(57)【要約】  本発明は、電気センサを備えたヘッドセット、及びこのヘッドセットを含むシステムを提供する。ヘッドセットは、子供が使用するのに適しており、例えば、ゲームシステムにおいて、注意力を訓練するための使用に適している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）第１の端部と、第２の端部と、感知バーと、位置決めバーとを含む前部であって、前記感知バー及び前記位置決めバーは、前記前部の前記第１の端部及び前記第２の端部において接合されており、前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記感知バーの下及び前記位置決めバーの上に間隙を有し、（ａ）前記感知バーは、ヘッドセットを着用するユーザの前頭部に接触するように形成及び構成されており、ＡＦ３の位置又はその近傍で前記ユーザの前頭部に接触し、１つ以上の電極を有する第１の電気センサと、ＡＦ４の位置又はその近傍で前記ユーザの前頭部に接触するように配置され、１つ以上の電極を有する第２の電気センサとを備え、（ｂ）前記位置決めバーは、前記ユーザの眉に沿って配置されるように形成及び構成される、前部と、
（ｉｉ）前記前部の第１の端部に接合された第１の側部と、前記前部の第２の端部に接合された第２の側部とを備え、前記第１の側部、前記第２の側部、及び前記前部は、協働して前記ユーザの頭部をグリップするように形成及び構成されている、ヘッドセット。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の側部及び前記第２の側部の少なくとも一方は、更に、凸部を備え、前記凸部は、Ｍ２又はＭ１の位置又はその近傍で前記ユーザに接触するように配置された第３の電気センサを含み、前記第３の電気センサは、前記ユーザの乳様突起上で前記皮膚に接触する１つ以上の電極を備える、ヘッドセット。
【請求項３】
請求項２において、
（ｉ）ＡＦ３とＡＦ４、及び（ｉｉ）ＡＦ４とＭ２又はＡＦ３とＭ１の間の電圧差を選択して検出するための電子回路を有するプロセッサを更に備える、ヘッドセット。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、
前記第１の側部及び前記第２の側部は、前記ユーザの側頭骨上の皮膚に接触するように形成及び位置決めされる、ヘッドセット。
【請求項５】
請求項４において、
前記ヘッドセットは、前記ユーザが前記ヘッドセット及び眼鏡を同時に着用できるように形成されている、ヘッドセット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、
前記位置決めバーの内側エッジと前記感知バーの内側エッジとの間の最大距離は、約１８ｍｍである、ヘッドセット。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかにおいて、
前記位置決めバーの外側と前記感知バーの外側との間の最大距離は、約４２ｍｍである、ヘッドセット。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかにおいて、
前記間隙は、略楕円形又は幾何学的形状を有する空隙である、ヘッドセット。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかにおいて、
前記第１の側部及び前記第２の側部のそれぞれは、前記ユーザの頭部に接触するように配置されたパッドを更に備える、ヘッドセット。
【請求項１０】
請求項１において、
前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記第３の電極のうちの少なくとも１つは、乾燥電極を含む、ヘッドセット。
【請求項１１】
請求項１において、
前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記第３の電極の少なくとも１つは、ファブリック電極を含む、ヘッドセット。
【請求項１２】
請求項１において、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極の少なくとも１つは、銀電極を含む、ヘッドセット。
【請求項１３】
請求項１において、
前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記第３の電極のうちの少なくとも１つは、銀ファブリック電極を含む、ヘッドセット。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、銀ファブリック電極を含む、ヘッドセット。
【請求項１５】
請求項９から１４のいずれかにおいて、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの次元において１／２インチ以上である、ヘッドセット。
【請求項１６】
請求項９から１５のいずれかにおいて、
前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記第３の電極のうちの少なくとも１つは、前記ユーザの皮膚に接触するように配置されたパッドを更に備える、ヘッドセット。
【請求項１７】
請求項１において、
前記感知バーは、前記第１の電極及び前記第２の電極を直接的に固定するため又は前記第１の電極及び前記第２の電極が固定された取付要素を受け入れるためのソケットを備える、ヘッドセット。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記取付要素は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置される前記間隙を制御するように調整可能である、ヘッドセット。
【請求項１９】
請求項１７又は１８において、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、中心間距離が７±１ｃｍとなるように配置されている、ヘッドセット。
【請求項２０】
請求項１７又は１８において、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、中心間距離が８ｃｍから１０ｃｍとなるように配置されている、ヘッドセット。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれかにおいて、
バッテリと、前記ユーザから取得されたＥＥＧ信号を受信し、処理し、送信するための電子回路とを備える、ヘッドセット。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記第１の側部は、第１のハウジングを備え、前記第２の側部は、第２のハウジングを備え、前記第１のハウジング及び前記第２のハウジングは、前記バッテリ及び／又は前記電子回路を備える、ヘッドセット。
【請求項２３】
請求項２１において、
前記ヘッドセットは、ＥＥＧ信号をホストコンピュータに無線送信するように構成されている、ヘッドセット。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれかにおいて、
（ｉ）前記第１の側部は、前記前部の第１の端部に摺動可能に連結され、（ｉｉ）前記第２の側部は、前記前部の第２の端部に摺動可能に連結され、前記前部及び前記側部の拡張が可能である、ヘッドセット。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれかにおいて、
（ｉ）前記第１の側部は、前記前部の第１の端部に回動可能に連結され、（ｉｉ）前記第２の側部は、前記前部の第２端部に回動可能に連結され、非使用時に前記側部が内側に折り畳まれ、前記ヘッドセットが小型化される、ヘッドセット。
【請求項２６】
請求項２から２５のいずれかにおいて、
前記凸部は、ヒンジによって前記第１の側部又は前記第２の側部に連結されている、ヘッドセット。
【請求項２７】
請求項２６において、
前記ヒンジは、前記凸部が前記ユーザの頭部に向かって折り畳まれるように構成されている、ヘッドセット。
【請求項２８】
請求項２６において、
前記ヒンジは、バネ付勢ヒンジであり、前記バネ付勢ヒンジは、前記凸部をユーザの頭部に押し付けるように構成されている、ヘッドセット。
【請求項２９】
請求項１から２８のいずれかにおいて、
前記ヘッドセットは、前記第１の側部を前記第２の側部に接続するストラップを更に備える、ヘッドセット。
【請求項３０】
請求項１から２９のいずれかにおいて、
前記ヘッドセットは、加速度計を更に備える、ヘッドセット。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれかにおいて、
接地電極を更に備える、ヘッドセット。
【請求項３２】
請求項３１において、
前記接地電極は、前記第１の電極センサと前記第２の電極センサとの間で前記感知バー上に配置されている、ヘッドセット。
【請求項３３】
（ｉ）請求項１から３２のいずれかに記載のヘッドセットと、
（ｉｉ）ＥＥＧ信号を分析し、被験者の注意レベルを判定するアルゴリズムを実行するプロセッサと、を備え、
前記ヘッドセットと前記プロセッサとが無線で通信を行う、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、子供及び大人による使用に適し、及びゲームシステムでの使用、例えば、注意力の訓練に適する電気信号センサを有するヘッドセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
脳波検査（electroencephalography：ＥＥＧ）は、頭皮に沿った電気的活動を記録するものである。これは、脳神経細胞間の電流に起因する電圧変動を測定する。一般的に、ＥＥＧ機器は、ユーザの脳波を測定して表示するために使用される臨床用マルチチャネル装置である。ユーザの脳波は、１０−２０法（国際１０−２０法とも呼ばれる）等、所定のパターンで頭皮に接するように配置された多数の電極を使用して監視される。中間位置が追加された１０−１０法も定められている（Guideline for Standard Electrode Position Nomenclature, American Clinical Neurophysiology Society, 2006）。この配置法は、ユーザの頭皮上に電極を配置するための国際的に認められた手法であり、ユーザの検査結果を経時的に比較し、及び異なるユーザ間を比較できるよう、標準化された再現性を保証するために開発されたものである。
【０００３】
ＥＥＧ測定を使用して、「スマート」ビデオゲームで使用でき、子供の注意及び／又は不注意の正確な認知レベルに応答する「認知シグネチャ（cognitive signature）」を開発できる。子供は、キーボードに触れることなく、単に焦点を合わせる能力を用いて、ゲーム内のキャラクタの速度を制御する。そして、ゲームは、リアルタイムでファンタジー世界を作り出し、子供は、子供の実際の注意レベルを用いて、次第に困難になる複数のタスクを遂行し、注意力及び衝動抑制のスキルを高める。この製品により、子供は、学習したスキルを現実世界で応用し、現実世界において、学業成績を向上させ、家庭内での日々の活動を改善できる。
【０００４】
ユーザからの生体電気信号、例えば、脳波（ＥＥＧ）信号を捕捉するための電極システムは、通常、安全性、コスト、消費電力、性能、利便性、ユーザの快適性を含む様々な要求を満たす必要がある。非臨床用途では、これらの要求の相対的重要性は、臨床用途とは多少異なる可能性がある。例えば、臨床用途では、電極は、比較的熟練した技術者によって取り付けられるが、非臨床用途では、電極は、電極の正しい取付又は配置の知識がない又は訓練を受けていないユーザによって取り付けられる可能性がより高い。また、通常、非臨床用途においては、利便性及びユーザの快適性もより重要である。臨床環境の患者は、非臨床環境のユーザに比べて、電極を試験し、較正する際に、ある程度の不快感又は不便さを我慢できる可能性がより高い。例えば、ユーザの頭に電極を取り付けるための従来の臨床装置は、ユーザの頭皮全体を覆う可撓性キャップを含み、更に、キャップをユーザの頭部にしっかりと固定するための顎紐を含む。このタイプの装置は、幾つかの臨床用途のために、１００を超える電極を含むことができる。
【０００５】
子供が使用するための電極システムは、（ｉ）特別な訓練なしで、直感的かつ便利に、子供の頭部の所定の解剖学的位置に電極センサを配置でき、（ｉｉ）年齢に応じて異なる子供の頭部サイズの変化に対応でき、（ｉｉｉ）快適な装着感を実現できるように設計する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ヘッドセットを提供し、ヘッドセットは、（ｉ）第１の端部と、第２の端部と、感知バーと、位置決めバーとを含む前部であって、感知バー及び位置決めバーは、前部の第１の端部及び第２の端部において接合されており、第１の端部と第２の端部との間の感知バーの下及び位置決めバーの上に間隙を有し、（ａ）感知バーは、ヘッドセットを着用するユーザの前頭部に接触するように形成及び構成されており、１０−１０法のＡＦ３の位置又はその近傍でユーザの前頭部に接触し、１つ以上の電極を有する第１の電気センサと、１０−１０法のＡＦ４の位置その又は近傍でユーザの前頭部に接触するように配置され、１つ以上の電極を有する第２の電気センサとを備え、（ｂ）位置決めバーは、ユーザの眉に沿って配置されるように形成及び構成される、前部と、（ｉｉ）前部の第１の端部に接合された第１の側部と、前部の第２の端部に接合された第２の側部とを備え、第１の側部、第２の側部、及び前部は、協働してユーザの頭部をグリップするように形成及び構成されている。特定の実施形態では、第１の側部及び第２の側部の少なくとも一方は、更に、凸部を備え、凸部は、Ｍ２又はＭ１の位置又はその近傍でユーザに接触するように配置された第３の電気センサを含み、第３の電気センサは、ユーザの乳様突起上で皮膚に接触する１つ以上の電極を備える。ヘッドセット、又はヘッドセットを利用するシステムは、更に、（ｉ）ＡＦ３とＡＦ４、及び（ｉｉ）ＡＦ４とＭ２又はＡＦ３とＭ１の間の電圧差を選択して検出するための電子回路を有するプロセッサを含むことができる。特定の実施形態では、ヘッドセットは、接地電極を更に含む。接地電極は、例えば、第１の電極センサと第２の電極センサとの間の感知バー上に配置することができる。
【０００７】
第１の側部及び第２の側部は、ユーザの側頭骨上の皮膚に接触するように形成及び位置決めすることができる。例えば、ヘッドセットは、ユーザがヘッドセット及び眼鏡（又はイヤホン）を同時に着用できるように形成することができる。特定の実施形態では、第１の側部及び第２の側部のそれぞれは、ユーザの頭部に接触するように配置されたパッドを更に含む。
【０００８】
特定の実施形態では、間隙は、略楕円形又は幾何学的形状（例えば、略長方形又は略台形）を有する空隙である。位置決めバーの内側エッジと感知バーの内側エッジとの間の最大距離は、約１８ｍｍ（例えば、１５±２ｍｍ、１８±２ｍｍ、又は２０±２ｍｍ）とすることができる。位置決めバーの外側と感知バーの外側との間の最大距離は、約４２ｍｍ（例えば、４０±２ｍｍ、４２±２ｍｍ、又は４４±２ｍｍ）とすることができる。
【０００９】
特定の実施形態では、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極の少なくとも１つは、乾燥電極、ファブリック電極、銀電極、又は銀ファブリック電極を含む。幾つかの実施形態では、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極の少なくとも１つは、少なくとも１つの次元において１／２インチ以上である。第１の電極、第２の電極、及び第３の電極のそれぞれは、ユーザの皮膚に接触するように配置されたパッドを更に含むことができる。
【００１０】
特定の実施形態では、感知バーは、第１の電極、第２の電極、及び接地電極を直接的に固定するためのソケット、又は第１の電極、第２の電極、及び接地電極が固定された取付要素を受け入れるためのソケットを含む。取付要素は、交換可能なモジュールを使用して、第１の電極と第２の電極との間の間隙を制御することができる。例えば、第１の電極及び第２の電極は、中心間距離が７±１ｃｍとなるように配置でき、より大きな頭に対応する場合、第１の電極及び第２の電極は、中心間距離が８ｃｍから１０ｃｍとなるように配置できる。
【００１１】
ヘッドセットは、バッテリと、ユーザから取得されたＥＥＧ信号を受信し、処理し、送信するための電子回路とを含むことができる。例えば、第１の側部は、第１のハウジングを備え、第２の側部は、第２のハウジングを備え、第１のハウジング及び第２のハウジングは、バッテリ及び／又は電子回路を含む。ヘッドセットは、ＥＥＧ信号をホストコンピュータに無線送信するように構成してもよい。
【００１２】
本発明のヘッドセットの一実施形態では、（ｉ）第１の側部は、前部の第１の端部に摺動可能に連結され、（ｉｉ）第２の側部は、前部の第２の端部に摺動可能に連結され、これにより、前部及び側部の拡張が可能である。
【００１３】
本発明のヘッドセットの別の実施形態では、（ｉ）第１の側部は、前部の第１の端部に回動可能に連結され、（ｉｉ）第２の側部は、前部の第２端部に回動可能に連結され、これにより、非使用時に側部が内側に折り畳まれ、ヘッドセットが小型化される。
【００１４】
本発明のヘッドセットの更に別の実施形態では、乳様突起当接凸部は、ヒンジによって第１の側部又は第２の側部に連結されている。ヒンジは、凸部がユーザの頭部に向かって折り畳まれるように構成することができる。幾つかの実施形態では、ヒンジは、バネ付勢ヒンジであり、凸部をユーザの頭部に押し付けるように構成されている。
【００１５】
オプションとして、ヘッドセットは、第１の側部を第２の側部に接続するストラップを更に含む（すなわち、後頭部に装着されるストラップでヘッドセットを固定する）。
【００１６】
オプションとして、ヘッドセットは、加速度計を更に含む。
【００１７】
関連する側面として、本発明は、システムを提供し、このシステムは、（ｉ）本発明のヘッドセットと、（ｉｉ）ＥＥＧ信号を分析し、被験者の注意レベルを判定するアルゴリズムを実行するプロセッサとを備え、ヘッドセットとプロセッサとが無線で通信を行う。
【００１８】
更に別の側面として、本発明は、本発明のヘッドセット又は本発明のシステムを使用して、被験者の注意レベルを監視する方法を提供する。
【００１９】
本明細書で使用する用語「ＡＦ３」は、国際的に認められた頭皮上のＥＥＧ電極配置法である１０−２０法を拡張した１０−１０法におけるＡＦ３位置を指す。ＡＦ３は、ユーザの前頭部の左側のＦｐ及びＦ３の中間に位置する。
【００２０】
本明細書で使用する用語「ＡＦ４」は、国際的に認められた頭皮上のＥＥＧ電極配置法である１０−２０法を拡張した１０−１０法におけるＡＦ４位置を指す。ＡＦ４は、ユーザの前頭部の右側のＦｐ及びＦ４の中間に位置する。
【００２１】
本明細書で使用する用語「ＡＦｚ」は、国際的に認められた頭皮上のＥＥＧ電極配置法である１０−２０法を拡張した１０−１０法におけるＡＦｚ位置を指す。ＡＦｚは、ユーザの前頭部のＦ３とＦ４の中間に位置する。ＡＦｚ電極は、接地電極として機能する。これに代えて、接地電極は、ヘッドセットの他の位置に配置してもよい。
【００２２】
本明細書で使用する用語「Ｍ１」は、左側の乳様突起の位置を指す。
【００２３】
本明細書で使用する用語「Ｍ２」は、右側の乳様突起の位置を指す。
【００２４】
本明細書で使用する用語「電気センサ」は、ＥＥＧ又はＥＭＧ信号等の生体電気信号を測定するために使用されるセンサを指す。電気センサは、オプションとして、可撓性導電ファブリックから形成された１つ以上の電極を含むことができる。
【００２５】
本明細書で使用する用語「前部」は、ユーザがヘッドセットを装着すると、ユーザの前頭部に位置する本発明のヘッドセット内の要素を指す。前部は、前頭部を横切って伸びる２本のバー、すなわち、上側の感知バー及び下側の位置決めバーを含む。位置決めバーは、ユーザの眉の上に配置される。感知バーは、前頭部に接触し、例えば、ユーザの前頭部のＡＦ３及びＡＦ４、及びオプションとして、ＡＦｚの位置に接触する。
【００２６】
本明細書で使用する用語「側部」は、ユーザの頭部をグリップするヘッドセットの部分を指す。側部は、ユーザの頭の両側頭部の任意の部分に接触するように構成することができる。側部は、ユーザの側頭骨（すなわち、耳にかからず、耳の上）を覆う頭皮に接触することが望ましい。側部は、前部の両端部に接続され、オプションとして、ヘッドストラップに接続される。側部は、ユーザの乳様突起上の皮膚に接触するように配置された電極（すなわち、位置Ｍ１又はＭ２）を有する１つ又は２つの凸部を含むことができる。
【００２７】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のヘッドセットの一実施形態の正面斜視図であり、左側部分の暗い影は、バッテリ及び他の電子機器に対応する。
【図２】本発明のヘッドセットの一実施形態の正面図である。
【図３】本発明のヘッドセットの一実施形態の背面図である。
【図４】本発明のヘッドセットの一実施形態の上面図である。
【図５】本発明のヘッドセットの一実施形態の右側面図であり、乳様突起に接触する側部から突出する凸部を示している。
【図６】本発明のヘッドセットの一実施形態の左側面図である。
【図７】ヘッドセットの一実施形態の斜視図であり、ヘッドセットは、滑らかな線及び丸みのある輪郭を有し、前部の感知バー上に電極用のスロットが示されている。
【図８】感知バー（１）と、位置決めバー（２）と、第１及び第２の側部（３）と、位置Ｍ２又はＭ１（４）でユーザに接触するように配置された凸部とを有する前面部を含むヘッドセットの一実施形態の正面図である。
【図９】ヘッドセットの一実施形態の背面図であり、前部には、電気センサを配置するための矩形の凹部が示されている。
【図１０Ａ】本発明のヘッドセットを装着した被験者を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明のヘッドセットを装着した被験者を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明のヘッドセットを装着した被験者を示す図である。
【図１０Ｄ】本発明のヘッドセットを装着した被験者を示す図である。
【図１０Ｅ】本発明のヘッドセットを装着した被験者を示す図である。
【図１０Ｆ】本発明のヘッドセットを装着した被験者を示す図である。
【図１１Ａ】側部が折り畳まれた状態（すなわち、非使用時に側部を回転させてヘッドセットのサイズを縮小した状態）の本発明のヘッドセットを示す図である。
【図１１Ｂ】側部が折り畳まれた状態（すなわち、非使用時に側部を回転させてヘッドセットのサイズを縮小した状態）の本発明のヘッドセットを示す図である。
【図１１Ｃ】側部が折り畳まれた状態（すなわち、非使用時に側部を回転させてヘッドセットのサイズを縮小した状態）の本発明のヘッドセットを示す図である。
【図１２Ａ】（例えば、バネの付勢力によって）一方の乳様突起当接凸部が折り畳まれた状態の本発明のヘッドセットを示す図である。
【図１２Ｂ】（例えば、バネの付勢力によって）一方の乳様突起当接凸部が折り畳まれた状態の本発明のヘッドセットを示す図である。
【図１２Ｃ】（例えば、バネの付勢力によって）両方の乳様突起当接凸部が折り畳まれた状態の本発明のヘッドセットを示す図である。
【図１３Ａ】本発明のヘッドセットの非拡大状態を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明のヘッドセットの拡大状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、子供及び大人が使用するように設計されたヘッドセットの形態の電極システムを提供する。本発明のヘッドセットは、（ｉ）直感的かつ便利に（すなわち、ヘッドセットを装着するための特別な訓練なしで）、子供の前頭部の所定の位置ＡＦ３及びＡＦ４に電極センサを配置でき、（ｉｉ）年齢に応じて異なる子供の頭部サイズの変化に対応でき、（ｉｉｉ）快適な装着感を実現できるように設計されている。例えば、本発明のヘッドセットの特定の実施形態は、８歳の少女の５パーセンタイルから１８歳の少年の９５パーセンタイルまでの頭の大きさの範囲に適応するような大きさに構成されている。本発明のヘッドセットは、８〜１８歳の子供のために設計されているが、１８歳の少年の頭の大きさは大人の頭の大きさに近いので、大人にも同様に適合する。
【００３０】
本発明のヘッドセットは、外部コンピュータによって処理される脳波信号を測定する電気センサを含む。図１〜図９は、本発明のヘッドセットの実施形態を示している。
【００３１】
電気センサは、ユーザの脳波信号を測定するための１つ以上の電極を含むことができる。電極は、乾燥電極であっても湿潤電極であってもよい（すなわち、乾燥電極は、電極とユーザの皮膚との間に導電性の通常湿潤性を有する材料がなくても信号を取得でき、湿潤電極は、このような導電性材料を必要とする）。特定の実施形態では、電気センサは、乾燥ファブリック電極（dry fabric electrode）等の乾燥電極を含む。本発明のヘッドセットに使用するのに適したファブリック電極の例は、米国特許公開番号第２００９０１１２０７７号に記載されている。他の実施形態では、乾燥電極センサは、銀電極を含む。ファブリック電極は、銀を含有するファブリックを含み、銀は、銀粒子、銀メッキストランド、又は銀糸として存在できる。一実施形態では、感知バー内の１つ以上の電気センサは、円形であり、直径が約１／２インチ（１２．７ｍｍ）である。電気センサは、ユーザの快適性を向上させ、調節可能性を高め、皮膚との接触感を改善するパッドを含むことができる。
【００３２】
ヘッドセットの側部を接続する前部は、上側の感知バー（sensing bar）及び下側の位置決めバー（locator bar）を含む。一実施形態では、感知バーと位置決めバーとの間の内寸は、約１８ｍｍであり、感知バーの上辺から位置決めバーの底辺までの外寸は、４２ｍｍである。一実施形態では、前部の横幅は、約１１９ｍｍである。一実施形態では、前部の感知バーは、１つ以上の電極からなる電気センサを含む。一実施形態では、電気センサの中心間距離は、７±１ｃｍである。一実施形態では、これらの電気センサは、適所に嵌め込む（snap）ことができるモジュールの形態とすることができる。これらのモジュールは、ユーザによって交換できる。電気センサは、個別に交換でき、又は２つ以上の電気センサを含む嵌込部（snap in portion）を設けることができる。嵌込部は、異なる幅で離間するセンサを有することができる。例えば、１つの嵌込部は、中心間距離が７ｃｍの電気センサを有することができ、別の嵌込部は、中心間距離が１１ｃｍの電気センサを有することができる。前部の電気センサは、好ましくは、前頭部のＡＦ３、ＡＦ４、及び（オプションとして）ＡＦｚの位置に配置される。一実施形態では、ＡＦ３電気センサとＡＦ４電気センサとの間で電圧差が測定される。一実施形態では、ＡＦｚ位置の電気センサは、駆動用接地電極として使用される。一実施形態では、前部の位置決めバーは、ヘッドセットを安定させ、前頭部にヘッドセットを適切に配置できるように設計されている。一実施形態では、位置決めバーは、ユーザの前頭部でヘッドセットを中心合わせする際にユーザを補助するための僅かな折り目を中心部分に有する。
【００３３】
１つ以上の側面部分にも電気センサを設けることができる。これらの１つ以上の電気センサは、好ましくは、電気センサの電極が乳様突起の皮膚、好ましくは、位置Ｍ１及びＭ２に接触するように配置される。これは、側部の遠端の下方に延びる凸部に電気センサを配置することによって達成できる。一実施形態では、位置Ｍ１及びＭ２の少なくとも１つの電気センサが稼動する。別の実施形態では、Ｍ１位置でより顕著になる場合がある心電信号との干渉を低減するために、Ｍ２位置の電気センサが稼働する。この乳様突起電気センサの寸法は、例えば、長さ２インチ、幅１インチ、厚さ１／４インチとすることができる。電気センサは、ユーザの耳の後ろにフィットするように半円形状にすることができる。電気センサは、ヘッドセットを装着した際のユーザの快適性を高めるために、発泡体又は他の軟質材料のパッドを含むことができる。電気センサは、ヘッドセットを着用する際にユーザに適合するように、電気センサを内側に傾ける（toe-in）ことができ、僅かな旋回を可能にするサスペンションシステムによって側部の凸部に取り付けることができる。ユーザは、使用時にヘッドセットからの軽い圧力を感じ、これにより、電気センサと乳様突起との間の良好な接触が保証される。一実施形態では、電気センサは、位置Ｍ２において乳様突起に接触するように配置され、これにより、ＡＦ４とＭ２との間の電圧差の測定が可能になる。ヘッドセットの一実施形態では、電圧差の算出において、センサ対（ＡＦ３−ＡＦ４）及び（ＡＦ４−Ｍ２）の合成インピーダンスを継続的に測定する。一実施形態では、インピーダンス計算の結果は、ホストコンピュータに定期的に送信でき、これにより、ヘッドセットがＥＥＧ及び注意力に関連する測定のために適切に配置されていることを確認できる。
【００３４】
本発明の電極システム及びヘッドセットは、２つ以上の電極を含み、ユーザの前頭部の所定の位置（例えば、ＡＦ３、ＡＦ４、又はＡＦｚ）に接触するように構成されている。このようなシステムでは、（ｉ）位置ＡＦ３又は位置ＡＦ４のうちの１つと接続できるユーザの前頭部上で最も高い位置にある電極、（ｉｉ）最良の信号品質を提供する電極、及び（ｉｉｉ）最良の接触を提供する電極のうちの２つ以上の電極からの電極を選択できる。このようなシステムにより、ユーザによる電気センサの誤った配置をある程度許容できる。１つのシナリオでは、電気センサは、上位電極がユーザの毛髪内に配置され、下位電極が毛髪の生え際の真下に配置されるようにユーザによって位置決めされる。この場合、下位電極がＡＦ３又はＡＦ４と最良に接続される。別のシナリオでは、電気センサは、上位電極がユーザの前頭部の高い位置であって、毛髪の生え際の下に位置し、下位電極がユーザの眉の真上に配置されるようにユーザによって位置決めされる。この場合、上位電極がＡＦ３又はＡＦ４と最良に接続される。電気センサ内の適切な電極を選択するために様々な技術を使用できる。例えば、ヘッドセットをユーザの頭部に配置する前に、オンボードプロセッサによって、電極の相互接続を検査できる。プロセッサは、ヘッドセットをユーザの頭部に装着した後、接続間のインピーダンスを測定することによって、電極の相互接続を再検査できる。電気センサにおける２つ以上の電極からの選択は、電極システム又はヘッドセット内の電気センサ毎に個別に行うことができる。所与の電気センサについて、センサ内の２つの電極間の接続が観察された場合、プロセッサは、上位電極を選択するようにプログラムすることができる（すなわち、ユーザの前頭部において、下位電極は、ＡＦ３又はＡＦ４と接続するためには、位置が低すぎると推定される）。所与の電気センサについて、センサ内の２つの電極間の接続が観察されない場合、プロセッサは、下位電極を選択するようにプログラムすることができる（すなわち、上位電極がユーザの生え際より上に位置し、ＡＦ３又はＡＦ４と有効に接続されていないと推定される）。これに代えて、プロセッサは、各電極から次の電極への電気インピーダンスを連続的に測定するように構成することができる。この手法では、インピーダンスが最も低い、すなわち、接触状態が最良の電極が優先的に選択される。オプションとして、プロセッサは、２つ以上の電極のそれぞれからの信号対雑音比を監視し、各電気センサについて、信号対雑音比が最良の（すなわち、雑音が最も少ない）電極を選択するように構成してもよく、これにより、最良の信号品質が提供される。
【００３５】
本発明のヘッドセットは、ＥＥＧ信号を測定できる。ヘッドセットの一実施形態では、ＥＥＧ信号は、０．２５Ｈｚから４７Ｈｚの間で取得でき、１０Ｈｚに対して−３ｄＢで取得できる。ヘッドセットは、１０Ｈｚにおいて、０．４７５μＶ分解能（±４．０％）でＥＥＧ信号を取得するように設計できる。ヘッドセットは、１２８サンプル／秒（±０．０５％）のサンプルレート及び±１０００μＶ（±５．０％）の電圧範囲でＥＥＧ信号を提供できる。ブルートゥース(登録商標)低エネルギ（Bluetooth(登録商標) Low Energy：ＢＴＬＥ）双方向接続を介してホストコンピュータと無線接続することができる。失われたＥＥＧ信号伝送は、ＢＴＬＥプロトコルの制約に準拠するように取り扱われる。ＢＴＬＥペアリング後は、ヘッドセットは、ホストコンピュータからの無線要求に応じてＥＥＧ取得を開始でき、ユーザによる操作を最小限にする。本発明のヘッドセットは、例えば、アナログ又はデジタル信号プロセッサ、コプロセッサデバイス等の外部プロセッサと、処理システムに所望の機能的ステップを実行させるコンピュータプログラム又はコンピュータ制御ロジックとも呼ばれる一連の命令を記憶する関連メモリとを含むシステムに組み込むことができる。ヘッドセットは、例えば、無線送信デバイスを介して、外部プロセッサに接続できる。メモリは、注意深い又は不注意な精神状態等、所定のタイプの精神状態を検出して分類するための少なくとも１つのアルゴリズムを定義する一連の命令を含むことができる。所定の精神状態が検出されると、対応する制御信号が入出力インタフェースに送信される。入出力インタフェースを介して、制御信号をプラットフォームに送信し、ゲームアプリケーション、プログラム、シミュレータ、又は他のアプリケーションによる制御入力としてこれを使用できる。
【００３６】
本発明のシステムは、（例えば、無線接続を介して）外部プロセッサと通信可能なヘッドセットを含み、外部プロセッサは、ＥＥＧ信号を取得するように一体化された電極を有する幾つかの電気センサを有するシステムにおいて、例えば、ＥＥＧ信号を処理し、ユーザの注意状態を判定し、及び／又はゲームの形式でユーザにフィードバックを提供できるコンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、ゲームシステム、又は携帯電話等の多くの異なるタイプのコンピュータに格納できる。このシステムは、ゲームの一部として、例えば、参照により本願に援用される米国特許公開番号第２０１２０１０８９９７号に記載されているように動作するように構成できる。ＥＥＧ信号を処理してユーザの注意状態を判定する方法は、例えば、米国特許第８，８６２，５８１号、米国特許公開番号第２０１３０３３１７２７号、及び国際特許公開番号ＷＯ２０１３１４７７０７Ａ１号に開示されており、これらは、それぞれ参照により本願に援用される。
【００３７】
本発明のヘッドセットの一実施形態は、バッテリを含む。バッテリは、通常、リチウムイオンバッテリである。バッテリは、９８％以上の劣化状態（state of health：ＳＯＨ）で４時間以上に亘ってＥＥＧ信号のホストコンピュータへの通信をサポートするための十分なバッテリ容量を有することができる。ヘッドセットは、（ＳＯＨが９８％以上の場合）１／４時間以下の充電で１／２時間使用するために十分にバッテリを充電できる。バッテリは、外部電源で再充電できる。一実施形態では、外部電源は、コンピュータ内に設けられる。一実施形態では、ＳＯＨが９８％以上のバッテリでは、バッテリの安全要件に準拠して、４時間以内に、充電状態（state of charge：ＳＯＣ）を１０％から９０％に再充電可能である。一実施形態では、バッテリ充電状態がホストコンピュータに報告される。また、バッテリ充電状態は、ユーザに報告してもよい。一実施形態では、バッテリは、３００回以上の充放電サイクルを経てもＳＯＨが５０％を下回らないように設計される。一実施形態では、バッテリを含むヘッドセットは、回復可能なバッテリ容量のＳＯＨの低下が初期バッテリ容量の２０％未満となるように、或いは、選択され、許容されたバッテリ仕様が満たされるように、０°Ｃ〜２０°Ｃで１年以上の保管が可能である。一実施形態では、回復可能なバッテリ容量のＳＯＨの低下が初期バッテリ容量の２０％未満となるように、或いは、選択され、許容されたバッテリ仕様が満たされるように、０℃〜４３℃で３ヵ月以上の保管が可能である。一実施形態では、バッテリは、ユーザによって任意に交換可能である。一実施形態では、バッテリ仕様及び充電要件又はＳＯＣ要件は、２年間の最小ライフサイクルに適合する。一実施形態では、ヘッドセットは、ＵＳＢ接続を介して充電される。この接続を使用して、ホストコンピュータ、ドッキングステーション、又はこの他のＡＣ電源アダプタに接続して、ヘッドセットのバッテリを充電できる。一実施形態では、３０日に亘って無線接続又は有線接続を介して接続されない場合、バッテリは、ディープスリープモードに切り替わる。
【００３８】
ヘッドセットの一実施形態は、ソフトウェアを含む。他の側面では、ソフトウェアは、ファームウェアを含むことができる。ファームウェアは、ヘッドセットを分解することなくアップグレード可能であることが好ましい。一実施形態では、ソフトウェアは、権限のない個人又はエンティティによる読み取りから保護される。ソフトウェアは、暗号化してもよく、暗号化しなくてもよい。
【００３９】
ヘッドセットは、理想的には、８〜１７歳の子供が最小限の指示で着用できるように設計される。ヘッドセットは、使用説明書に従った最初の３回以内の試行で、子供が正しく着用できることが望ましい。ヘッドセットは、ユーザの頭部への加重及び圧力を最小限にすることによって、快適に装着できるように設計されている。
【００４０】
ヘッドセットの一実施形態は、２つの側部を接続するストラップを含む。ストラップは、調整可能な締め付け機構を含むことができる。ストラップは、成形材料から形成できる。ストラップは、調節機構を含むことができ、これは、ポストと穴による留め具及び／又は医療グレードの面ファスナを含む。また、ストラップは、調節可能な織布又はシリコーンを含むより柔軟な材料で作成してもよい。
【００４１】
ヘッドセットの他の実施形態は、例えば、ユーザの頭部に最適にフィットするするように、又は保管しやすくするように、ヘッドセットを調整するための要素を含む。ヘッドセットの側部は、前部に摺動可能に連結でき、これにより、側部及び／又は乳様突起当接凸部を前方から後方に伸長させることができる。これに加えて又はこれに代えて、側部は、前部に回動可能に連結され、これにより、ヘッドセットは、ユーザの様々な頭部形状に対応でき、又は保管しやすくるすために折り畳むことができる。これに加えて又はこれに代えて、ヘッドセットは、１つ以上のヒンジ付き乳様突起当接凸部を有することができる。ヒンジ付き乳様突起当接凸部により、例えば、ユーザは、保管を容易にするために突起を折り畳むことができる。幾つかの実施形態では、ヒンジは、例えば、ヒンジ内のバネ機構によって加えられる内向きの付勢力によって、乳様突起電極とユーザの頭部との接触を促す。
【００４２】
ヘッドセットの一実施形態は、加速度計を含む。加速度計を組み込むことで、頭の動きをビデオゲームのアプリケーションの動作（mechanics）及び動き（movements）に変換できる（例えば、ユーザは、ユーザの頭を上に動かすことによってゲーム内のアバタをジャンプさせることができる）。加速度計は、ユーザの行動を定量化するデバイスとしても機能でき、潜在的に行動障害（activity disorders）を診断するために活用することもできる。
【００４３】
別の実施形態は、位置特定デバイスを含む。これは、無線周波数を用いた位置特定デバイス、全地球測位システム、又はヘッドセットの検出を可能にする他のマイクロチップであってもよい。この位置特定機能により、ユーザがヘッドセットを紛失した場合に、その位置を特定できる。位置特定デバイスは、ホストコンピュータの５０メートル以内にあるヘッドセットを発見でき、ユーザに存在場所を知らせる音声を発する。ヘッドセットが使用されている場合を除き、ヘッドセットは、ホストからの位置特定音声の無線要求に１０．３秒以内に応答できる。位置特定デバイスの音声は、１メートルで少なくとも５０ｄＢであり、ホストコンピュータから５０メートル以内で聞こえることが好ましい。一実施形態では、ヘッドセットは、完全なバッテリ充電（１００％ＳＯＣ、９８％ＳＯＨ以上）から１．５時間の使用後、６日間に亘って無線位置特定デバイスを用いてその位置を特定できる。一実施形態では、ヘッドセットは、ファインダ機能を有効にし、ホストコンピュータへの接続を定期的に再確立する。ヘッドセットが３０日以内にホストコンピュータとの接続を確立できなかった場合、バッテリ機能を維持するために、ディープスリープモードをトリガできる。ディープスリープモードに入ると、ヘッドセットの動作を再確立するために、ホストコンピュータでヘッドセットを充電する必要がある。
【００４４】
ヘッドセットの一実施形態は、固有のデバイス識別子を含む。これは、メディアアクセス制御アドレス（ＭＡＣアドレス）を含むことができる。また、これは、シリアル番号も含むことができる。
【００４５】
ユーザの注意状態に応じて、又はゲームシステムの一部として使用されている場合、ゲーム中に発生するイベント及び／又はユーザのゲームパフォーマンスに応じて、ヘッドセット内に存在するＬＥＤ素子を点灯させてもよい。ＬＥＤは、バッテリの充電状態を示すこともできる。一実施形態では、ヘッドセット上のＬＥＤは、充電時には黄色で点灯し、充電完了時には緑色で点灯する。
【００４６】
一実施形態では、ＡＦ３及びＡＦ４の位置で電気センサから取得されるＥＥＧ信号は、ユーザの前帯状皮質に由来する。注意欠陥多動性障害（attention deficit hyperactivity disorder：ＡＤＨＤ）を有する子供は、前帯状皮質が活動的になるということが理論付けられている。したがって、ＡＤＨＤの子供にヘッドセットを装着し、この領域から取得される脳信号を監視することは有益である。
【００４７】
他の実施形態
本明細書で言及した全ての刊行物、特許及び特許出願は、参照により本明細書に組み込まれ、個々の独立した刊行物又は特許出願が、特定的かつ個別に参照により援用されると言及されているものとみなされる。
【００４８】
本発明を特定の実施形態に関連して説明してきたが、更なる変更が可能であることは明らかであり、本出願は、包括的に本発明の原理に従う本発明の任意の変形、使用、又は適応化を包含するように意図され、本発明が関係する分野の当業界内で周知又は慣行の範囲内の本開示からの変形を含み、これらは、前述した本質的な特徴を適用でき、特許請求の範囲に含まれる。
【００４９】
他の実施形態も特許請求の範囲に含まれる。
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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