(57)【要約】  【課題】課題解決の過程においてその課題を解決するための方略を獲得した場合に脳の所定部位における血液量又は／及び血液成分量が特徴的な変化を起こすことを利用し、学習者の傾向や特性を科学的データで示すことが可能で、その結果から新しい教育方法の開発に有効である、簡素で優れた手段を提供する。  【解決手段】被験者Ｐの脳の所定測定部位Ｓにおける血液成分量を測定する測定部２と、前記測定部２で測定した血液成分量を時系列的に取得しその時間変化を示すデータである時間変化データを生成する時間変化データ生成部３と、前記被験者Ｐに所定の課題を行わせた場合に、前記時間変化データ生成部３で生成した時間変化データから前記被験者の前記課題を解決するための方略獲得のタイミングを検出可能に出力する出力部４と、被験者Ｐの頭部を固定するための固定手段たる頭部固定具５とを備えた方略獲得測定装置。【選択図】図３
2004298615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の脳の所定測定部位における血流量又は／及び血液成分量を測定する測定部と、
前記測定部で測定した血液量又は／及び血液成分量を時系列的に取得し、その時間変化を示すデータである時間変化データを生成する時間変化データ生成部と、
前記被験者に所定の課題を行わせた場合に、前記時間変化データ生成部で生成した時間変化データを、前記被験者の前記課題を解決するための方略獲得のタイミングを検出可能に出力する出力部とを備えた方略獲得測定装置。
【請求項２】
前記出力部が、前記課題を行う間の前記時間変化データの波形を出力するものである請求項１記載の方略獲得測定装置。
【請求項３】
前記測定部が血液中の少なくともオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量を測定するものである請求項１又は２記載の方略獲得測定装置。
【請求項４】
前記出力部が、さらに被験者の課題終了のタイミングを前記時間変化データと比較可能に出力するものである請求項１、２又は３記載の方略獲得測定装置。
【請求項５】
前記所定測定部位が脳の高次機能部分に対応する領域である請求項１、２、３又は４記載の方略獲得測定装置。
【請求項６】
前記測定部位が前頭葉に設定してある請求項１、２、３、４又は５記載の方略獲得測定装置。
【請求項７】
前記測定部が近赤外分光法を利用して血液量又は／及び血液成分量を測定するものである請求項１、２、３、４、５又は６記載の方略獲得測定装置。
【請求項８】
前記測定部が１チャンネル型のものである請求項７記載の方略獲得測定装置。
【請求項９】
さらに前記被験者の頭部を固定するための固定手段を備えている請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の方略獲得測定装置。
【請求項１０】
前記測定部が、被験者に行わせた課題に応じてベースライン補正された血液量又は／及び血液成分量を算出し得るものであり、
前記時間変化データ生成部を、ベースライン補正された血液量又は／及び補正血液成分量を時系列的に取得して前記時間変化データを生成するものとしている請求項1乃至９何れかに記載の方略獲得測定装置。
【請求項１１】
前記測定部が、血液量又は／及び血液成分量に相関関係を持つ所定のパラメータデータに基いて血液量又は／及び血液成分量の測定値を算出するものであり、
前記パラメータデータに対して課題に対応したベースライン補正するパラメータデータ補正部と、そのパラメータデータ補正部で補正されたパラメータデータを用いて血液量又は／及び血液成分量を算出する演算部とを備えている請求項１０記載の方略獲得測定装置。
【請求項１２】
前記パラメータデータ補正部が、被験者の課題実施中に取得されるパラメータデータからベースラインを表すベースラインデータとの差分を取る補正するものであり、
そのベースラインデータを課題の内容に応じて異ならせた関数によって表されるものとしている請求項１１記載の方略獲得測定装置。
【請求項１３】
被験者に所定の課題を行わせた場合に、近赤外分光法を用いて被験者の脳の所定測定部位における血液量又は／及び血液成分量を時系列的に測定し、その時間変化を示すデータである時間変化データを生成し、前記時間変化データに基いて被験者の前記課題を解決するための方略獲得の状態を判定するようにした方略獲得測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳活動の変化を利用して被験者の所定の課題に対する方略獲得を測定するための方略獲得測定装置及び測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、教育効果を高めるための種々の手法が提案されており、最近ではパソコン等を用いた新たな教育手法の開発もなされている。（特許文献参照）
【０００３】
ところで、学習者に対して適正な教育指導がなされるためには、指導者が学習者の能力や特徴を正しく把握することが必要であると言える。
【０００４】
例えば、数学及び算数における課題、中でも特に幾何学的な課題においては、一定の法則や規則性を見つけ出しそれを利用するという当該課題解決のための「方略」を獲得することによってスムーズに解答乃至回答できるものがある。具体的な一例としては、与えられた図形が所定の図形と合同であるか否かを判別するという課題を複数回行うような場合に、学習者が図形のどの部分に着目して比較すれば判別が可能となるかという「方略」を一旦獲得すれば、その後はその「方略」により解答ができるようになるといったものが挙げられる。その他、いわゆる補助線をどこに引くのかをひらめくことができれば、その後は既知の公式による計算を行って解答まで到達することができるというようなものも該当し、この場合は適正な補助線の利用が課題解決の「方略」ということができる。
【０００５】
これらのような課題を学習者が解く場合において、「方略」獲得までの過程と「方略」獲得後の過程との２つの過程の存在が考えられるが、従来では、これら２つの過程を別個に抽出するための装置や方法は存在しなかったため、その学習者の課題解決能力を、課題が最後まで解決なされたか否か、そして解決された場合には課題を解くまでにどの程度の総時間を要したかによって判断していた。
【特許文献１】特開平８−２２７２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、このような従来の判断によれば、課題を解決できなかった学習者が、「方略獲得ができなかった」のか、或いは「方略は獲得できたがその後の計算等の過程でミスしたのか」という判別は不可能である。また、解決できた学習者においても、方略獲得までに時間を要するのか、又はその後の過程に時間を要するのかというその学習者の課題解決における傾向（得手・不得手）を把握することは不可能であった。これらの結果、学習者へ適正な教育指導を行うことができないことになってしまう。そして、このような問題点は、数学及び算数に関する課題に限られない。
【０００７】
一方、近時、脳波計やＣＴ、ＭＲＩの他にも、無侵襲で被験者の動きを拘束することなく脳活動を計測できる装置が種々開発されており、脳科学研究の進歩には目を見張るべきものがある。
【０００８】
そこで、本発明は、脳科学研究を教育分野に応用して、従来得られなかった学習者の思考過程における客観的な科学的データを取得するとともに、そのデータを教育分野での指導に利用する目的でなされたものである。すなわち、本願発明者は、課題解決の過程においてその課題を解決するための方略を獲得した場合に脳の所定部位における血液量／及び血液成分量が特徴的な変化を起こすことを発見し、このことを利用して学習者の傾向や特徴を科学的データで示すことが可能であり、さらにその結果から個々の学習者へ最適の学習カリキュラムの提案を可能とする新しい教育方法の開発に有効である、簡素で優れた手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る方略獲得測定装置は、被験者の脳の所定測定部位における血流量又は／及び血液成分量を測定する測定部と、前記測定部で測定した血液量又は／及び血液成分量を時系列的に取得し、その時間変化を示すデータである時間変化データを生成する時間変化データ生成部と、前記被験者に所定の課題を行わせた場合に、前記時間変化データ生成部で生成した時間変化データを、前記被験者の前記課題を解決するための方略獲得のタイミングを検出可能に出力する出力部とを備えたものである。
【００１０】
ここで「方略獲得」とは、課題を解決するための適正な対処法や解き方を思いつくことであり、一定の法則や規則性を見つけ出すことや、課題を解決するための糸口となるようなものを発見すること等を含むものとする。
【００１１】
このようなものであれば、脳の所定測定部位における血液量又は／及び血液成分量の時間変化データによって、被験者がその課題に対する方略をどのタイミングで獲得したのか或いは獲得できなかったのかを、客観的な科学データとして取得できるようになる。すなわち、従来は解決までの総時間として判断するしかなかった被験者の課題解決能力を、方略までの過程と方略獲得後の過程とに分けて判断することができるようになる。その結果、指導者が学習者の傾向や特徴を捉えることができ、各学習者に適した新たな教育方法の開発や教育カリキュラムの客観的な指針設定等に大きな可能性を提供できるようになる。
【００１２】
さらに、血液量又は／及び血液成分量を測定するようにしているため、例えば近赤外分光法を利用することにより、無侵襲で被験者の動きを拘束することなく、且つ簡易な構成での実現が可能である。また、近赤外分光法は時間分解能に優れるため、方略獲得の状態を示すデータを克明に得ることもできる。
【００１３】
出力部としては、方略獲得のタイミングを示す或いは示唆するようなものであれば、時間変化を数値やグラフで示すものや、さらに適宜の処理を施して方略獲得のタイミングのみを数値等で示すようなものであっても構わないが、構築が比較的簡単であって実験者にわかり易いものとしては、出力部を、前記課題を行う間の時間変化データの波形を出力するように構成したものが挙げられる。
【００１４】
また、測定部としては、血液中のオキシヘモグロビン量とデオキシヘモグロビン量とを測定するようにしたものを挙げることができる。オキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量の時間変化に方略獲得に対する顕著な関連が見られるからである。なお、請求項２に挙げたように出力部を時間変化データの波形を出力するようにした場合には、オキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量に係る時間変化データの波形を出力するようにすればよい。
【００１５】
また、出力部を、さらに被験者の課題終了のタイミングを前記時間変化データと比較できるように出力するように構成すれば望ましい。課題終了と血液量又は／及び血液成分量に係る時間変化データとの関係を明確に示すことができるからである。なお、ここで「課題終了」とは、同一の方略によって解決される複数の課題がセットされたものを所定の時間内に連続して行う態様のものにおいては、複数の課題それぞれの終了を示すものとする。
【００１６】
前記所定測定部位の好適な設定箇所としては、脳の高次機能部分に対応する領域を挙げることができる。具体的には、前記所定測定部位が前頭葉に設定してあるものが望ましい。計測が容易で被験者への負担も少ないからである。
【００１７】
上述したように、前記測定部の好ましい具体的態様としては、近赤外分光法を利用して血液量又は／及び血液成分量を測定するものを挙げることができる。その場合、多チャンネルは必要なく、１チャンネル型のもので十分に本発明の効果を奏し得る。
【００１８】
また、測定時に課題を解いている被験者の頭部の動きを制止し可及的に正確なデータを得られるようにするためには、頭部を固定するための固定手段をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
より正確な方略獲得のタイミングを測定できるようにするためには、測定部に、被験者に行わせた課題に応じてベースライン補正された血液量又は／及び血液成分量を算出する機能を備えて、時間変化データ生成部を、ベースライン補正した血液量及び／又は血液成分量を時系列的に取得して時間変化データを生成するように構成すると望ましい。なお、「課題に応じて」とは、課題の内容の違いや実施態様に対応してという意味である。
【００２０】
方略を必要とするような課題を解決する際には、被験者は平常状態（安静時）と比べて相応の心理的な負荷を与えられる。すなわち、ブレインノイズなど以外にも課題を行う過程での被験者の心理状態の変化に起因する血液量又は／及び血液成分量の値が、時間変化データの値に影響を及ぼす場合がある。しかもその影響の程度は、課題の内容や実施態様によって異なるものである。従って、このようなものであれば、その心理的な負荷が測定値に与える影響も取り除くことができ、信頼性の高いデータを得ることができるようになる。
【００２１】
具体的態様としては、測定部を、血液量又は／及び血液成分量に相関関係を持つ所定のパラメータデータに基いて血液量又は／及び血液成分量の測定値を算出するように構成した場合には、そのパラメータデータに対して課題に対応したベースライン補正するパラメータデータ補正部と、そのパラメータデータ補正部で補正されたパラメータデータを用いて血液量又は／及び血液成分量を算出する演算部とを設けるようにしたものが挙げられる。
【００２２】
そして、この場合、パラメータデータ補正部を、パラメータデータからベースラインを示すベースラインデータを差し引いて補正するものとして、そのベースラインデータを課題の内容に応じて異なる関数で表すようにすれば望ましい。
【００２３】
要すれば、被験者に所定の課題を行わせた場合に、近赤外分光法を用いて被験者の脳の所定測定部位における血液量又は／及び血液成分量を時系列的に測定し、その時間変化を示すデータである時間変化データを生成し、前記時間変化データに基づいて被験者の前記課題を解決するための方略獲得の状態を判定するようにした方略獲得測定方法であればよい。
【発明の効果】
【００２４】
すなわち、本発明によれば、脳の所定測定部位における血液量又は／及び血液成分量の時間変化データから、被験者がその課題に対する方略をどのタイミングで獲得したのか或いは獲得できなかったのかを、客観的な科学データとして取得できる。すなわち、従来は解決までの総時間として判断するしかなかった被験者の課題解決能力を、方略までの過程と方略獲得後の過程とに分けて判断することができるようになる。その結果、指導者が学習者の傾向や特徴を捉えて、各学習者に適した新たな教育方法の開発や教育カリキュラムの客観的な指針設定等に大きな可能性を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１実施形態）本実施形態に係る方略獲得測定装置１は、図１、図３に示すように、被験者Ｐの脳の所定測定部位Ｓにおける血液成分量を測定する測定部２と、前記測定部２で測定した血液成分量を時系列的に取得しその時間変化を示すデータである時間変化データを生成する時間変化データ生成部３と、前記被験者Ｐに所定の課題を行わせた場合に、前記時間変化データ生成部３で生成した時間変化データから前記被験者の前記課題を解決するための方略獲得のタイミングを検出可能に出力する出力部４と、被験者Ｐの頭部を固定するための固定手段たる頭部固定具５とを備えたものである。
【００２７】
まず初めに、被験者Pに課す課題について説明すると、本実施形態においては、図４に示したように所定の２次元の指定図形Ｚ１と、課題図形Ｚ２とが合同か否かを解答するというものである。なお、指定図形Ｚ１を平行・対称・回転移動させたものも合同とすることとしている。図示例のものでは指定図形Ｚ１は解答用紙の中央に配置されており正方形（例えば、３．２ｃｍ×３．２ｃｍ）の中に模様が描いてある。また、課題図形Ｚ２は前記指定図形Ｚ１の周囲に格子状となるように複数（図示例のものでは８題）設定してあり、指定図形Ｚ１と同じ大きさの正方形の内部に模様が描いてある。そして、この課題においては、前記指定図形Ｚ１と合同の図柄を印刷した透明の補助シートＡを用意し、この補助シートＡを利用して上述の合同か否かの判断を行うことができるようにしている。
【００２８】
そして、このような課題において、当該課題を解決するための「方略を獲得した」とは、指定図形と課題図形とを漫然と見比べるのではなく、合同か否かを見極めるために照合すべきキーとなる部分を発見し、補助シートＡを利用して或いは頭の中だけで、判断できるということになる。
【００２９】
次に、具体的に装置の各部を詳述する。測定部２は、ＮＩＲＳ（近赤外分光法）を利用したもので、半導体レーザ等から発された複数波長（本実施形態では３波長）の近赤外光を前記所定部位Sに照射する一方、脳内から反射してくる前記各近赤外光を受光素子で受光して、照射光及び反射光の光強度に基づいて求められる各波長の近赤外光の吸収率（吸光度）によって、直接的には血液もしくは組織中のオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量を測定するものである。
【００３０】
本実施形態では、１チャンネル型、すなわち一対の光入射部及び光受光部を有したものであり、それら光入射部及び光受光部をそれぞれ、図２に示すように、被験者の額の所定領域Ｓ１及びＳ２に装着し、その間の脳の単一所定測定部位Ｓにおけるオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量を測定するようにしている。所定測定部位Ｓは、脳の高次機能部分であり、ここでは例えば前頭葉に設定しているが、その特定にあたっては、まずＭＲＩ等の脳構造測定装置を用いて被験者Pの脳構造画像を得て、その画像に基づいて行うようにしている。具体的には、右前頭葉前野の最も脳が突出した部分である。この部分としたのは、言語野以外の部位であること、先行研究から図形の処理と関連があるとされていること、毛髪がなく測定が行いやすいこと等の理由による。
【００３１】
時間変化データ生成部３は、被験者Ｐが上記課題を行う過程で測定部２が測定したオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量を所定間隔でサンプリングして時系列的に取得し、所定の記憶部に格納することによって。オキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量及びそれらから算出されるトータルヘモグロビン量の時間変化を示すデータである時間変化データを生成するものである。本実施形態ではＣＰＵを用いてデジタル的に処理しているが、もちろんアナログ的な処理によって時間変化データを生成するようなものであってもよい。
【００３２】
出力部４は、前記被験者Pが課題を行う間の前記時間変化データの波形をディスプレイ又はプリンタに出力するものである。さらに、図５に符号Xで示しているように、被験者Ｐが課題１題に付き終了したタイミング（課題終了のタイミング）を、前記時間変化データの波形と比較できるように時系列を揃えて同時に出力するようにしている。なお、本実施形態においては、この課題終了のタイミングは、例えばビデオ等による撮影を利用して測るようにしている。
【００３３】
頭部固定具５は、例えば図１に示すように、前額部上部を支える前額部支持部５１と、被験者Ｐの顎を支える顎支持部５２と、と、これら前額部支持部５１と顎支持部５２とを被験者Ｐが着座する机或いは床などに対して移動不能に固定するための図示しない固定部とから構成したものが挙げられる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る方略獲得測定装置１を用いて、実際に被験者Ｐに上述の課題を行わせた場合の結果の一例を、図５を参照して以下に示す。なお、図５において、符号Ｘで示した課題終了のタイミングのうち、上向きのピークが合同であると判断し例えば○印を記入したタイミングであり、下向きのピークが非合同と判断し例えば×印を記入したタイミングである。
【００３５】
まず図５から明らかなように、前半４題の課題解決総時間よりも後半４題の課題解決総時間の方が短くなっており、一の課題解決に係る平均時間は、後半４題は前半４題の約半分程度になっている。なお、この被験者Ｐの正解率は１００％であったので課題の意味（内容）は理解した上で当該課題を遂行したと考えてよい。すなわち、この被験者Ｐは、上述したようなこの課題に対する「方略」を４題目の終了時点前後に獲得し、その後は獲得した方略によってスムーズに解決していると推測できる。
【００３６】
一方、時間変化データの波形に着目すれば、まず、課題の４題目までは課題終了のタイミングとほぼ同時期にオキシヘモグロビン量の増加が見られる（上向き凸型のピークｏ１、ｏ２、ｏ３、ｏ４）ことがわかる。また、課題終了のタイミングから約５〜１０秒程度遅れてデオキシヘモグロビン量が増加している（上向き凸型のピークｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４）。これに対し、４題目の課題終了後は、デオキシヘモグロビン量の波形においては、課題終了のタイミングに影響された増加は観察されず減少傾向となっており、オキシヘモグロビン量の波形においては、課題終了のタイミングに影響される増加は観察されず一定又は増加傾向となっており、これら２つの波形は接近する傾向が見られる。
【００３７】
以上のように、方略獲得に至るまでの過程と方略獲得後の過程において、オキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量の波形形状に特徴的な差異が見られることから、波形形状と方略獲得のタイミングとは強い相関関係があり、時間変化データの波形形状の変化が観察された時点を方略獲得のタイミングと見なせる可能性が大きい。
【００３８】
このように本実施形態に方略獲得測定装置１によれば、出力部４によって出力されたデオキシヘモグロビン量、オキシヘモグロビン量の経時的変化の波形形状の特徴から、被験者Ｐの課題に対する方略獲得のタイミングを知ることが可能である。このことを利用すれば、「課題を解決する上で方略は獲得できているか？」「方略獲得までに係る時間と方略獲得後に係る時間はどちらが要しているか？」等の被験者Ｐの課題解決における傾向や特徴を科学的データとして得ることができる。その結果、被験者Ｐにとっては本人も意識していなかった自身の学習傾向や特徴が明らかになり、学習指導者にとっては被験者Ｐに対して個人毎に設定した適正な教育方法及び教育カリキュラムを組むことが可能となる。
【００３９】
また、近赤外分光法を利用しているので、無侵襲である上、被験者Ｐの拘束度がｆＮＲＩ等他の測定装置に比べ小さい。そして、装置を装着し易い前頭葉に所定測定部位Ｓを設定していることも加え、測定を自然な環境下で行うことができる。さらには、本実施形態では、側定部２に１チャンネル型の小さなものを採用したので、被験者Ｐに課題解決という外的影響を受けやすい状況において余計な負荷を与えない。
【００４０】
さらに、近赤外分光法による装置はそもそも簡易な構造である上、１チャンネルのみの構成を採用しており、さらには単に血液量又は／及び血液成分量の時間変化のみを検出して波形出力するだけで画像処理等の複雑な処理を必要としないことから、その構造の可及的な簡易化が可能である。
【００４１】
また、頭部固定具５を使用するようにしているので、頭部が動きがちな課題解決時にその動きを好適に制止して、正確な測定が可能となる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態を、図６〜図１１を参照して説明する。
【００４３】
（第２実施形態）この方略獲得測定装置１００は、その機器構成は上記第１実施形態に示すものと同様のものであるが、図６の全体機能構成図に示すように、測定部２００と、時間変化データ生成部３００と、個人平均値データ生成部４００と、総合平均値データ生成部５００と、出力部６００と、固定手段たる頭部固定具５とを備えたものである。なお、頭部固定具５は、第１実施形態の頭部固定具５と同等のものであるので説明は省略する。
【００４４】
まず、本実施形態において、被験者に課す課題について説明する。この第２実施形態においては、被験者に２種類の課題Ｋ１、Ｋ２を課している。
【００４５】
課題Ｋ１は、第１実施形態で説明した課題と使用する教材等は同様のものであるが、図４に示した用紙に印刷されている複数の課題図形Ｚ２のうち指定図形Ｚ１と合同なものがいくつあるかを、透明の補助シートＡを利用して解答するというものである。一方、課題Ｋ２は、前記補助シートＡは与えないで、複数の課題図形Ｚ２のうち指定図形Ｚ１と合同なものの個数を解答するというものである。
【００４６】
そして、被験者に、課題Ｋ１を連続して５回実施させ、その後引き続き課題Ｋ２を５回連続して実施させるようにしている。５回の実施それぞれに、課題図形Ｚ２を異ならせた用紙を与えているため、指定図形Ｚ１と合同と判別される数は異なる。なお、課題Ｋ１、Ｋ２の何れにおいても、各課題終了後に３０秒の休憩時間を取らせるようにしている。
【００４７】
本実施形態の測定部２００は、第1実施形態の測定部１とその基本的機能は同様のものであり、ＮＩＲＳ（近赤外分光法）を利用したもので、半導体レーザ等から発された複数波長（３波長）の近赤外光を前記所定部位Sに照射する一方、脳内から反射してくる前記各近赤外光を受光素子で受光して、その照射光及び反射光の光強度に基づいて求められるものであってオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量と相関関係を有するパラメータである各波長の近赤外光の吸光度によって、血液もしくは組織中のオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量を測定するものである。そして、この測定部２００は、光入射部２１０及び光受光部２２０と、吸光度データ生成部２３０と、吸光度データ補正部たる２４０と、演算部たるヘモグロビン量演算部２５０とを備えたものである。請求項１２記載の血液量又は／血液成分量に相関関係のある所定のパラメータデータが吸光度データであり、パラメータデータ補正部が吸光度データ補正部２３０に相当する。
【００４８】
光入射部２１０及び光受光部２２０は、第1実施形態における光入射部及び光受光部と同様のものであるのでここでは説明を省略する。
【００４９】
吸光度データ生成部２３０は、光受光部２２０で受光された反射光を電気信号に変換し、さらにＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換した反射光強度信号の照射光強度信号に対する比の値に対数演算することによって吸光度を算出し、その値を対応する時間軸に関連付けて所定の記憶部に記憶させることで課題実施中に所定時点における吸光度を示す吸光度データを生成するものである。なお、前記照射光強度の絶対値を知ることは難しいため、実際には装置内でハードウエア的もしくはソフトウエア的に決定する定数を、照射光強度信号値の代わりに用いることが多い。
【００５０】
吸光度データ補正部２４０は、前記吸光度データに対してベースライン補正を行うもので、被験者の課題実施中に検出された反射光強度に基づく吸光度データからベースラインデータとの差分を取って補正するようにしたものである。本実施形態においては、このベースラインデータを被験者に実施させる課題Ｋ１と課題Ｋ２とで異ならせた関数で表されるものとしている。前記吸光度データ生成部２３０において、照射光強度の絶対値の代わりとしてハードウエア的もしくはソフトウエア的に決定する定数を用いて、吸光度データが計算された場合には、その値は物理的には明確な意味を持たず、単なる信号値の対数変換値にすぎない。しかし、ベースライン補正によって吸光度データとベースラインデータとの差分を計算することにより、対数変換された二つの値の差分をとることになるため、上述の定数は消去される。そのため、この差分値はベースラインに対する光の減衰という明確な物理的意味を持つことになる。
【００５１】
より具体的には、課題Ｋ１実施中に係るベースラインデータを表す時間の関数Ｆｂａｓｅ１（ｔ）を、課題Ｋ１の第１試行を実施する開始時点Ｔ１ｓｔａｒｔにおける吸光度データの値Ａ１ｓｔａｒｔを定数とした定数関数で表されるようにしている。すなわち、Ｆｂａｓｅ（ｔ）＝Ａ１ｓｔａｒｔとなる。また、課題Ｋ２実施中に係るベースラインデータを表す関数Ｆｂａｓｅ（ｔ）を、課題Ｋ２の第１試行を実施する開始時点Ｔ２ｓｔａｒｔにおける吸光度データの値Ａ２ｓｔａｒｔを定数とした定数関数で表されるようにしている。すなわち、Ｆｂａｓｅ（ｔ）＝Ａ２ｓｔａｒｔとなる（図８参照）。
【００５２】
ヘモグロビン量演算部２５０は、ＣＰＵなどの演算装置を利用し、前記吸光度データ補正部２４０によってベースライン補正した各波長における吸光度データから、Ｍｏｄｅｆｉｅｄ  Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ則を利用した演算処理を施して、血液中のオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量を算出するものである。
【００５３】
時間変化データ生成部３００は、前記ベースライン補正されたオキシヘモグロビン量及びデオキシヘモグロビン量を所定間隔でサンプリングして時系列的に取得し、所定の記憶部に格納することによって、補正されたオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量及びそれらから算出されるトータルヘモグロビン量の時間変化を示すデータであるヘモグロビン量時間変化データを生成するものである。
【００５４】
個人平均値データ生成部４００は、前記ヘモグロビン量時間変化データに基いて、繰り返される各課題実施中の開始時点から終了時点におけるオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量及びトータルヘモグロビン量の平均値を算出し、その値を所定の記憶部に各被験者に関連付けて記憶させることで、被験者の各個人の各課題実施中におけるオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量及びトータルヘモグロビン量の平均値を示すヘモグロビン量個人平均値データを生成するものである。
【００５５】
総合平均値データ生成部５００は、前記個人平均値データ生成部４００によって生成された被験者ごとのヘモグロビン量個人値平均データから、全ての被験者の課題実施中におけるヘモグロビン量の平均値を算出し、各課題ごとのオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量及びトータルヘモグロビン量の、全被験者での平均値を示すヘモグロビン量総合平均値データを生成するものである。
【００５６】
出力部６００は、少なくとも被験者が課題を行う間の前記時間変化データの波形（図１０参照）を、ディスプレイ又はプリンタに出力するものである。本実施形態においては、補正していない吸光度データの時間変化（図７参照）、補正に適用したベースラインデータ（図８参照）、ベースライン補正された吸光度データの時間変化（図９参照）、総合平均値データ生成部によって生成されたヘモグロビン量総合平均値データ（図１１参照）を出力するようにしている。
【００５７】
次に、本実施形態に係る方略獲得測定装置１００を用いて、５人の被験者に、上述の課題Ｋ１、Ｋ２を行わせた場合について説明する。
【００５８】
図７〜１０は、５人の被験者のうち被験者Ｐ１に係るデータを示したものである。具体的には、図７は、課題実施中に得られた補正をしていない生の吸光度データの時間変化を示している。図８は、前記吸光度データにベースライン補正を施すためベースラインデータを示している。図９は、ベースライン補正された吸光度データを示している。図１０は、ベースライン補正された吸光度データから算出したオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量及びトータルヘモグロビン量の時間変化を示す時間変化データを示している。
【００５９】
また、図１１には、５人の被験者の、課題ごとのオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量及びトータルヘモグロビン量の平均値を示すヘモグロビン量総合平均値データを示したものである。なお図１１中において、１−１〜１−５が課題Ｋ１実施に係るデータであり、２−１〜２−５が課題Ｋ２実施に係るデータである。
【００６０】
この被験者Ｐ１の時間変化データから方略獲得のタイミングを検出する。
【００６１】
課題を遂行していく過程では、神経細胞の活動に伴って酸素が消費されるため、既存のオキシヘモグロビンによる酸素が脳へ供給され、デオキシヘモグロビンが増加し、これに伴い引き続き酸素を供給すべく動脈血が流入することによりオキシヘモグロビン量の増加が考えられる。そして、方略を一旦獲得すると、課題解決のための脳への酸素供給の必要性が低くなるということを鑑みれば、オキシヘモグロビン量が増加からほぼ一定乃至減少に転じる時点が方略獲得のタイミングであると考えられる。
【００６２】
図１０に示したように、図中１−１〜１−５と示している課題Ｋ１において、オキシヘモグロビン量、トータルヘモグロビン量の時間変化データの波形は、それぞれ第４試行（１−４）の前半で極大となりその後、第4試行のレスト時に減少するものの、第4試行の後半から第5試行にかけてだいたい一定した値となっている。また、図中２−１〜２−５と示している課題Ｋ２においては、オキシヘモグロビン量、トータルヘモグロビン量の時間変化データの波形は、それぞれ第３試行で極大となりその後、減少が見られる。
【００６３】
すなわち、この被験者Ｐ１は、課題Ｋ１については、第４試行の課題の前半部分を実施している時点が、方略を獲得したタイミングであると判断される。また、課題Ｋ２については、第３試行の課題を実施している時点が、方略を獲得したタイミングであると判断される。
【００６４】
また、図１１によれば、各課題実施中のオキシヘモグロビン量個人平均値及びトータルヘモグロビン量個人平均値の、被験者５人全員での平均値は、課題Ｋ１を繰り返し実施させた場合においては、第４試行を実施している時（１−４）に、極大値（図中Ｇ１で示している）を取っている。また、課題Ｋ２を繰り返し実施させた場合においては、第３試行実施時（２−３）に極大値（図中Ｇ２で示している）を取っている。これらの結果から、課題Ｋ１においては第４試行を、課題Ｋ２においては第３試行を、「方略獲得の平均的なタイミング」と判断することができる。このことは、被験者５名の感想から、課題Ｋ１に関しては、４題目から補助シートＡを使用しないで図形の合同を判別することができるようになったという意見を多く得られ、また、課題Ｋ２に関しては、第３試行位から図形が頭の中で見え始める（想像できるようになる）という意見を多く得られたことからも裏付けられる。
【００６５】
なお、デオキシヘモグロビン量個人平均値の被験者５人全員での平均値は、課題Ｋ１実施中、課題Ｋ２実施中ともに大きな変化が見られないが、課題Ｋ１で得られる値が、課題Ｋ２で得られる値よりもかなり大きい。さらに、オキシヘモグロビン量の平均値は、課題Ｋ２で得られる値が、課題Ｋ１での値よりもかなり大きい。これは、課題Ｋ１及び課題Ｋ２の難易度に起因する脳活動の差が明確に現れたと考えられる。
【００６６】
このように本実施形態の方略獲得測定装置１００によれば、被験者それぞれの時間変化データの波形が描く形状によって、その被験者が課題に対する方略を獲得したタイミングを得ることができる。
【００６７】
特に本実施形態では、難易度の異なる課題Ｋ１、Ｋ２の２種類の課題に対応させたベースライン補正を施したオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量によって時間変化データを生成しているので、信頼性の高い方略獲得のタイミングが得られる。
【００６８】
また、本実施形態では、ヘモグロビン量総合平均値データを生成し出力するようにしているので、複数の被験者の平均的な方略獲得のタイミングを知ることができる。すなわち、課題ごとの方略獲得のタイミングの標準値を得ることができ極めて有用である。
【００６９】
なお、本発明は、上記実施形態に限られない。
【００７０】
例えば、出力部が、上記実施形態のような時間変化データの波形でなく、測定部によって所定間隔で測定・算出した血液量又は／及び血液成分量を数値として出力するものでも構わない。また、例えば時間変化データの波形をフーリエ変換や二次微分するなど適宜の演算処理を行ったデータを出力できるようにしてもよい。
【００７１】
また、第１実施形態において、時間変化データに基づいて被験者Ｐの方略獲得のタイミングを自動的に算出する方略獲得算出部をさらに設けてもよい。また、第２実施形態においては、ヘモグロビン量データ総合平均値データから被験者Ｐの方略獲得のタイミングを自動的に算出する方略獲得算出部をさらに設けてもよい。
【００７２】
また、課題用の教材をさらにその構成要素として備えたものであってもよい。
【００７３】
課題としては、上記実施形態のものには限られないことは勿論であり、被験者に課す課題の数や内容を変更させて測定してもよい。また、上記第１実施形態においては、補助シートＡを利用して合同か否かの判断をさせるいわゆる「実物操作」に係る実験結果を得たが、補助シートのような道具を利用しない「念頭操作」に係る実験を行って、これらの方略獲得の状況を比較してもよい。このようにすれば、図形教育において新たな教育手法の開発に指標となるデータが取得できる可能性がある。
【００７４】
また、課題終了のタイミングを自動的に測定する手段をさらに備えてもよい。
【００７５】
また装置自体が、プリンタやディスプレイなどの出力機器を備えたものであってもよいのは勿論である。
【００７６】
また、固定手段は、被験者の解答動作を妨げることなく頭部の動きを制止できるようなものであれば、上記実施形態のものには限られないのは勿論であり、例えば、机と一体化させたようなものや、実験室の天井に支持させたようなものであっても構わない。
【００７７】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態における方略獲得測定装置の全体概略図。
【図２】同実施形態における所定測定部位を示す部分説明図。
【図３】同実施形態における方略獲得測定装置の全体機能構成図。
【図４】同実施形態における課題の内容を示す図。
【図５】同実施形態における課題解決過程での時間変化データの波形を示す波形図。
【図６】本発明の別の実施形態における方略獲得測定装置の全体機能構成図。
【図７】同実施形態における課題解決過程での吸光度データの波形を示す波形図。
【図８】同実施形態における吸光度データのベースラインデータを示す図。
【図９】同実施形態における補正された吸光度データの波形を示す波形図。
【図１０】同実施形態における補正された吸光度データに基づくる課題解決過程での時間変化データの波形を示す波形図。
【図１１】同実施形態におけるヘモグロビン量総合平均値データを示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・方略獲得測定装置
２・・・測定部
３・・・時間変化データ生成部
４・・・出力部
５・・・固定手段（頭部固定具）
１００・・・方略獲得測定装置
２００・・・測定部
３００・・・時間変化データ生成部
６００・・・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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