(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球運動信号に基づいて眼球運動終了時点を検出するための眼球運動終了時点検出手段と、
前記眼球運動終了時点検出手段で眼球運動終了時点が検出されるごとに、眼球運動終了時点からの一定期間内の脳波を単位脳波として脳の複数の部位ごとに順次記憶するための一次記憶手段と、
前記一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、前記一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波を選択して前記部位ごとに加算するための加算手段と、
ノイズとして扱われる単位脳波を前記加算手段での加算対象から除外するための信号を生成するための加算除外信号生成手段と、
前記加算手段で加算された信号を前記部位ごとに記憶するための二次記憶手段と、
前記二次記憶手段に記憶された信号の代表値を前記部位ごとに抽出するための抽出手段と、
前記二次記憶手段に記憶された信号または前記抽出手段で抽出された代表値を前記部位と関連づけてマップとして表示するための表示手段とを備え、
前記眼球運動終了時点検出手段が、
前記眼球運動信号に基づいて眼球の運動方向を検出するための運動方向検出手段と、
前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向に基づいて眼球の運動方向が変化した時点を検出するための変化時点検出手段と、
前記変化時点検出手段による検出に基づいて、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する判断手段とを備えていることを特徴とする眼球停留関連電位解析装置。
【請求項２】
前記運動方向検出手段が、近接した２時点での前記眼球運動信号の信号値の差の正負に応じて眼球の運動方向を検出し、
前記変化時点検出手段が、前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向を表す信号の近接した２時点での信号値の積の符号に応じて眼球の運動方向が変化した時点を検出することを特徴とする請求項１に記載の眼球停留関連電位解析装置。
【請求項３】
前記表示手段が、静止画像としての前記マップを時間の経過に沿って画面上に複数表示可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の眼球停留関連電位解析装置。
【請求項４】
前記表示手段が、動画像としての前記マップを画面上に表示可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の眼球停留関連電位解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼球停留関連電位解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脳波は、脳内にある多数の神経細胞（ニューロン）の包括的な活動を示す微弱な電位変動である。人間や動物が外部から刺激を受けると、それに対応した電位変化が脳波に生じる。このような事象関連電位（ＥＲＰ：event-related potential ）は、振幅が小さいために脳波（β波）の中に埋もれており、通常は検出することができない。しかしながら、複数回の事象について生じた脳波を事象が生じた時点でそろえてから加算平均すると、脳波のうち自発的に出てくるランダムな成分がゼロに近づくために、事象関連電位のＳ／Ｎ比が加算回数に比例して高まる。従って、事象関連電位を検出することが可能となる。
【０００３】
ところで、人間が自由に物を見ているときの眼球運動を記録すると、急速眼球運動（サッカード：saccade ）と眼球停留とからなる階段状のパターンを示す。サッカードの終了時点は、眼球停留の開始時点である。サッカード中は、網膜から脳への視覚の信号は抑制（サッカード抑制）されているため、運動中の背景の移動は知覚されない。従って、人間が視覚情報を入力できるのは、眼球が停留している間である。
【０００４】
事象関連電位の一種としての眼球運動に関連した電位（眼球停留関連電位：ＥＦＲＰ（eye fixation related potential））は、いわゆるラムダ反応（lambda response ）としてサッカードの終了時点に同期して発生することが知られている。そこで、この知見を利用して眼球運動に伴うラムダ反応を検出できるようにした装置が、本発明者による特開昭５５−１０１２４４号公報に提案されている。この公報に記載のラムダ反応検出装置は、眼球運動信号を入力して眼球運動終了時点に対応したパルスを発生する眼球運動終了時期検出装置と、上記パルスに基づいて一定時間内の脳波を単位脳波として記憶する一次記憶装置と、上記一定時間内に脳波を乱す要因があったときに一次記憶装置に対して単位脳波を消去するための信号を送る論理判定器と、上記要因がなかったときに送られる一次記憶装置からの単位脳波を加算して積算記憶する二次記憶装置と、二次記憶装置での加算平均によって得られたラムダ反応を表示する表示器とを備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された装置は、表示されるラムダ反応の更新サイクルが比較的長く、しかも眼球停留関連電位としてのラムダ反応の波形を脳の１つの部位について表示するだけのものであって利便性に乏しいという問題がある。そのため、ラムダ反応の波形またはそこから抽出された眼球停留関連電位の代表値を、脳の複数の部位について、短い更新サイクルで見やすく表示することができる装置が求められている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、眼球停留関連電位またはそこから抽出された代表値を、脳の複数の部位について、短い更新サイクルで見やすく表示することが可能な眼球停留関連電位解析装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の眼球停留関連電位解析装置は、眼球運動信号に基づいて眼球運動終了時点を検出するための眼球運動終了時点検出手段と、前記眼球運動終了時点検出手段で眼球運動終了時点が検出されるごとに、眼球運動終了時点からの一定期間内の脳波を単位脳波として脳の複数の部位ごとに順次記憶するための一次記憶手段と、前記一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、前記一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波を選択して前記部位ごとに加算するための加算手段と、ノイズとして扱われる単位脳波を前記加算手段での加算対象から除外するための信号を生成するための加算除外信号生成手段と、前記加算手段で加算された信号を前記部位ごとに記憶するための二次記憶手段と、前記二次記憶手段に記憶された信号の代表値を前記部位ごとに抽出するための抽出手段と、前記二次記憶手段に記憶された信号または前記抽出手段で抽出された代表値を前記部位と関連づけてマップとして表示するための表示手段とを備え、前記眼球運動終了時点検出手段が、前記眼球運動信号に基づいて眼球の運動方向を検出するための運動方向検出手段と、前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向に基づいて眼球の運動方向が変化した時点を検出するための変化時点検出手段と、前記変化時点検出手段による検出に基づいて、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する判断手段とを備えている。
【０００８】
請求項１によると、眼球運動終了時点からの一定期間内の単位脳波を加算することにより脳波中のランダム成分を排除して眼球停留関連電位を検出することができるようになる。
【０００９】
また、ノイズとして扱われる単位脳波を加算対象から除外することができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。
【００１０】
また、一次記憶手段、加算手段、二次記憶手段および抽出手段の動作が脳の複数の部位ごとに行われ、二次記憶手段に記憶された信号または抽出された代表値が部位と関連づけられてマップとして表示されるので、脳の各部位についての眼球停留関連電位またはその代表値の分布状態を一目で把握することが可能になる。
【００１１】
また、眼球停留関連電位そのままではなくそこから抽出された代表値をマップとして表示させることができるので、用途に適した代表値（例えば、眼球停留関連電位の振幅、波長、位相差或いはその一種としての潜時）を用いれば見やすいマップを表示することが可能になる。
【００１２】
また、一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波が選択されて加算されるので、所定数の単位脳波が記憶されるごとに加算が行われる場合よりも短い更新サイクルでマップを表示することが可能になる。
【００１３】
眼球停留関連電位は人間または動物の感覚や注意レベルに応じて変動するので、上述のようにして得られた眼球停留関連電位またはその代表値のマップは、自動車運転時の安全対策、デザインの評価、照明の評価などの分野で人間の注意力を検出するために用いて或いは医療機器として用いて極めて有効である。
【００１４】
なお、請求項１において、一次記憶手段は、脳の各部位についてすでに上限個数の単位脳波が記憶されている状態において眼球運動終了時点検出手段で眼球運動終了時点が検出されると、検出が行われるごとに、最も古く記憶された単位脳波が一次記憶手段から消去され、新たな単位脳波が一次記憶手段に書き込まれることになる。また、加算手段は、所定数の単位脳波を加算するだけではなく、さらに所定数で除算することで単位脳波の加算平均を求めるようにしてもよく、その他の演算、好ましくは眼球停留関連電位のＳ／Ｎ比を高めることができる演算を行ってもよい。加算除外信号出力手段は、一次記憶手段に記憶された単位脳波からノイズとして扱われる単位脳波を消去する信号であってもよいし、消去を行わずに、ノイズとして扱われる単位脳波を単に加算対象から外すように命令する信号であってもよい。また、抽出手段は、複数の部位ごとに抽出された代表値間における補間処理を行って、実質的に連続した代表値を持つマップを表示手段が表示できるようにすることが好ましい。表示手段に表示されるマップは、２次元的なものであってもよいし、３次元的なものであってもよい。
【００１６】
また、一般的に、ＥＯＧ（electro-oculograph）法や角膜反射法で得られた眼球運動の測定データは、実際の眼球運動とは関連しない微量な高周波ノイズを含んでいる。そこで、この高周波ノイズを利用して眼球運動の終了時点を検出するようにしたのが請求項１の眼球停留関連電位解析装置である。サッカード中以外つまり眼球停留時には眼球運動方向は短いサイクルで変化していると考えてよい。また、サッカードは所定時間を超えて長時間継続するものではない。そのため、眼球の運動方向が所定時間範囲内で（通常は３０ｍ秒〜７０ｍ秒）連続して同じである場合をサッカードと見なすことができる一方で、眼球の運動方向が所定時間範囲を超えて連続して同じである場合には測定に伴うノイズであると見なすことができる。従って、上述のように構成された請求項１によると、眼球運動信号に基づいてサッカードの終了を確実且つ簡易に検出することが可能である。
【００１７】
請求項２の眼球停留関連電位解析装置は、前記運動方向検出手段が、近接した２時点での前記眼球運動信号の信号値の差の正負に応じて眼球の運動方向を検出し、前記変化時点検出手段が、前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向を表す信号の近接した２時点での信号値の積の符号に応じて眼球の運動方向が変化した時点を検出することを特徴としている。
【００１８】
請求項２によると、簡単な演算によって、眼球の運動方向およびそれが変化した時点を迅速に検出することが可能になる。
【００１９】
請求項３の眼球停留関連電位解析装置は、前記表示手段が、静止画像としての前記マップを時間の経過に沿って画面上に複数表示可能であることを特徴としている。
【００２０】
請求項３によると、時間経過に伴うマップの変化を複数の時刻におけるマップを観察者が直接比較しつつ容易に認識できるようになる。
【００２１】
請求項４の眼球停留関連電位解析装置は、前記表示手段が、動画像としての前記マップを画面上に表示可能であることを特徴としている。
【００２２】
請求項４によると、観察者が１つのマップに注目しつつそのダイナミックな変化を容易に認識できるようになる。また、１つのマップを比較的大きく表示させることができるので、観察者にとってマップ上の波形や代表値を容易に把握することが可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置のブロック図である。図１に示された眼球停留関連電位解析装置１は、汎用のパーソナルコンピュータシステムによって構成されていてよく、眼球運動終了時点検出部３と、一次記憶部４と、演算部５と、二次記憶部６と、表示制御部７と、ディスプレイ８と、消去信号生成部９とを含んでいる。また、眼球運動終了時点検出部３は、眼球の運動方向を検出するための運動方向検出部３ａと、眼球の運動方向が変化した時点を検出する変化時点検出部３ｂと、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する判断部３ｃとを含んでいる。
【００２５】
運動方向検出部３ａには、ＥＯＧ法に基づいて、人間の左右のこめかみにそれぞれ貼付された２つの電極から出力される眼球の水平方向の動きを表す水平眼球運動信号、および、眼球の上下にそれぞれ貼付された２つの電極から出力される眼球の垂直方向の動きを表す垂直眼球運動信号が、それぞれアンプ（図示せず）を介して供給される。ＥＯＧ法に基づく水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号の信号値の増大は、眼球が＋電極に近づく方向に水平移動または上下移動したことを示し、信号値の減少は、眼球が−電極に近づく方向に水平移動または上下移動したことを示す。この特性から、時刻ｎでの眼球運動方向は、時刻ｎでの信号値Ｓ（ｎ）と、これに近接した次のサンプリングタイミングである時刻ｎ＋１での信号値Ｓ（ｎ＋１）との差分の極性によってそれぞれ求められる。つまり、以下の式（１）で表されたＯ（ｎ）の値が＋１であれば眼球は＋電極方向に水平移動または上下移動しており、−１であれば眼球は−電極方向に水平移動または上下移動しているということになる。従って、本実施の形態において、運動方向検出部３ａは、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて式（１）に基づいてＯ（ｎ）の値を求め、それを順次出力する。なお、信号Ｓ（ｎ）として、水平眼球運動信号および垂直眼球運動信号を合成して得られたベクトル信号を用いてもよい。また、角膜反射法などの他の方法で眼球運動が検出される場合も、同様の計算を行うことにより、眼球の運動方向が求められてよい。
Ｏ（ｎ）＝（Ｓ（ｎ＋１）−Ｓ（ｎ））／√（（Ｓ（ｎ＋１）−Ｓ（ｎ））2 ）                  （１）
【００２６】
変化時点検出部３ｂには、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて、式（１）に基づいて求められたＯ（ｎ）の値が運動方向検出部３ａから供給される。変化時点検出部３ｂは、水平および垂直のそれぞれの方向について、以下の式（２）に示すように、時刻ｎでの眼球運動方向信号Ｏ（ｎ）と、これに近接した１つ前のサンプリングタイミングである時刻ｎ−１での眼球運動方向信号Ｏ（ｎ−１）との乗算を行って、その結果としての変化時点指示信号Ｃ（ｎ）を順次求める。変化時点指示信号Ｃ（ｎ）の値が１であれば近接した２つのサンプリングタイミングにおいて眼球の運動方向に変化が生じておらず、−１であれば近接した２つのサンプリングタイミングにおいて眼球の運動方向が反転したことになるので、本実施の形態において、変化時点検出部３ｂは、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて、変化時点指示信号Ｃ（ｎ）の値が−１となった時点を示す信号を眼球の運動方向が変化した時点を示す信号として順次出力する。
Ｃ（ｎ）＝Ｏ（ｎ）＊Ｏ（ｎ−１）      （２）
【００２７】
判断部３ｃには、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて、眼球の運動方向が変化した時点を示す信号が変化時点検出部３ｂから供給される。判断部３ｃは、この信号に基づいて、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する。なぜなら、上述したように、眼球の運動方向が所定時間範囲内で（通常は３０ｍ秒〜７０ｍ秒）連続して同じである場合をサッカードと見なすことができる一方で、眼球の運動方向が所定時間範囲を超えて連続して同じである場合には測定に伴うノイズであると見なすのが妥当だからである。なお、判断部３ｃでの判断においては、水平眼球運動および垂直眼球運動のそれぞれについて得られる眼球の運動方向が変化した時点を示す信号が区別のないものとして扱われる。つまり、ある時点では水平方向についてだけ変化時点指示信号Ｃ（ｎ）の値が−１となり、次に垂直方向についてだけ変化時点指示信号Ｃ（ｎ）の値が−１となったとしても、これら２つの時点の間隔が所定時間範囲内であるかどうかの判断が行われる。
【００２８】
本実施の形態において、判断部３ｃは、上述のようにして検出されたサッカードが所定距離よりも移動距離の短い（振幅の小さい）ものであるかを判断すると共に、サッカード終了後の一定時間内（３００ｍｓｅｃ程度）に移動距離の大きな眼球運動（直前の眼球運動の１割程度以上）が生じているかどうかをも判断する。そして、これらに該当する場合には、そのサッカードをサッカードとして取り扱わないようにする。判断部３ｃでの判断結果は、サッカードの終了時点を表すトリガー信号（サッカード終了時点検出信号）として、一次記憶部４および消去信号生成部９に供給される。
【００２９】
本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置１においては、眼球運動終了時点検出部３が上述のように構成されているために、眼球の運動方向およびそれが変化した時点を簡単な演算によって迅速に検出することが可能であると共に、眼球運動信号に基づいてサッカードの終了を確実且つ簡易に検出することが可能である。
【００３０】
消去信号生成部９には、判断部３ｃからのサッカード終了時点検出信号と共に、水平眼球運動信号および垂直眼球運動信号がそれぞれアンプ（図示せず）を介して供給される。消去信号生成部９は、垂直眼球運動信号からその微分出力レベルが一定値以上であるかどうかを判定し、一定値以上の場合には眼瞼運動（まばたき）に伴うノイズが脳波に発生していると見なしてこのときに一次記憶部４に記憶された脳波（後述する単位脳波）を一次記憶部４から消去するための信号（消去信号）を出力する。消去信号生成部９は、このような眼瞼運動による消去信号を含み、水平眼球運動信号および垂直眼球運動信号に基づいて眼球運動のアーティファクトを検出することによって脳波にノイズが発生している可能性があるかどうかを調査して、ノイズとして扱われるべき単位脳波を一次記憶部４から消去するための消去信号を順次出力する。
【００３１】
一次記憶部４には、判断部３ｃからのサッカード終了時点検出信号および消去信号生成部９からの消去信号と共に、脳の部位に対応して頭皮に貼付された１０〜２５６対の電極（図４参照）から脳波信号が供給される。一次記憶部４は、サッカードが終了するごとに、サッカード終了時点から始まる一定期間内の脳波を単位脳波として脳の各部位ごとにファイルとしてリング状に順次記憶していく。つまり、脳の各部位についてすでに上限個数の単位脳波が一次記憶部４に記憶されている状態において眼球運動終了時点検出部３でサッカードの終了が検出されると、検出が行われるごとに、最も古く記憶された単位脳波が脳のすべての部位について一次記憶部４から消去され、新たな単位脳波が脳の各部位ごとに一次記憶部４に書き込まれることになる。
【００３２】
なお、消去信号によって消去対象とされた単位脳波は、一次記憶部４に一旦記憶された後、演算部５に供給される前に消去される。このとき、同じタイミングで一次記憶部４に記憶された脳の複数の部位に対応した複数の単位脳波が一括消去される。
【００３３】
演算部５は、脳の各部位ごとに、一次記憶部４に記憶された単位脳波の加算平均を求めるための演算を原則的にサッカードが終了するごとに順次行う。つまり、演算部５は、一次記憶部４に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波を選択して脳の各部位ごとに加算し、さらにその結果を脳の１つの部位について加算対象となった単位脳波の数で除算する。
【００３４】
二次記憶部６は、演算部５での演算結果である単位脳波の加算平均波形を脳の各部位ごとに順次記憶する。
【００３５】
表示制御部７は、脳の各部位について、二次記憶部６に記憶された加算平均波形からその代表値を順次抽出する。代表値としては、例えば加算平均波形の振幅、波長、位相差或いはその一種としての潜時などがある。さらに、表示制御部７は、二次記憶部６に記憶された加算平均波形または脳の各部位ごとに抽出された代表値を頭部の形状に即した２次元的なマップとしてディスプレイ８に表示するための制御を順次行う。なお、表示制御部７は、脳の各部位について得られた代表値から部位間にある多数位置での代表値を補間によって求め、求められた多数の代表値に基づいてマップを色分けしてディスプレイ８に表示させるための制御を行ってよい。後述するように、ディスプレイ８に表示されるマップは、１つ１つが静止画像として表示されるものが時間の経過に沿ってディスプレイ８に複数表示されてもよいし、動画像として表示されるものがディスプレイ８に１つだけ表示されてもよい。
【００３６】
次に、上述のように構成された本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置１の動作について、さらに図２〜図６を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置における単位脳波の加算手順を説明するための図である。図３は、図１に示す一次記憶部の記憶内容を説明するための模式図である。図４は、単位脳波の加算平均波形を脳の部位ごとに描いた図である。図５は、図１に示すディスプレイに表示される画面の一例を描いた図である。図６は、図１に示すディスプレイに表示される画面の別の一例を描いた図である。
【００３７】
本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置１を使用するには、ＥＯＧ法に基づいて人間や動物の水平および垂直の各眼球運動信号を取り出すために、上述したように各方向それぞれ２つずつの電極を眼球の周囲に予め貼り付ける。さらに、脳波信号を取り出すために、脳の部位に対応して１０〜２５６対の電極を頭皮に貼付する。頭皮に貼付される電極は、例えば図４に示すように、脳の部位に対応した２１対であってもよい。水平および垂直の各眼球運動信号は眼球運動終了時点検出部３および消去信号生成部９に連続的に供給され、脳波信号は一次記憶部４に連続的に供給される。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、眼球運動信号（ここでは水平および垂直の両方の成分を合成したものとする）は、時間の経過と共に眼球が変位するサッカード（信号を表す曲線が傾いた領域）と、眼球がほとんど変化しない眼球停留とをランダムに繰り返す信号となる。また、図２（ｂ）に示すように、脳波信号は、一見眼球運動とは無関係なランダムな信号となる。
【００３９】
解析開始後、最初に眼球運動終了時点検出部３の判断部３ｃでサッカードの終了が検出されると（時刻ｔ1 ）、判断部３ｃからサッカード終了時点検出信号を受信した一次記憶部４は、その時点から時間Ｔ（次のサッカードが始まるまでの時間よりは短い時間に設定される）が経過するまでに含まれる脳波を単位脳波として電極が貼付された脳の各部位ごとに記憶する。例えば、電極が貼付された場所に対応した脳の部位をＡ，Ｂ…として表し、各部位ごとに４つの単位脳波を記憶可能である場合の一次記憶部４の記憶内容の例を図３に示す。図３（ａ）に示すように、時刻ｔ1 から時間T が経過したときに、脳の各部位Ａ，Ｂ…について時刻ｔ1 からの単位脳波（”ｂｗ1A”，”ｂｗ1B”）が格納される。
【００４０】
そして、次に眼球運動終了時点検出部３の判断部３ｃでサッカードの終了が検出されたとき（時刻ｔ2 ）、判断部３ｃからサッカード終了時点検出信号を受信した一次記憶部４は、その時点から時間Ｔが経過するまでに含まれる脳波を単位脳波として脳の各部位ごとに記憶する。このようにして、解析開始後４回目のサッカード終了が検出された時刻（時刻ｔ4 ）から時間T が経過したとき、図３（ｂ）に示すように、一次記憶部４には脳の各部位Ａ，Ｂ…についてそれぞれ４つの単位脳波（”ｂｗ1A”，”ｂｗ2A”，”ｂｗ3A”，”ｂｗ4A”；”ｂｗ1B”，”ｂｗ2B”，”ｂｗ3B”，”ｂｗ4B”）が格納されることになる。
【００４１】
また、演算部５は、４つ目の単位脳波（”ｂｗ4A”，”ｂｗ4B”）が一次記憶部４に格納された後、脳の各部位Ａ，Ｂ…ごとに、格納された４つの単位脳波の加算平均波形（EFRP-1）を求める。図２の例においては、１回目のサッカード終了時刻ｔ1 から５回目のサッカード終了時刻ｔ5 までの時間Ｌ1 に含まれる４つの単位脳波の加算平均波形（各単位脳波の開始点がそろえられて同時刻での振幅が加算され、さらに加算された振幅が各時刻において加算対象となった単位脳波数で除算された波形）が求められることになる。この加算平均波形の例を脳の部位ごとに図４に示す。図４中、”Ｃｚ”、”Ｔ８”などの文字は、脳の部位の名称を略記したものである。図４に示すように、４つの単位脳波の加算平均波形は、脳波のランダム成分が排除されたものとなって、ラムダ反応が比較的明確に表される。演算部５で求められた加算平均波形は、脳の部位ごとに、二次記憶部６に記憶される。
【００４２】
そして、次に眼球運動終了時点検出部３の判断部３ｃでサッカードの終了が検出されたとき（時刻ｔ5 ）、判断部３ｃからサッカード終了時点検出信号を受信した一次記憶部４は、図３（ｃ）に示すように、最先に記憶された単位脳波（”ｂｗ1A”，”ｂｗ1B”）を消去し、さらに時間T 経過後にそのアドレスに新たな単位脳波（”ｂｗ5A”，”ｂｗ5B”）を格納する。そして、演算部５は、時間Ｌ2 に含まれる一次記憶部４に記憶された４つの単位脳波（”ｂｗ5A”，”ｂｗ2A”，”ｂｗ3A”，”ｂｗ4A”；”ｂｗ5B”，”ｂｗ2B”，”ｂｗ3B”，”ｂｗ4B”）の加算平均波形（EFRP-2）を脳の各部位ごとに求める。演算部５で求められた加算平均波形は、脳の部位ごとに、二次記憶部６に記憶される。以降、同様にして、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置１においては、新たにサッカードの終了が検出されて新たな単位脳波が一次記憶部４に記憶されるごとに、時間Ｌ3 、Ｌ4 、Ｌ5 …に含まれる４つの単位脳波の加算平均波形（EFRP-3，EFRP-4，EFRP-5）が次々と求められ、二次記憶部６に順次記憶されていく。このように、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置１によると、新たな単位脳波が一次記憶部４に記憶されるごとにいわばスライディング平均（移動平均）をとることによって、短いサイクルで加算平均波形が求められるという利益が生じる。
【００４３】
なお、一次記憶部４は、消去信号生成部９からの消去信号を受け取ると、その消去信号に係る単位脳波を消去する。このとき、同じタイミングで一次記憶部４に記憶された脳の複数の部位に対応した複数の単位脳波が一括消去される。例えば、時刻ｔ5 からの時間Ｔ内の単位脳波（”ｂｗ5A”，”ｂｗ5B”）が眼瞼運動などのアーティファクトによるノイズとして消去される場合、消去信号を受け取った一次記憶部４は、演算部５での加算平均が行われる前に図３（ｃ）のように一次記憶部４に一旦記憶された単位脳波（”ｂｗ5A”，”ｂｗ5B”）を脳の各部位について一括消去する。そして、次にサッカードの終了が検出された時刻（時刻ｔ6 ）から時間Ｔ経過後に、図３（ｄ）に示すように、単位脳波（”ｂｗ5A”，”ｂｗ5B”）が格納されていたアドレスに単位脳波（”ｂｗ6A”，”ｂｗ6B”）が格納される。しかる後、演算部５は、一次記憶部４に記憶された４つの単位脳波（”ｂｗ6A”，”ｂｗ2A”，”ｂｗ3A”，”ｂｗ4A”；”ｂｗ6B”，”ｂｗ2B”，”ｂｗ3B”，”ｂｗ4B”）の加算平均波形を脳の各部位ごとに求める。このように、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置１では、ノイズのない単位脳波だけを演算部５での加算対象とすることができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。
【００４４】
表示制御部７は、サッカードの終了が検出されるごとに、上述のようにして二次記憶部６に記憶された単位脳波の加算平均波形から、代表値としてその最大振幅、波長、位相差或いはその一種としての潜時などの少なくともいずれか１つを脳の各部位についてそれぞれ順次抽出すると共に、抽出された代表値から電極が配置されていない多数の位置での代表値を補間演算によって順次求める。また、表示制御部７は、このようにして求められた多数の代表値に基づいて、頭部平面形状に対応した形状を有するマップを代表値の値に応じて色分けしてディスプレイ８に表示させるための制御を行う。そして、求められたマップデータがディスプレイ８に表示されることによって、オペレータが眼球停留関連電位である加算平均波形の代表値の分布状況の時間的変化を観察することが可能になる。なお、表示制御部７は、加算平均波形の代表値ではなく、加算平均波形の形状そのものを図４に示すようなマップとしてディスプレイ８に表示させるための制御をおこなってもよい。
【００４５】
本実施の形態において、表示制御部７は、図５に示すように、１つ１つが静止画像として表示される色分けされたマップが時間の経過に沿ってディスプレイ８に複数表示されるような制御を行ってもよいし、或いは、図６に示すように、動画像として表示される１つのマップがディスプレイ８に表示されるような制御を行ってもよい。前者の場合には、時間経過に伴うマップの変化を複数の時刻におけるマップを観察者が直接比較しつつ容易に認識できるいう利点があり、後者の場合には、観察者が１つのマップに注目しつつそのダイナミックな変化を容易に認識できるようになり且つ１つのマップを比較的大きく表示させることができるので観察者にとってマップ上の波形や代表値を容易に把握することが可能になるという利点がある。このようにしてディスプレイ８に表示された眼球停留関連電位を用いると、余計な心理的負荷をかけることなく日常的な環境での人間または動物の感覚や注意レベルを検出することができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置１によると、サッカード終了時点からの一定期間内の単位脳波を脳の部位ごとに加算することにより脳波中のランダム成分を排除して眼球停留関連電位をほぼリアルタイム（３〜４回／秒）に多チャンネルで検出することができるようになる。これにより、脳の各部位の相互活動の変化を観察できるようになるので、脳の部位間の比較を容易に行うことが可能となる。また、ノイズとして扱われる単位脳波を加算対象から除外することができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。
【００４７】
また、一次記憶部４、演算部５および二次記憶部６の動作並びに表示制御部７での代表値の抽出動作が脳の複数の部位ごとに行われ、二次記憶部６に記憶された信号または抽出された代表値が部位と関連づけられてマップとして表示されるので、脳の各部位についての眼球停留関連電位またはその代表値の分布状態を一目で把握することが可能になる。また、眼球停留関連電位そのままではなくそこから抽出された代表値をマップとして表示させることができるので、用途に適した代表値を用いて見やすいマップを表示することが可能である。また、一次記憶部４に新たな単位脳波が記憶されるごとに、一次記憶部４にリング状に複数の単位脳波が記憶されてそれが加算されるので、所定数の単位脳波が記憶されるごとに加算が行われる場合よりも短い更新サイクルでマップを表示することが可能になる。
【００４８】
以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、演算部が単位脳波の加算平均を行うものであるが、演算部が行う演算は眼球停留関連電位のＳ／Ｎ比を向上させるという条件の下で単位脳波を加算するものであれば加算平均でなくてもよい。また、演算部で行われる加算平均の加算数は上述の実施の形態では４であったが、この数は単なる例示であって加算数を５０にするなど適宜変更してよい。また、眼球運動信号を取り出す方法は、ＥＯＧ法に限らず別の方法であってもよい。
【００４９】
また、上述の実施の形態では一次記憶部に記憶される単位脳波の記憶上限数が加算平均演算での加算数と同じであったが、記憶上限数が加算平均演算での加算数を超えていてもよい。その場合、最新に記憶された単位脳波を含む連続したタイミングで記憶された所定数の単位脳波を選択して加算することが必要となる。また、上述の実施の形態では、平面的なマップがディスプレイに表示されるようにしているが、頭部の形状に対応づけられた立体的なマップがディスプレイに表示されるようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、色分けされたカラーマップがディスプレイに表示されるようにしているが、潜時などの代表値の変化を山の高さの変化として立体的に表すマップがディスプレイに表示されてもよいし、色分けされていると共に代表値の変化を山の高さの変化として立体的に表すマップがディスプレイに表示されてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、眼球運動終了時点からの一定期間内の単位脳波を加算することにより脳波中のランダム成分を排除して眼球停留関連電位を検出することができるようになる。また、ノイズとして扱われる単位脳波を加算対象から除外することができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。また、一次記憶手段、加算手段、二次記憶手段および抽出手段の動作が脳の複数の部位ごとに行われ、二次記憶手段に記憶された信号または抽出された代表値が部位と関連づけられてマップとして表示されるので、脳の各部位についての眼球停留関連電位またはその代表値の分布状態を一目で把握することが可能になる。また、眼球停留関連電位そのままではなくそこから抽出された代表値をマップとして表示させることができるので、用途に適した代表値を用いれば見やすいマップを表示することが可能になる。また、一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波が選択されて加算されるので、所定数の単位脳波が記憶されるごとに加算が行われる場合よりも短い更新サイクルでマップを表示することが可能になる。眼球停留関連電位は人間または動物の感覚や注意レベルに応じて変動するので、上述のようにして得られた眼球停留関連電位またはその代表値のマップは、自動車運転時の安全対策、デザインの評価、照明の評価などの分野で人間の注意力を検出するために用いて或いは医療機器として用いて極めて有効である。
【００５１】
さらに、請求項１によると、眼球運動信号に基づいてサッカードの終了を確実且つ簡易に検出することが可能である。請求項２によると、簡単な演算によって、眼球の運動方向およびそれが変化した時点を迅速に検出することが可能になる。
【００５２】
請求項３によると、時間経過に伴うマップの変化を複数の時刻におけるマップを観察者が直接比較しつつ容易に認識できるようになる。請求項４によると、観察者が１つのマップに注目しつつそのダイナミックな変化を容易に認識できるようになる。また、１つのマップを比較的大きく表示させることができるので、観察者にとってマップ上の波形や代表値を容易に把握することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置における単位脳波の加算手順を説明するための図である。
【図３】図１に示す一次記憶部の記憶内容を説明するための模式図である。
【図４】単位脳波の加算平均波形を脳の部位ごとに描いた図である。
【図５】図１に示すディスプレイに表示される画面の一例を描いた図である。
【図６】図１に示すディスプレイに表示される画面の別の一例を描いた図である。
【符号の説明】
１  眼球停留関連電位解析装置
３  眼球運動終了時点検出部（眼球運動終了時点検出手段）
３ａ  運動方向検出部（運動方向検出手段）
３ｂ  変化時点検出部（変化時点検出手段）
３ｃ  判断部（判断手段）
４  一次記憶部（一次記憶手段）
５  演算部（加算手段）
６  二次記憶部（二次記憶手段）
７  表示制御部（抽出手段）
８  ディスプレイ（表示手段）
９  消去信号生成部（加算除外信号生成手段）
【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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