(57)【要約】【課題】簡素構成の脳活動計測用電極装置を提供すること。【解決手段】所定数の電極群１０を被験者の頭部に行又は列方向に一列に配置し、この電極１０が検出した脳波をフィルタリング及び増幅してコンピュータに入力し、該コンピュータが脳の活性化している部位を解析する脳活動計測用電極装置において、フーリエ解析をコンピュータを使用せずに電極１０毎に係数を設定する係数設定部３０により近似することにより構成を簡素化した脳活動計測用電極装置。【選択図】図３
2016144575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定数の電極を被験者の頭部に一列に配置し、前記所定数の電極が検出した脳波をフィルタリング及び増幅してコンピュータに入力し、該コンピュータが脳の活性化している部位を解析する脳活動計測用電極装置であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した実数成分用の複数の係数設定部と、
前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した虚数成分用の複数の係数設定部と、
前記実数成分が正の係数設定部出力を電極実数成分用の係数設定部の正極へ入力し、前記実数成分が負の係数設定部出力を電極実数成分用の係数設定部の負極へ入力した実数成分用のアナログ処理部と、
前記虚数成分が正の係数設定部出力を電極虚数成分用の係数設定部の正極へ入力し、前記虚数成分が負の係数設定部出力を電極虚数成分用の係数設定部の負極へ入力した虚数成分用のアナログ処理部とを備えたことを特徴とする脳活動計測用電極装置。
【数２】
2016144575.tif 000007
【請求項２】
前記所定数の電極から選択した任意数の実数成分用及び虚数成分用の電極を被験者の頭部に交互に一列に配置したことを特徴とする請求項１記載の脳活動計測用電極装置。
【請求項３】
所定数の電極を被験者の頭部に格子状に配置し、前記所定数の電極が検出した脳波をフィルタリング及び増幅してコンピュータに入力し、該コンピュータが脳の活性化している部位を解析する脳活動計測用電極装置であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した実数成分用の複数の係数設定部と、
前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した虚数成分用の複数の係数設定部と、
前記実数成分が正の係数設定部出力を電極実数成分用の係数設定部の正極へ入力し、負極をグランド接地する実数成分用のアナログ処理部と、
前記虚数成分が正の係数設定部出力を電極虚数成分用の係数設定部の正極へ入力し、負極をグランド接地する実数成分用のアナログ処理部とを備えることを特徴とする脳活動計測用電極装置。
【数２】
2016144575.tif 000008
【請求項４】
所定数の電極を被験者の頭部に格子状に配置し、前記所定数の電極が検出した脳波をフィルタリング及び増幅してコンピュータに入力し、該コンピュータが脳の活性化している部位を解析する脳活動計測用電極装置であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した実数成分用の複数の係数設定部と、
前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した虚数成分用の複数の係数設定部と、
前記実数成分が正の係数設定部出力を電極実数成分用の係数設定部の正極へ入力し、前記実数成分が負の係数設定部出力を電極実数成分用の係数設定部の負極へ入力した実数成分用のアナログ処理部と、
前記虚数成分が正の係数設定部出力を電極虚数成分用の係数設定部の正極へ入力し、前記虚数成分が負の係数設定部出力を電極虚数成分用の係数設定部の負極へ入力した虚数成分用のアナログ処理部とを備えたことを特徴とする脳活動計測用電極装置。
【数２】
2016144575.tif 000009
【請求項５】
前記請求項１から４何れかに記載の脳活動計測用電極装置において、前記係数設定部が、係数設定用の抵抗を含み、該抵抗の抵抗値を実数成分及び虚数成分の逆数と比例する値に設定することを特徴とする脳活動計測用電極装置。
【請求項６】
前記請求項１から４何れかに記載の脳活動計測用電極装置において、前記係数設定部が、高インピーダンス係数設定用増幅器を含み、該係数設定用増幅器の増幅率を実数成分及び虚数成分の逆数と比例する値に設定することを特徴とする脳活動計測用電極装置。
【請求項７】
前記電極群を、係数設定用の抵抗又は係数設定用増幅器と一体的に構成することを特徴とする請求項５又は６記載の脳活動計測用電極装置。
【請求項８】
被験者の頭部に配置され、頭部に流れる脳波を電気信号として検知する一対の電極を含む脳活動計測用電極であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を任意に設定することができる実数成分用の複数の係数設定部と、
前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を任意に設定することができる虚数成分用の複数の係数設定部とを備えたことを特徴とする脳活動計測用電極。
【数２】
2016144575.tif 000010
【請求項９】
所定数の電極を被験者の頭部に一列に配置し、前記所定数の電極が検出した脳波をフィルタリング及び増幅してコンピュータに入力し、該コンピュータが脳の活性化している部位をコンピュータにより解析する脳活動計測用電極実装方法であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を実数成分用の複数の係数設定部に設定し、
前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を虚数成分用の複数の係数設定部に設定し、
実数成分用のアナログ処理部の正極へ前記実数成分が正の係数設定部出力を入力し、負極へ前記実数成分が負の係数設定部出力を入力し、
虚数成分用のアナログ処理部の正極へ前記虚数成分が正の係数設定部出力を入力し、負極へ前記虚数成分が負の係数設定部出力を入力することを特徴とする脳活動計測用電極実装方法。
【数２】
2016144575.tif 000011
【請求項１０】
前記所定数の電極から選択した任意数の実数成分用及び虚数成分用の電極を被験者の頭部に交互に一列に配置することを特徴とする請求項１０記載の脳活動計測用電極実装方法。
【請求項１１】
所定数の電極を被験者の頭部に格子状に配置し、前記所定数の電極が検出した脳波をフィルタリング及び増幅してコンピュータに入力し、該コンピュータが脳の活性化している部位をコンピュータにより解析する脳活動計測用電極実装方法であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を実数成分用の複数の係数設定部に設定し、
前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を虚数成分用の複数の係数設定部に設定し、
実数成分用のアナログ処理部の正極へ前記実数成分が正の係数設定部出力を入力し、負極をグランド接地し、
虚数成分用のアナログ処理部の正極へ前記虚数成分が正の係数設定部出力を入力し、負極をグランド接地することを特徴とする脳活動計測用電極実装方法。
【数２】
2016144575.tif 000012
【請求項１２】
所定数の電極を被験者の頭部に格子状に配置し、前記所定数の電極が検出した脳波をフィルタリング及び増幅してコンピュータに入力し、該コンピュータが脳の活性化している部位をコンピュータにより解析する脳活動計測用電極実装方法であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を実数成分用の複数の係数設定部に設定し、
前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を虚数成分用の複数の係数設定部に設定し、
実数成分用のアナログ処理部の正極へ前記実数成分が正の係数設定部出力を入力し、負極へ前記実数成分が負の係数設定部出力を入力し、
虚数成分用のアナログ処理部の正極へ前記虚数成分が正の係数設定部出力を入力し、負極へ前記虚数成分が負の係数設定部出力を入力することを特徴とする脳活動計測用電極装置。
【数２】
2016144575.tif 000013
【請求項１３】
前記請求項１０から１３何れかに記載の脳活動計測用電極実装方法において、前記係数設定部に係数設定用の抵抗を含ませ、該抵抗の抵抗値を実数成分及び虚数成分の逆数と比例する値に設定することを特徴とする脳活動計測用電極実装方法。
【請求項１４】
前記請求項１０から１３何れかに記載の脳活動計測用電極実装方法において、前記係数設定部に高インピーダンス係数設定用増幅器を含ませ、該係数設定用増幅器の増幅率を実数成分及び虚数成分の逆数と比例する値に設定することを特徴とする脳活動計測用電極実装方法。
【請求項１５】
前記電極群を、係数設定用の抵抗又は係数設定用増幅器と一体的に構成させることを特徴とする請求項１４は１５記載の脳活動計測用電極実装方法。
【数２】
2016144575.tif 000014
【請求項１６】
被験者の頭部に配置され、頭部に流れる脳波を電気信号として検知する一対の電極を含む脳活動計測用電極の製造方法であって、
電極数Ｎに基づいて下記数式により電極位置に応じたフーリエ変換における係数の実数成分及び虚数成分を算出し、
実数成分用の複数の係数設定部に該算出した実数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を任意に設定し、
虚数成分用の複数の係数設定部に前記算出した虚数成分に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を任意に設定するように製造することを特徴とする脳活動計測用方法。
【数２】
2016144575.tif 000015
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳電位の信号成分を脳波信号として計測するための脳活動計測用電極、脳活動計測用装置及びこれらの方法に係り、特に脳活動計測用電極装置を簡素化すると共に、脳活動計測を行うための回路構成等を簡素化することができる脳活動計測用電極、脳活動計測用装置及びこれらの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、脳活動計測装置により検出された脳活動の情報から機械を動作させるためのプログラム及び機器としてＢＭＩ（ＢＲＡＩＮ  ＭＡＣＨＩＮＥ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ）技術が提案されている。このＢＭＩ技術は、身体的な障害を持っている人の身体機能を補うために用いられることや、ゲームのコントローラや部屋の照明や空調設備のリモートコントローラ、スマートフォンやパーソナルコンピュータなどの携帯機器のコントローラなどの健常人を対象にしたものも提案されている。また、人の心的状況を把握するため、脳活動の時空間ダイナミクスを簡潔に知ろうとする技術も試みられている。これらの技術を実現するためには、侵襲的でなく且つ時間解像度に優れ、脳活動計測装置を人が装着する際に手間のかからない技術を実現する必要がある。
【０００３】
脳波は、ヒトの大脳皮質において発生する脳活動は髄液・クモ膜・硬膜・頭蓋骨を介して頭皮全体に電位分布の時間変化となって現れたものである。この脳波の情報から脳活動の位置や活動が生じた時刻を推定するには、複数の電極によって計測された脳波をアナログ処理部によりフィルタリングや増幅を行い、コンピュータによりフーリエ変換を始めとする数値解析を行う。従来技術による脳波計測においては、脳波の信号レベルが、空中を飛びかう電磁波や、目的とする脳活動と無関係な脳活動に由来するノイズに比べて同程度の大きさであることから、被験者に脳活動を引き起こさせる刺激を反復したり運動を反復してもらったりして、その刺激や運動の開始時点を基準に多数の脳波データを加算平均することでこれらのノイズ成分を抑圧する事で必要な信号を手に入れている。
【０００４】
このヒトの脳波を解析するＢＭＩなどの技術は、一般の脳波検出手法と同様に、導電性の複数の電極及び該当数の電極が検出した脳波を伝達するための複数の電極ケーブルを含む脳活動計測用電極装置と、入力信号のフィルタリング及び増幅を行うアナログ処理部と、該アナログ処理部からの複数の出力信号を統合して、脳における時空間的な活動パターンを求めるため、数値計算によって信号抽出及び信号解析を行うためのコンピュータシステムが担うデジタル解析部とから構成される。この時フーリエ解析を基礎におくフィルター処理によって複数成分（Δ波、Θ波、α波、β波）に分割して解析する事も行われる。
【０００５】
前記アナログ処理部は、前記電極が検出した脳波信号の増幅及びフィルタリング等を行うものであって、例えば、出力信号を増幅するＡＣ結合の計装アンプと、電灯線ノイズを抑圧するためのノッチフィルタと、デジタル処理部に繋がるADコンバーターへの入力として十分なレベルに変換するための増幅回路とから構成される。
【０００６】
なお、従来技術による脳活動計測システムが記載された文献としては下記の特許文献１が挙げられる。この特許文献１には、脳波データ中の定常的な周期信号成分がフィルタリングにより比較的容易に除去することができ、他方、運動関連脳電位のレベルは低くても変化があれば周波数の変化として検出しやすくなることに着目し、脳波データ中に埋没している運動関連脳電位の微小な信号成分をウェーブレット変換によって周波数分布の時間変化の形で容易に観測すると共に、筋電位デジタルデータに対してウェーブレット変換を適用し、周波数の時間変化（ダイナミックスペクトラム）を求め、その広帯域で生じる変化の生起時間を検出することによって、運動開始時間を自動的に検出する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２７２６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術による脳活動計測システムは、複数の電極が検出した脳波信号を電極と同数の電極ケーブルを頭部から導くと共に電極と同数の検出処理部が必要である。
【０００９】
このために従来技術による脳活動計測システムは、多数の電極ケーブルの使用により被験者への重量負荷が大きいと共にケーブルの取り扱いが煩雑となる課題と、多数の電極と同数のアナログ処理部を用意しなければならない課題があった、例えば、電極が１７極×１７極の計２８９個の場合、２８９本の電極ケーブルを使用するため被験者の頭部へ加わる重さにより被験者への負荷が大きく更に取り扱いが煩雑であると課題と、各電極毎に２８９個のアナログ処理部を使用しなければならず、脳活動計測システムの構成が大型化及び高価格化を招く課題があった。
【００１０】
また、従来技術による脳活動計測システムは、多数（例えば、２８９個）のアナログ処理部からの出力信号を解析するためのコンピュータ等の解析部が、多数の入力端子数のインターフェースを要すると共に情報処理能力も多数（例えば、２８９入力数）の脳波信号を同時に解析しなければならないためにメモリ容量及び情報処理速度が高機能の高性能コンピュータが必要となる課題もあった。
【００１１】
なお、前記特許文献１に記載の技術は、前記した多数の電極ケーブル及びアナログ処理部並びに高性能コンピュータを使用し、これらを使用するための課題は考慮されていない。
【００１２】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、脳活動計測用電極装置を簡素化して軽量化及び取り扱いを容易すると共に、脳活動計測を行うための回路構成を簡素化することができる脳活動計測用電極、脳活動計測用装置及びこれらの方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために本発明は、従来はコンピュータで行っていたフーリエ変換による解析を、検知した脳波に下記の数式に基づく係数を与えることにより近似できることを発見し、この発見に基づき、電極数Ｎに基づいて下記数式により定義される複素逆フーリエ変換に対して、電極位置に応じたフーリエ変換における複素フーリエ係数の実数成分及び虚数成分毎の値を算出し、該算出した実数成分の値に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した複数の係数設定部と、この係数設定部出力のうち正の出力を係数設定部の正極へ入力し、負の出力を係数設定部の負極へ入力した実数成分用のアナログ処理部と、該算出した虚数成分の値に基づいて算出した電極検出信号を補正する係数設定値を設定した複数の係数設定部と、この係数設定部出力のうち正の出力を係数設定部の正極へ入力し、負の出力を係数設定部の負極へ入力した虚数成分用のアナログ処理部とを設けることを主な特徴とする脳活動計測用電極、脳活動計測用装置及びこれらの方法を発明した。
【数２】
2016144575.tif 000003
【発明の効果】
【００１４】
本発明による脳活動計測用電極、脳活動計測用装置及び該脳活動計測用電極装置を用いた脳活動計測システム並びにこれらの製造方法は、従来用いられていた解析部によるフーリエ変換の近似値を得る数式を用いることによって電極数を低減し、この電極数の低減によりアナログ処理部の数を低減することができ、このアナログ処理部を低減することにより脳波を比較的低い性能のコンピュータを用いて解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による脳活動計測システムの基本的全体構成を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態による脳活動計測用電極装置の配線を説明するための図。
【図３】本発明の第２実施形態による脳活動計測用電極装置の配線を説明するための図。
【図４】本発明の第３実施形態による脳活動計測用電極装置の配線を説明するための図。
【図５】本発明の第４実施形態による脳活動計測用電極装置の配線を説明するための図。
【図６】本発明に使用する電極例を説明するための図。
【図７】本発明の第５実施形態による脳活動計測用電極装置の配線を説明するための図。
【図８】本発明の実施形態によるアナログ処理部を示す図。
【図９】本発明の実施形態による係数設定部を説明するための図。
【図１０】従来技術による脳活動計測用電極装置を説明するための図。
【図１１】本発明の原理を説明するための図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態による脳波計測用電極装置を適用した脳活動計測システムの一実施形態を詳細に説明するが、まず、本発明の原理について説明する。
【００１７】
従来技術による脳波解析は、図１１に示す如く、被験者９の頭部に多数の電極８を格子状に配置し、個々の電極８が検知した脳波をアナログ処理部４０によってフィルタリング及び増幅し、このアナログ処理部４０から出力される多数の脳波をコンピュータに入力し、コンピュータ（解析部）がアナログ処理部からの出力信号数値計算によってフーリエ変換して空間的情報の解析を行っていた。
【００１８】
発明者らは、前述のフーリエ解析により脳波の複数成分の解析を行う技術が、脳の三次元的な活動部位を検知するものであるのに対してＢＭＩなどの技術においては頭部表面の変化を検知して身体機能を補うこと等を目的としているため、脳内の三次元的な活動部位を検知する必要はなく、ヒトの意志により結果的に頭部表面の活性化している部位を検知することができれば良いことに着目した。
【００１９】
発明者らは、従来技術によるコンピュータによるフーリエ解析に着目し、このフーリエ解析がＢＭＩ技術においては脳波の空間分布のピーク位置のみを得る解析で良く、電極部が検出した脳波信号のフーリエ解析の脳波の空間分布のピーク位置を得るためには各電極が検出した脳波信号に任意の係数を設定することによって擬似的にフーリエ解析に近似する脳波信号の値を得、アナログ処理部を簡素化できることを発見した。
【００２０】
発明者らは、頭部上の一列的な電位分布を電極レベルでのフーリエ解析にあたり、一列上に数個の電極を設置したと仮定し、電極をＮ個用い、０番目から（Ｎ−１）番目の電極間の距離の単位を［ｈｓ］と置いた場合、離散逆フーリエ変換は、次の数式１により表され、この数式１を用いて各電極が受信した信号の空間周波数が１［ｈｓ−１］のみの成分を算出した場合、各電極が受信した信号は次の数式２により表され、脳波の空間分布のピーク位置のみを得るためには数式１のフーリエ変換がウォルシュ・アダマール変換に帰着され、これを用いると、脳の電位分布のピーク位置を推定するためには、下記の表１に示す係数値を設定することによって擬似的にフーリエ変換を行い、コンピュータによるフーリエ変換が不要であることを発見した。即ち、発明者らは、従来技術によるフーリエ変換が空間周波数ｋを変数とした次の数式１において空間周波ｋが１［ｈｓ−１］（脳波のピーク値）のみの成分の算出を次の数式２に示す如く近似することを発見した。
【００２１】
また、発明者には、下記の表１に示す係数値が「−１」または「１」となる位置のみに電極（電極番号０，４，８，１２）を貼る計測により前記計数値の設定も不要で有り、解析に使用する電極数及びアナログ処理部を大幅に減らすことができることを発見した。
【００２２】
例えば、数式２によれば、従来は行方向の一列の電極が１６個の場合、次の表１及び図１１に示す如く、実数又は虚数成分が「＋１」又は「−１」となるのは電極番号０、電極番号４、電極番号８、電極番号１２の４個の電極で有り、従来は行又は列方向に１６個必要とした電極に代えて、４個の電極によって１６個の電極を配置したと同様の脳波検出が可能である本発明を成した。
【００２３】
【数１】
2016144575.tif 000004
【００２４】
【数２】
2016144575.tif 000005
【００２５】
【表１】
2016144575.tif 000006
【００２６】
発明者らは、前述の発見を詳細に検討した結果、従来技術においては必須であったコンピュータによるフーリエ変換処理を不要とし、電極数・ケーブル数・アナログ処理部を低減し、高性能コンピュータを必要とせずにコンピュータによるフーリエ変換処理を行ったと同様な効果が得られる特許請求の範囲に記載した脳活動計測用電極、脳活動計測用装置及びこれらの方法を発明した。
【００２７】
［全体構成］
本実施形態による脳活動計測システムは、図１に示す如く、被験者９の頭部にマトリックス状に配置され、同一位置に干渉しないように１対の電極が配置された複数の電極群１０と、該電極群１０の電極毎に前述の係数を加えて疑似フリーリエ変換を行うための複数の係数設定部３０と、該複数の係数設定部３０と電極ケーブル２１を介して接続されるアナログ処理部４０と、該アナログ処理部４０によりフィルタリング及び増幅された脳波を入力して脳の活性化している部位を解析するコンピュータである解析部５０とから構成される。
なお、前述した構成は、基本的構成であり、後述する実施形態に応じて使用する電極、アナログ処理部の数等が異なり、これらは各実施形態において説明する。
【００２８】
また、本出願においては、脳波を検知する単極の部位を「電極」と呼び、頭部のほぼ同一位置の脳波を検知する一対の電極を「電極群」と呼び、後述する係数設定部を一体形成した電極を「係数設定部内蔵電極群」と呼び、これら何れかの電極とケーブルとアナログ処理部までの構成を「脳活動計測用装置」、この脳活動計測用装置とコンピュータを含むものを「脳活動計測システム」と呼ぶ。
【００２９】
また、本発明において使用する電極とは、図６に示す如く、単極の電極を黒丸又は破線円で表し、一対の円環状の電極からなる電極群を二重丸で表し、高インピーダンスの接続部を含む後述の係数設定部を図示増幅器記号で表し、係数設定部を内蔵した係数設定部内蔵電極を円内に十字の記号で表すものとする。
【００３０】
［第１実施形態］
この第１実施形態は、図２に示す如く、説明を単純化するために電極数を１６個の一列に配置した例である。本実施形態による電極は、同一箇所の脳波を検知するために（フーリエ変換における実数成分用及び虚数成分用の）一対の電極から成り、一列に配列された電極群１０と、該実数成分用及び虚数成分用の電極片個々に接続される複数の係数設定部３０（図示では抵抗記号で示す）と、前記実数成分用又は虚数成分用の電極片に接続される係数設定部３０に接続される実数成分用のアナログ処理部４０及び虚数成分用のアナログ処理部４０とを備える。
【００３１】
本実施形態における電極群１０とアナログ処理部４０との接続は、図示の如く、電極番号０〜３、電極番号１３〜１５を実数成分用のアナログ処理部の正極に接続し、電極番号５〜１１を実数成分用のアナログ処理部の負極に接続すると共に、電極番号１〜７を虚数成分用のアナログ処理部の正極に接続し、電極番号９〜１５を虚数成分用のアナログ処理部の負極に接続するように構成される。この電極とアナログ処理部との接続は、前述の表１に基づいて接続される。
【００３２】
前記係数設定部３０により設定する係数ｋは、前述の数式２により算出（電極数Ｎ＝１６）した表１に示した如く、電極番号０の実数が「１．０」、虚数が「０．０」、電極番号１の実数が「０．９」、虚数が「０．４」、電極番号２の実数が「０．７」、虚数が「０．７」〜中略〜電極番号１５の実数が「０．９」、虚数が「−０．４」であり、該係数設定部３０に抵抗を用いた場合、（Ｒ＝１／ｋ）により設定する。尚、電極番号０，４，８，１２の実数又は虚数の電極は、表１のように計数値が「０．０」であり、「∞＝Ｒ＝１／０」無限大のため抵抗を接続していない。
【００３３】
前記アナログ処理部４０は、係数設定部３０の出力を入力とし、入力信号のフィルタリング及び増幅を行うものであって、図９に示す如く、正負入力信号を加算する反転型加算回路４１と、該反転型加算回路４１の出力信号を増幅する計装アンプ４３と、入力信号に対して特定の阻止帯域が狭い帯域だけを非常に低いレベルに減衰させるためのノッチフィルタ４５と、該ノッチフィルタ４５からの出力信号を増幅する非判定型増幅器４７とから構成される。
【００３４】
本実施形態による電極群１０を頭部に一列に配列した脳活動計測用装置は、電極群１０の実数成分用又は虚数成分用の電極毎に前述の数式２により論理的に算出した計数値に基づく抵抗（係数設定部３０）を接続し、表１に示す計数値に従って実数成分用及び虚数成分用のアナログ処理部４０に入力し、アナログ処理部４０が正負入力信号の差分増幅及びフィルタリングを行うことによって、実数成分用又は虚数成分用のアナログ処理部４０からフーリエ変換に近似した脳波信号を出力することができる。
【００３５】
また、本実施形態による脳活動計測用装置は、従来技術によって各電極用に１６個のアナログ処理回路が必要であったのに対し、２個に低減することができ、更にフーリエ変換機能を不要としたため、比較的低性能のコンピュータを使用することができる。
【００３６】
［第２実施形態］
前記第１実施形態においては、原則全ての電極に計数値設定部を設けることを説明したが、本発明は、例えば１６個の電極から任意の電極を選定し、より少ない電極によって前記の実施形態同様に擬似的にフーリエ変換を行った実数及び虚数信号を出力することができる。
【００３７】
この実施形態による脳活動計測用電極装置は、図３に示す如く、実数成分用の電極８と虚数成分用の電極８を交互に配置し、各電極８個々に応じた係数を設定した係数設定部３０を接続し、実数成分用のアナログ処理部４０の正極に係数が「正」配線を接続し、負極に係数が「負」配線を接続し、虚数成分用のアナログ処理部４０の正極に係数が「正」配線を接続し、負極に係数が「負」配線を接続して構成され、係数設定部３０にて設定する抵抗値は、前述の実施形態と同様に係数の逆数の抵抗値を設定する。
【００３８】
このように構成された脳活動計測用電極装置は、アナログ処理部４０が正負入力信号の差分増幅及びフィルタリングを行うことによって、実数成分用又は虚数成分用のアナログ処理部４０からフーリエ変換に近似した脳波信号を出力することができる。
なお、電極を実数成分及び虚数成分が「＋１．０」及び「−１．０」のピーク値の電極（電極番号０，４，８，１４）を選択した場合は、特異点であり、係数設定部は不要である。
【００３９】
［実施形態３］
前述の実施形態による脳活動計測用電極装置は、前述の数式２に基づいて算出した個数の電極群又は電極を一列に並べた基本的構成を説明したが、実際の頭部の活性化部位を検出するためには電極の二次元配列が必要であり、この二次元配列の実施形態を次に説明する。
【００４０】
この第３の実施形態による脳活動計測用電極装置は、図３（ｂ）に示した同心円状且つ非導通の一対の電極１０ａ及び１０ｂから成る電極群１０を使用する例であって、図３（ａ）に示す如く、頭部に格子状に配置される複数の電極群１０と、該電極１０ａ及び１０ｂ毎に接続され、個々に検知した脳波にフーリエ変換に相当する係数を設定するための係数設定部３０と、行方向に並べた電極が検知し係数設定部３０を介して出力される脳波を正極に入力し負極をグランドとする５つのアナログ処理部４０（図示の上から４番目までの回路）と、列方向に並べた電極が検知し係数設定部３０を介して出力される脳波を入力とする４つのアナログ処理部４０（図示の上から５番目以降の回路）とから構成され、該アナログ処理部４０から出力される脳波信号をコンピュータである解析部５０に入力することによって、アナログ処理部４０が正負入力信号の差分増幅及びフィルタリングを行うことによって、実数成分用又は虚数成分用のアナログ処理部４０からフーリエ変換に近似した脳波信号を出力することができる。
【００４１】
この第３の実施形態による脳活動計測用電極装置は、従来は例えば１６×１６＝２５６個の電極及び該電極毎に接続された２５６個のアナログ処理部が必要であったのに対し、電極数を２５６個から１６個に低減する効果と、アナログ処理部数を２５６個から８個に低減する効果と、電極ケーブル２１を含む回路配線を簡素化することができる効果と、解析部であるコンピュータへの入力数が少なくなるため比較的低性能のコンピュータを使用することができる効果を奏する。
【００４２】
また、本実施形態による脳活動計測用電極装置は、アナログ処理部４０の負極側入力をグランドとしているため電極のＸＹ方向（行方向及び列方向）の基準を一致させることができ、活性化している頭部位置を容易に判定することができる。
【００４３】
前記係数設定部３０は、前述の列又は行方向に直列接続された電極群の出力信号を所定の係数に応じて設定するものであって、例えば、図９（ａ）に示す如く、個々の所定の値が設定された抵抗Ｒｎを含むものや、図９（ｂ）に示す如く、高インピーダンス且つ所定の増幅率が設定された高インピーダンス係数設定用増幅器３１ｎを含む係数設定部３１であっても良く、これら構成に限られるものではなく、電極が検出した脳波に所定の係数を設定することができる構成でよい。前記高インピーダンス係数設定用増幅器３１ｎを含む係数設定部３１は、入力側と出力側の電圧が変化しないため、実数用及び虚数用の脳波を単極電極から検出（電極を共用）する際に有効である。
【００４４】
［第４実施形態］
前記第３実施形態においては、行又は列毎に検知した脳波を個々のアナログ処理部に入力する例を示したが、第４の実施形態によれば更にアナログ処理部数を低減することができ、この第４実施形態を図５を参照して説明する。
【００４５】
この第３の実施形態による脳活動計測用電極装置は、前記実施形態同様に同心円状且つ非導通の一対の電極１０ａ及び１０ｂから成る電極群１０を使用する例であって、図４に示す如く、２次元の頭部上に格子状に配置される複数の電極群１０と、該電極１０ａ及び１０ｂ毎に接続され、個々に検知した脳波にフーリエ変換に相当する係数を設定するための係数設定部３０と、行方向に並べた電極が検知し係数設定部３０を介して出力される脳波を１列毎に入力とする２つのアナログ処理部４０（図示の上から２番目までの回路）と、列方向に並べた電極が検知し係数設定部３０を介して出力される脳波を入力とする２つのアナログ処理部４０（図示の上から３番目以降の回路）とから構成され、該アナログ処理部４０から出力される脳波信号を解析するコンピュータである解析部５０に入力することによって、脳の活性化している部位を解析することができる。
【００４６】
この第３の実施形態による脳活動計測用電極装置は、従来は例えば１６×１６＝２５６個の電極及び該電極毎に接続された２５６個のアナログ処理部が必要であったのに対し、電極数を２５６個から１６個に低減する効果に加え、アナログ処理部への入力を差分用に２入力とするためアナログ処理部数を２５６個から４個に低減する効果と、電極ケーブル２１を含む回路配線を簡素化することができる効果と、解析部であるコンピュータへの入力数が少なくなるため比較的低性能のコンピュータを使用することができる効果を得ることができる。
【００４７】
前記第４実施形態においては、フーリエ変換の係数を設定する手段として、図９（ａ）に示した抵抗を用いる例を説明したが、前述したように図９０（ｂ）に示す高インピーダンス且つ所定の増幅率が設定された係数設定用増幅器３１ｎを含む係数設定部３１であっても良い。
【００４８】
［第５実施形態］
前述の実施形態においては格子状に配置した電極群を用いる例を説明したが、本発明による脳活動計測用電極装置の配線はこれに限られるものではなく、他の電極配置であっても良く、この第７実施形態による脳活動計測用電極装置の配線を図７を参照して説明する。
【００４９】
本実施形態による脳活動計測用電極装置は、係数設定部が設けられた係数設定部内蔵電極群１１ａ及び１１ｂを使用するものであって、図７に示す如く、係数設定部内蔵電極群１１ａを配線１２ａを介して頭部に沿って多重に循環するように一列に配置し、係数設定部内蔵電極群１１ｂを配線１２ｂを介して係数設定部内蔵電極群１１ａの円形列と交互且つ頭部に沿って多重に循環するように一列に配置する。本実施形態における脳の活性化している部位の検出は、例えば前記同心円の中心点を基点とし、この基点に対して所定の角度及び所定距離の関係から活性化している部位の座標を検知することができる。
【００５０】
以上述べた如く、本発明の実施形態による脳活動計測用電極、脳活動計測用装置及びこれらの方法は、前述の数式２を用いて使用する電極数を低減することができる効果と、この電極数の低減によりアナログ処理部の数を低減することができる効果と、このアナログ処理部を低減することにより脳波解析を比較的低い性能のコンピュータである解析部を使用することができる。
【００５１】
また、前述の実施形態においては列又は行方向の従来の電極数が行及び列方向に１６個、計２５６個の電極装置を基本として説明したために本発明を適用した列又は行方向の従来の電極数が１６個から低減することができる例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、従来の列又は行方向の従来の電極数が更に大きいものに本発明を適用した際にも前述と同様の効果を奏する。また、小型・軽量・安価なＢＭＩ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５２】
８  電極、９  被験者、１０  電極群、１０ａ  電極、１０ｂ  電極、
１１  係数設定部内蔵電極又は電極群、１１ａ  電極、１１ｂ  電極、
１２ａ  配線、１２ｂ  配線、２１  電極ケーブル、３０  係数設定部、
３１  係数設定部、３１ｎ  高インピーダンス係数設定用増幅器、
４１  反転型加算回路、４３  計装アンプ、４５  ノッチフィルタ、
４７  非反転型増幅器、５０  解析部
【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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