。
【図２０】本発明の実施形態による耳介基部リング型電極の構造の一例を示す概念図である。
【図２１】本発明の実施形態による眼鏡耳かけつる型電極の構造の一例を示す概念図である。
【図２２】本発明の実施形態による耳かけヘッドホン型電極の構造の一例を示す概念図である。
【図２３】本発明の実施形態によるインイヤー形状のイヤホン型電極の構造の一例を示す概念図である。
【図２４】本発明の実施形態によるマスク型電極の構造の一例を示す概念図である。
【図２５】本発明の実施形態による首輪型電極の構造の一例を示す概念図である。
【図２６】従来の電気刺激装置２００の装着例を示す図である。
【図２７】電気刺激装置２００による電流の極性と歩行方向の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  電流指令値出力部            ２０  電流変化量制御部
２１  定数値出力部                ２２、２５  ゲイン調整器
２３  スイッチ                    ２４  積分器
２６  比較器                      ２７  ユーザ刺激調整ツマミ
４０  定電流発生・制御部          ４１  電源
４２  電流検出器                  ４３  電流調整器
４４  ユーザ皮膚電極              ４４ａ、４４ｂ  皮膚表面電極
４５  比較器                      ５１，１５０，２００，２３０  基部
５２  導電性ゴム層                ５３，６３，７２，８２，１６０  導電性ゲル層
５５Ａ，５５Ｂ，６１Ａ，６１Ｂ，８０  固定部
５６  バネ機構部                  
５７  レバー                      ６０  稼動・調整切り替えスイッチ
６１  基材                        ６２，７１，８１  導電性ゴム
１００、１１０  電気刺激装置
２００Ａ、２００Ｂ、２１０Ａ、２１０Ｂ  電極
ａ、ｂ  接点                      ｃ  共通接点
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2008188121.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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