(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）使用者の自律神経の揺らぎ周期の情報を取得するステップと、
（ｂ）前記取得した情報に基づいて、前記使用者の視点を前記使用者から遠ざかる方向に誘導することおよび前記使用者に近づく方向に誘導することを含む１サイクルを前記自律神経の揺らぎ周期で繰り返すステップと
を包含し、
前記自律神経の揺らぎ周期は、瞳孔径の揺らぎ周期、心拍の揺らぎ周期、または前記瞳孔径の揺らぎ周期および前記心拍の揺らぎ周期から算出された周期である、
方法。
【請求項２】
前記自律神経の揺らぎ周期は、前記瞳孔径の揺らぎ周期である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記瞳孔径の揺らぎ周期は、使用者の安静時における瞳孔径揺らぎに含まれる所定周波数帯域のピーク周波数に対応する周期である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記自律神経の揺らぎ周期は、前記心拍の揺らぎ周期である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記瞳孔径の揺らぎ周期は、使用者の安静時における心拍揺らぎに含まれる周波数帯域のピーク周波数に対応する周期である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、
（ｂ１）前記使用者に、物体を注視させることによって前記視点を前記物体に合わせさせること、および
（ｂ２）前記ステップ（ｂ１）の後、前記物体を前記使用者から遠ざかる方向に移動させることと、前記物体を前記使用者に近づく方向に移動させることとを交互に繰り返すこと
を含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、
（ｂ１）表示装置の画面上に３次元画像の物体を表示すること、
（ｂ２）前記使用者に、前記物体を注視させることによって前記視点を前記物体に合わせさせること、および
（ｂ３）前記ステップ（ｂ２）の後、前記物体の大きさを変更することにより、前記物体を前記使用者から遠ざかる方向に仮想的に移動させることと、前記物体を前記使用者に近づく方向に仮想的に移動させることとを交互に繰り返すこと
を含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、
（ｂ１）前記使用者に、光が照らす位置を注視させることによって前記視点を前記光が照らす位置に合わせさせること、および
（ｂ２）ステップ（ｂ１）の後、前記光が照らす位置を前記使用者から遠ざかる方向に移動させることと、前記光が照らす位置を前記使用者に近づく方向に移動させることとを交互に繰り返すこと
を含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、
（ｂ１）前記使用者からの距離が異なる第１のランプおよび第２のランプを設置すること、
（ｂ２）前記第１のランプおよび前記第２のランプのうちの一方を点灯し、前記点灯したランプを前記使用者に注視させることによって前記視点を前記点灯したランプに合わせさせること、および
（ｂ３）前記ステップ（ｂ２）の後、前記第１のランプおよび前記第２のランプを交互に点灯すること、
を含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
（ｃ）前記ステップ（ｂ）の実行中に、前記使用者の瞳孔を撮影し、撮影した１または複数の画像から瞳孔径の値を算出するステップと、
（ｄ）前記算出した瞳孔径の値に基づいて、前記使用者の視点の移動範囲を調整するステップと、
をさらに包含する、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｂ）の前に、前記瞳孔径の目標値を用意するステップをさらに包含し、
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ１）算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも大きい場合には前記使用者の視点を前記使用者に近づく方向に誘導すること、および／または算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも小さい場合には前記使用者の視点を前記使用者から遠ざかる方向に誘導すること
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
使用者の自律神経の揺らぎ周期の情報を保持する記憶装置と、
前記記憶装置が保持する前記情報に基づく制御信号に従って、前記使用者の視点を前記使用者から遠ざかる方向に誘導することおよび前記使用者の視点を前記使用者に近づく方向に誘導することを含む１サイクルを、前記自律神経の揺らぎ周期で繰り返すコントローラと
を備え、
前記自律神経の揺らぎ周期は、瞳孔径の揺らぎ周期、心拍の揺らぎ周期、または前記瞳孔径の揺らぎ周期および前記心拍の揺らぎ周期から算出された周期である、
システム。
【請求項１３】
前記使用者の瞳孔を撮影した複数枚の画像から、複数の瞳孔径の値を算出する画像処理回路と、
前記画像処理回路が算出した前記複数の瞳孔径の値から、前記瞳孔径の揺らぎ周期を算出し、前記記憶装置に格納するプロセッサと
をさらに備えた、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記使用者の瞳孔を撮影した複数枚の画像から、前記瞳孔径の揺らぎ周期を算出し、前記記憶装置に格納するプロセッサをさらに備えた、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記使用者に装着されて前記使用者の心電の波形を計測する心電計と、
前記心電計が計測した前記使用者の心電の波形に基づいて前記心拍の揺らぎ周期を算出し、前記記憶装置に格納するプロセッサと
をさらに備えた、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
物体と、
前記使用者から遠ざかる方向および前記使用者に近づく方向に前記物体を移動させるモータと、
前記記憶装置が保持する前記情報に基づいて、前記制御信号を生成するプロセッサと
をさらに備え、
前記コントローラは、前記制御信号に従って前記モータを制御することにより、前記視点の位置とみなされる前記物体を前記自律神経の揺らぎ周期で移動させる、請求項１２から１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラによる誘導中に、前記使用者の瞳孔を撮影した画像から、瞳孔径の値を算出する画像処理回路と、
プロセッサと
をさらに備え、
前記記憶装置は、瞳孔径の目標値をさらに記憶しており、
前記プロセッサは、前記目標値と、算出された前記瞳孔径の値とを比較し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも大きい場合には前記使用者の視点を前記使用者に近づける方向に誘導する前記制御信号を生成し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも小さい場合には前記使用者の視点を前記使用者から遠ざける方向に誘導する前記制御信号を生成し、
前記コントローラは、前記制御信号に従って前記使用者の視点を誘導する、請求項１２から１６のいずれかに記載のシステム。  
【請求項１８】
前記コントローラによる誘導中に、前記使用者の瞳孔を撮影した画像から、瞳孔径の値を算出するプロセッサをさらに備え、
前記記憶装置は、瞳孔径の目標値をさらに記憶しており、
前記プロセッサは、前記目標値と、算出された前記瞳孔径の値とを比較し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも大きい場合には前記使用者の視点を前記使用者に近づける方向に誘導する制御信号を生成し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも小さい場合には前記使用者の視点を前記使用者から遠ざける方向に誘導する制御信号を生成し、
前記コントローラは、前記制御信号に従って前記使用者の視点を誘導する、請求項１２から１６のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、自律神経の揺らぎを利用する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオフィードバック技術の研究が進んでいる。「バイオフィードバック」とは、意識にのぼらない情報を工学的な手段によって意識上にフィードバックすることにより、体内状態を意識的に調節することを可能とする技術や現象のことを言う。たとえば、被験者の現在の心拍数、脈拍数、呼吸数などの生体情報を考慮して、被験者の生理状態と同質となる生理状態を出現させる刺激を与える。これにより、現状の生理状態を緩和し、徐々に目的とする生理状態に誘導することができる。
【０００３】
従来のバイオフィードバック方法として、たとえば特許文献１および２が知られている。
【０００４】
特許文献１は、心拍数、筋電、血圧、呼吸数、皮膚電気反射などを用いてバイオフィードバックを行う技術を開示する。図１１は、特許文献１に記載された従来のバイオフィードバック装置６００を示す。バイオフィードバック装置６００の生理計測部６３は、被験者（「使用者」と呼ぶことがある。）の生理情報を取得する。取得された情報は、自律神経の活動指標を算出する状態推定部６４、状態決定部６５から制御決定部６６に送られ、最終的に、刺激提示部６８により、使用者に何らかの刺激を提示する。特許文献１の実施例では、既知の心拍揺らぎバイオフィードバックを行っている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００５】
また、特許文献２は、脳波（または脳磁）、生化学的な反応、瞬きの頻度、皮膚抵抗、発汗、声の抑揚、体動、口の動きや、乾き、頭部の動き、瞳孔の大きさ、顔面の表情、心拍数、脈拍、呼吸数、呼吸状態、体表温を用いてバイオフィードバックを行う技術を開示する。特許文献２は、それらの情報に基づいて使用者の精神活動を推定し、五感に１／ｆ揺らぎ理論などを利用して時系列に強度を変化させて使用者に伝達する。図１２は、特許文献２に記載された従来のバイオフィードバック装置を示す。精神活動検出手段７１は使用者の各種生体反応を検出し、精神活動判定手段７６は、この検出結果を複合的に解析する。その結果、使用者の精神活動状態が判定される。そして、精神活動選択手段７４が選択した精神活動を目標として、刺激発生手段７３は使用者の五感に対して時系列的に強度変化する刺激を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２５８０２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２２６５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】心拍変動バイオフィードバック法、バイオフィードバック研究、２０１３年、４０巻、第２号、３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示の、限定的ではない例示的なある実施形態は、簡易な自律神経の揺らぎの利用方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の、一態様にかかる方法は、（ａ）使用者の自律神経の揺らぎの情報を取得するステップと、（ｂ）前記取得した情報に基づいて、前記使用者の視点を前記使用者から遠ざかる方向に誘導することおよび前記使用者に近づく方向に誘導することを含む１サイクルを、前記自律神経の揺らぎ周期で繰り返すステップとを包含する。前記自律神経の揺らぎ周期は、瞳孔径の揺らぎ周期、心拍の揺らぎ周期、または前記瞳孔径の揺らぎ周期および前記心拍の揺らぎ周期から算出された周期であってもよい。
【００１０】
上述の一般的かつ特定の態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、記録媒体、及びこれらの何れかの組み合わせを用いて実現され得る。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の例示的な実施形態にかかる方法によれば、簡易に自律神経の揺らぎを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１にかかるバイオフィードバックシステム１００の概略的な構成を示す図である。
【図２】バイオフィードバックシステム１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３Ａ】カメラ３０２によって撮影された使用者１の眼球の画像例を示す図である。
【図３Ｂ】画像処理回路４０３によって２値化された画像の一部を示す図である。
【図４】瞳孔径算出部４および物体位置制御部５の実体として動作するＣＰＵ４０１の処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、瞳孔径の測定結果を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、周波数解析結果を示す図である。
【図７】実施形態２にかかるバイオフィードバックシステム２００の概略的な構成を示す図である。
【図８】実施形態３にかかるバイオフィードバックシステム３００の概略的な構成を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、心電センサ３２の出力から心拍揺らぎを求める手順の概念を示す図である。
【図１０】実施形態４にかかるバイオフィードバックシステム４００の概略的な構成を示す図である。
【図１１】特許文献１に記載された従来のバイオフィードバック装置６００を示す図である。
【図１２】特許文献２に記載された従来のバイオフィードバック装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本開示の基礎となった知見を説明する。
【００１４】
バイオフィードバック技術は、意識にのぼらない情報を工学的な手段によって意識上にフィードバックすることにより人の生理状態を制御する技術である。特許文献１では、実質、生理情報として具体的な記載があるのは、心拍のみである。これは、非特許文献１に記載の、心拍揺らぎバイオフィードバックに関する技術と同じである。心拍揺らぎバイオフィードバックでは、ゆっくりとした腹式呼吸により心拍を制御する。本発明者の検討によると、使用者によっては、意識的にゆっくりした腹式呼吸をすることが苦手な場合がある。また、通常状態ではゆっくりした腹式呼吸ができる使用者であっても、強いストレス状態にある場合など、それを実施することが容易ではない場合もある。つまり、心拍揺らぎバイオフィードバックを実施することは、事実上困難となる場合がある。
【００１５】
また、特許文献２では、多くの生理情報に関する記載があるものの、既知の一般的な内容であり、具体的な実施例はない。さらに、特許文献２は、フィードバックの方法として、主に１／ｆ揺らぎを有する光の点滅や音を提案しているが、取得した生理情報にフィードバックの影響が及ぶのかどうか、何ら検証、確認されておらず、推測の域を出ない。
【００１６】
本発明者が鋭意検討を行った結果、瞳孔径揺らぎを利用してバイオフィードバックを行うと、より容易、かつより効果的なバイオフィードバックを行うことが可能であることが分かった。
【００１７】
上述のように、一般に、バイオフィードバックは、使用者に刺激を与えて自律神経を変化させることによって所望の生理状態を誘導する。自律神経は２つの神経、すなわち交感神経および副交感神経からなるとされている。これら交感神経と副交感神経とが相補的に作用することにより、使用者の意思とは無関係に、各種臓器、部位の機能が自動的に調節される。これを自律神経の２重支配と呼ぶ。交感神経と副交感神経のバランスが崩れると疾患に繋がる。
【００１８】
非特許文献１は、代表的なバイオフィードバックである心拍揺らぎバイオフィードバックを開示する。心拍揺らぎバイオフィードバックでは、腹式呼吸を窓口として、心拍にアクセスし、自律神経を調整する。具体的には、使用者に呼吸を意識的にゆっくり行わせることで、血圧の周期変動に、呼吸変動を同期させ、最大の心拍揺らぎを実現する。血圧の周期変動（すなわち、末端の圧受容器の周期変動）は、心拍揺らぎの低周波成分であり、通常は０．０４−０．１５Ｈｚである。また、呼吸変動は、心拍揺らぎの高周波成分であり、通常は０．１５−０．５Ｈｚである。
【００１９】
本発明者がそれらから類推したところ、（１）自律神経で支配され、（２）何らかの方法で意図的に介在可能であり、（３）測定が比較的容易な生理信号が存在する、という条件が満たされれば、バイオフィードバックに応用できると考えた。
【００２０】
上述の条件（１）に関連する事実として、瞳孔径は、自律神経により支配されており、揺らぎが存在し、低周波成分と高周波成分があることも知られている。また、条件（３）の測定可能な生理信号として、近赤外ランプとカメラにより瞳孔画像を得て、２値化することで瞳孔径を容易に算出することができる。
【００２１】
さらに、本発明者の検討によれば、簡単な訓練による輻輳反応により瞳孔径を意図的に周期変化させ得ることが明らかとなった。つまり条件（２）の条件が満足されることが明らかとなった。具体的には、使用者に所定の物体をリラックスして注視させ、その物体と使用者の距離を周期的に変化させることで周期的に輻輳反射を誘起させ得ることが分かった。「輻輳反射」とは、近付いてくる物体を注視したときに、両眼の内直筋が収縮して両眼の視軸が近寄り、同時に瞳孔が収縮する、この一連の反応を言う。使用者は物体を注視しているだけなので、心拍揺らぎバイオフィードバックにおける周期的腹式呼吸の習熟よりもはるかに容易である。
【００２２】
本発明者がさらに検討を進めたところ、瞳孔径の揺らぎを用いる場合には、上述した条件（１）〜（３）のうち、少なくとも条件（１）および（２）が満たされれば、バイオフィードバックを実現できることが分かった。すなわち、予め求めておいた使用者の自律神経の揺らぎ周期に同期するように、たとえば物体を近くから遠く、遠くから近くへ移動させるだけで自律神経の周期を制御することが可能になることが分かった。一旦、使用者の自律神経の揺らぎ周期を取得した後は、生理信号を取得するために瞳孔径を計測する必要がなく、使用者は単に物体を注視していればよいので、瞳孔径を計測するための設備も必要ない。そして、心拍揺らぎバイオフィードバックにおける周期的腹式呼吸の習熟よりもはるかに容易である。以上により、本発明者は、従来の心拍揺らぎバイオフィードバック法と同等の効果が、それを用いるよりも簡便かつ実用的な構成および／または方法によって得ることが可能な技術を開発するに至った。
【００２３】
本開示の一態様にかかる方法は、（ａ）使用者の自律神経の揺らぎ周期の情報を取得するステップと、（ｂ）前記取得した情報に基づいて、前記使用者の視点を前記使用者から遠ざかる方向に誘導することおよび前記使用者に近づく方向に誘導することを含む１サイクルを前記自律神経の揺らぎ周期で繰り返すステップと、を包含する。前記自律神経の揺らぎ周期は、瞳孔径の揺らぎ周期、心拍の揺らぎ周期、または前記瞳孔径の揺らぎ周期および前記心拍の揺らぎ周期から算出された周期であってもよい。
【００２４】
前記自律神経の揺らぎ周期は、前記瞳孔径の揺らぎ周期であってもよい。
【００２５】
前記瞳孔径の揺らぎ周期は、使用者の安静時における瞳孔径揺らぎに含まれる所定周波数帯域のピーク周波数に対応する周期であってもよい。
【００２６】
前記自律神経の揺らぎ周期は、前記心拍の揺らぎ周期であってもよい。
【００２７】
前記瞳孔径の揺らぎ周期は、使用者の安静時における心拍揺らぎに含まれる周波数帯域のピーク周波数に対応する周期であってもよい。
【００２８】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、（ｂ１）前記使用者に、物体を注視させることによって前記視点を前記物体に合わせさせること、および（ｂ２）前記ステップ（ｂ１）の後、前記物体を前記使用者から遠ざかる方向に移動させることと、前記物体を前記使用者に近づく方向に移動させることとを交互に繰り返すことを含んでいてもよい。
【００２９】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、（ｂ１）表示装置の画面上に３次元画像の物体を表示すること、（ｂ２）前記使用者に、前記物体を注視させることによって前記視点を前記物体に合わせさせること、および（ｂ３）前記ステップ（ｂ２）の後、前記物体の大きさを変更することにより、前記物体を前記使用者から遠ざかる方向に仮想的に移動させることと、前記物体を前記使用者に近づく方向に仮想的に移動させることとを交互に繰り返すことを含んでいてもよい。
【００３０】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、（ｂ１）前記使用者に、光が照らす位置を注視させることによって前記視点を前記光が照らす位置に合わせさせること、および（ｂ２）ステップ（ｂ１）の後、前記光が照らす位置を前記使用者から遠ざかる方向に移動させることと、前記光が照らす位置を前記使用者に近づく方向に移動させることとを交互に繰り返すことを含んでいてもよい。
【００３１】
前記ステップ（ｂ）において、前記サイクルを繰り返すことは、（ｂ１）前記使用者からの距離が異なる第１のランプおよび第２のランプを設置すること、（ｂ２）前記第１のランプおよび前記第２のランプのうちの一方を点灯し、前記点灯したランプを前記使用者に注視させることによって前記視点を前記点灯したランプに合わせさせること、および（ｂ３）前記ステップ（ｂ２）の後、前記第１のランプおよび前記第２のランプを交互に点灯すること、を含んでいてもよい。
【００３２】
前記方法は、（ｃ）前記ステップ（ｂ）の実行中に、前記使用者の瞳孔を撮影し、撮影した１または複数の画像から瞳孔径の値を算出するステップと、（ｄ）前記算出した瞳孔径の値に基づいて、前記使用者の視点の移動範囲を調整するステップとを包含してもよい。
【００３３】
前記方法は、前記ステップ（ｂ）の前に、前記瞳孔径の目標値を用意するステップをさらに包含し、前記ステップ（ｄ）は、（ｄ１）算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも大きい場合には前記使用者の視点を前記使用者に近づく方向に誘導すること、および／または算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも小さい場合には前記使用者の視点を前記使用者から遠ざかる方向に誘導することを含んでいてもよい。
【００３４】
本開示の一態様にかかるシステムは、使用者の自律神経の揺らぎ周期の情報を保持する記憶装置と、前記記憶装置が保持する前記情報に基づく制御信号に従って、前記使用者の視点を前記使用者から遠ざかる方向に誘導することおよび前記使用者の視点を前記使用者に近づく方向に誘導することを含む１サイクルを、前記自律神経の揺らぎ周期で繰り返すコントローラとを備えている。前記自律神経の揺らぎ周期は、瞳孔径の揺らぎ周期、心拍の揺らぎ周期、または前記瞳孔径の揺らぎ周期および前記心拍の揺らぎ周期から算出された周期であってもよい。
【００３５】
前記システムは、前記使用者の瞳孔を撮影した複数枚の画像から、複数の瞳孔径の値を算出する画像処理回路と、前記画像処理回路が算出した前記複数の瞳孔径の値から、前記瞳孔径の揺らぎ周期を算出し、前記記憶装置に格納するプロセッサとをさらに備えていてもよい。
【００３６】
前記システムは、前記使用者の瞳孔を撮影した複数枚の画像から、前記瞳孔径の揺らぎ周期を算出し、前記記憶装置に格納するプロセッサをさらに備えていてもよい。
【００３７】
前記システムは、前記使用者に装着されて前記使用者の心電の波形を計測する心電計と、前記心電計が計測した前記使用者の心電の波形に基づいて前記心拍の揺らぎ周期を算出し、前記記憶装置に格納するプロセッサとをさらに備えていてもよい。
【００３８】
本開示の他の態様にかかるシステムは、物体と、前記使用者から遠ざかる方向および前記使用者に近づく方向に前記物体を移動させるモータと、前記記憶装置が保持する前記情報に基づいて、前記制御信号を生成するプロセッサとをさらに備えている。前記コントローラは、前記制御信号に従って前記モータを制御することにより、前記視点の位置とみなされる前記物体を前記自律神経の揺らぎ周期で移動させてもよい。
【００３９】
前記システムは、前記コントローラによる誘導中に、前記使用者の瞳孔を撮影した画像から、瞳孔径の値を算出する画像処理回路と、プロセッサとをさらに備えていてもよい。前記記憶装置は、瞳孔径の目標値をさらに記憶していてもよい。前記プロセッサは、前記目標値と、算出された前記瞳孔径の値とを比較し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも大きい場合には前記使用者の視点を前記使用者に近づける方向に誘導する前記制御信号を生成し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも小さい場合には前記使用者の視点を前記使用者から遠ざける方向に誘導する前記制御信号を生成してもよい。前記コントローラは、前記制御信号に従って前記使用者の視点を誘導してもよい。  
【００４０】
前記システムは、前記コントローラによる誘導中に、前記使用者の瞳孔を撮影した画像から、瞳孔径の値を算出するプロセッサをさらに備えていてもよい。前記記憶装置は、瞳孔径の目標値をさらに記憶していてもよい。前記プロセッサは、前記目標値と、算出された前記瞳孔径の値とを比較し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも大きい場合には前記使用者の視点を前記使用者に近づける方向に誘導する制御信号を生成し、算出された前記瞳孔径の値が前記目標値よりも小さい場合には前記使用者の視点を前記使用者から遠ざける方向に誘導する制御信号を生成してもよい。前記コントローラは、前記制御信号に従って前記使用者の視点を誘導してもよい。
【００４１】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示によるバイオフィードバック装置の実施形態を説明する。以下で説明する実施形態１〜３は、それぞれ、上述の条件（１）〜（３）が満たされる場合のバイオフィードバック装置に関する。一方、実施形態４は、上述の条件（１）および（２）が満たされる場合のバイオフィードバック装置に関する。
【００４２】
（実施形態１）
図１は、本実施形態にかかるバイオフィードバックシステム１００の概略的な構成を示す。理解の便宜のため、使用者１も併せて示されている。
【００４３】
まず、バイオフィードバックシステム１００の概要を説明する。
【００４４】
バイオフィードバックシステム１００では、使用者１は物体２を注視するよう指示される。バイオフィードバックシステム１００は、使用者１の現在の瞳孔径の大きさを特定する。そして、特定された瞳孔径が基準よりも大きければ物体２を使用者１に近付けて瞳孔径を小さくさせ、基準より小さければ物体２を使用者１から遠ざけて瞳孔径を大きくする。「基準」は使用者ごとに異なり得る。本実施形態では、安静時における使用者１の瞳孔径の平均値（以下「安静時瞳孔径平均値」と呼ぶ。）を基準とする。安静時瞳孔径平均値は、使用者１の安静時の瞳孔径から予め取得される。なお、安静時瞳孔径平均値は、制御対象である瞳孔径の目標値として使用される。
【００４５】
このとき、バイオフィードバックシステム１００は、任意の周期ではなく、一定の周期で物体２を使用者１に近付け、遠ざける。この「一定の周期」もまた、事前に取得された、使用者１の安静時における自律神経の揺らぎ周期である。上述した、特定された瞳孔径と安静時瞳孔径平均値との比較は、「一定の周期」に応じたタイミング（例えば、「一定の周期」の１／２の期間ごと）で行われる。これにより、物体２が移動する範囲が調整され、使用者１の瞳孔径は、安静時瞳孔径平均値を含む範囲で周期的に変化する。なお、上述したように、瞳孔径は、自律神経により支配されており、揺らぎが存在する。本実施形態では、安静時の使用者１の瞳孔径が揺らぐ周期が「安静時における自律神経の揺らぎ周期」として取得される。
【００４６】
バイオフィードバックシステム１００が上述のように動作することにより、当該物体２を注視する使用者１の視点は、安静時における自律神経の揺らぎ周期で、近くから遠く、遠くから近くへ誘導される。視点の移動により輻輳反応が生じ、瞳孔径の変化をもたらす。その結果、自律神経で支配される瞳孔径を、物体２の動きの周期を利用して変化させ、自律神経の周期を制御することが可能になる。  
【００４７】
なお、「安静時における自律神経の揺らぎ周期」は、使用者１の瞳孔径とは異なる生理信号、たとえば心拍揺らぎを用いて取得することも可能である。
【００４８】
上述の処理を行うバイオフィードバックシステム１００の具体的な構成を説明する。
【００４９】
バイオフィードバックシステム１００は、制御部６と、フィードバック部８とを備えている。制御部６は、瞳孔画像取得部３と、瞳孔径算出部４と、物体位置制御部５とを備えている。また、フィードバック部８は、物体２および物体駆動部７を備えている。
【００５０】
瞳孔画像取得部３は、使用者１の瞳孔を撮影し、瞳孔の画像を取得する。得られた使用者１の瞳孔画像は、瞳孔径算出部４に送られる。瞳孔径算出部４は、瞳孔画像から瞳孔径を算出する。瞳孔径算出のためのアルゴリズムは、一般に入手可能な瞳孔径測定装置と同じである。処理の具体的な内容は後述する。得られた瞳孔径値は、次に、物体位置制御部５に送られる。
【００５１】
物体位置制御部５は、瞳孔径算出部４から受け取った瞳孔径値にしたがって、移動可能な物体２の位置を制御する制御信号を生成し、フィードバック部８に出力する。フィードバック部８の物体駆動部７は、物体位置制御部５からの制御信号に基づいて物体２を駆動して、物体２の位置を、制御信号によって特定される位置に変化させる。
【００５２】
なお、本明細書では、便宜上、物体位置制御部５が物体２を移動させる、と表現することがある。実際には、物体駆動部７が物体２の位置を変更させる。具体的には、物体駆動部７が、物体位置制御部５から制御信号を受け取り、その制御信号に基づいて物体２を駆動する。物体位置制御部５が物体２の位置を決定する本質的な処理を行うので、その本質に注目して、「物体位置制御部５が物体２を移動させる」と表現することがある。
【００５３】
物体２の位置を変化させることは、使用者１と物体２と間の距離を変化させることを意味する。物体２と使用者１との距離を小さくすると瞳孔径が小さくなり、物体２と使用者１との距離を大きくすると瞳孔径が大きくなる。物体位置制御部５は、使用者１の瞳孔径を小さくする場合、物体２を使用者１に近付けるよう制御し、使用者１の瞳孔径を大きくする場合、物体２を使用者１から遠ざけるよう制御する。
【００５４】
本実施形態では、物体位置制御部５は、現在の瞳孔径値と、安静時瞳孔径平均値との関係に応じて、物体２を近付けるか遠ざけるかを決定する。
【００５５】
具体的には、物体位置制御部５は、事前に取得された安静時瞳孔径平均値と、バイオフィードバック開始後に得られた瞳孔径値の平均値とを比較する。バイオフィードバック開始後の瞳孔径値の平均値は、安静時における自律神経の揺らぎ周期（すなわち、フィードバック周期）の１／２よりも短い期間内に計測された複数の瞳孔径値の平均値である。なお、バイオフィードバック開始後の瞳孔径値の平均値に代えて、バイオフィードバック開始後のある時点で計測された１つの瞳孔径の値を用いてもよい。
【００５６】
物体位置制御部５は、平均された瞳孔径値が、安静時瞳孔径平均値よりも小さい場合、物体２を使用者１から遠ざけ、平均された瞳孔径値が、安静時瞳孔径平均値よりも大きい場合、物体２を使用者１に近付けるよう、物体２の位置を制御する。
【００５７】
図２は、バイオフィードバックシステム１００のハードウェア構成の一例を示す。図２には、瞳孔画像取得部３、瞳孔径算出部４およびフィードバック部８に対応するハードウェア構成がそれぞれ示されている。なお、図示されたハードウェアが動作するためには電源が必要であるが、電源の記載は省略した。
【００５８】
瞳孔画像取得部３は、たとえば近赤外光源３０１およびカメラ３０２によって構成される。近赤外光源３０１は、たとえば波長８９０〜９４０ｎｍの波長の光を放射するＬＥＤである。カメラ３０２は、近赤外光源３０１の波長に感度を有しており、その波長の光を受けて撮像できる。カメラ３０２は、たとえば３０〜３００Ｈｚで動画像を取得する。
【００５９】
上述の波長を利用して使用者１の目を撮影すると、たとえば、虹彩が濃い茶色で、瞳孔が黒い場合であっても、瞳孔を明確に識別できる。
【００６０】
なお、図２の例では、近赤外光源３０１は単に近赤外光を放射する機能のみを有しており、カメラ３０２と接続されていない。しかし、他の例として、カメラ３０２に近赤外光源３０１が実装され、撮影時にのみ近赤外光源３０１が点灯するよう、カメラ３０２からの制御信号を受信できる信号線が設けられてもよい。
【００６１】
瞳孔径算出部４は、たとえば信号処理回路またはプロセッサ（以下「ＣＰＵ」）４０１と、メモリ４０２と、画像処理回路４０３と、無線通信回路４０４とによって構成される。これらは互いにバス４０５で接続されており、相互にデータの授受が可能である。なお、画像処理回路４０３を設けずに、ＣＰＵ４０１を画像処理回路４０３として動作させてもよい。
【００６２】
ＣＰＵ４０１は、メモリ４０２に格納されているコンピュータプログラム４０６を実行して、瞳孔径算出部４全体の動作を制御する。コンピュータプログラム４０６は、図４に示すフローチャートの処理を実行する命令群である。
【００６３】
画像処理回路４０３は、たとえばグラフィックプロセッサである。本実施形態では、画像処理回路４０３は以下の処理を行って瞳孔画像から瞳孔径を算出する。まず、画像処理回路４０３は、得られた瞳孔画像を２値化する。この２値化の処理の目的は、瞳孔の輪郭を明確にすることにある。
【００６４】
画像処理回路４０３は、２値化後の瞳孔画像に楕円算出アルゴリズムを適用して画像内に含まれる楕円を特定する。画像処理回路４０３は、一般的な瞳孔径に対応する画素数を閾値として予め保持している。閾値は、カメラ３０２の画素数と、使用者１とカメラ３０２との距離等に依存する。以下、具体例を説明する。
【００６５】
本発明者は、画素数が縦６４０画素×横４８０画素のカメラ３０２を採用した。そして、使用者１の片目全体が概ねカメラ３０２の視野に収まるよう、使用者１とカメラ３０２の位置を調整した。
【００６６】
図３Ａは、カメラ３０２によって撮影された使用者１の眼球の画像例である。また図３Ｂは、画像処理回路４０３によって２値化された画像の一部である。
【００６７】
本実施形態では２値化のために、画素の輝度に閾値を設けた。本実施形態では近赤外光を照射して撮影しているため、閾値の設定は比較的容易である。具体的に説明すると、図３Ａから明確に理解されるように、撮影された画像では、瞳孔は黒く、瞳孔の周囲に広がる虹彩は薄いグレーであり、さらにその外側（すなわち、目尻側）は白い。瞳孔の黒さに相当する輝度値と、それ以外の輝度値とを分離できる値を閾値として設ければよい。
【００６８】
画像処理回路４０３は、撮影画像の画素ごとに、その閾値よりも大きいかそれ以下かを判定する。画像処理回路４０３は、ある輝度値以下の輝度値を有する画素を「白画素」に変換し、ある輝度値より大きい輝度を有する画素を「黒画素」に変換する。その結果得られた画像が図３Ｂである。図３Ａに示される黒い瞳孔が、図３Ｂでは白い領域として表され、それ以外の領域は概ね黒く表示されている。なお、上述の処理は一例である。瞳孔を黒い領域に変換してもよい。
【００６９】
次に、画像処理回路４０３は、２値化後の瞳孔画像（図３Ｂ）に含まれる白色領域のうち、所定の範囲内の大きさの領域を瞳孔領域として検出する。本発明者の実験によれば、瞳孔画像の長軸の長さは、短い被験者で２０画素程度であり、長い被験者で１５０画素程度であり、典型的（または平均的）には６０画素程度であった。画像処理回路４０３は、たとえば２０画素から１５０画素の長さの直線を含む白色領域を、瞳孔領域として検出する。このような処理を含めることにより、瞳孔以外に楕円形の領域が含まれたとしても、誤って瞳孔であると判断することを防止できる。なお、上述の処理によれば、楕円だけではなく、正円であっても瞳孔候補領域として検出され得る。
【００７０】
画像処理回路４０３は、たとえば、楕円に内接する平行四辺形を利用して、長軸の長さを取得する。画像処理回路４０３は、楕円に内接する平行四辺形の相対する辺の中点同士を連結して２本の直線を得て、その２本の直線の交点を楕円の中心として特定する。そして、画像処理回路４０３は、楕円中心を通る、２つの輪郭点がなす線分が最長になるときの線分長を、瞳孔径として特定する。
【００７１】
なお、近赤外光源３０１から放射された近赤外光が瞳孔に近い位置の角膜で反射すると、瞳孔画像の一部が反射光に起因して高輝度化し、楕円領域の一部が欠落してしまうことがある。高輝度化した部分は「アウトライア」と呼ばれ、その存在により、楕円領域の検出ができなくなる。ただしアウトライアを除去する技術は種々開発されている。よって本明細書ではその説明は省略する。アウトライアを除去した後、上述の楕円領域の検出および瞳孔径の検出を行うことが望ましい。
【００７２】
なお、撮影しながら瞳孔径を特定するため、画像処理回路４０３が瞳孔径を算出する際の動作周波数は、カメラ３０２が画像を取得する周波数より高い。
【００７３】
ＣＰＵ４０１は、予め用意された、使用者１の安静時瞳孔径平均値、および、安静時の自律神経の揺らぎ周期（すなわち、フィードバック周期）の情報を利用して制御信号を生成する。利用される情報は、ＣＰＵ４０１内のレジスタに記憶されていてもよいし、メモリ４０２に記憶されていてもよい。
【００７４】
ＣＰＵ４０１は、メモリ４０２に所定期間分の瞳孔径の値が蓄積されると、それらの平均値を算出する。本発明者が採用した「所定期間」は、安静時における自律神経の揺らぎ周期（すなわち、フィードバック周期）の１／２よりも短い期間である。具体的には、揺らぎが最大値から最小値になるまで又は揺らぎが最小値から最大値になるまでの片道の期間（すなわち１／２周期の期間）の中の最後の１／４の期間、つまり、１／８周期の期間を「所定期間」とした。往復の１周期を期間Ｐとすると、時刻（３／８）Ｐ〜（４／８）Ｐの期間中に得られた瞳孔径の値を用いて瞳孔径の平均値が算出され、時刻（７／８）Ｐ〜（８／８）Ｐの期間中に得られた瞳孔径の値を用いて瞳孔径の平均値が算出される。
【００７５】
ＣＰＵ４０１は、安静時瞳孔径平均値と、算出した瞳孔径の平均値とを比較する。ＣＰＵ４０１は、平均された瞳孔径値が、安静時瞳孔径平均値よりも小さい場合には、ＤＣモータ８０４を正回転させるための制御命令（すなわち、制御信号）を生成する。一方、ＣＰＵ４０１は、平均された瞳孔径値が、安静時瞳孔径平均値よりも大きい場合には、ＤＣモータ８０４を逆回転させるための制御命令（すなわち、制御信号）を生成する。いずれの制御信号も、ＤＣモータ８０４をどのような回転速度でどれだけの期間に亘って回転させるかを制御する信号を含み得る。
【００７６】
無線通信回路４０４は、予め定められた通信プロトコルに従い、無線で情報を送信および／または受信する。本実施形態では、無線通信回路４０４は、ＣＰＵ４０１が生成した制御信号を送信する。この制御信号は、次に説明するフィードバック部８を構成する無線通信回路８０１によって受信される。
【００７７】
フィードバック部８は、たとえば無線通信回路８０１と、バッファ８０２と、マイクロコントローラ８０３と、ＤＣモータ８０４とによって構成されている。これらが、図１における物体駆動部７の実例である。
【００７８】
フィードバック部８は、たとえば外部から無線で制御信号を受信し、その制御信号に従ってＤＣモータ８０４を回転させて車輪を駆動し、移動させるラジオコントロールカーとして実現され得る。物体２としてのラジオコントロールカーの筐体の中に、物体駆動部７が搭載されてフィードバック部８が構成されている。
【００７９】
無線通信回路８０１は、予め定められた通信プロトコルに従い、無線で情報を送信および／または受信する。本実施形態では、無線通信回路８０１はＣＰＵ４０１が生成した制御信号を受信する。無線通信回路８０１は、受信した制御信号が示す命令をバッファ８０２に送る。バッファ８０２はその命令を格納する。
【００８０】
マイクロコントローラ（以下「マイコン」と記述する。）８０３は、バッファ８０２に格納された命令を逐次読み出し、その命令を実行する。たとえばマイコン８０３は、ＤＣモータ８０４を正回転させる命令を実行すると、ＤＣモータ８０４が正回転するよう、ＤＣモータ８０４に与えられる電流および／または電圧を制御してラジオコントロールカーを前進させる。これにより、ラジオコントロールカーは使用者１から遠ざかる。
【００８１】
または、マイコン８０３は、ＤＣモータ８０４を逆回転させる命令を実行すると、ＤＣモータ８０４が逆回転するよう、ＤＣモータ８０４に与えられる電流および／または電圧を制御してラジオコントロールカーを後退させる。これによりラジオコントロールカーは使用者１に近付く。
【００８２】
ＤＣモータ８０４の回転方向のみならず、回転速度および回転させる期間は、制御信号に基づいて決定される。これにより、ラジオコントロールカーは、所望の速さおよび周期で、往復運動を行うことが可能になる。
【００８３】
さらにマイコン８０３は、ＤＣモータ８０４の回転を停止させる命令を実行すると、ＤＣモータ８０４に与えられる電流および／または電圧を遮断し、または徐々に減少させる。これにより、ラジオコントロールカーは移動を停止する。
【００８４】
なお、ＤＣモータ８０４が正回転したときにラジオコントロールカーが使用者１に近付き、逆回転したときにラジオコントロールカーが使用者１から遠ざかるように構成してもよい。
【００８５】
ラジオコントロールカーを使用者１に近付ける目的は、上述したように、注視する使用者１に輻輳反射を生じさせるためである。逆に、ラジオコントロールカーを使用者１から遠ざける目的は、上述したように、注視する使用者１に生じた輻輳反射を緩和させるためである。
【００８６】
図２では、ＣＰＵ４０１、および、マイコン８０３という２つの半導体回路を挙げて説明したが、これらは一例である。ＣＰＵ４０１およびマイコン８０３に限られず、所定の命令に基づいてその命令に従った処理を実行できる回路を用いることができる。
【００８７】
図４は、瞳孔径算出部４および物体位置制御部５の実体として動作するＣＰＵ４０１の処理の手順を示すフローチャートである。
【００８８】
ステップＳ１において、ＣＰＵ４０１は、瞳孔画像取得部３のカメラ３０２から瞳孔画像データを受信してメモリ４０２に格納する。
【００８９】
ステップＳ２において、ＣＰＵ４０１は、メモリ４０２から瞳孔画像のデータを読み出して画像処理回路４０３に送り、画像処理回路４０３に瞳孔径の値を算出するよう指示する。この指示に基づいて画像処理回路４０３は瞳孔径の値を算出し、算出結果（すなわち、瞳孔径のデータ）をメモリ４０２に蓄積する。
【００９０】
ステップＳ３において、ＣＰＵ４０１は、メモリ４０２を参照して、メモリ４０２に蓄積されている瞳孔径のデータの個数の情報を取得する。
【００９１】
ステップＳ４において、ＣＰＵ４０１は、瞳孔径の値がメモリ４０２に所定個格納されているか否かを判断する。所定個の値が格納されている場合にはステップＳ５に進み、そうでない場合には再びステップＳ１に戻る。なお、「所定個の値」は、上述した、所定期間に取得された一定個数の瞳孔径の値を意味している。また、ステップＳ１の処理は、ステップＳ２〜Ｓ４の処理が実行されている間も行われており、ステップＳ４から分岐して再度ステップＳ２を実行するときは、ＣＰＵ４０１は、前回のステップＳ２の後で新たに取得した瞳孔画像のデータを用いて処理を行う。
【００９２】
ステップＳ５において、ＣＰＵ４０１は、所定個の瞳孔径の値からその平均値ＰＤａｖｅを算出する。
【００９３】
ステップＳ６において、ＣＰＵ４０１は、平均値ＰＤａｖｅと安静時瞳孔径平均値ＰＤｃｏｎｓｔとを比較する。平均値ＰＤａｖｅが安静時瞳孔径平均値ＰＤｃｏｎｓｔより大きい場合には処理はステップＳ７に進み、そうで無い場合にはステップＳ８に進む。
【００９４】
ステップＳ７において、ＣＰＵ４０１は、フィードバック部８に含まれるＤＣモータ８０４を一定時間正回転させる制御信号を生成する。ステップＳ８において、ＣＰＵ４０１はＤＣモータ８０４を一定時間逆回転させる制御信号を生成する。
【００９５】
そしてステップＳ９において、ＣＰＵ４０１は、生成した制御信号を無線通信回路４０４を介してフィードバック部８の無線通信回路８０１に送信する。これにより、フィードバック部８のマイコン８０３は、受信した制御信号に基づいてＤＣモータ８０４を正回転させて物体２を前進させ、または逆回転させて物体２を後退させることができる。なお、前進させる制御信号と後退させる制御信号とは必ずしも別個の信号でなくてもよい。マイコン８０３が解釈可能であれば、たとえばフィードバック周期の半分の時間だけＤＣモータ８０４を正回転させ、その後フィードバック周期の半分の時間だけＤＣモータ８０４を逆回転させる命令を１つの制御信号として送信してもよい。また、瞳孔の変化のサイクルが安定した後は、ステップＳ１〜Ｓ６を省略してステップＳ７およびＳ８を交互に繰り返しても良い。
【００９６】
なお、上述のステップＳ１は、たとえばＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｃｃｅｓｓ）技術を用いればＣＰＵ４０１自らが行わなくてもよい。
【００９７】
上述したコンピュータプログラム４０６は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されて製品として市場に流通され、または、インターネット等の電気通信回線を通じて伝送され得る。
【００９８】
以下、本発明者が行った具体的な実験結果を説明する。
【００９９】
近赤外光源３０１として、波長８９０ｎｍで発光するＬＥＤを使用した。ＬＥＤの電源は単４乾電池１個として、１オームの抵抗を直列に付け、電圧を調整した。瞳孔の撮像するカメラ３０２として、３０Ｈｚで動作するＵＳＢ接続型の小型カメラ（たとえばケイティーシステムＫＴＵＳＣＭ００２）を使用した。使用者１に帽子を着用させて、小型カメラ、ＬＥＤ、電源を帽子に固定した。小型カメラはＵＳＢでＰＣに接続し、ＵＳＢケーブルを介して電源供給とデータ転送を行った。
【０１００】
瞳孔径算出部４および物体位置制御部５をＰＣによって実現し、ＣＰＵ４０１および画像処理回路４０３を動作させるためのコンピュータプログラムをインストールした。物体２はラジオコントロールカーであり、ＤＣモータと車輪で前後に動くように構成した。さらに、ラジオコントロールカー上にマイコン８０３と無線通信回路８０１を搭載し、マイコン８０３によりＤＣモータ８０４を制御した。ＰＣに無線通信回路４０４を設置し、無線通信回路４０４から無線通信回路８０１へ制御信号を送信できるよう構成した。
【０１０１】
安静時瞳孔径揺らぎを事前に測定し、その結果、１１秒周期で瞳孔径を変動させることとした。つまり、フィードバック周期を１１秒に設定した。ラジオコントロールカーを使用者１に近づけるのに要する期間、遠ざけるのに要する期間は、それぞれ、フィードバック周期の半分である５．５秒ごとに設定した。そのためのアルゴリズムは、図４のステップＳ６〜Ｓ８で説明した通りである。
【０１０２】
本実験例では、初期状態の瞳孔径（Ｒｅｓｔｉｎｇ）を計測し、その後、上述した瞳孔径の揺らぎを用いたバイオフィードバックを実施したときの瞳孔径を計測した（ＰＤＦＢ）。期間は各々、１５０秒間とした。
【０１０３】
図５（ａ）および（ｂ）は、瞳孔径の測定結果を示す。図５（ａ）は初期状態の瞳孔径（Ｒｅｓｔｉｎｇ）の測定結果を示し、図５（ｂ）はバイオフィードバックを実施したときの瞳孔径（ＰＤＦＢ）の測定結果を示す。図５（ｂ）から、使用者１の瞳孔径は、物体との距離変化を反映して、輻輳反射により、顕著に１１秒周期で変動していることが分かる。
【０１０４】
これを明確に示すため、本発明者は、図５の結果に周波数解析を行った。
【０１０５】
図６（ａ）および（ｂ）は、周波数解析結果を示す。５０秒ごとの窓を設け、２秒ごとにずらしながらフーリエ変換によりパワースペクトルを計算し、低周波数成分（０．０４−０．１５Ｈｚ、以下、ＬＦと呼ぶ）と高周波数成分（０．１５−０．５０Ｈｚ、以下、ＨＦと呼ぶ）それぞれを数値積分した。さらに、値を、Ｒｅｓｔｉｎｇにおける平均値と標準偏差により規格化した。すなわち、０以上の値は、Ｒｅｓｔｉｎｇよりも揺らぎが大きいことを、０以下の値は、Ｒｅｓｔｉｎｇよりも揺らぎが小さいことを示す。なお、図６の横軸は、５０秒間の窓の開始時刻を示している。
【０１０６】
図６（ａ）に示すように、フィードバックが１１秒周期（０．０９１Ｈｚ）で、上記のＬＦ領域であるため、顕著にＬＦのパワーが増大しているが、それに合わせて、図６（ｂ）に示されるように、直接はフィードバックと関係ないＨＦ領域のパワーも、フィードバックにより増大した。このような効果は、心拍揺らぎバイオフィードバックでも見られ、腹式呼吸の周期をＬＦ領域としても、ＨＦ成分も増大することが知られている。つまり、瞳孔径揺らぎに基づくバイオフィードバックによっても、心拍揺らぎに基づくバイオフィードバックと同じ傾向の結果が得られたと言える。ここで得られた結果は、心拍揺らぎ同様に、瞳孔径も自律神経の２重支配を受けていることに起因していると考えられる。
【０１０７】
心拍揺らぎバイオフィードバックでは、使用者１は、ゆっくりとした腹式呼吸を訓練しなければならない。一方、本開示による瞳孔径揺らぎバイオフィードバックでは、瞳孔径変動に同期して変位する物体を単に注視するだけである。使用者１は瞳孔径を変動させるという意識を持つことなく、自身の瞳孔径を周期的に変動させることが可能となる。上述のように、瞳孔径は自律神経の２重支配を受けているので、逆に、瞳孔径の周期的変動は、脳内で自律神経にフィードバックされることが期待され、結果として、自律神経のバランスを制御することが可能となる。
【０１０８】
本開示による方法は、使用者１に特別な訓練を必要とせず、容易に実現可能である。本開示の瞳孔径揺らぎバイオフィードバックは、従来の心拍揺らぎバイオフィードバックに比較して簡便かつ確実に実施可能であり、その価値は顕著である。
【０１０９】
（実施形態２）
図７は、本実施形態にかかるバイオフィードバックシステム２００の概略的な構成を示す。
【０１１０】
バイオフィードバックシステム２００は瞳孔径揺らぎ算出部２１を有する点において、実施形態１にかかるバイオフィードバックシステム１００と相違する。
【０１１１】
実施形態１においては、自律神経の揺らぎ周期（すなわち、フィードバック周期）の情報は予め取得しているとした。本実施形態においては、その情報の取得を瞳孔径揺らぎ算出部２１が行う。
【０１１２】
以下では、図１のバイオフィードバックシステム１００に関連して説明した構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付し、説明を省略する。  
【０１１３】
瞳孔径揺らぎ算出部２１は、図２に示すＣＰＵ４０１、メモリ４０２および画像処理回路４０３を用いて実現され得る。つまり、瞳孔径揺らぎ算出部２１と瞳孔径算出部４と物体位置制御部５とは、共通のハードウェアを用いて実現され得る。より具体的に説明すると、画像処理回路４０３は、使用者１の瞳孔を撮影した複数枚の画像から、複数の瞳孔径の値を算出する。そしてＣＰＵ４０１は、画像処理回路４０３が算出した複数の瞳孔径の値から、瞳孔径の揺らぎ周期を算出する。得られた自律神経の揺らぎ周期（フィードバック周期）の情報は、ＣＰＵ４０１のレジスタ、またはメモリ４０２に格納され、後の処理に利用される。
【０１１４】
以下、瞳孔径揺らぎ算出部２１の具体的な動作を説明する。
【０１１５】
典型的には、瞳孔径揺らぎ算出部２１は、バイオフィードバックの動作を行う前に動作して、自律神経の揺らぎ周期（すなわち、フィードバック周期）を取得する。バイオフィードバックの動作に先立って、瞳孔画像取得部３および瞳孔径算出部４が動作を行う。瞳孔径算出部４は、瞳孔径値の変化を示す信号を瞳孔径揺らぎ算出部２１に送る。瞳孔径揺らぎ算出部２１は、瞳孔径算出部４から受け取った瞳孔径値の変化を示す信号の周波数揺らぎを解析する。具体的には、高速フーリエ変換によりパワースペクトルを算出する。フーリエ変換のため、本発明者は、一例として１８０秒に亘って取得された瞳孔径値の時系列の情報を利用した。上述のように、瞳孔径は自律神経の支配を受けているので、瞳孔径の揺らぎは自律神経の揺らぎを反映している。瞳孔径揺らぎ算出部２１は、得られた瞳孔径の揺らぎの情報を物体位置制御部５に送る。
【０１１６】
実施形態１に関連して詳述したように、物体位置制御部５は、瞳孔径揺らぎの情報から、制御信号を送る周期を決定し、さらに、瞳孔径値にしたがい、物体２を近づけたり、遠ざけたりすることで、輻輳反射を周期的に誘起する。
【０１１７】
なお、瞳孔径揺らぎ算出部２１は、バイオフィードバックの動作開始後に動作してもよい。これにより、瞳孔径揺らぎ算出部２１は、誘導したい自律神経の揺らぎ周期（すなわちフィードバック周期）を、バイオフィードバックの動作中に変化させていくことが可能になる。
【０１１８】
以上により、自律神経揺らぎに起因する瞳孔径揺らぎを、最大化したり、あるいは、最小化したり、使用者１の状態に応じて、瞳孔径を制御することが可能となる。結果として、所望の自律神経制御が実現される。
【０１１９】
（実施形態３）
図８は、本実施形態にかかるバイオフィードバックシステム３００の概略的な構成を示す。
【０１２０】
バイオフィードバックシステム３００は、使用者１に心電センサ３２が装着されていること、および、心拍揺らぎ測定部３１を有する点において、実施形態１にかかるバイオフィードバックシステム１００と相違する。以下では、図１のバイオフィードバックシステム１００に関連して説明した構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１２１】
心拍揺らぎ測定部３１は通信回路を備えており、使用者１に装着された心電センサ３２から、無線または有線で使用者１の心電を示す信号を受信する。心拍揺らぎ測定部３１は、図２に示すＣＰＵ４０１、メモリ４０２および無線通信回路４０４を用いて実現され得る。つまり、心拍揺らぎ測定部３１と瞳孔径算出部４と物体位置制御部５とは、共通のハードウェアを用いて実現され得る。
【０１２２】
心拍揺らぎ測定部３１として動作するＣＰＵ４０１が心電を示す信号から心拍揺らぎを算出する方法を、以下に説明する。心拍揺らぎ測定部３１は、心電波形を瞬時心拍に変換することにより、心拍揺らぎを求めている。
【０１２３】
図９（ａ）〜（ｅ）は、心電センサ３２の出力から心拍揺らぎを求める手順の概念を示す。
【０１２４】
図９（ａ）は、心電センサ３２が出力した心電波形の例を示す。心拍揺らぎ測定部３１はこの波形を受け取って以下の処理を行う。
【０１２５】
心拍揺らぎ測定部３１は、まず心電波形のＲ波のピークを特定する。たとえば心拍揺らぎ測定部３１は、予め定めた閾値以上で、かつ極大値（ピーク）を取る値をＲ波のピークとして特定する。図９（ｂ）は、特定されたＲ波のピークの値とその時刻を示す。
【０１２６】
次に心拍揺らぎ測定部３１は、得られたデータをＲＲ間隔タコグラムに変換する。すなわち、縦軸に示すＲ波のピークの値をＲＲ時間間隔に変換する。具体的には、心拍揺らぎ測定部３１は、時刻Ｔ１で得られたＲ波のピークＡの値を、次に特定された時刻Ｔ２の値を用いて、（Ｔ２−Ｔ１）に置き換える。この結果、ピークＡは、座標（Ｔ１，Ｔ２−Ｔ１）に変換される。同様に、時刻Ｔ２で得られた２番目のＲ波のピークＢは、座標（Ｔ２，Ｔ３−Ｔ２）に置き換えられ、続くピークＣは座標（Ｔ３，Ｔ４−Ｔ３）に置き換えられる。
【０１２７】
図９（ｃ）は、上述の処理によって得られた各ピークに対応する座標を示す。
【０１２８】
心拍揺らぎ測定部３１は、このようにして得られた離散的な座標を、滑らかに補間することによって曲線を求める。図９（ｄ）は、図９（ｃ）の各座標をスプライン補間して得られた曲線を示す。なおスプライン補間の技術は周知であり、詳細の説明は省略する。スプライン補間以外の補間処理を利用してもよい。さらに図９（ｅ）はより長い時間に亘るＲ波ピークを利用して得られた曲線を示す。このようにして得られた曲線は、「瞬時心拍」の波形と呼ばれる。
【０１２９】
心拍揺らぎ測定部３１は、この瞬時心拍の波形から、心拍揺らぎを求めればよい。たとえば心拍揺らぎ測定部３１は、瞬時心拍の波形の周波数揺らぎを解析する。この処理は、実施形態２における、瞳孔径値の変化を示す信号の周波数揺らぎを解析する処理と同じである。瞳孔径値の変化を示す信号に代えて、瞬時心拍の波形を示す信号を用いればよい。これにより、心拍揺らぎを特定することができる。
【０１３０】
図８に示すように、心拍揺らぎ測定部３１は、特定した心拍揺らぎの周期を示す情報を物体位置制御部５に送信する。
【０１３１】
心拍揺らぎは、自律神経の支配を受けている。物体位置制御部５は、瞳孔径の揺らぎだけではなく、心拍揺らぎの周期の情報をさらに考慮して、物体２を移動させる周期を決定する。たとえば心拍揺らぎ測定部３１は、瞳孔径の揺らぎの周期と心拍揺らぎの周期との平均値で、物体２を移動させる周期を決定してもよい。
【０１３２】
これにより、実施形態２と同様に、自律神経揺らぎに起因する瞳孔径揺らぎを、最大化したり、あるいは、最小化したり、使用者１の状態に応じて、瞳孔径を制御することが可能となる。結果として、所望の自律神経制御が実現される。
【０１３３】
なお、心電センサ３２は脈波を測定する脈波センサにより代替可能である。脈波とは、身体組織のある部分への血液の流入によって生じる容積変化を体表面から捉えた波形である。脈波は血管運動反応を反映する。心臓の動きそのものではなく、末梢血管の運動を測定することによって、間接的に心電のＲ波とＲ波との間隔（すなわち、Ｒ−Ｒ間隔）と同様の意味を持つ情報が得られるとされている。したがって、心電を取得する処理と同様に処理することが可能である。すなわち、脈波に基づいて算出された揺らぎ周期も、心拍の揺らぎ周期である。
【０１３４】
（実施形態４）
図１０は、本実施形態にかかるバイオフィードバックシステム４００の概略的な構成を示す。
【０１３５】
実施形態１〜３と異なり、本実施形態によるバイオフィードバックシステム４００は、予め取得した使用者１の安静時の自律神経の揺らぎ周期のみを利用して物体２を当該周期で前後させ続ける。このとき、使用者１の生理信号を取得するもなく、また、当然にその生理信号を利用して周期の調整をすることもない。
【０１３６】
つまり、バイオフィードバックシステム４００は、使用者１の現在の生理状態にかかわらず、物体２の移動周期を制御して、瞳孔径が自律神経の揺らぎ周期で収縮するように誘導する。安静時の自律神経の揺らぎ周期の情報は、たとえば実施形態２の方法で取得してもよいし、自律神経の支配を受ける点で瞳孔径揺らぎと共通する心拍揺らぎから取得してもよい。
【０１３７】
バイオフィードバックシステム４００は、フィードバック部８を含む。フィードバック部８は、物体２および物体駆動部７を有する。フィードバック部８のハードウェアは、たとえば実施形態１にかかるバイオフィードバックシステム１００のフィードバック部８と同じである。実施形態４では、実施形態１のように物体位置制御部５が瞳孔径値の情報を受信する必要は無いため、瞳孔径値の情報に関する処理は行わない。よって、ただ物体２を近くから遠く、遠くから近くへと自律神経の揺らぎ周期で前後させるだけでよい。これにより、自律神経の周期を制御することが可能になる。
【０１３８】
上述の相違点は、たとえば図２に示すマイコン８０３の動作およびバッファ８０２に記憶される情報の相違として現れる。たとえばバッファ８０２は、予め測定された、安静時の使用者１の自律神経の揺らぎ周期の情報を記憶している。マイコン８０３は、バッファ８０２に記憶された当該揺らぎ周期の情報のみに依拠して、物体２を移動させることにより、使用者１の視点を近くから遠く、遠くから近くへ誘導する。
【０１３９】
本実施形態の構成によれば、自律神経の揺らぎ周期さえ得られれば、使用者１の生理信号を取得するための設備を導入する必要は無いため、バイオフィードバックシステム４００の導入は非常に容易である。
【０１４０】
また、使用者１は単に物体を注視していればよいので、心拍揺らぎバイオフィードバックに必要な周期的腹式呼吸を習熟する必要はない。使用者１の負担は心拍揺らぎバイオフィードバックと比較して遙かに軽い。
【０１４１】
以上、本開示の例示的な実施形態を説明した。
【０１４２】
本開示の例示的な実施形態によれば、従来の心拍揺らぎバイオフィードバック法と同等の効果が、それを用いるよりも簡便かつ実用的な構成および／または方法によって得られる。
【０１４３】
（変形例）
上述の実施形態では、現実の物体（ラジオコントロールカー）を変位させるバイオフィードバック方法およびシステムに関して説明した。しかしながら、これは一例である。本明細書でいう「物体」は有体物に限られず、たとえばレーザを用いて床面や壁面に投射された光の点のような無体物であってもよい。
【０１４４】
さらに、本発明者は、ラジオコントロールカーのような、現存する物体の代替として、３Ｄディスプレイ上の仮想的な物体でも同様の効果が得られることを確認している。具体的には、画面上に３次元画像の物体を表示し、使用者１に、当該物体を注視させることによって視点を物体に合わせさせる。そして、画面上に表示されている物体の大きさを変更する。たとえば画面上の物体が小さくなるように変化させると、使用者１から見て仮想的に近くから遠くへ移動させたと同じ効果が得られる。逆に、画面上の物体が大きくなるように変化させると、使用者１から見て仮想的に遠くから近くへ移動させたと同じ効果が得られる。
【０１４５】
さらに、自走する物体に代えて、点灯時期を個別に設定できる少なくとも２つのランプを、使用者１からの距離が異なる位置に配置する。使用者１には点灯したランプを注視するよう指示する。そして、点灯させるランプを、使用者１に近い位置のランプから遠い位置のランプに切り替える。これにより、使用者１から見て物体を近くから遠くへ移動させたと同じ効果が得られる。逆に、点灯させるランプを、使用者１から遠い位置のランプから近い位置のランプに切り替えると、使用者１から見て物体を遠くから近くへ移動させたと同じ効果が得られる。
【０１４６】
また、使用者１の目に入射する光の強度を自律神経の揺らぎ周期で変化させてもよい。例えば、使用者１に照明を見つめるように指示し、その照明の明るさ（又はオン／オフ）を自律神経の揺らぎ周期で変化させてもよい。
【０１４７】
実施形態１〜４および変形例における使用者１への指示は、指示装置を用いて行ってもよい。指示装置は、例えば、コンピュータと、メモリと、ディスプレイおよび／またはスピーカとを備えている。メモリは、使用者１に指示する画像および／または音声のデータを格納し、コンピュータは、メモリのデータを読み出し、読み出したデータに基づく画像表示および／または音声出力がされるように、ディスプレイおよび／またはスピーカを制御してもよい。あるいは、指示者が使用者１に指示してもよい。
【０１４８】
また、指示なしで、使用者１の瞳孔径を強制的に自律神経の揺らぎ周期に同期して変化させてもよい。例えば、使用者１が居る部屋の照明の明るさ（又はオン／オフ）を自律神経の揺らぎ周期で変化させてもよい。また、使用者１にヘッドマウントディスプレイを装着させ、ヘッドマウントディスプレイの明るさ（又はオン／オフ）を自律神経の揺らぎ周期で変化させてもよい。これらの場合は、指示なしで、使用者１の瞳孔径を強制的に自律神経の揺らぎ周期に同期して変化させることができる。本発明者は、このような方法によっても、使用者１の輻輳反射を誘発できることを確認した。なお、ランプの点灯時期は、ＰＣ、マイコン等を利用して容易に制御できる。これにより、上述したと同じ効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本開示にかかる瞳孔径揺らぎバイオフィードバック方法およびバイオフィードバックシステムは、ストレス検知と、その改善に有効であり、個人の日常的で簡便なストレス管理、改善の方法、システムとして有用である。また、企業他各種団体の社員、メンバの日常的なストレス管理、改善等の用途にも応用できる。本開示にかかる自律神経の揺らぎの利用方法およびシステムによれば、自律神経のバランスを従来方法に比較してより簡便かつ実用的に維持、調整することができる。
【符号の説明】
【０１５０】
１  使用者
２  物体
３  瞳孔画像取得部
４  瞳孔径算出部
５  物体位置制御部
６  制御部
７  物体駆動部
８  フィードバック部
２１  瞳孔径揺らぎ算出部
３１  心拍揺らぎ測定部
３２    心電センサ
３０１  近赤外光源
３０２  カメラ
４０１  ＣＰＵ
４０２  メモリ
４０３  画像処理回路
４０４  無線通信回路
４０５  バス
８０１  無線通信回路
８０２  バッファ
８０３  マイコン
８０４  ＤＣモータ
１００〜４００  瞳孔径を利用するバイオフィードバックシステム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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