(57)【要約】  本発明は、被験者の第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度を、被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激するステップによって、改善するための方法とシステムに関する。この目的のために、第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音が加えられ、二感覚統合SR相互作用によって、第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度が改善された。
2010506634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度を改善する方法であって、
前記被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激するステップを含み、
前記被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激するステップは、前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップを含み、
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、二感覚統合SR相互作用によって、前記第1の感覚、反射、および/または運動の機構の前記感度を改善する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記雑音は有効雑音である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、前記被験者の少なくとも1つの耳に聴覚雑音を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、前記被験者の少なくとも1つの眼に視覚雑音を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、前記被験者の身体の少なくとも1部に触覚雑音を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、前記被験者の身体の少なくとも1つの領域に電磁雑音を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、前記被験者の身体の少なくとも1つの領域に熱雑音を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、前記被験者の少なくとも1つの耳に聴覚雑音を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激するステップは、前記被験者の身体の特定の領域に直接刺激を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激するステップは、前記被験者の身体の2つの異なる領域の間の部位を刺激するように、前記被験者の身体の前記2つの異なる領域を刺激することにより分化刺激を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激するステップは、前記被験者の身体のいくつかの領域でカバーされる部位を刺激するように、前記被験者の身体の前記いくつかの領域を刺激することにより分布刺激を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激するステップは、複数の異なる刺激を加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、所定の雑音レベルを加えるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えるステップは、前記雑音を前記被験者のニーズにカスタマイズしたレベルに調整するステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
被験者の第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度を改善するためのシステムであって、
刺激信号源と、
前記刺激信号に反応し、前記刺激信号に応答して前記被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構に加えられる雑音を生成する刺激器とを備え、
前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に前記雑音を加えるステップは、二感覚統合SR相互作用によって、被験者の前記第1の感覚、反射、および/または運動の機構の前記感度を改善する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記信号源は前記刺激信号の調整器を備え、前記刺激信号は前記刺激器に供給される前に調整される、請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記刺激器は、前記被験者の前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に加えられる前記雑音を測定するためのセンサを含む、請求項15に記載のシステム。
【請求項１８】
前記刺激装置は、視覚刺激装置、振動刺激装置、電磁刺激装置、熱刺激装置、触覚刺激装置、および音響刺激装置で構成される群から選択される、請求項15に記載のシステム。
【請求項１９】
前記刺激器は、直接刺激を前記被験者の身体の特定の領域に加える、請求項15に記載のシステム。
【請求項２０】
前記被験者の身体の2つの異なる領域の間の部位を刺激するように、前記被験者の身体の前記2つの異なる領域を刺激するステップにより分化刺激を加えるための2つの刺激器を備える、請求項15に記載のシステム。
【請求項２１】
前記被験者の身体のいくつかの領域でカバーされる部位を刺激するように、前記被験者の身体の前記いくつかの領域を刺激するステップにより分布刺激を加えるための複数の刺激器を備える、請求項15に記載のシステム。
【請求項２２】
複数の異なる刺激を前記被験者の身体に加えるための異なるタイプの複数の刺激器を備える、請求項15に記載のシステム。
【請求項２３】
前記刺激源と刺激器は、所定の雑音レベルを前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に加えるように構成された、請求項15に記載のシステム。
【請求項２４】
前記刺激源は、前記第2の感覚、反射、および/または運動の機構に加えられる前記雑音を、前記被験者の前記ニーズにカスタマイズしたレベルに調整するように構成された、請求項15に記載のシステム。
【請求項２５】
刺激工程に関する情報をコンピュータに伝送するために、システムを前記コンピュータに接続するためのインターフェイスをさらに備える、請求項15に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、確率共鳴の概念を使用して被験者の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激することに関する。本発明は、より具体的には、聴覚、触覚、視覚の刺激などの感覚刺激を介して、被験者の感覚、反射、および/または運動の機構を改善するための方法およびシステムに関するが、それらには限定されない。
【背景技術】
【０００２】
確率共鳴(SR)は、様々なマクロ、ミクロ、さらにナノシステムにおいてさえも生じる、よく知られた現象である。SRは、システム内に雑音を投入することにより、閾値未満の信号の検出性を改善できるようにする。したがってSRは、感覚システムに適用可能な、被験者の感覚、反射、および/または運動の機構の感度を改善するための、興味のある魅力的な現象であると考えられる。
【０００３】
実際に、弱い感覚刺激が人に与えられているときに、特定の感覚器官を刺激するように、適切な量の白色雑音が追加されると、弱い感覚刺激が検出され、それによって加えられた弱い感覚刺激に反応する特定の感覚器官の反応を活性化することが示されている。
【０００４】
例えば、Frank MossおよびKurt Wiesenfeldにより1995年にScientific American Inc.に書かれた論文「The Benefits of Background Noise」では、生物感覚システム内のSRの役割が研究されている。この目的のために、ザリガニの尻尾の微細毛が研究された。この微細毛は、潜在的な捕食動物の出現(動き)によって起こされた水の運動などの、運動を検出できる。実験装置内では、ザリガニの尻尾は切り離されてポストに取り付けられ、食塩溶液を含むタンク内に配置された。さらに、微細毛によって検出されたポストの運動に反応して、神経によって生成された神経衝撃の大きさを測定するために微細毛につなげられた神経索内に電極が挿入された。次に、ポストの運動に揺らぎを起こすように、ランダム雑音がポストを動かす信号に追加された。微細毛の感度が増大された結果が示され、その結果はSR現象を明示するものであった。
【０００５】
SRは医学分野に、より具体的には人の神経システムにおいて、実際的な適用分野のあることが、同じ論文中にさらに示唆されている。同様に、L.M. Wardらにより、2002年にBiological Cybernetics, 87, 91-1001に発表された「Stochastic Resonance in Psychophysics and in Animal Behavior」と題された論文は、聴覚的、視覚的、および触覚的な感覚システムは神経システムを含むので、SRはそれらを介して人間性能を改善するために使用できると述べている。
【０００６】
Hirose Satoroにより「Display Device for Vehicle」と題され、2003年に公開された特開2003-48453 A2では、運転者の周囲に対する認識を強化し、彼/彼女の注意を道路に集中し続けるための装置が、運転者の自動車に提供されている。このために、視覚刺激、聴覚刺激、または振動刺激などの異なる感覚刺激を使用して、この装置の複数の実施形態が開発されている。種々の実施形態が、車のサイドミラーの上、ハンドルの上などに設置された。各実施形態は、SR現象に従って、運転者の知覚の改善に必要な雑音を発生するための雑音発生器を備えている。しかし、この装置は自動車運転のみに使用することを目的としている。
【０００７】
「Method and System for Neurophysiologic Performance」と題され、2004年に公開されたJ. D. Harryらによる米国特許出願公開第2004/0073271 Al号には、神経生理学的性能を改善するためのシステムが開示されている。本システムは、衣服の様々な位置に配置できる少なくとも1つの入力信号装置を有する衣服と、1つの信号発生器とからなる。電極または筋肉刺激器などの入力信号装置は、身体的活動をする間にその機能を向上するために、バイアス信号を感覚細胞に入力することができるようにする。バイアス信号は信号発生器で生成される。本システムは主に皮膚を介しての接触刺激に焦点を当てている。
【０００８】
「Method and System for Improving Human Balance and Gait and Preventing Foot Injury」と題され、2004年に公開されたJ. D. Harryらによる米国特許出願公開第2004/0173220 Al号には、靴インサートまたは靴用の靴下などの着用可能な装置が開示されている。この着用可能な装置は、電極と、振動を発生するための振動アクチュエータとを備えており、それによって人の足とくるぶしを刺激する。さらにこの着用可能な装置は、振動に追加されることになるランダム雑音を発生するための信号発生器も備えている。SRの原理を使用して、この着用可能な装置は人の歩き方とバランスを改善する。この装置は足の刺激のみに使用される。
【０００９】
これまで、SRの原理は単一モード方式、すなわち信号と雑音が両方とも同じ受容器官に与えられることを意味する方式、に適用可能なことが示されてきた。例えば、触覚の感度を強化するために、触覚刺激と触覚雑音が触覚機構に与えられ、視覚の感度を強化するために、視覚刺激と対応する雑音が視覚機構に与えられる。
【００１０】
しかしこれまで、1人の被験者の感覚機構を雑音でどのように刺激すると、同じ被験者の別の感覚、反射、および/または運動の機構に影響を及ぼすかということ、およびその雑音がどのように多感覚統合システムに作用するかということ、は示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2003-048453 A2
【特許文献２】米国特許出願公開第2004/0073271 Al号
【特許文献３】米国特許出願公開第2004/0173220 Al号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Frank Moss and Kurt Wiesenfeld、「The Benefits of Background Noise」、Scientific American Inc.、1995年
【非特許文献２】L.M. Ward et al.、「Stochastic Resonance in Psychophysics and in Animal Behavior」、Biological Cybernetics、87、91〜1001頁、2002年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって本発明の目的は、以上で検討した欠点を克服し、行動的SRに関する研究を完遂して、別の異なる感覚機構を刺激することにより、被験者の感覚、反射、および/または運動の機構の感度の改善と、多感覚統合機構における雑音の作用とを示すことである。
【００１４】
本発明の別の目的は、聴覚、触覚、または視覚への刺激を介して、被験者の感覚、反射、および/または運動の機構を改善するための方法とシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
より具体的には本発明に従って、被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激することを含む、被験者の第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度を改善するための方法が提供される。被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構を刺激することは、第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えることを含み、第2の感覚、反射、および/または運動の機構に雑音を加えることは、二感覚統合SR相互作用によって第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度を改善する。
【００１６】
本発明はまた、刺激信号源と、刺激信号に反応し、刺激信号に応答して被験者の第2の感覚、反射、および/または運動の機構に加えられる雑音を生成する刺激器とを備え、被験者の第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度を改善するシステムに関する。雑音を第2の感覚、反射、および/または運動の機構に与えることにより、被験者の第1の感覚、反射、および/または運動の機構の感度が、二感覚統合SR相互作用によって改善される。
【００１７】
本発明における前述の目的および他の目的、利点、ならびに特徴は、添付する図面を参照して、例としてのみ与えられる下記の例示的実施形態の非限定的な説明を読むことによって、より明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の非限定的な例示的実施形態に従った、被験者を刺激するためのシステムを例示する、概略的なブロック図である。
【図２】図1のシステムの1チャンネル/刺激モジュールを例示する、概略的なブロック図である。
【図３】被験者の感覚機構を刺激するための物理的システムの例を示す図である。
【図４】図1のシステムを使用している2つの同時感覚シミュレーションの影響下にある被験者を、概略的に例示する図である。
【図４ａ】図1のシステムを使用している2つの同時感覚シミュレーションの影響下にある被験者を、概略的に例示する図である。
【図５】図1のシステムを使用している2つの同時感覚シミュレーションの影響下にある、被験者の別の概略的な例示図である。
【図６ａ】雑音の関数としての3人の被験者の相対感度を例示するグラフであり、ここで0db*は0.218mVピークに等しい。
【図６ｂ】雑音の関数としての3人の被験者の相対感度を例示するグラフであり、ここで0db*は0.218mVピークに等しい。
【図６ｃ】雑音の関数としての3人の被験者の相対感度を例示するグラフであり、ここで0db*は0.218mVピークに等しい。
【図７】雑音の関数としての14人の被験者の相対感度を例示する、別のグラフである。
【図８】図1のシステムを使用している2つの同時感覚シミュレーションの影響下にある被験者を、さらに例示する図である。
【図９ａ】雑音の関数としての4人の被験者の相対的な筋電図描画(EMG)の感度を例示するグラフである。
【図９ｂ】雑音の関数としての4人の被験者の相対的な筋電図描画(EMG)の感度を例示するグラフである。
【図９ｃ】雑音の関数としての4人の被験者の相対的な筋電図描画(EMG)の感度を例示するグラフである。
【図９ｄ】雑音の関数としての4人の被験者の相対的な筋電図描画(EMG)の感度を例示するグラフである。
【図１０】異なるレベルの雑音に対する、周波数の関数としてのEMGパワースペクトル密度の大きさを例示するグラフである。
【図１１ａ】雑音の関数としての3人の相対的な掃引面積を例示するグラフであり、ここで面積はスタビログラム(stabilogram)から得られた信頼度95%の楕円領域から計算される。
【図１１ｂ】雑音の関数としての3人の相対的な掃引面積を例示するグラフであり、ここで面積はスタビログラムから得られた信頼度95%の楕円領域から計算される。
【図１１ｃ】雑音の関数としての3人の相対的な掃引面積を例示するグラフであり、ここで面積はスタビログラムから得られた信頼度95%の楕円領域から計算される。
【図１２】スタビログラムから得られた信頼度95%の楕円領域を示すグラフである。
【図１３】中心空間周波数fが視覚度当り1サイクル(cpd)、標準偏差が1度、ランダム化相(randomized phase)で、水平格子のガボールパッチの例を可視化して表示した図である。
【図１４】0を中心とするガウス分布の例を可視化表示した図である。
【図１５】ガウス雑音の水平輝度変調刺激(LM)格子の例を可視化表示した図である。
【図１６】ガウス雑音の水平コントラスト変調刺激(CM)格子の例を可視化表示した図である。
【図１７ａ】被験者を刺激するためのシステムの第5の適用例に関する結果を例示するグラフである。
【図１７ｂ】被験者を刺激するためのシステムの第5の適用例に関する結果を例示するグラフである。
【図１７ｃ】被験者を刺激するためのシステムの第5の適用例に関する結果を例示するグラフである。
【図１８ａ】被験者を刺激するためのシステムの第5の適用例に関する結果を同様に例示するグラフである。
【図１８ｂ】被験者を刺激するためのシステムの第5の適用例に関する結果を同様に例示するグラフである。
【図１８ｃ】被験者を刺激するためのシステムの第5の適用例に関する結果を同様に例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図1のブロック図で示されるような本発明の非限定的な例示的実施形態は、被験者の感覚、反射、および/または運動の機構を、より具体的には被験者の全体的な感度および姿勢バランスを、改善するためにSRの概念を使用する。
【００２０】
非線形システムに発生するSRに関して、この非線形システムは3つのパラメータが必要である。それらは、(i)閾値、(ii)雑音、および(iii)閾値未満の情報であり、そのうちの閾値未満の情報は、感覚機構に加えられた信号または刺激であるが、感覚機構がその刺激に反応するには大きさが小さすぎる(閾値未満)。実際SRは、雑音、例えば白色雑音、を追加することによって、情報内容を増強して閾値未満の情報の検出を改善できる非線形現象である。しかし、最適な量の追加雑音のみが、検出を最適に強化することができる。実際に、追加される雑音が小さすぎると、閾値未満の情報は閾値未満であり続け、検出できない。刺激に対して強すぎる雑音が追加されると、刺激の情報内容に比べ雑音が強すぎるようになり、その結果、この強すぎる雑音は、刺激に反応する被験者の感覚、反射、および/または運動の機構の反応をランダム化する。
【００２１】
本発明の非限定的な例示的実施形態の非制限的な態様は、被験者の特定のタイプの感覚機構を刺激して、同じ被験者の別のタイプの感覚、反射、および/または運動の機構を改善することに関連している。被験者の耳に聴覚雑音を加えることにより、彼/彼女の人差し指の触覚的知覚を変調し、彼/彼女の脚筋肉のEMG活動を変調し、および/または姿勢保持の間のスタビログラム掃引領域を変調することが実験で示された。したがって、これらの実験は、人の皮質の内側の相互作用は二感覚統合SRに基づく相互作用であり、それは多感覚統合システムを形成することを示した。多感覚統合システム内の雑音の影響の下で、姿勢バランスを含む被験者の一般化された状態は強化される。
【００２２】
最初に、聴覚または視覚刺激を介して被験者の感覚およびバランス機構を改善するための、本発明の非限定的な例示的実施形態によるシステムに関して説明する。次に複数の例が提示され、詳細に検討される。
【００２３】
聴覚、触覚、または視覚の刺激を介して、感覚およびバランス機構を改善するためのシステムの説明
図1を参照すると、被験者に加えられる1つまたは複数の刺激を発生するためのシステム10が、図1に例示されている。システム10は、互いに接続可能な複数のユニットを備え、これらのユニットは固定式または携帯可能である。
【００２４】
システム10はまず中央装置(CU) 12を備えており、CU 12は14のような複数のチャンネル/刺激モジュールを含んでいる。複数のチャンネル/刺激モジュール14は、ユニバーサルバス16を介して相互接続されており、ユニバーサルバスはインターフェイス18にも接続されており、20のようなコンピュータがインターフェイスを介してアクセスしてCU 12を管理できる。さらに、各チャンネル/刺激モジュール14は、1個または数個の刺激装置24を接続するために、1対または数対の入出力ポート21および22を備えている。刺激装置24は、振動器、ヘッドフォン、ディスプレイなどのような異なるタイプのものであってよい。
【００２５】
CU 12はデータ収集機能を備えることが可能であり、それによってCU 12はチャンネル/刺激モジュール14内で生成されたデータを処理することができる。あるいは、さらなるデータ処理を行うために、CU 12はインターフェイス18を介してコンピュータ20に接続されてもよい。例えば、コンピュータ20は次に、さらに解析するために刺激工程のパラメータおよび/または結果を収集し記憶する。CU 12は、一般のマイクロプロセッサであってよく(電子的に限らない:光学的、または生物学的であってよい)、小型、軽量、および携帯型であると有利である。中央装置は通常、当業者によく知られているものであり、そのため本明細書ではこれ以上説明しない。
【００２６】
図2に例示されているように、各チャンネル/刺激モジュール14は実際には信号源であり、刺激工程において使用するための信号を生成するために、例えば増幅器または発生器40を備えている。増幅器または発生器40は信号源40からの信号を、所望のタイプの刺激に関連し出力ポート22に供給される特定の性質を有する、刺激信号に変換するためにシグナルコンディショナ42に接続されている。少なくとも1つの刺激装置(刺激器)24は、すべてのチャンネル/刺激モジュール14に、その入出力ポート21および22を介して、接続されている。各チャンネル/刺激モジュール14もやはり、入力ポート21を介して対応する刺激装置24からの信号を受信するために、受信器44を備える。信号発生器、信号増幅器、シグナルコンディショナ、および受信器は通常、当業者によく知られているものであり、そのため本明細書ではこれ以上説明しない。
【００２７】
信号調整の非制限的な例には、変調、アナログ信号のデジタル信号への変換、信号の振幅、周波数、位相、または形の変更などを含む。(注:電気的システムはより共通的であるが、本ケースで機能を果たすために、我々は機械的、光学的、流体的、または他の多くの物理的手段も使用することが可能である。)
【００２８】
刺激工程の複雑さに依存して、種々のタイプのチャンネル/刺激モジュール14が提供され得る。非制限的な例として、図1に例示するように、3つの異なるタイプのチャンネル/刺激モジュール14が提供される。
【００２９】
第1のタイプは、直接刺激をするために設けられたチャンネル/刺激モジュール14aであり、チャンネル/刺激モジュール14aの入出力ポート21および22は、被験者の身体の特定の領域を刺激するように構成された単一の刺激装置24に接続されており、それによって被験者の所与の感覚機構を刺激する。
【００３０】
第2のタイプは、分化刺激をするために設けられたチャンネル/刺激モジュール14bであり、被験者の2つの異なる身体の領域が使用され、これらの2つの身体の領域の間の部位が刺激されて、それによって被験者の所与の感覚機構が刺激される。したがって、チャンネル/刺激モジュール14bは、2対の入出力ポート21a〜22aおよび21b〜22bを備えており、それらは2つの刺激装置24aおよび24bにそれぞれ接続されている。2つの刺激装置24aおよび24bは刺激装置24aおよび24bにそれぞれ対応する上述の2つの身体の領域の間の部位に、同じ系列の刺激を加えるように設計されている。刺激器の種類、したがって刺激の種類は、以下の説明で規定される。
【００３１】
第3のタイプは、分布刺激をするために設けられたチャンネル/刺激モジュール14cであり、被験者の身体のいくつかの領域が使用され、これらの領域によってカバーされる被験者の身体の部位が刺激されて、それによって被験者の所与の感覚機構が刺激される。分布刺激は刺激分解能を強化する。本ケースでは、チャンネル/刺激モジュール14cは、すべて同じ系列の刺激を加えるように設計された、複数の刺激装置24cから24nに接続されている。したがってチャンネル/刺激モジュール14cは、複数の入出力ポートの対21c〜22cから21n〜22nを備える。チャンネル/刺激モジュール14cによって、異なる入出力ポート21c〜22cから21n〜22nに発生された異なる信号は、例えばそれらの強度および同時性などの特性を調整することによって、必要な刺激を得るために必要に応じて調整され得る。
【００３２】
非制限的な例として、チャンネル/刺激モジュール14cは筋肉の部位を刺激するように設計され得る。
【００３３】
被験者に刺激を加える刺激装置24の構成についてここで説明する。より具体的には、各刺激装置24は一般に同じ種類の基本的構成部品を備えている。図1の例において刺激装置24は、アクティベータインターフェイス28に接続されたアクティベータ26を備えており、アクティベータインターフェイス28はチャンネル/刺激モジュール14の出力ポート22に接続されている。刺激装置24は、センサインターフェイス32に接続されたセンサ30も備えており、センサインターフェイス32はチャンネル/刺激モジュール14の入力ポート21に接続されている。
【００３４】
アクティベータインターフェイス28、またはセンサインターフェイス32はポートあるいは任意の別のタイプの接続装置であってよく、ならびに/またはそれらは、それらを介して伝送されるそれぞれの信号を増幅するために増幅器も備え得ることに、注目すべきである。
【００３５】
アクティベータ26は、例えば(注:電気的システムはより共通的であるが、本ケースで機能を果たすために、我々は機械的、光学的、流体的、または他の多くの物理的手段を使用することが可能である)、インターフェイス28を介して受信した電気信号を、アクティベータ26が加えるように設計されたタイプの刺激に相当する、熱、振動、光、音などのような刺激に変換するための変換器(図示せず)を備え得る。このような変換器は通常、当業者によく知られているものであり、そのため本明細書ではこれ以上説明しない。
【００３６】
30のようなセンサは種々のパラメータを検出し測定する。それらは電気的、電子的、または任意の他のタイプであり得る。それらは、例えば、電気的信号、音、磁場、振動、熱などのような、種々の範疇の信号を検出するように設計され得る。センサは通常、当業者によく知られているものであり、そのため本明細書ではこれ以上説明しない。
【００３７】
システム10は、多くのタイプの刺激をできるようにしているので、複数の刺激装置24は、刺激装置24によって提供される刺激のタイプに従って、異なる種類または範疇の刺激器に分類できる。
【００３８】
ここで図3を参照すると、様々な種類の刺激装置24が例示されている。各刺激装置24は、チャンネル/刺激モジュール14の複数のポート21および22を介して、CU 12に接続されている。
【００３９】
ある1つの系列に関する刺激装置24の第1の非制限的な例が、視覚刺激装置24-1、24-6によって与えられる。視覚刺激装置24-1、24-6は、被験者の少なくとも1つの眼に視覚刺激をもたらす。視覚刺激は点滅する光、強度を変える数個の光点、または被験者の(1つまたは2つの)眼を刺激する任意の他の視覚信号であってよい。視覚刺激信号の大きさに依存して、被験者は信号を検出したり、しなかったりする。視覚刺激装置24-1、24-6は、アクティベータ26として、視覚刺激装置24-1の場合に一対の眼鏡か、または視覚刺激装置24-6の場合にディスプレイを備え、それぞれがセンサ30を内蔵する。視覚刺激の大きさはセンサ30を介して測定される。
【００４０】
ある1つの系列の刺激装置24に関する第2の非制限的な例が、振動刺激装置24-2によって与えられる。振動刺激装置24-2は、振動を刺激として被験者の身体の1つの領域に加え、それによって被験者の所与の感覚機構を刺激する。振動刺激信号の大きさに依存して、その被験者はその信号を検出したり、しなかったりする。刺激装置24-2は、アクティベータ26として、センサ30も内蔵する任意のタイプの振動器を備え得る。振動刺激の大きさはセンサ30によって測定される。
【００４１】
ある1つの系列の刺激装置24に関する第3の非制限的な例が、電磁刺激装置24-3によって与えられる。電磁刺激装置24-3は電磁場、制御された電流、または電圧を生成し、被験者の身体の領域に加え、それによって被験者の所与の感覚機構を刺激する。電磁刺激の大きさに依存して、被験者はその刺激を検出したり、しなかったりする。刺激装置24-3は、アクティベータ26として、センサ30も内蔵する電磁放射を行うコイルまたはアンテナを備え得る。電磁場の大きさはこのセンサ30を介して測定される。
【００４２】
ある1つの系列の刺激装置24に関する第4の非制限的な例が、熱刺激装置24-4によって与えられる。熱刺激装置24-4は熱刺激を生成し、被験者の身体の領域に加え、それによって被験者の所与の感覚機構を刺激する。被験者の身体に加えられた熱刺激信号の大きさに依存して、被験者はその信号を検出したり、しなかったりする。熱刺激装置24-4は、アクティベータ26として、センサ30も内蔵する任意の電気ヒータを備え得る。熱刺激の大きさはこのセンサ30を介して測定される。
【００４３】
最後に、ある1つの系列の刺激装置24に関する第5の非制限的な例が、音響刺激装置24-5によって与えられる。音響刺激装置24-5は、振動エネルギースペクトル、および/または音響エネルギースペクトルを生成し、被験者の身体に、例えば少なくとも被験者の1つの耳に加える。被験者の身体に加えられた音響刺激信号の大きさに依存して、被験者はその信号を検出したり、しなかったりする。音響刺激装置24-5は、アクティベータ26の非制限的な例として、センサ30を内蔵する(1つまたは複数の)スピーカまたはヘッドフォンを備え得る。音響刺激の大きさはこのセンサ30によって測定される。
【００４４】
システム10の全般的な動作について、ここで図1を参照して説明する。簡潔にかつ明確にするために、システム10の動作を、単一の刺激と、その刺激を実行する単一のチャンネル/刺激モジュール14と、に関連させて説明する。当業者は、必要な数のチャンネル/刺激モジュール14と刺激装置24とを使用して、このシステム10の動作をいくつかの同時刺激に拡張することが、可能であることを認める。
【００４５】
操作者は最初に、例えば、視覚刺激、音響刺激、振動刺激などのような、所望のタイプの刺激を選択する。次に操作者は、適切な入出力ポート21および22を介して、選択したタイプの刺激に相当する刺激装置24をCU 12に接続する。そうすることによりCU 12は、刺激装置24と相当するチャンネル/刺激モジュール14との間に、自動的にリンクを構築する。
【００４６】
操作者は次に、例えばプッシュボタンまたはキーの押下を介してCU 12を起動し、バス16を介して信号発生器40(図2)に刺激信号を発生するよう指示する。信号発生器40からの刺激信号は、次にシグナルコンディショナ42を介して処理され、出力ポート22を介して刺激装置24に供給される。
【００４７】
刺激装置24が受信した刺激信号は、アクティベータインターフェイス28を介してアクティベータ26に供給される。アクティベータ26がいったん刺激信号を受信すると、アクティベータ26はそれを光、振動、音などのような刺激に変換する。刺激信号がいったん刺激に変換されると、それは被験者の感覚機構に加えられ、同時にセンサ30によって検出され測定される。
【００４８】
刺激信号がいったん検出されると、変換器はセンサ30によって検出され形成された刺激信号を変換して電気信号に戻し、それはセンサインターフェイス32および入力ポート21を介してチャンネル/刺激モジュール14に送り戻される。電気信号は受信器44で受信され、CU 12で解析される。例えば、受信した信号の大きさが抽出される。操作者は、同一のまたは別の、プッシュボタンまたはキーを押下することにより、別の命令を生成し、バス16を介して信号発生器40に伝送して、同様のまたは異なる特性を有する別の刺激信号を発生して、刺激工程を繰り返すように、CU 12に指示することができる。
【００４９】
このループは閉ループ制御を形成し、刺激信号の強度および他の特性を連続的に評価できるようにしている。
【００５０】
図４に示すシステム10は、刺激の数に関して非常に柔軟的である。これはまた、操作が容易であり、人により容易に輸送可能である。
【００５１】
より詳細にはシステム10の例は、図４に例示するように様々な刺激を同時に発生する。被験者36は、彼のウェスト周りに固定されたベルトに中央装置12を着用している。音響刺激装置の形をした第1の刺激装置24-5、電磁刺激装置の形をした第2の刺激装置24-3、および振動器の形をした第3の刺激装置24-2は、中央装置12に接続されている。装置24-5は、例えば眼鏡100に装着された1対のイヤフォンを備えている。より明確に図４ａに示すように、振動器24-2は眼鏡100の柄102の末端、および鼻パッド104に装着され得る。図４のシステム10は、被験者36の触覚の感度が音響刺激を介して改善し得ることを実証するために使用された。図４のシステム10はまた、被験者36の触覚の感度が、振動器24-2を通した被験者への刺激を介して、改善し得ることを実証するためにも使用された。
【００５２】
別の例が図5に与えられており、ここで被験者36は、音響刺激装置24-5および振動刺激装置24-2によって同時に加えられた2つの刺激の影響下にある。図5の実験装置の構成は例えば、被験者36の触覚の感度が、音響刺激を介して改善され得ることを実証するために使用された。
【００５３】
もちろん、2つまたはそれより多くの同時に加えられた刺激を有する、多くの他のそのような刺激の組合せが可能であることを理解すべきである。
【００５４】
二感覚統合SRの原理を適用するために、被験者36がいくつかの刺激の影響下にあるとき、その刺激の1つは、他の刺激に対する感度を改善するように、雑音を伴って供給される。例えば図5に例示するように触覚感度を改善するために、被験者36には音響雑音が与えられ、その強度は被験者36によって調整され得る。音響雑音を調整することによって、触覚感度を改善する最適なレベルを見つけることができる。この手順は、本明細書において以下でさらに詳細に説明する。
【００５５】
したがってシステム10は、例えば、神経筋リハビリテーションおよび再適応を行っている人、火傷した人、姿勢問題または皮膚感受性に問題のある人、スポーツをする人、糖尿病の人、老人などに対して、特に全般的感度および姿勢バランスの改善を支援するが、それらに限定されるものではない。
【００５６】
別の例においてシステム10は、老化に伴う感覚処理の低下にかかわらず、複数感覚チャンネルを使用することは、それらの単一感覚の欠損を克服するための効果的な補償戦略を示すことによって、老人を支援する。一方、アルツハイマー病、パーキンソン病などの神経生物学的変質、自閉症、脳損傷のある人は、そのようなアプローチが有益であることが想定できる。
【００５７】
ここでSRが人の皮質相互作用で生じている二感覚統合現象であることを示すために行われた、上述した実験について本明細書の以下で説明する。
［第１実施例］
【００５８】
第1実施例は図5を参照して説明する。より詳細には、第1実施例は特に、例えば被験者の触覚の感度に対する聴覚雑音の効果の研究に関するが、それに限定するものではない。この目的のために3人の被験者、すなわちS7、S8およびS15が、聴覚雑音の存在下での、彼らの相対的触覚閾値のパターンを決定し測定するために選ばれた。
【００５９】
図5は、刺激を受けている1人の被験者36を示す。3人の被験者の年齢は、35から50歳の範囲である。システム10は次の2つの同時刺激を行うために使用された: 
(i)振動刺激装置24-2で与えられる触覚-振動刺激、および
(ii)ヘッドフォンで形成され音響刺激装置24-5で与えられる音響刺激。
【００６０】
振動刺激装置24-2はCU 12によって制御および監視され、定常状態の体制で0.1から130ミクロンの振幅で振動された。より詳細には、刺激信号は100Hzの割合で、被験者の右手の人差し指の先端に、加えられた。
【００６１】
第1ステップにおいて被験者36のような3人の被験者は、振動刺激装置24-2からの振動の大きさが感度閾値のちょうど下になるように調整することを求められた。そうするために、最初に強い振動刺激が被験者の人差し指に加えられ、その振動が被験者によって感じられるようにした。次に振動刺激信号の強さは、被験者が振動を感知しなくなるまでゆっくり減少された。したがってこの振動レベルが、閾値下レベルの刺激を生じた。いったん閾値下レベルが決定されると、残りの実験において振動刺激信号の大きさはそのレベルに設定された。
【００６２】
第2ステップにおいて、被験者36のような3人の被験者は、ヘッドフォン24-5を介して聴覚雑音を受けた。被験者は次に、ヘッドフォン24-5を介して生成される聴覚雑音を聞きながら、彼/彼女が閾値下の振動刺激を感知したか、イエスまたはノーで知らせるように求められた。被験者36のような被験者は聴覚雑音を聞くことによって、たとえ振動の大きさが彼らの触覚閾値よりも低くとも、閾値下の振動を感知することができた。聴覚刺激は例えば、適切な雑音発生器を介して発生され電子的に増幅されたデジタル雑音の雑音であった。
【００６３】
この第1の例において、被験者36のような3人の被験者の触覚感度の閾値は、6つの異なる雑音条件で測定された。第1の雑音条件は単に雑音のないことであり、続く4つの雑音条件はレベルの増加する雑音であり、雑音はヘッドフォン24-5を介して生成された。
【００６４】
結果は図6a、6bおよび6cに示されており、それらは雑音(db*)の関数としての相対的触覚感度のグラフであって、基準として雑音のない状態を有している。図6a、6bおよび6cのグラフの3本の曲線は、それぞれ3人の被験者に対応しており、概ね同じような挙動を呈している。雑音レベルが増加するにつれ、被験者の相対的触覚感度も最大値に達するまで増加し、その後雑音レベルが増加し続けても、相対的触覚感度は基準点またはそれより低いところまで減少する。ここに見られるように、3本の曲線はSR現象の典型的な特徴を示している。
【００６５】
図6a、6bおよび6cに見られるように、被験者36のような3人の被験者の相対的触覚感度の最大値は、同じ雑音のレベルでは与えられないことに注意すべきである。したがって、相対的触覚感度の最大値にばらつきがあることは、SR現象から最大効果を達成するための最適レベルの雑音が、各人に特有であることを示す。このことは、各被験者が異なる聴覚および触覚の閾値を有し、それは、例えば、年齢、健康、またはその他の素因、などの要因に依存することを意味する。
［第２実施例］
【００６６】
この第2実施例では、14人の被験者が選ばれ、その年齢は25から51歳の範囲であった。実験装置の構成は図5に例示する第1実施例のものと同じであった。14人の被験者は、例えば白色雑音のような聴覚雑音の影響下で、閾値下の振動刺激を感知することを求められた。一方この第2実施例では、雑音なし条件と、一定雑音条件の2つの雑音条件のみを用いた。より具体的には、一定雑音条件は33db*のレベルに設定された。
【００６７】
この第2実施例の結果は図7のグラフに示す。より具体的には、このグラフは、14人の被験者の相対的な触覚感度を、33db*の一定雑音条件、および基準として使用された雑音なし条件の関数として示す。図7において、聴覚雑音が存在するなかで、14人の被験者のうち10人、すなわち被験者の71%の相対的な触覚感度が増加したことが分かる。聴覚雑音が存在するなかで、4人の被験者の相対的な触覚感度が減少しているが、図7は、これらの特定の事象が誤差範囲内(垂直線が基準線を横切る点を見よ)にあることを示しており、このことは、これらの4人の被験者の結果が統計的には基準線に含まれ得ることを示している。しかし、これらの4人の被験者が、彼らの相対的な触覚感度に関し基準線からの著しい増加を示していないという事実は、これらの4人の被験者に対し雑音レベルが最適化されていなかった、という事実によるものと考えてよいだろう。第1実施例で実証されたように、聴覚雑音の最適レベルは各被験者に対して見いだされ、この聴覚雑音の最適レベルは、年齢、健康条件などのような要因によって、1人の被験者と他の被験者で異なり得る。
［第３実施例］
【００６８】
第3実施例は、SR現象が一般化された感覚現象であることを示した。第3実施例は、被験者が聴覚雑音で刺激され姿勢保持している間の、異なる被験者の脚筋肉のEMG応答に関するものである。
【００６９】
この第3実施例の実験装置の構成は図8に例示する。見て分かるように、図8の構成は第1および第2実施例に使用された実験装置の構成に類似している。図8を参照すると、CU 12は、音響刺激装置24-5、電磁刺激装置24-3(図8には図示されていないが図４に例示されている)、EMG基準装置52、位置センサ54、およびEMGセンサ56に接続されている。被験者36のような4人の被験者の群、すなわちS3、S6、S7およびS8が選ばれた。EMG応答は4人の被験者に対して、電磁刺激装置24-3からの触覚的電磁刺激を、被験者の足、またはふくらはぎに加えることによって、測定された。
【００７０】
第1実施例に関して本明細書に上述したものと同様の態様で、図8に例示されたシステム10を使用して、EMGの閾値下の大きさが最初に決定された。次いで、聴覚雑音、例えば白色雑音が生成され、ヘッドフォン24-5を介して被験者に加えられ、その間にEMGが記録された。いくつかの雑音条件(強度)について試験された。
【００７１】
第3の実験に関する結果は、図9a、9b、9c、および9dのグラフに報告されており、ここでは雑音なし条件が基準として取られている。より具体的に、図9a、9b、9c、および9dのグラフは雑音レベルの関数としての相対的EMGの感度を示す。相対的EMGの感度は、被験者S3については右足の足裏、被験者S6、S7、およびS8については右足のふくらはぎの、EMG活動のパワースペクトル密度から推定された。図9a、9b、9c、および9dに見られるように、4人の被験者の結果には典型的なSRの徴候が現れている。確かに、雑音が増加するにつれ、相対的EMG感度も最大値に達するまで増加し、その後は雑音レベルが増加し続けても減少する。ただし被験者S8(図9d)に関しては、雑音の最終値(45dB)は、誤差範囲(縦の線を参照されたい)が非常に大きいため、信頼性がないことが注目される。
【００７２】
図10は、被験者S7の低周波数における、より具体的には0から2Hzの異なる聴覚雑音レベルの、EMG活動のパワースペクトル密度を示す。
【００７３】
すべての実施例において、雑音発生器で発生された雑音は白色雑音であり、聴覚スペクトルよりも広い大きなスペクトルを有していることは、言うまでもない。しかし、機械的および電気的共振があるため、ヘッドフォン内の音響変換器は白色雑音のスペクトルを変える。ヘッドフォンはまた、白色雑音の全スペクトルを再現できない。
【００７４】
したがって白色雑音のスペクトルは、被験者の皮質に到達するときまでに変形され、そのため被験者の皮質に到達する白色雑音のスペクトルは当初の白色雑音のスペクトルとは異なる。したがって被験者の皮質は、5から10KHzの間の限定された雑音帯幅を、白色雑音の全スペクトル(有効雑音)と解釈する。
【００７５】
第3実施例によって、1つの感覚、例えば聴覚を、雑音で刺激することにより、他の1つの感覚の感度のみではなく、人の姿勢バランスおよび全般的状態に影響を与え、改善できることを示すことができた。したがってSR現象を介して、被験者の感覚、神経性協関、視覚認識、および姿勢バランスの全般的性能を改善できる。
【００７６】
さらに人間のSR現象は、二感覚統合型でかつ中央的プロセスであって、過去に示されたような、被験者の特定の感覚、反射、および/または運動の機構に局所化された、局所的プロセスではないことが示された。実際に、第3実施例で得られた結果は、SRが人の皮質の共通の領域で起こっていることを意味しており、異なる性質の生体信号が同一条件下で、確率的に共鳴することを示唆している。
【００７７】
第1、第2、および第3実施例から得られた結果に従って、システム10は2つのモードの動作を提供できることが分かる。
【００７８】
システム10の第1の動作モードは、被験者に加える雑音レベルを予め決めることからなる。この特定のケースでは、各被験者は同じレベルの雑音の影響下にある。このケースは、同じ、所定のレベルの聴覚雑音が別の被験者に加えられた、第2実施例の実験装置の構成に相当する。例えば、所定のレベルの聴覚雑音がシステム10のCPU 12内にプログラムされ得る。
【００７９】
大多数の被験者に使用可能な適切な所定の聴覚雑音のレベルを決定するために、雑音の最適レベルの平均値を反映した、雑音レベルの最適値を発見するために、多数の試験が実行され得る。この所定のレベルの雑音はさらに改良することが可能であり、それら自体、被験者の年齢、性別、身体的条件などに関連して決定されたものである異なる群の被験者に対して、所定のレベルの雑音を設定することが可能である。もちろん、所定のレベルの雑音を有することの短所は、このレベルが、それぞれの特定の被験者に対する最適なレベルの雑音に、常に相当するわけではないことである。したがって、図7に示す14人の被験者のうちの4人の例のように、被験者のある比率に対して、所定のレベルの雑音は被験者の感覚、反射、および/または運動の機構を改善しないことがある。
【００８０】
第2の動作モードはカスタマイズされたシステム10で構成され、各被験者は、彼/彼女の特定のニーズに従って、雑音のレベルを調整できる。雑音レベルの調整は、例えば、彼らの年齢、彼ら身体条件、刺激された感覚機構の性質、彼らの全般的な健康条件などに従って、ある被験者と他の被験者で異なり得る。各被験者は、カスタマイズされたシステム10を用いてそれぞれの特定の状況において、刺激された感覚機構に加えられる、彼/彼女に特有な最適な雑音レベルを決定する。
［第４実施例］
【００８１】
この第4実施例は、3人の被験者の雑音の関数としての相対スイープ面積のグラフを示す、図11a、11b、および11cを参照して説明される。面積はスタビログラムから得られた信頼度95%の楕円領域から計算されたもので、それを図12に示す。
【００８２】
この第4実施例は、第3実施例の後に実行された。この第4実施例では、被験者S6、S7、および  S8に対し、雑音レベルとともに相対スイープ面積が測定された。既述したように、面積はスタビログラムから得られた信頼度95%の楕円領域から計算された。スタビログラムは1、2、または3方向の運動の大きさを測定する。例えば、1次元は長さを与え、2次元は面積を与える。図8に例示するように、磁気的位置センサ54が被験者の左肩に取り付けられた。スタビログラムはx-y平面内で測定された(図8参照)。再び、雑音なし条件が基準として取られた。すべての試行において、被験者は、足をまっすぐにし、綱渡りの姿勢のように接触して立つことを求められた。最後に3つの異なる雑音レベルが使用された。
［第５実施例］
【００８３】
第5実施例は、聴覚雑音の効果の研究に関し、例えば被験者の視覚感度に対する聴覚雑音に関する。この目的のために、7人の被験者が、聴覚雑音の存在下で彼らのそれぞれの視覚閾値のパターンを決定し、測定するために選ばれた。
【００８４】
7人の被験者の年齢は、22から38歳である。システム10(図3参照)は、次の2つの刺激を同時に行うために使用された: (i)視覚刺激装置24-6によって供給された視覚刺激、および(ii)音響刺激装置24-5によって供給され、ヘッドフォンによって形成された音響刺激。
【００８５】
視覚刺激装置24-6は、CU 12によって制御および監視されて、平均輝度43cd/m2、およびリフレッシュ速度100Hzですべて同時に提供され得る1024グレイレベルの輝度を生成できる。視覚刺激装置24-6は単に室内の光源である。光度計の形態をしたセンサは、その出力を較正するために視覚刺激装置24-6と統合されている。視距離2.20mにおいて、視覚刺激装置24-6によって表示された各ピクセルの幅および高さは、視角の1/64度であった。
【００８６】
本実験に使用されたすべての視覚刺激は2つの項: 輝度変調LLM(x,y)、およびコントラスト変調LCM(x,y)の和であり、次式で与えられる:
LLM(x,y)=L0[M(x,y)+N(x,y)],            式1
LCM(x,y)=L0[1+M(x,y)・N(x,y)],         式2
ここに、L0は輝度刺激平均値を表し、背景輝度およびN(x, y)は外部キャリア関数(external carrier function)である。
【００８７】
関数M(x, y)は次で定義される:
M(x,y)=1+S(x,y),            式3
ここにS(x,y)は信号である。
【００８８】
信号関数(S(x,y))はGaborパッチであり、中心空間周波数fは視角度当り1サイクル(cpd)、標準偏差pは1度、各刺激表示でランダム化された位相はp、ならびにタスクに従って変化するマイケルソン定数C(変調のタイプに依存してCLM  またはCCM)を有し、次式で与えられる。
【００８９】
【数１】
2010506634.tif 000003
【００９０】
ここにr1はxまたはyの方向でよい。図13は水平格子を有する信号関数S(x, y)の例を示す。
【００９１】
図14に示すように、キャリア関数(N(x,y))は320×320ピクセル(5×5度)のマトリックスを生成し、各要素は0を中心とするガウス分布からランダムに選択されている。
【００９２】
2-代替強制選択法が使用された:すべての表示は信号で変調されたキャリアを含むが、Gaborパッチは水平または垂直のどちらかであった。タスクは、式1で特徴付けられた垂直または水平輝度変調刺激(LM)と、式2で特徴付けられたコントラスト変調刺激(CM)とを識別することであった。図15および図16はそれぞれ、ガウス雑音を有する水平LM格子およびCM格子の例を示す。
【００９３】
与えられたタスク、例えばLMまたはCM信号の検出に対して、信号およびキャリア変調のタイプが固定され、被験者に知らされた。刺激は500msの間表示され、刺激の間隔は同じ時間であった。空間的ウィンドウは、4度の幅を有するフルコントラストのプラトーと、標準偏差0.25度のガウス分布に従ったソフトエッジと、を有する円であった。
【００９４】
第1ステップでは、7人の被験者(図示せず)は視角刺激装置24-6から2.20mの距離に座らせられ、LMとCM刺激のそれぞれに対して、表示された格子が水平か垂直か尋ねられた。それぞれの試行の後、被験者にフィードバック音で、彼または彼女の応答が正しかったかが知らされた。LMおよびCM閾値を評価するために、2-下降1-上昇手順が使用された、すなわち、タスクによって変化させられる従属変数は、連続した2回の正答の後に10%減少(従属変数が雑音コントラスの場合は増加)され、各1回の誤答の後に同じ比率で増加(減少)されて、結果として閾値基準の70.7%となった。閾値は、最後の6つの反転(ピーク)の従属変数の値の幾何平均として定義された。この聴覚雑音が少しもない第1ステップは、基準例として使用された。
【００９５】
第2ステップでは、7人の被験者はヘッドフォン24-5を介して聴覚雑音を受けた。次に被験者は、ヘッドフォン24-5を介して生成された聴覚雑音(カットオフ15kHz)を聞きながらLMおよびCM刺激のそれぞれに対して、表示された格子が水平であったか、垂直であったかを再び尋ねられた。次に第1ステップについて説明したと同じ2-下降1-上昇手順を使用して、5つの聴覚レベルに対してLMおよびCM閾値が測定された。
【００９６】
したがって6つの聴覚条件(対照例加える5つの雑音レベル)が測定され、各条件に対して5つの閾値(5つの離散した階段状値)が確定され、平均された。
【００９７】
LM刺激についての結果は図17a、17b、および17cに示し、CM刺激についての結果は図18a、18b、および18cに示す。これらの実験において我々は、0dBSPLが20μP (マイクロパスカル)に等しい、SPL(音圧レベル)正規化スケールで較正した器具を使用した。さらにまた、図17a〜17c、および18a〜18cは、典型的なSRの徴候を全般的に示し、やはり実証している。すなわち、雑音が増加するにつれて、視覚の閾値もやはり最小値に達するまで減少し(これは感度がよりよいことと同等である)、その後それは雑音レベルが増加し続けても増加する。これらのグラフにおいて、データは閾値として与えられているので、感度がよいことは値が小さいことを意味する。これらのデータは視覚処理の基本的機能であるコントラスト感度が、他の感覚に対して実証されたと同様の機構で改善されることを実証している。本データは、他のレベルの形の認識、すなわち1次および2次の視覚処理に対しても、このことが当てはまることを実証している。
【００９８】
メルニコフ(Melnikov)の理論
転移を示すシステムを理解し解析するために、メルニコフの古典的理論が用いられた。人の皮質は、1つの感覚の転移(改善)を、別の感覚に加えられた信号のエネルギーを用いて誘発するので、人の皮質に生じている二感覚統合相互作用を説明するために、メルニコフの理論を用いることができる。
【００９９】
より詳細には、メルニコフの理論はSR現象がカオス的であることを示し、信号対雑音比(SNR)の改善における、雑音の周波数スペクトルの役割を説明する。この理論はさらに、雑音の追加のみでなく、調和的または決定論的励振の追加を介しても、SNRを改善することに対し拡張可能である。
【０１００】
メルニコフの理論はまず、遷移は常にカオス的であると仮定する。
【０１０１】
次に、システム内にカオスを誘起する必要条件は次式で与えられる。
【０１０２】
【数２】
2010506634.tif 000004
【０１０３】
ここに、Fdは散逸エネルギーに関し、他の2項は励振エネルギーに関するものである。励振エネルギーは、決定論的(第2項)、または確率的(第3項)であり得る。決定論的励振は通常、異なる周波数の調和信号であり、確率的励振は白色雑音である。
【０１０４】
視覚または聴覚信号が存在して、触覚を試験しているときに、遷移を生じるメルニコフの必要条件(MNC)は次式で与えられる。
【０１０５】
【数３】
2010506634.tif 000005
【０１０６】
ここに、最初の総和は触覚信号の決定論的調和項を表し、2番目の総和は視覚または聴覚信号の調和的励振項である。遷移を発生するための最良の周波数は、MSF(メルニコフのスケールファクタ)の最大値近傍の帯域内に含まれているものである。MSFは、遷移を誘発する上で最も効果的な周波数成分を与える周波数関数である。これらの周波数の大きさが触覚機構の性能を改善する。
【０１０７】
したがってメルニコフの理論は、性能が改善された状態を生成するためには、
白色雑音の代わりに決定論的信号もまた、多感覚統合機構に作用し得ることを示す。この現象が決定論的同期性現象である。
【０１０８】
本発明について、非限定的な例示的実施形態を用いて上記の明細書内に説明してきたが、この例示的実施形態は、添付の特許請求の範囲内で本発明の範囲、精神、および特質から逸脱することなく、随意に修正可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
10  システム
12  中央装置
14  チャンネル/刺激モジュール
14a  チャンネル/刺激モジュール  直接刺激
14b  チャンネル/刺激モジュール  分化刺激
14c  チャンネル/刺激モジュール  分布刺激
16  バス
18  インターフェイス
20  コンピュータ
21  入力ポート
22  出力ポート
21a  入力ポート
22a  出力ポート
21a  入力ポート
22b  出力ポート
21c  入力ポート
22c  出力ポート
21n  入力ポート
22n  出力ポート
24  刺激装置
24a  刺激装置
24b  刺激装置
24c  刺激装置
24n  刺激装置
24-1  視覚刺激装置
24-2  振動刺激装置
24-3  電磁刺激装置
24-4  熱刺激装置
24-5  音響刺激装置
24-6  視覚刺激装置
26  アクティベータ
28  アクティベータインターフェイス
30  センサ
32  センサインターフェイス
36  被験者
40  信号発生器/増幅器
42  シグナルコンディショナ
44  受信器
52  EMG基準装置
54  位置センサ
56  EMGセンサ
100  眼鏡
102  眼鏡の柄
104  鼻パッド
【図１】
2010506634.tif 000006
【図２】
2010506634.tif 000007
【図３】
2010506634.tif 000008
【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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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】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【国際調査報告】
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