(57)【要約】【課題】  生体の脳に埋植したセンサから収集した情報を利用して、生体の外部機器を制御するシステムは知られていない。【解決手段】  補装具又は移動体、及び、刺激部の少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部を備え、制御信号生成部は、（ｉ）補装具又は移動体を使用する動物の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、補装具又は移動体を制御するための制御信号を生成する処理、（ｉｉ）動物の外部環境の情報を取得し、当該情報に基づいて、１以上の刺激部の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する処理、及び、（ｉｉｉ）第１の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、１以上の刺激部のうち、第２の生体組織を刺激する刺激部を制御するための制御信号を生成する処理、の少なくとも１つの処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動物により使用される補装具又は移動体、及び、動物の組織に刺激を与える１以上の刺激部の少なくとも一方を制御する制御装置であって、
前記補装具又は前記移動体、及び、前記刺激部の少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部を備え、
前記制御信号生成部は、
（ｉ）前記補装具又は移動体を使用する動物の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、前記補装具又は前記移動体を制御するための前記制御信号を生成する処理、
（ｉｉ）前記動物の外部環境の情報を取得し、当該情報に基づいて、前記１以上の刺激部の少なくとも１つを制御するための前記制御信号を生成する処理、及び、
（ｉｉｉ）第１の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、前記１以上の刺激部のうち、第２の生体組織を刺激する刺激部を制御するための前記制御信号を生成する処理、
の少なくとも１つの処理を実行する、
制御装置。
【請求項２】
前記補装具又は前記移動体を使用する動物の脳細胞からの光の強度に関する情報を示す検出信号を出力する光検出部から、前記検出信号を受信し、前記検出信号に基づいて、前記動物の脳の活動状態を示す活動情報を生成する活動情報生成部と、
脳内の活動位置及び前記活動位置における活動強度により表される活動パターンを格納する活動パターン格納部を参照して、前記活動情報生成部が生成した前記活動情報に基づいて、前記動物の脳の活動パターンを決定する活動パターン決定部と、
をさらに備え、
前記補装具又は前記移動体は、１以上の駆動部を有し、
前記制御信号生成部は、前記活動パターン決定部が決定した前記動物の脳の活動パターンに基づいて、前記１以上の駆動部の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記光検出部は、２次元的に配列された複数の受光素子を有し、
前記複数の受光素子は、前記脳細胞からの光を受光し、
前記検出信号は、前記脳細胞からの光の２次元的な強度分布に関する情報を示す、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記光検出部は、前記動物の脳に照射された第１の波長を有する光により励起された前記脳細胞が放出した光を受光する、
請求項２又は請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記活動パターンと、前記補装具又は前記移動体の駆動パターンとを対応付けて格納する制御情報格納部をさらに備え、
前記制御信号生成部は、
前記制御情報格納部を参照して、前記活動パターン決定部が決定した前記動物の脳の活動パターンに対応する前記駆動パターンを抽出し、
抽出された駆動パターンに基づいて、前記制御信号を生成する、
請求項２から請求項４までの何れか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記１以上の刺激部の少なくとも１つと対応付けられ、前記動物の外部環境の情報を取得するセンサからの出力信号を受信する受信部をさらに備え、
前記制御信号生成部は、前記受信部が取得した出力信号に基づいて、前記１以上の刺激物のうち、前記センサに対応づけられた刺激部を制御するための制御信号を生成する、
請求項２から請求項５までの何れか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記活動情報生成部が生成した前記活動情報に基づいて、前記動物の運動パターンを決定する運動パターン決定部をさらに備え、
前記第１の生体組織は、前記動物の脳の第１領域に存在する組織であり、
前記第２の生体組織は、前記動物の脳の第２領域に存在する組織であり、
前記活動情報生成部は、前記第１の生体組織からの光の強度に関する情報を示す検出信号に基づいて、前記動物の脳の活動状態を示す活動情報を生成し、
前記制御信号生成部は、前記運動パターン決定部が決定した前記運動パターンに基づいて、前記１以上の刺激部のうち、前記第２の生体組織を刺激する刺激部を制御するための制御信号を生成し、
前記第２領域は、前記第１領域とは異なる領域である、
請求項２から請求項６までの何れか一項に記載の制御装置。
【請求項８】
請求項２から請求項７までの何れか一項に記載の制御装置と、
前記補装具又は前記移動体と、
前記光検出部と、
を備える、制御システム。
【請求項９】
コンピュータを、請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１０】
前記動物の外部環境の情報を取得するセンサからの出力信号を受信する受信部をさらに備え、
前記センサは、前記１以上の刺激部の少なくとも１つと対応付けられ、
前記１以上の刺激部の少なくとも１つは、前記動物の知覚野の脳細胞に刺激を与えるように構成され、
前記制御信号生成部は、前記受信部が取得した出力信号に基づいて、前記１以上の刺激部のうち、前記センサに対応づけられた刺激部を制御するための制御信号を生成する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記センサは、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、イメージセンサ、臭気センサ、味覚センサ、磁気センサ、及び、マイクからなる群から選択される少なくとも１つである、
請求項１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記制御信号生成部は、前記出力信号に含まれる前記センサの測定対象の強度に関する情報に基づいて、前記センサに対応づけられた刺激部が出力する刺激の強度、及び、前記刺激を出力するタイミングの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する、
請求項１０又は請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２までの何れか一項に記載の制御装置と、
前記刺激部と、
前記センサと、
を備える、制御システム。
【請求項１４】
コンピュータを、請求項１０から請求項１２までの何れか一項に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１５】
動物の前記第１の生体組織からの光の強度に関する情報を示す検出信号を出力する光検出部から前記検出信号を受信し、前記検出信号に基づいて、前記第１の生体組織の活動状態を示す活動情報を生成する活動情報生成部と、
前記活動情報生成部が生成した前記活動情報に基づいて、前記動物の運動パターンを決定する運動パターン決定部と、
前記運動パターン決定部が決定した前記運動パターンに基づいて、前記１以上の刺激部の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備え、
前記１以上の刺激部の少なくとも１つは、前記動物の前記第２の生体組織を刺激するように構成されており、
前記第２の生体組織は、前記第１の生体組織とは異なる位置に配される組織である、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記第１の生体組織は、脳の知覚野の一部に存在する組織であり、
前記第２の生体組織は、前記脳の運動野の一部に存在する組織である、
請求項１５に記載の制御装置。
【請求項１７】
前記第１の生体組織及び前記第２の生体組織は、体細胞である、
請求項１５に記載の制御装置。
【請求項１８】
コンピュータを、請求項１５から請求項１７までの何れか一項に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１９】
動物（ヒトを除く。）が移動体を操縦するための操縦装置であって、
前記動物を収容する収容部と、
前記収容部に回転可能に取り付けられ、前記動物の脚の動きに連動して回転する回転部材と、
前記回転部材の動きを検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記回転部材の動きに基づいて前記移動体の駆動部を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備える、
操縦装置。
【請求項２０】
前記動物は、齧歯類の動物である、
請求項１９に記載の操縦装置。
【請求項２１】
請求項１９又は請求項２０に記載の操縦装置を備えた移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、制御システム、操縦装置及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体組織に刺激を与えて、当該生体組織内で発生する情報を収集したり、収集された情報に基づいて当該生体組織に刺激を与えたりするシステムが研究されている（特許文献１を参照）。また、脳波を利用して移動体を制御するシステムが研究されている（特許文献２を参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０１２−９５８０３号公報
［特許文献２］国際公開第２０１０／０５０１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、生体の脳からの光を検出して、生体の外部機器を制御するシステムは知られていない。また、生体の外部環境に関する情報に基づいて、生体の脳細胞を刺激するシステムは知られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、動物により使用される補装具又は移動体、及び、動物の組織に刺激を与える１以上の刺激部の少なくとも一方を制御する制御装置が提供される。上記の制御装置は、補装具又は移動体、及び、刺激部の少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部を備える。上記の制御装置において、制御信号生成部は、（ｉ）補装具又は移動体を使用する動物の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、補装具又は移動体を制御するための制御信号を生成する処理、（ｉｉ）動物の外部環境の情報を取得し、当該情報に基づいて、１以上の刺激部の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する処理、及び、（ｉｉｉ）第１の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、１以上の刺激部のうち、第２の生体組織を刺激する刺激部を制御するための制御信号を生成する処理、の少なくとも１つの処理を実行する。
【０００５】
上記の制御装置は、補装具又は移動体を使用する動物の脳細胞からの光の強度に関する情報を示す検出信号を出力する光検出部から、検出信号を受信し、検出信号に基づいて、動物の脳の活動状態を示す活動情報を生成する活動情報生成部を備えてよい。上記の制御装置は、脳内の活動位置及び活動位置における活動強度により表される活動パターンを格納する活動パターン格納部を参照して、活動情報生成部が生成した活動情報に基づいて、動物の脳の活動パターンを決定する活動パターン決定部を備えてよい。上記の制御装置において、補装具又は移動体は、１以上の駆動部を有してよい。上記の制御装置において、制御信号生成部は、活動パターン決定部が決定した動物の脳の活動パターンに基づいて、１以上の駆動部の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成してよい。
【０００６】
上記の制御装置において、光検出部は、２次元的に配列された複数の受光素子を有してよい。上記の制御装置において、複数の受光素子は、脳細胞からの光を受光してよい。上記の制御装置において、検出信号は、脳細胞からの光の２次元的な強度分布に関する情報を示す信号であってよい。上記の制御装置において、光検出部は、動物の脳に照射された第１の波長を有する光により励起された脳細胞が放出した光を受光してよい。
【０００７】
上記の制御装置は、活動パターンと、補装具又は移動体の駆動パターンとを対応付けて格納する制御情報格納部を備えてよい。上記の制御装置において、制御信号生成部は、制御情報格納部を参照して、活動パターン決定部が決定した動物の脳の活動パターンに対応する駆動パターンを抽出し、抽出された駆動パターンに基づいて、制御信号を生成してよい。上記の制御装置は、１以上の刺激部の少なくとも１つと対応付けられ、動物の外部環境の情報を取得するセンサからの出力信号を受信する受信部を備えてよい。上記の制御装置において、制御信号生成部は、受信部が取得した出力信号に基づいて、１以上の刺激物のうち、センサに対応づけられた刺激部を制御するための制御信号を生成してよい。
【０００８】
上記の制御装置は、活動情報生成部が生成した活動情報に基づいて、動物の運動パターンを決定する運動パターン決定部を備えてよい。上記の制御装置において、第１の生体組織は、動物の脳の第１領域に存在する組織であり、第２の生体組織は、動物の脳の第２領域に存在する組織であってよい。第２領域は、第１領域とは異なる領域であってよい。上記の制御装置において、活動情報生成部は、第１の生体組織からの光の強度に関する情報を示す検出信号に基づいて、動物の脳の活動状態を示す活動情報を生成してよい。上記の制御装置において、制御信号生成部は、運動パターン決定部が決定した運動パターンに基づいて、１以上の刺激部のうち、第２の生体組織を刺激する刺激部を制御するための制御信号を生成してよい。
【０００９】
上記の制御装置は、動物の外部環境の情報を取得するセンサからの出力信号を受信する受信部を備えてよい。センサは、１以上の刺激部の少なくとも１つと対応付けられていてよい。上記の制御装置において、１以上の刺激部の少なくとも１つは、動物の知覚野の脳細胞に刺激を与えるように構成されてよい。上記の制御装置において、制御信号生成部は、受信部が取得した出力信号に基づいて、１以上の刺激部のうち、センサに対応づけられた刺激部を制御するための制御信号を生成してよい。
【００１０】
上記の制御装置において、センサは、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、イメージセンサ、臭気センサ、味覚センサ、磁気センサ、及び、マイクからなる群から選択される少なくとも１つであってよい。上記の制御装置において、制御信号生成部は、出力信号に含まれるセンサの測定対象の強度に関する情報に基づいて、センサに対応づけられた刺激部が出力する刺激の強度、及び、刺激を出力するタイミングの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成してよい。
【００１１】
上記の制御装置は、動物の第１の生体組織からの光の強度に関する情報を示す検出信号を出力する光検出部から検出信号を受信し、検出信号に基づいて、第１の生体組織の活動状態を示す活動情報を生成する活動情報生成部を備えてよい。上記の制御装置は、活動情報生成部が生成した活動情報に基づいて、動物の運動パターンを決定する運動パターン決定部を備えてよい。上記の制御装置は、運動パターン決定部が決定した運動パターンに基づいて、１以上の刺激部の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部を備えてよい。上記の制御装置において、１以上の刺激部の少なくとも１つは、動物の第２の生体組織を刺激するように構成されてよい。第２の生体組織は、第１の生体組織とは異なる位置に配される組織であってよい。上記の制御装置において、第１の生体組織は、脳の知覚野の一部に存在する組織であり、第２の生体組織は、脳の運動野の一部に存在する組織であってよい。上記の制御装置において、第１の生体組織及び第２の生体組織は、体細胞であってよい。
【００１２】
本発明の第２の態様においては、上記の制御装置を備える制御システムが提供される。上記の制御システムは、上記の制御装置と、補装具又は移動体と、光検出部とを備えてよい。上記の制御システムは、上記の制御装置と、刺激部と、センサとを備えてよい。
【００１３】
本発明の第３の態様においては、コンピュータを上記の制御装置として機能させるためのプログラムが提供される。
【００１４】
本発明の第４の態様においては、動物（ヒトを除く。）が移動体を操縦するための操縦装置が提供される。上記の操縦装置は、動物を収容する収容部を備える。上記の操縦装置は、収容部に回転可能に取り付けられ、動物の脚の動きに連動して回転する回転部材を備える。上記の操縦装置は、回転部材の動きを検出する検出部を備える。上記の操縦装置は、検出部が検出した回転部材の動きに基づいて移動体の駆動部を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部を備える。上記の動物は、齧歯類の動物であってよい。
【００１５】
本発明の第５の態様においては、上記の操縦装置を備えた移動体が提供される。
【００１６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】補装具制御システム１００のシステム構成の一例を概略的に示す。
【図２】コントローラ１３０のシステム構成の一例を概略的に示す。
【図３】データ処理部２１０のシステム構成の一例を概略的に示す。
【図４】コントローラ１３０における情報処理の一例を概略的に示す。
【図５】コントローラ１３０における情報処理の一例を概略的に示す。
【図６】コントローラ１３０における情報処理の一例を概略的に示す。
【図７】装軌車両７００の一例を概略的に示す。
【図８】操縦部７１０の一例を概略的に示す。
【図９】操縦部７１０の一例を概略的に示す。
【図１０】制御回路７５０の一例を概略的に示す。
【図１１】移動体制御システム１１００のシステム構成の一例を概略的に示す。
【図１２】マウスによる操縦実験の結果の一例を示す。
【図１３】マウスによる操縦実験の結果の一例を示す。
【図１４】マウスによる操縦実験の結果の一例を示す。
【図１５】マウスを用いた実験結果の一例を示す。
【図１６】マウスを用いた実験結果の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して、重複する説明を省く場合がある。
【００１９】
図１は、補装具制御システム１００のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、補装具制御システム１００は、イメージセンサ１１０と、刺激光用ＬＥＤ１２０と、コントローラ１３０と、義肢１４０とを備える。義肢１４０は、アクチュエータ１４２と、圧力センサ１４４とを有してよい。補装具制御システム１００は、複数のイメージセンサ１１０を有してもよい。補装具制御システム１００は、複数の刺激光用ＬＥＤ１２０を有してもよい。義肢１４０は、複数のアクチュエータ１４２を有してもよい。義肢１４０は、複数の圧力センサ１４４を有してもよい。
【００２０】
補装具制御システム１００は、制御システムの一例であってよい。イメージセンサ１１０は、光検出部の一例であってよい。刺激光用ＬＥＤ１２０は、刺激部の一例であってよい。コントローラ１３０は、制御装置の一例であってよい。義肢１４０は、補装具の一例であってよい。アクチュエータ１４２は、駆動部の一例であってよい。圧力センサ１４４は、センサの一例であってよい。
【００２１】
一実施形態において、補装具制御システム１００は、イメージセンサ１１０からの出力に応じて、義肢１４０のアクチュエータ１４２の動作を制御する。例えば、イメージセンサ１１０が、運動野の脳細胞からの光を検出する場合、補装具制御システム１００は、ユーザの意識に応じて、アクチュエータ１４２の動作を制御することができる。例えば、イメージセンサ１１０が、知覚野の脳細胞からの光を検出する場合、補装具制御システム１００は、ユーザの反射を制御することができる。
【００２２】
他の実施形態において、補装具制御システム１００は、義肢１４０の圧力センサ１４４からの出力に応じて、刺激光用ＬＥＤ１２０における刺激光の出射を制御する。刺激光用ＬＥＤ１２０が、知覚野の脳細胞に向かって刺激光を出射する場合、例えば、触覚又は痛覚を再現することのできる補装具を実現することができる。刺激光用ＬＥＤ１２０が、運動野の脳細胞に向かって刺激光を出射する場合、反射を制御することができる。
【００２３】
他の実施形態において、補装具制御システム１００は、イメージセンサ１１０からの出力に応じて、刺激光用ＬＥＤ１２０における刺激光の出射を制御する。一実施形態において、イメージセンサ１１０は、知覚野の脳細胞からの光を検出し、刺激光用ＬＥＤ１２０は、運動野の脳細胞に向かって刺激光を出射する。知覚野の脳細胞は、第１の生体組織の一例であってよい。運動野の脳細胞は、第２の生体組織の一例であってよい。これにより、例えば、パーキンソン病などの治療に利用したり、反射を制御したりすることができる。他の実施形態において、イメージセンサ１１０は、運動野の脳細胞からの光を検出し、刺激光用ＬＥＤ１２０は、知覚野の脳細胞に向かって刺激光を出射する。運動野の脳細胞は、第１の生体組織の一例であってよい。知覚野の脳細胞は、第２の生体組織の一例であってよい。これにより、例えば、無痛症などの治療に利用したり、義肢１４０の可動範囲、加速度などを調整して、ユーザの身体の損傷を防止したりすることができる。他の実施形態において、イメージセンサ１１０は、動物の身体の特定の部位に存在する体細胞からの光を検出し、刺激光用ＬＥＤ１２０は、当該動物の身体の他の部位に存在する体細胞に向かって刺激光を出射する。特定の部位に存在する体細胞は、第１の生体組織の一例であってよい。他の部位に存在する体細胞は、第２の生体組織の一例であってよい。
【００２４】
さらに他の実施形態において、補装具制御システム１００は、まず、同一ユーザ又は他のユーザの学習過程における、イメージセンサ１１０からの出力を記録する。学習対象は、運動であってもよく、知識の記憶又は忘却であってもよい。次に、補装具制御システム１００は、イメージセンサ１１０からの出力を解析して、学習過程における脳の活動状態をシミュレートするためのデータを生成する。次に、刺激光用ＬＥＤ１２０が、上記のデータに基づいて、刺激光を出射する。
【００２５】
これにより、自己又は他人の過去の学習を追体験することができ、学習効率を向上させることができる。例えば、刺激光用ＬＥＤ１２０が、ユーザが寝ている間にユーザの脳細胞を刺激することで、効果的な睡眠学習を実現することができる。なお、補装具制御システム１００は、同一ユーザ又は他のユーザの学習終了時における、イメージセンサ１１０からの出力を記録して、同様の処理を実施してもよい。
【００２６】
本実施形態において、イメージセンサ１１０は、生体の細胞からの光を受光して、生体の細胞からの光の２次元的な強度分布に関する情報を示す検出信号を出力する。イメージセンサ１１０は、２次元的に配列された複数の受光素子を有してよい。細胞からの光は、細胞を透過した光であってもよく、細胞の表面又は内部で反射した光であってもよく、細胞から放出された光であってもよい。
【００２７】
例えば、ヘモグロビンなどの血液中の成分により吸収されやすい波長の光を細胞に照射して、当該細胞の透過光又は当該細胞からの反射光を検出及び解析することで、血流量の増減を検出することができる。また、細胞から放出された光としては、第１の波長を有する光（励起光と称する場合がある。）により励起された細胞が放出した、第２の波長を有する光（蛍光と称する場合がある。）を例示することができる。第２の波長は、第１の波長と異なってよい。なお、補装具制御システム１００は、刺激用の光源とは別に、照明用の光源、及び、励起用の光源の少なくとも一方を有してもよい。
【００２８】
本実施形態において、イメージセンサ１１０は、生体内に埋植される。例えば、イメージセンサ１１０は、生体の脳の知覚野の少なくとも一部に埋設される。イメージセンサ１１０は、生体の脳の運動野の少なくとも一部に埋設されてもよい。これにより、埋設箇所の近傍の脳細胞の活動を把握することができる。なお、他の実施形態において、イメージセンサ１１０は生体内に埋植されなくてもよい。
【００２９】
イメージセンサ１１０は、例えば、撮像素子の表面が脳１０の細胞の表面に密着するように配される。他の実施形態において、イメージセンサ１１０は、レンズ、反射鏡、光導波路などの光学系を備えてもよい。この場合、光学系の少なくとも一部が生体内に埋植され、イメージセンサ１１０は、生体の外部に配されてもよい。光学系は、一方の端部における光の強度分布を拡大して転送又は結像する拡大光学系を有してもよい。拡大光学系としては、テーパ状の光ファイバの集合体、積層レンズなどを例示することができる。
【００３０】
これにより、脳１０の深さ方向の画像を取得することができる。その結果、脳１０からの光の強度に関する２次元的な情報だけでなく、３次元的な情報を取得することができる。画像は、静止画像であってもよく、動画像であってもよい。画像が動画像である場合、脳１０からの光の強度の２次元的又は３次元的な情報の経時変化又は変動に関する情報を取得することができる。
【００３１】
生体は、ヒトを含む動物であってよく、ヒトを除く動物であってもよい。脳１０の細胞は、脳１０の神経細胞であってもよい。細胞は、動物の組織又は生体組織の一例であってよい。動物の組織又は生体組織は、各種の組織であってもよく、生体構成要素であってもよい。生体構成要素としては、循環器系の血管内の血流、細胞内小器官のミトコンドリア内代謝系などを例示することができる。
【００３２】
一実施形態において、脳１０の細胞は、予め遺伝子操作により改変されて、光感受性タンパク質を発現していてもよい。これにより、特定の波長の光のＯＮ／ＯＦＦにより、任意の細胞の興奮又は興奮の抑制（興奮の抑制のことを、単に、抑制と称する場合がある。）を制御することができる。細胞種に特異的なプロモーターを利用して、細胞の遺伝子を改変することにより、細胞種ごとに異なる種類の遺伝子を発現させてもよい。
【００３３】
他の実施形態において、脳１０の細胞の周囲に、光照射により生理活性物質を放出する光感受性ケージド化合物が予め配されていてもよい。光感受性タンパク質又は光感受性ケージド化合物を利用することにより、特定の波長の光のＯＮ／ＯＦＦにより、任意の細胞の興奮又は興奮の抑制（興奮の抑制のことを、単に、抑制と称する場合がある。）を制御することができる。
【００３４】
さらに他の実施形態において、細胞は、染色操作又は遺伝子操作などにより、予め電位感受性色素を導入されていてもよい。電位感受性色素としては、スチリル系色素、サイアニン系色素、オキソノル系色素、ローダミン誘導体などを例示することができる。電位感受性色素を導入された細胞に、励起光を照射すると、当該細胞の膜電位に応じた強度の光を放出する。細胞の膜電位は、細胞の活動状態に応じて変化するので、細胞から放出された光の強度分布を解析することで、細胞の活動状態に関する情報が得られる。
【００３５】
本実施形態において、刺激光用ＬＥＤ１２０は、特定の波長の光を出射する。出射光の波長は、照射対象となる生体の細胞が光感受性を有する波長に設定される。これにより、上記の細胞に刺激を与えて、当該細胞の興奮及び抑制を制御することができる。本実施形態において、刺激光用ＬＥＤ１２０は、生体内に埋植される。例えば、刺激光用ＬＥＤ１２０は、生体の脳の知覚野の少なくとも一部に埋設される。刺激光用ＬＥＤ１２０は、生体の脳の運動野の少なくとも一部に埋設されてもよい。これにより、埋設箇所の近傍の脳細胞に刺激を与えることができる。
【００３６】
刺激光用ＬＥＤ１２０は、例えば、２つのパッケージＬＥＤを、光の出射面と反対側の面（背面と称する場合がある。）が対向するように結合させて作製される。これにより、光の照射範囲を拡大することができる。刺激光用ＬＥＤ１２０は、パッケージ基板を利用することなく、ＬＥＤのベアチップを、配線基板に直接実装してもよい。
【００３７】
本実施形態において、コントローラ１３０は、補装具制御システム１００の各部の動作を制御する。コントローラ１３０は、義肢１４０及び刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも一方を制御してよい。コントローラ１３０は、義肢１４０及び刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも一方を制御するための制御信号を生成してよい。
【００３８】
コントローラ１３０と、補装具制御システム１００の各部との間の通信方式は、有線通信方式であってもよく、無線通信方式であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。本実施形態において、コントローラ１３０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を受信する。コントローラ１３０は、圧力センサ１４４からの出力信号を受信する。コントローラ１３０は、アクチュエータ１４２の駆動量及び駆動のタイミングを制御する。コントローラ１３０は、刺激光用ＬＥＤ１２０の発光強度及び発光のタイミングを制御する。刺激光用ＬＥＤ１２０の発光強度は、刺激の強度の一例であってよい。刺激光用ＬＥＤ１２０の発光のタイミングは、刺激を出力するタイミングの一例であってよい。
【００３９】
一実施形態において、コントローラ１３０は、イメージセンサ１１０からの検出信号に基づいて、アクチュエータ１４２の動作を制御する。他の実施形態において、コントローラ１３０は、イメージセンサ１１０からの検出信号に基づいて、刺激光用ＬＥＤ１２０からの光の出射を制御する。他の実施形態において、コントローラ１３０は、圧力センサ１４４からの出力信号に基づいて、刺激光用ＬＥＤ１２０からの光の出射を制御する。他の実施形態において、コントローラ１３０は、予め定められたパターンの光を出射するように、刺激光用ＬＥＤ１２０を制御する。コントローラ１３０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を、刺激光用ＬＥＤ１２０の制御のフィードバックに利用してもよい。
【００４０】
コントローラ１３０は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、プログラムが実行されることにより、１又は複数のコンピュータが、コントローラ１３０の一部として機能する。コントローラ１３０の各部は、一般的な構成の情報処理装置において、コントローラ１３０の各部の動作を規定したソフトウエア又はプログラムを起動することにより実現されてよい。
【００４１】
上記のソフトウエア又はプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリ、ハードディスクなどのコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。ソフトウエア又はプログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体又はネットワークに接続された記憶装置から、コントローラ１３０のコンピュータにインストールされてよい。
【００４２】
コンピュータを、コントローラ１３０の各部として機能させるプログラムは、コントローラ１３０の各部の動作を規定したモジュールを備えてよい。これらのプログラム又はモジュールは、プロセッサ、通信インターフェース等に働きかけて、コントローラ１３０の各部として機能させたり、コントローラ１３０の各部における情報処理方法を実行させたりする。
【００４３】
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと、コントローラ１３０のハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。そして、これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータの使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じたコントローラ１３０を構築することができる。
【００４４】
本実施形態において、アクチュエータ１４２は、義肢１４０を駆動する。本実施形態において、アクチュエータ１４２は、コントローラ１３０からの指示に応じて、義肢１４０を駆動する。アクチュエータ１４２は、駆動量を検出するセンサを有し、当該駆動量をコントローラ１３０にフィードバックしてもよい。
【００４５】
本実施形態において、圧力センサ１４４は、圧力を検知する。圧力は、義肢１４０のユーザの外部環境の一例であってよい。圧力センサ１４４は、例えば、義肢１４０の表面に配される。圧力センサ１４４は、義肢１４０の内部であって、表面の近傍に配されてもよい。
【００４６】
圧力センサ１４４は、予め、刺激光用ＬＥＤ１２０と対応付けられていてよい。補装具制御システム１００が複数の刺激光用ＬＥＤ１２０を有する場合、圧力センサ１４４は、複数の刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも１つと対応付けられてよい。例えば、義肢１４０の右手の人差し指の先端に配された圧力センサ１４４は、脳内において右手の人差し指の先端の触覚を司る領域に配された１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０と対応付けられる。圧力センサ１４４及び刺激光用ＬＥＤ１２０の対応関係は、１対多であってもよく、多対多であってもよく、多対１であってもよい。
【００４７】
本実施形態において、補装具制御システム１００が、刺激光用ＬＥＤ１２０が出射した光を脳細胞に照射することで、脳細胞に刺激を与える場合について説明した。しかしながら、補装具制御システム１００は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、補装具制御システム１００は、生体組織に電気的な刺激を与えてもよい。例えば、補装具制御システム１００は、脳内に挿入された電極を利用して、脳細胞に電気的な刺激を与える。
【００４８】
本実施形態において、刺激光を出射する光源として、ＬＥＤを使用する場合について説明した。しかしながら、光源は本実施形態に限定されない。光源は、レーザ光源であってもよく、有機ＥＬ素子であってもよい。
【００４９】
本実施形態において、コントローラ１３０が、義足又は義手のような義肢１４０を制御する場合について説明した。しかしながら、コントローラ１３０の制御対象は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、コントローラ１３０は、義眼、補聴器、パワードスーツなどの各種の補装具を制御する。コントローラ１３０は、義足の代わりに移動体を制御してもよい。移動体は、ユーザ又はコンピュータの制御により移動することができるものであればよく、特に限定されない。移動体は、ユーザを搭載することができるものであることが好ましい。移動体としては、自動車、自動二輪車、自転車、車椅子、船舶、飛行機、ヘリコプタ、ドローンなどを例示することができる。
【００５０】
本実施形態において、コントローラ１３０が圧力センサ１４４から出力信号を受信する場合について説明した。しかしながら、センサの種類は本実施形態に限定されない。センサは、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、イメージセンサ、臭気センサ、味覚センサ、磁気センサ、及び、マイクからなる群から選択される少なくとも１つであってよい。
【００５１】
本実施形態において、圧力センサ１４４が義肢１４０に設けられる場合について説明した。しかし、圧力センサ１４４は本実施形態に限定されない。圧力センサ１４４は、ユーザの体内に設けられてもよく、ユーザの身体の表面に設けられてもよく、ユーザから離れた位置に設けられてもよい。センサは、ユーザの携帯端末に設けられてもよい。例えば、センサが、ユーザの携帯端末に配された温度計である場合、温度が特定の閾値を超えると、携帯端末のコンピュータは、ユーザの知覚野の暑さを感じる領域に刺激光を照射する刺激光用ＬＥＤを制御して、当該ＬＥＤを発光させる。これにより、ユーザの熱中症を防止することができる。
【００５２】
図２は、コントローラ１３０のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、コントローラ１３０は、データ処理部２１０と、制御信号生成部２２０と、駆動制御部２３０と、発光制御部２４０と、格納部２５０とを備える。データ処理部２１０は、受信部の一例であってよい。格納部２５０は、制御情報格納部及び活動パターン格納部の一例であってよい。
【００５３】
本実施形態において、データ処理部２１０は、圧力センサ１４４からの出力信号を受信する。また、データ処理部２１０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を受信する。データ処理部２１０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を解析して、ユーザの生体組織の活動状態を示す活動情報を生成する。活動情報は、生体組織の位置と、当該位置における生体組織の活性化のレベルとが対応付けられた情報であってよい。活動情報は、脳内の位置と、当該位置における細胞の活性化のレベルとが対応付けられた情報であってよい。
【００５４】
活動情報は、１次元の情報であってもよく、２次元の情報であってもよく、３次元の情報であってもよく、４次元の情報であってもよい。１次元の情報は、イメージセンサ１１０の単一の受光素子における、組織からの光の検出の有無に基づいて生成されてよい。２次元の情報は、脳内の深さ方向の単一の位置における、組織からの光の２次元的な強度分布に関する情報に基づいて生成されてよい。３次元の情報は、脳内の深さ方向の複数の位置における、組織からの光の２次元的な強度分布に関する情報に基づいて生成されてよい。３次元の情報は、脳内の深さ方向の単一の位置における、組織からの光の２次元的な強度分布の経時変化（変動と称される場合がある。）に関する情報に基づいて生成されてよい。４次元の情報は、脳内の深さ方向の複数の位置における、光の２次元的な強度分布の経時変化に関する情報に基づいて生成されてよい。
【００５５】
データ処理部２１０は、上記の活動情報に基づいて、ユーザの脳の活動パターンを決定してよい。脳の活動パターンは、脳内の活動位置及び活動位置における活動強度により表される。脳の活動パターンは、脳内の活動位置と、当該活動位置における活動強度とが対応付けられた情報であってよい。データ処理部２１０は、上記の活動情報に基づいて、ユーザの身体の運動パターンを決定してよい。運動パターンは、身体の部位と、当該部位の運動の種類と、当該運動の強度とが対応付けられた情報であってよい。一実施形態において、データ処理部２１０は、イメージセンサ１１０が検出した運動野の脳細胞からの光の強度分布に関する情報を示す検出信号に基づいて、ユーザの脳の活動情報を生成する。データ処理部２１０は、脳の活動情報を解析して、活性化している部位に相当する身体の部位と、当該部位の運動の種類と、当該運動の強度とを決定する。他の実施形態において、データ処理部２１０は、イメージセンサ１１０が検出した体細胞からの光の強度分布に関する情報を示す検出信号に基づいて、ユーザの身体の特定の部位の活動情報を生成する。データ処理部２１０は、特定の部位の活動情報を解析して、当該特定の部位の運動の種類と、当該運動の強度とを決定する。
【００５６】
制御信号生成部２２０は、例えば、補装具又は移動体を使用する動物の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、補装具又は移動体を制御するための制御信号を生成する。制御信号生成部２２０は、動物の外部環境の情報を取得し、当該情報に基づいて、１以上の刺激部の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成してもよい。制御信号生成部２２０は、第１の生体組織からの光の強度に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、１以上の刺激部のうち、第２の生体組織を刺激する刺激部を制御するための制御信号を生成してもよい。
【００５７】
［制御信号生成部２２０の第１の実施形態］
本実施形態において、制御信号生成部２２０は、１以上のアクチュエータ１４２の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する。一実施形態において、制御信号生成部２２０は、データ処理部２１０が決定したユーザの脳の活動パターンに基づいて、制御信号を生成する。例えば、制御信号生成部２２０は、格納部２５０を参照して、データ処理部２１０が決定したユーザの脳の活動パターンに対応する駆動パターンを抽出する。そして、抽出された駆動パターンに基づいて、１以上のアクチュエータ１４２の少なくとも１つの駆動量及び駆動のタイミングを制御するための制御信号を生成する。
【００５８】
これにより、例えば、ユーザの脳の運動野における活動パターンに基づいて、１以上のアクチュエータ１４２の動作を制御することができる。例えば、義肢１４０がユーザの右手に装着されている義手である場合において、ユーザが右手で卵を握ろうと考えると、イメージセンサ１１０が、ユーザの脳の運動野の右手の運動に対応する領域が活性化していることを検出する。コントローラ１３０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を受信すると、当該検出信号を解析して、卵を壊さないような強さで、卵を握るように、アクチュエータ１４２を制御する。
【００５９】
また、義肢１４０がユーザの右足に装着されている義足である場合において、ユーザが通常の速度で歩こうと考えると、イメージセンサ１１０が、ユーザの脳の運動野の足の運動に対応する領域が活性化していることを検出する。コントローラ１３０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を受信すると、当該検出信号を解析して、床材又はユーザの腰を損傷しないような強さで歩行運動をするように、アクチュエータ１４２を制御する。
【００６０】
［制御信号生成部２２０の第２の実施形態］
本実施形態において、制御信号生成部２２０は、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する。例えば、制御信号生成部２２０は、圧力センサ１４４からの出力信号に含まれる圧力の大きさを示す情報に基づいて、当該出力信号を出力した圧力センサ１４４に対応づけられた刺激光用ＬＥＤ１２０の発光強度及び発光のタイミングの少なくとも一方（発光パターンと称する場合がある。）を制御するための制御信号を生成する。例えば、格納部２５０が、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０のそれぞれについて、対応する生体組織を興奮させるための発光パターン及び対応する生体組織の興奮を抑制するための発光パターンの少なくとも一方を対応付けて格納しており、制御信号生成部２２０は、当該情報を参照して、発光パターンを決定してもよい。圧力の大きさを示す情報は、圧力センサ１４４の測定対象の強度に関する情報の一例であってよい。これにより、例えば、触覚を再現することができる。
【００６１】
［制御信号生成部２２０の第３の実施形態］
本実施形態において、制御信号生成部２２０は、データ処理部２１０が決定した運動パターンに基づいて、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも１つを制御するための制御信号を生成する。例えば、制御信号生成部２２０は、格納部２５０を参照して、データ処理部２１０が決定したユーザの運動パターンに対応する照射パターンを抽出する。そして、抽出された照射パターンに基づいて、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも１つの発光強度及び発光のタイミングの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する。制御信号生成部２２０は、格納部２５０に格納された上記の情報を参照して、発光パターンを決定してもよい。
【００６２】
［制御信号生成部２２０の第４の実施形態］
本実施形態において、制御信号生成部２２０は、予め定められた照射パターンに従って、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも１つの発光強度及び発光のタイミングの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する。制御信号生成部２２０は、格納部２５０に格納された上記の情報を参照して、発光パターンを決定してもよい。上記の照射パターンは、同一ユーザ又は他のユーザの学習過程における、イメージセンサ１１０からの出力に基づいて、生成されてよい。上記の照射パターンは、同一ユーザ又は他のユーザの学習終了時における、イメージセンサ１１０からの出力に基づいて、生成されてもよい。これにより、自己又は他人の過去の学習を追体験することができ、学習効率を向上させることができる。
【００６３】
本実施形態において、駆動制御部２３０は、１以上のアクチュエータ１４２のそれぞれを制御する。例えば、駆動制御部２３０は、制御信号生成部２２０により生成された制御信号に基づいて、各アクチュエータの駆動量及び駆動のタイミングを制御する。
【００６４】
本実施形態において、発光制御部２４０は、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０を制御する。例えば、発光制御部２４０は、制御信号生成部２２０により生成された制御信号に基づいて、各刺激光用ＬＥＤの発光強度及び発光のタイミングを制御する。補装具制御システム１００が、励起光用の光源及び照明用の光源の少なくとも一方を備える場合、発光制御部２４０は、当該光源を制御してもよい。
【００６５】
本実施形態において、格納部２５０は、コントローラ１３０の情報処理に利用される各種の情報を格納する。一実施形態において、格納部２５０は、脳の活動パターンに関する情報を格納する。他の実施形態において、格納部２５０は、脳の活動パターンと、義肢１４０の駆動パターンとを対応付けて格納してよい。例えば、格納部２５０は、脳の活動パターンのそれぞれについて、１以上のアクチュエータ１４２のそれぞれの駆動量及び駆動のタイミングの少なくとも一方を示す情報を対応付けて格納する。格納部２５０は、脳の活動パターンと、身体の運動パターンとを対応づけて格納してよい。
【００６６】
他の実施形態において、格納部２５０は、圧力センサ１４４及び刺激光用ＬＥＤ１２０の対応関係に関する情報を格納してよい。例えば、格納部２５０は、圧力センサ１４４の識別情報と、圧力センサ１４４が検出した圧力の大きさを示す情報と、対応する１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０の照射パターンに関する情報とを対応付けて格納する。
【００６７】
他の実施形態において、格納部２５０は、脳の活動パターンと、刺激光用ＬＥＤ１２０の照射パターンとを対応づけて格納してよい。例えば、格納部２５０は、脳の活動パターンのそれぞれについて、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０のそれぞれの発光強度及び発光のタイミングの少なくとも一方を示す情報を対応付けて格納する。さらに他の実施形態において、格納部２５０は、身体の運動パターンと、刺激光用ＬＥＤ１２０の照射パターンとを対応づけて格納してよい。
【００６８】
図３は、データ処理部２１０のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、データ処理部２１０は、活動情報生成部３１０と、活動パターン決定部３２０と、運動パターン決定部３３０とを備える。
【００６９】
本実施形態において、活動情報生成部３１０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を受信する。また、上記の検出信号に基づいて、ユーザの脳の活動状態を示す活動情報を生成する。活動情報生成部３１０は、生成された活動情報を、活動パターン決定部３２０及び運動パターン決定部３３０の少なくとも一方に送信してよい。
【００７０】
活動パターン決定部３２０は、活動情報生成部３１０が生成した活動情報に基づいて、ユーザの脳の活動パターンを決定する。活動パターン決定部３２０は、格納部２５０を参照して、活動情報生成部３１０が生成した活動情報に対応するユーザの脳の活動パターンを決定してもよい。
【００７１】
運動パターン決定部３３０は、活動情報生成部３１０が生成した活動情報に基づいて、ユーザの運動パターンを決定する。例えば、脳の活動情報が「右手が熱い」ことを示している場合、「右手を素早く大きく動かす」という運動パターンを決定する。運動パターン決定部３３０は、格納部２５０を参照して、活動情報生成部３１０が生成した活動情報に対応するユーザの運動パターンを決定してもよい。
【００７２】
本実施形態において、イメージセンサ１１０が、脳１０の細胞からの光を検出し、データ処理部２１０が、イメージセンサ１１０からの検出信号を解析して、ユーザの脳の活動状態を示す活動情報を生成する場合について説明した。しかしながら、補装具制御システム１００は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、イメージセンサ１１０が、体細胞からの光を検出し、データ処理部２１０が、イメージセンサ１１０からの検出信号を解析して、当該体細胞又は当該体細胞が属する組織の活動状態を示す活動情報を生成してもよい。データ処理部２１０は、上記の活動情報に基づいて、ユーザの身体の運動パターンを決定してもよい。
【００７３】
例えば、イメージセンサ１１０が、右手の親指を動かす筋肉の体細胞からの光を検出し、当該体細胞からの光の２次元的な強度分布に関する情報を示す検出信号を出力する。データ処理部２１０が、イメージセンサ１１０からの検出信号を解析して、右手の活動状態を示す活動情報を生成する。データ処理部２１０は、上記の活動情報に基づいて、ユーザの身体の運動パターンを決定する。例えば、右手の親指の動作に合わせて、左手の親指を動かすことを決定する。これにより、右手の動作に基づいて、左手を動かすことができる。また、自分の身体を動かすことで、他人の身体を動かすことができる。
【００７４】
図４は、コントローラ１３０における情報処理の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、ステップ４０２（ステップをＳと表記する場合がある。）において、ユーザの脳の運動野の近傍に配されたイメージセンサ１１０が、運動野の細胞からの光を検出する。イメージセンサ１１０は、検出信号をコントローラ１３０に送信する。データ処理部２１０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を受信する。
【００７５】
Ｓ４０４において、データ処理部２１０は、受信した検出信号に基づいて、ユーザの脳の活動パターンを決定する。データ処理部２１０は、決定した活動パターンを制御信号生成部２２０に送信する。
【００７６】
Ｓ４０６において、制御信号生成部２２０は、格納部２５０を参照して、データ処理部２１０が決定した活動パターンに対応する、義肢１４０の駆動パターンを決定する。制御信号生成部２２０は、決定した駆動パターンに基づいて、１以上のアクチュエータ１４２の少なくとも１つを制御する制御信号を生成する。制御信号生成部２２０は、アクチュエータ１４２に制御信号を送信する。アクチュエータ１４２は、制御信号に従って動作する。これにより、ユーザの意識に応じて、アクチュエータ１４２の動作を制御することができる。
【００７７】
図５は、コントローラ１３０における情報処理の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０が、ユーザの脳の知覚野を照射するように配される。Ｓ５０２において、義肢１４０の表面に配された圧力センサ１４４が、圧力を検出する。圧力センサ１４４は、圧力の大きさに応じた出力信号をコントローラ１３０に送信する。データ処理部２１０は、圧力センサ１４４からの出力信号を受信する。データ処理部２１０は、受信した出力信号を制御信号生成部２２０に送信する。
【００７８】
Ｓ５０４において、制御信号生成部２２０は、格納部２５０を参照して、出力信号を生成した圧力センサ１４４に対応付けられた刺激光用ＬＥＤ１２０を抽出する。制御信号生成部２２０は、格納部２５０を参照して、受信した出力信号に含まれる圧力の大きさを示す情報に基づいて、抽出された刺激光用ＬＥＤ１２０の照射パターンを決定する。
【００７９】
Ｓ５０６において、制御信号生成部２２０は、決定した照射パターンに基づいて、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも１つを制御する制御信号を生成する。制御信号生成部２２０は、刺激光用ＬＥＤ１２０に制御信号を送信する。刺激光用ＬＥＤ１２０は、制御信号に従って発光する。これにより、ユーザは、義肢１４０に加えられた力を感じることができる。
【００８０】
図６は、コントローラ１３０における情報処理の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０が、ユーザの脳の運動野を照射するように配される。Ｓ６０２において、ユーザの脳の知覚野の近傍に配されたイメージセンサ１１０が、知覚野の細胞からの光を検出する。イメージセンサ１１０は、検出信号をコントローラ１３０に送信する。データ処理部２１０は、イメージセンサ１１０からの検出信号を受信する。
【００８１】
Ｓ６０４において、データ処理部２１０は、受信した検出信号に基づいて、ユーザの身体の運動パターンを決定する。例えば、データ処理部２１０は、受信した検出信号に基づいて、脳の活動が「右手が熱い」ということを示していると判断する。データ処理部２１０は、例えば、格納部２５０を参照して、「右手が熱い」場合に適用するべき動作パターンとして、「右手を素早く大きく動かす」という運動パターンを抽出する。データ処理部２１０は、決定した運動パターンを制御信号生成部２２０に送信する。
【００８２】
Ｓ６０６において、制御信号生成部２２０は、格納部２５０を参照して、受信した運動パターンに対応する照射パターンを決定する。例えば、運動野のうち、「右手を素早く大きく動かす」ために刺激を与える必要のある領域に配された１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０のそれぞれに関する照射パターンを決定する。
【００８３】
Ｓ６０８において、制御信号生成部２２０は、決定された照射パターンに基づいて、１以上の刺激光用ＬＥＤ１２０の少なくとも１つの発光強度及び発光のタイミングの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する。制御信号生成部２２０は、刺激光用ＬＥＤ１２０に制御信号を送信する。刺激光用ＬＥＤ１２０は、制御信号に従って発光する。これにより、ユーザは、例えば、反射を制御することができる。
【００８４】
図７、図８、図９及び図１０を用いて、マウス７０が操縦することのできる装軌車両７００について説明する。図７は、装軌車両７００の側面図の一例を概略的に示す。図８は、操縦部７１０の側面図の一例を概略的に示す。図９は、操縦部７１０の上面図一例を概略的に示す。図８は、図９において、操縦部７１０を、図中、下方から上方に向かって見た場合の概略図である。図１０は、制御回路７５０の一例を概略的に示す。
【００８５】
本実施形態において、装軌車両７００は、操縦部７１０と、取付部７２０と、無限軌道７３０と、モータ７４０と、制御回路７５０と、電源７６０とを備える。操縦部７１０は、収容部８１０を備える。操縦部７１０は、連動部８２０と、電極８３０と、電極８４２と、電極８４４とを備える。操縦部７１０は、連動部９２０と、電極９３０と、電極９４２と、電極９４４とを備える。収容部８１０には、開口８１２及び開口９１２が形成される。連動部８２０は、回転部材８２２と、支持部材８２４と、ペダル８２６と、連結部材８２８とを有する。制御回路７５０は、モータ７４０の正逆転回路１０５０を有する。正逆転回路１０５０は、電磁リレー１０４２と、電磁リレー１０４４とを有する。
【００８６】
連動部９２０は、連動部８２０と同様の構成を有してよい。電極９３０は、電極８３０と同様の構成を有してよい。電極９４２及び電極９４４は、電極８４２及び電極８４４と同様の構成を有してよい。
【００８７】
本実施形態において、装軌車両７００は、車両の右側に配される無限軌道７３０と、車両の左側に配される無限軌道７３０とを備える。装軌車両７００は、２つの無限軌道７３０のそれぞれに対応する２つのモータ７４０を備える。制御回路７５０は、２つのモータ７４０のそれぞれに対応する正逆転回路１０５０を備える。
【００８８】
マウス７０は、動物（ヒトを除く。）の一例であってよい。マウス７０は、齧歯類の動物の一例であってよい。装軌車両７００は、移動体の一例であってよい。操縦部７１０は、操縦装置の一例であってよい。制御回路７５０は、制御信号生成部の一例であってよい。制御回路７５０、電極８３０、電極８４２及び電極８４４は、検出部の一実施形態を構成する。制御回路７５０、電極９３０、電極９４２及び電極９４４は、検出部の一実施形態を構成する。制御回路７５０は、制御信号生成部の一例であってよい。
【００８９】
本実施形態においては、移動体が、無限軌道を有する装軌車両である場合について説明する。移動体が装軌車両である場合、マウスが操縦方法を比較的容易に覚えることができる。しかしながら、移動体は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、移動体は、タイヤ車輪を有する装輪車両であってもよい。
【００９０】
本実施形態においては、移動体を操縦する動物がマウスである場合について説明する。しかしながら、移動体を操縦する動物は、四肢及び大脳皮質を有し、移動体の操縦を学習可能な動物であれば、特に限定されない。他の実施形態において、移動体を操縦する動物は、哺乳類であってよい。哺乳類としては、霊長類、齧歯類、各種の家畜などを例示することができる。齧歯類としては、マウス、ラット、フェレット、スナネズミ、モルモット、ハムスター、ビーバー、テグーなどを例示することができる。家畜としては、イヌ、ネコ、ウマ、ウサギなどを例示することができる。
【００９１】
本実施形態において、操縦部７１０は、マウス７０を収容し、マウス７０の後足の動きを検出する。本実施形態において、取付部７２０は、操縦部７１０を装軌車両７００に取り付けるための部材である。取付部７２０は、操縦部７１０を交換可能に保持してよい。本実施形態において、モータ７４０は、無限軌道７３０の起動輪を駆動して、装軌車両７００を移動させる。
【００９２】
制御回路７５０は、例えば、操縦部７１０により検出されたマウス７０の動作の種類及び動作の強度に基づいて、モータ７４０を制御する。例えば、マウス７０が右側の後足を前後に動かしている場合、右側の無限軌道７３０の起動輪が、マウスの動作の速度に応じて回転するように、モータ７４０を制御する。同様に、マウス７０が左側の後足を前後に動かしている場合、左側の無限軌道７３０の起動輪が、マウス７０の動作の速度に応じて回転するように、モータ７４０を制御する。
【００９３】
これにより、マウス７０の後足の動きに基づいて、装軌車両７００を操縦することができる。なお、操縦部７１０がより複雑な動作を検出できる場合、操縦部７１０により検出できる動作の種類に、各種の制御を割り当ててもよい。
【００９４】
本実施形態において、収容部８１０は、マウス７０を収容する。収容部８１０の開口８１２は、マウス７０の足を収容部８１０の外部に出すための開口であってよい。収容部８１０の開口９１２は、マウス７０のしっぽを収容部８１０の外部に出すための開口であってよい。収容部８１０は、マウス７０を収容部８１０に固定するベルト（図示していない。）を備えてもよい。
【００９５】
本実施形態において、連動部８２０は、マウス７０の後足の動きに連動する。回転部材８２２は、収容部８１０に回転可能に取り付けられ、マウス７０の脚の動きに連動して回転する。例えば、回転部材８２２は、その一方の端部が、支持部材８２４により収容部８１０の外周に回転可能に支持される。支持部材８２４は、導電性の部材であってよい。
【００９６】
回転部材８２２は、連結部材８２８を介して、ペダル８２６と連結される。本実施形態において、回転部材８２２の他方の端部には開口８２３が形成されている。また、ペダル８２６の一方の端部には開口８２７が形成されている。回転部材８２２の開口８２３と、ペダル８２６の開口８２７とが、リング状の連結部材８２８により連結されている。
【００９７】
ペダル８２６には、マウス７０の後足が挿入される。本実施形態において、ペダル８２６は、マウス７０の後足のすねの部分に固定される。ペダル８２６は、中空状の部材であってもよく、半円柱状の部材であってもよい。これにより、マウス７０が後足を前後に動かす動作と連動して、回転部材８２２が支持部材８２４を中心として回転する。回転部材８２２は、支持部材８２４を中心として振り子のように動いてもよい。
【００９８】
本実施形態において、電極８３０の一端は、支持部材８２４により回転部材８２２に固定される。これにより、回転部材８２２がマウス７０の動きに連動して回転すると、電極８３０の他端が、収容部８１０の前後方向（図８における左右方向）に移動する。
【００９９】
本実施形態においては、マウス７０が前に進む動作をすると、マウス７０が後足を前後に動かす動作に連動して、電極８３０の他端と電極８４２とが、接触したり、離れたりする。なお、連動部８２０は、マウス７０が前に進む動作をする場合には、電極８３０の他端が、電極８４４と接触しないように構成されている。一方、マウス７０が後ずさりする動作をすると、マウス７０が後足を前後に動かす動作に連動して、電極８３０の他端と電極８４４とが、接触したり、離れたりする。なお、連動部８２０は、マウス７０が後ずさりする動作をする場合には、電極８３０の他端が、電極８４２と接触しないように構成されている。
【０１００】
本実施形態において、制御回路７５０は、正逆転回路１０５０によりモータ７４０の回転を制御する。電極８３０は、支持部材８２４を介して、電源７６０の一端と電気的に接続されている。電極８３０は、電磁リレー１０４２のスイッチ部分及び電磁リレー１０４４のスイッチ部分を介して、電源７６０の一端と電気的に接続されている。電極８４２及び電極８４４は、電磁リレー１０４２のコイル部分及び電磁リレー１０４４のコイル部分を介して、電源７６０の他端と電気的に接続されている。
【０１０１】
これにより、マウス７０の動きに連動して、電極８３０の他端が電極８４２と接触すると、モータ７４０に電流が流れて、例えば、モータ７４０が正回転する。一方、電極８３０の他端が電極８４４と接触すると、モータ７４０に電流が流れて、例えば、モータ７４０が逆回転する。
【０１０２】
本実施形態において、制御回路７５０が、正逆転回路１０５０によりモータ７４０を制御する場合について説明した。しかしながら、制御回路７５０は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、制御回路７５０は、操縦部７１０により検出されたマウス７０の動作に基づいて、モータ７４０を制御するための制御信号を生成する。制御回路７５０は、制御信号をモータ７４０に送信して、モータ７４０の回転数を制御してもよい。制御信号は、デューティー比を示す信号であってもよい。
【０１０３】
図１１は、移動体制御システム１１００のシステム構成の一例を概略的に示す。移動体制御システム１１００は、義肢１４０の代わりに装軌車両７００を用いた点と、コントローラ１３０がアクチュエータ１４２の代わりにモータ７４０を制御する点とを除いて、補装具制御システム１００と同様の構成を有してよい。移動体制御システム１１００によれば、装軌車両７００の操縦方法を学習したマウス７０の脳細胞からの光をイメージセンサ１１０で検出し、コントローラ１３０がイメージセンサ１１０からの検出信号を解析して、モータ７４０を制御することができる。
【０１０４】
本実施形態において、コントローラ１３０が装軌車両７００に配される場合について説明した。しかしながら、移動体制御システム１１００は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、コントローラ１３０の少なくとも一部が、装軌車両７００の外部に配されてもよい。コントローラ１３０は、無線通信方式のリモートコントローラであってもよい。
【実施例】
【０１０５】
［マウスによる装軌車両７００の操縦］
図１２、図１３及び図１４を用いて、マウスによる装軌車両７００の操縦実験の結果を示す。図１２において、×印は、スタート地点１２１０を示す。また、八角形の枠は、ゴール地点１２２０としての餌場の位置を示す。図１３は、実験１日目の装軌車両７００の軌跡を示す。図１４は、実験７日目の装軌車両７００の軌跡を示す。
【０１０６】
実験は、下記の手順で実施した。まず、空腹状態のマウスを、装軌車両７００の操縦部７１０にセットした。次に、マウスをセットした装軌車両７００をスタート地点１２１０に配置し、ゴール地点１２２０に餌を用意した。その後、装軌車両７００の軌跡をビデオカメラで撮影した。図１３に示されるとおり、実験１日目は、スタート地点の周囲で右往左往しており、所定の時間を経過してもゴール地点に到達することができなかった。一方、図１４に示されるとおり、実験７日目になると、マウス７０は、装軌車両７００の操縦方法を学習し、所定時間内にゴール地点に到達することができた。
【０１０７】
［マウスの脳細胞の光刺激］
図１５及び図１６に、マウスの脳細胞に光刺激を付与した場合における、脳細胞の活動状態の変化を調べた実験の結果を示す。本実施例において、遺伝子操作により、マウスの脳細胞の一部を改変して、光感受性タンパク質を発現させた。光感受性タンパク質を発現させた細胞に、刺激光用ＬＥＤ１２０が出射した特定波長の光を照射することで、当該細胞を興奮させることができるように、光感受性タンパク質及び刺激光用ＬＥＤ１２０からの出射光の波長を選択した。図１５の画像１５０２に示すとおり、イメージセンサ１１０をマウスの脳に密着させて配置した。イメージセンサ１１０は、運動野と感覚野との境界付近に設置した。イメージセンサ１１０の周囲には、複数個の刺激光用ＬＥＤ１２０と、励起光を出射する複数個の励起光用ＬＥＤとを配置した。画像１５０２において、点線で囲まれた領域は、イメージセンサ１１０の撮像領域を示す。画像１５０４は、イメージセンサ１１０により撮像された画像を示す。
【０１０８】
本実施例において、刺激光用ＬＥＤ１２０からのパルス状の刺激光と、励起光用ＬＥＤからの励起光を脳に照射して、脳細胞からの蛍光の強度分布をイメージセンサ１１０により撮影した。また、刺激光の照射時間を変えて、実験を行った。図１６に、位置１５１１、位置１５１２、位置１５１３及び位置１５１５における蛍光強度の経時変化を示す。図１６において、曲線１６１１、曲線１６１２、曲線１６１３及び曲線１６１５は、それぞれ、位置１５１１、位置１５１２、位置１５１３及び位置１５１５における細胞の活動の強度を示す。なお、位置１５１１、位置１５１２、位置１５１３及び位置１５１４は、光感受性タンパク質が発現している領域であり、位置１５１５は、光感受性タンパク質が発現していない領域である。また、位置１５１４の蛍光強度のデータをベースとして利用した。
【０１０９】
図１６に示されるとおり、Ｔ１〜Ｔ３のタイミングにおいて刺激光を照射した場合、照射時間が短く、脳細胞の活動状態が持続しなかった。そこで、Ｔ４のタイミングにおいて、Ｔ１〜Ｔ３の場合よりも長時間にわたって刺激光を照射した。その結果、脳細胞の活動状態が長時間にわたって持続した。これにより、光刺激により、脳細胞の活動を制御できることがわかる。
【０１１０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、技術的に矛盾しない範囲において、特定の実施形態について説明した事項を、他の実施形態に適用することができる。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１１１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  脳、７０  マウス、１００  補装具制御システム、１１０  イメージセンサ、１２０  刺激光用ＬＥＤ、１３０  コントローラ、１４０  義肢、１４２  アクチュエータ、１４４  圧力センサ、２１０  データ処理部、２２０  制御信号生成部、２３０  駆動制御部、２４０  発光制御部、２５０  格納部、３１０  活動情報生成部、３２０  活動パターン決定部、３３０  運動パターン決定部、７００  装軌車両、７１０  操縦部、７２０  取付部、７３０  無限軌道、７４０  モータ、７５０  制御回路、７６０  電源、８１０  収容部、８１２  開口、８２０  連動部、８２２  回転部材、８２３  開口、８２４  支持部材、８２６  ペダル、８２７  開口、８２８  連結部材、８３０  電極、８４２  電極、８４４  電極、９１２  開口、９２０  連動部、９３０  電極、９４２  電極、９４４  電極、１０４２  電磁リレー、１０４４  電磁リレー、１０５０  正逆転回路、１１００  移動体制御システム、１２１０  スタート地点、１２２０  ゴール地点、１５０２  画像、１５０４  画像、１５１１  位置、１５１２  位置、１５１３  位置、１５１４  位置、１５１５  位置、１６１１  曲線、１６１２  曲線、１６１３  曲線、１６１５  曲線
【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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【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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