(57)【要約】【課題】生体にストレスを与えることなく確実に心身状態を向上させることのできる心身状態調整システム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。【解決手段】生体の随意運動に伴う生体リズムを検出する生体リズム検出部１と、生体リズム検出部１で検出された生体リズム情報を記録する生体リズム情報記録部３ａと、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを含有する時系列信号を生成する刺激生成部２ａと、生成された該時系列信号を該生体へ刺激として与える刺激付与部２ｂと、該生体に刺激を与えた状態で検出された有刺激生体リズム情報を記録する有刺激生体リズム情報記録部３ｂと、該生体リズム情報と該有刺激生体リズム情報とに基づいて生体の心身状態の変化を評価する評価部５と、評価部５における評価結果に基づいて刺激付与部２ｂの刺激を変更する刺激変更部６とを備える。【選択図】図２
2009195260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の随意運動に伴う生体リズムを検出する生体リズム検出部と、
該生体リズム検出部にて検出された生体リズムに起因する生体リズム情報を記録する生体リズム情報記録部と、
１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを含有する時系列信号を生成する刺激生成部と、
該刺激生成部で生成された該時系列信号を該生体へ刺激として与える刺激付与部と、
該刺激付与部が該生体に刺激を与えた状態において該生体リズム検出部にて検出された有刺激生体リズムに起因する有刺激生体リズム情報を記録する有刺激生体リズム情報記録部と、
該生体リズム情報記録部に記録された生体リズム情報と該有刺激生体リズム情報記録部に記録された有刺激生体リズム情報とに基づいて、生体の心身状態の変化を評価する評価部と、
該評価部における評価結果に基づいて該刺激付与部の刺激を変更する刺激変更部と
を備えて構成されたことを特徴とする、生体の心身状態調整システム。
【請求項２】
該生体リズム情報記録部に記録された該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報記録部に記録された該有刺激生体リズム情報をそれぞれ粗視化して、該生体リズムの変動を特徴付ける特徴量を算出する粗視化部をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項１記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項３】
該粗視化部が、ダウンサンプリングにより粗視化を行う
ことを特徴とする、請求項２記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項４】
該粗視化部が、一定幅のウィンドウで該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報を時間軸方向に分割し、各ウィンドウから代表値を選出することにより粗視化を行う
ことを特徴とする、請求項２記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項５】
該生体リズム情報記録部に記録された該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報記録部に記録された該有刺激生体リズム情報から該生体リズムの変動を特徴付ける特徴量を抽出する抽出部をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項１記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項６】
該抽出部が、一定幅のウィンドウで該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報を時間軸方向に分割し、ウィンドウ毎に積分することによって該生体リズムの変動を特徴付ける特徴量を抽出する
ことを特徴とする、請求項５記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項７】
該抽出部が、該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報におけるピークトップの間隔を抽出する
ことを特徴とする、請求項５記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項８】
該生体のバイタルサインに含まれる固有生体パターンの情報又は該生体の身体的特徴に含まれる固有生体パターンの情報を記録する固有生体情報記録部をさらに備え、
該刺激生成部が、該固有生体情報記録部に記録された該固有生体パターンの情報と同一のゆらぎを含有する時系列信号を生成する
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項９】
該固有生体情報記録部に記録された該固有生体パターンの情報を粗視化して、該固有生体パターンの変動を特徴付ける特徴量を算出する第二粗視化部をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項８記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１０】
該第二粗視化部が、ダウンサンプリングにより粗視化を行う
ことを特徴とする、請求項８記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１１】
該第二粗視化部が、一定幅のウィンドウで該固有生体パターンの情報を時間軸方向又は空間軸方向に分割し、各ウィンドウから代表値を選出することにより粗視化を行う
ことを特徴とする、請求項８記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１２】
該固有生体情報記録部に記録された該固有生体パターンの情報から該固有生体パターンの変動を特徴付ける特徴量を抽出する第二抽出部をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項８記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１３】
該第二抽出部が、一定幅のウィンドウで該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報を時間軸方向又は空間軸方向に分割し、ウィンドウ毎に積分することによって該固有生体パターンの変動を特徴付ける特徴量を抽出する
ことを特徴とする、請求項１２記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１４】
該第二抽出部が、該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報におけるピークトップの間隔を抽出する
ことを特徴とする、請求項１２記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１５】
該生体リズム検出部が、該生体の歩行運動に伴う生体リズムを検出する
ことを特徴とする、請求項１〜１４の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１６】
該有刺激生体リズム情報記録部が、繰り返しリズム運動時における筋肉の動きを非侵襲的に計測することにより、該有刺激生体リズム情報を生成するように構成された
ことを特徴とする、請求項１〜１５の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１７】
該生体リズム検出部が、繰り返しリズム運動時における筋肉の動きの加速度を用いて該有刺激生体リズム情報を生成しその有刺激生体リズム情報を該有刺激生体リズム情報記録部に記録するように構成された
ことを特徴とする、請求項１〜１６の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１８】
該評価部が、該生体リズム情報と該有刺激生体リズム情報とのうちの少なくとも何れか一方に対し、ゆらぎ解析法を用いてデータ解析を行い、該心身状態の変化を評価する
ことを特徴とする、請求項１〜１７の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項１９】
該評価部が、該有刺激生体リズム情報に対しＤＦＡ解析法を用いてデータ解析を行い、所定の時間スケールにおけるゆらぎの大きさを該心身状態の変化の指標として算出する
ことを特徴とする、請求項１８記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項２０】
該刺激付与部が、リズム音を刺激として該生体に与えるように構成された
ことを特徴とする、請求項１〜１９の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項２１】
該刺激付与部が、該生体の聴覚を用いて該生体に刺激を与えるように構成された
ことを特徴とする、請求項１〜２０の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項２２】
該刺激変更部が、
該評価部の評価に基づいて、複数の刺激データから所定の刺激データを選択することにより、該刺激付与部の刺激を変更するように構成された
ことを特徴とする、請求項１〜２１の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項２３】
該刺激変更部が、
該所定の刺激データの選択に際し、以下の（１）〜（３）の何れかの手段を用いることを特徴とする、請求項２２記載の生体の心身状態調整システム。
（１）該生体自らの好みに応じ該生体により手動で入力される刺激データを選択する手段
（２）予め保持された過去の該複数の刺激データの中から所望のデータを自動的に選択する手段
（３）該評価部で評価された現在の該心身状態に基づいて所望のデータを自動的に選択する手段
【請求項２４】
該生体リズム情報記録部又は該有刺激生体リズム情報記録部が、該評価部に対して取り外し可能に設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜２３の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項２５】
該刺激付与部が、該刺激変更部に対して取り外し可能に設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜２４の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項２６】
該生体リズム検出部が、該生体リズム情報記録部又は該有刺激生体リズム情報記録部に対して取り外し可能に設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜２５の何れか１項に記載の生体の心身状態調整システム。
【請求項２７】
コンピュータを、
生体の随意運動に伴う生体リズムに起因する生体リズム情報を記録する生体リズム情報記録部と、
該生体に、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを含有する時系列信号を刺激として与える刺激付与部と、
該刺激付与部が該生体に刺激を与えた状態において該生体リズム検出部にて検出された有刺激生体リズムに起因する有刺激生体リズム情報を記録する有刺激生体リズム情報記録部と、
該生体リズム情報記録部に記録された生体リズム情報と該有刺激生体リズム情報記録部に記録された有刺激生体リズム情報とに基づいて、生体の心身状態の変化を評価する評価部と、
該評価部における評価結果に基づいて該刺激付与部の刺激を変更する刺激変更部として機能させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体にストレスを与えることなく心身状態を調整する生体の心身状態調整システム及びプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然界における１／ｆゆらぎが快適性やリラクゼーションとの関連で注目を集めている。例えば、豊かな自然を愛でながらリラックスして歩く際の歩行ステップのリズムは、長期に渡って正の相関を有する１／ｆゆらぎを示すことが判明している。これに対し、メトロノームに歩調を合わせるように規則的に歩くと、歩行ステップのリズムから１／ｆゆらぎ性が失われ、anti-correlationと呼ばれる負の相関性（反相関性）を持つリズムを示すようになる。生体リズムの１／ｆゆらぎ性は、人間，社会及び環境がダイナミックに共存共栄する場で典型的に現れるものであり、システム全体のホリスティックな健康度を反映する指標と考えることができる。
【０００３】
「１／ｆゆらぎ」との呼称は、波形のパワースペクトルを描いたときに、パワーと周波数ｆとが逆比例した直線関係になることに由来する。正確には、パワーが周波数ｆの−β乗（ｆ-β＝１／ｆβ）に比例して変化するゆらぎのことを「１／ｆβゆらぎ」と呼ぶが、パワースペクトルの傾きβの大きさにかかわらず、直線的なパワースペクトルを有するゆらぎのことをまとめて「１／ｆゆらぎ」と総称する。
【０００４】
一般に、このような１／ｆゆらぎでは、傾きβ＝１の状態（１／ｆ１ゆらぎの状態）がリラックスして快適な状態に対応し、０≦β＜１の状態が緊張した状態に対応し、β＞１の状態が弛緩した状態に対応すると理解されている。例えば、特許文献１では、心拍変動の時系列波形を周波数解析し、スペクトルを両対数表示させたときの傾きβが１に近い場合に快適状態にあると判断し、傾きβが０に近い状態が不快状態、傾きβが２に近い状態が退屈状態であると判断している。
【０００５】
このような観点から、バイタルサインを始めとして行動的特徴や身体的特徴から得られる波形を解析し、１／ｆゆらぎの傾きβに基づいて心身状態を評価し、あるいは適切な刺激を与えて心身状態を調整する多様な仕組みが提案されている。
例えば、特許文献２には、被験者にヘッドフォンで楽曲を聴かせることで心身状態を調整し、その効果を定量的に評価する技術が開示されている。この技術では、刺激として与えられる音楽の種類によって生体リズムの調整効果が異なることが示されている。しかし、この技術は刺激を与えた結果として変化した被験者の生体リズムを評価するものであるため、一定の調整効果を得るにはさまざまな種類の刺激を試行錯誤しながら与えなければならない。
【０００６】
一方、特許文献３には、車両運転者の精神状態を調整する精神状態調整装置において、平均−１〜−０．６の傾き（β＝0.6〜１に対応）を持つ１／ｆゆらぎ音楽を出力することによって運転環境を制御する構成が開示されている。この技術では、運転者の仮眠時には平均−１の傾き（β＝１）を有する１／ｆゆらぎ音楽で十分なリラックス効果を運転者に与え、一方、オートクルーズ時には平均−０．６の傾き（β＝0.6）を有する１／ｆゆらぎ音楽でやや緊張（軽いリラックス）させている。このように、刺激として与えられる１／ｆゆらぎ音楽の傾きに目標とする運転者の精神状態を同期させることによって、運転者の精神状態を運転環境に適した状態に調整できるとされている。
【特許文献１】特開２００６−１４９４７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１９０１２４号公報
【特許文献３】特開２００７−２１０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の通り、従来の技術ではゆらぎの傾きβが１の状態が健康，快適な状態に対応するものであると捉えられており、βが小さくなる（０に近づく）に連れて緊張した状態へ移行するものと捉えられている。これ以外のゆらぎ、特に傾きβ＞１のゆらぎの意義については明らかになっていない。そのため、例えば被験者の状態を健康，快適な状態にすることを目的とした場合には、与える刺激のゆらぎの傾きβも１に設定されることになる。
【０００８】
しかしながら、本来、傾きβが１のゆらぎには大きな不規則性が含まれており、波形が急激に変化することもある。そのような極度に予測不可能な刺激が生体に作用すると、心身状態に不快感や驚き等の不調がもたらされることがあり、十分なリラックス効果を達成できない場合がある。特に、刺激のゆらぎに対して行動や動作を同調させるような随意運動においては、不随意運動と比較して外部刺激の変動に対する反応性が高く、不調が発生しやすい。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、生体にストレスを与えることなく確実に心身状態を向上させることのできる心身状態調整システム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体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】
【００１０】
本発明者が、生体に与える刺激のゆらぎのリズムの種類と生体が受ける影響との相関性について鋭意研究したところ、随意運動に伴う生体リズムに関しては、傾きβが−１のゆらぎのリズムを持つ刺激を与えた場合よりも、ゆったりとしたゆらぎ（β＞１）のリズムの刺激を与えた方がより効果的であることを見出し、本発明の完成に至った。
請求項１記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、生体の随意運動に伴う生体リズムを検出する生体リズム検出部と、該生体リズム検出部にて検出された生体リズムに起因する生体リズム情報を記録する生体リズム情報記録部と、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを含有する時系列信号を生成する刺激生成部と、該刺激生成部で生成された該時系列信号を該生体へ刺激として与える刺激付与部と、該刺激付与部が該生体に刺激を与えた状態において該生体リズム検出部にて検出された有刺激生体リズムに起因する有刺激生体リズム情報を記録する有刺激生体リズム情報記録部と、該生体リズム情報記録部に記録された生体リズム情報と該有刺激生体リズム情報記録部に記録された有刺激生体リズム情報とに基づいて、生体の心身状態の変化を評価する評価部と、該評価部における評価結果に基づいて該刺激付与部の刺激を変更する刺激変更部とを備えて構成されたことを特徴としている。
【００１１】
なお、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを含有する時系列信号とは、不規則にゆらいだリズム信号であってそのゆらぎの傾きが１よりも大きいものを意味する。
また、請求項２記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１記載の構成において、該生体リズム情報記録部に記録された該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報記録部に記録された該有刺激生体リズム情報をそれぞれ粗視化して、該生体リズムの変動を特徴付ける特徴量を算出する粗視化部をさらに備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項２記載の構成において、該粗視化部が、ダウンサンプリングにより粗視化を行うことを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項２記載の構成において、該粗視化部が、一定幅のウィンドウで該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報を時間軸方向に分割し、各ウィンドウから代表値を選出することにより粗視化を行うことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１記載の構成において、該生体リズム情報記録部に記録された該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報記録部に記録された該有刺激生体リズム情報から該生体リズムの変動を特徴付ける特徴量を抽出する抽出部をさらに備えたことを特徴としている。
また、請求項６記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項５記載の構成において、該抽出部が、一定幅のウィンドウで該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報を時間軸方向に分割し、ウィンドウ毎に積分することによって該生体リズムの変動を特徴付ける特徴量を抽出することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項５記載の構成において、該抽出部が、該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報におけるピークトップの間隔を抽出することを特徴としている。
また、請求項８記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜７の何れか１項に記載の構成において、該生体のバイタルサインに含まれる固有生体パターンの情報又は該生体の身体的特徴に含まれる固有生体パターンの情報を記録する固有生体情報記録部をさらに備え、該刺激生成部が、該固有生体情報記録部に記録された該固有生体パターンの情報と同一のゆらぎを含有する時系列信号を生成することを特徴としている。
【００１５】
生体のバイタルサインに含まれる固有生体パターンの情報とは、脈波，脳波，血圧変動，体温変動といった狭義のバイタルサインのリズムや、歩行，水泳，ダンス，指タッピングのリズムなど、運動に伴って変動する時間的リズムの情報を意味する。
また、生体の身体的特徴に含まれる固有生体パターンの情報とは、生体のＤＮＡ配列のパターンや指紋パターン等の空間的パターンの情報を意味する。
【００１６】
また、請求項９記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項８記載の構成において、該固有生体情報記録部に記録された該固有生体パターンの情報を粗視化して、該固有生体パターンの変動を特徴付ける特徴量を算出する第二粗視化部をさらに備えたことを特徴としている。
また、請求項１０記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項８記載の構成において、該第二粗視化部が、ダウンサンプリングにより粗視化を行うことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１１記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項８記載の構成において、該第二粗視化部が、一定幅のウィンドウで該固有生体パターンの情報を時間軸方向又は空間軸方向に分割し、各ウィンドウから代表値を選出することにより粗視化を行うことを特徴としている。
例えば、該固有生体パターンが時間的に変動するリズムである場合には、時間軸方向に分割すればよい。一方、該固有生体パターンが時間的にほとんど変動しない空間的パターンである場合には、空間軸方向に分割すればよい。
【００１８】
また、請求項１２記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項８記載の構成において、該固有生体情報記録部に記録された該固有生体パターンの情報から該固有生体パターンの変動を特徴付ける特徴量を抽出する第二抽出部をさらに備えたことを特徴としている。
また、請求項１３記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１２記載の構成において、該第二抽出部が、一定幅のウィンドウで該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報を時間軸方向又は空間軸方向に分割し、ウィンドウ毎に積分することによって該固有生体パターンの変動を特徴付ける特徴量を抽出することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１４記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１２記載の構成において、該第二抽出部が、該生体リズム情報及び該有刺激生体リズム情報におけるピークトップの間隔を抽出することを特徴としている。
また、請求項１５記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜１４の何れか１項に記載の構成において、該生体リズム検出部が、該生体の歩行運動に伴う生体リズムを検出することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１６記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜１５の何れか１項に記載の構成において、該有刺激生体リズム情報記録部が、繰り返しリズム運動時における筋肉の動きを非侵襲的に計測することにより、該有刺激生体リズム情報を生成するように構成されたことを特徴としている。
また、請求項１７記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜１６の何れか１項に記載の構成において、該生体リズム検出部が、繰り返しリズム運動時における筋肉の動きの加速度を用いて該有刺激生体リズム情報を生成しその有刺激生体リズム情報を該有刺激生体リズム情報記録部に記録するように構成されたことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１８記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜１７の何れか１項に記載の構成において、該評価部が、該生体リズム情報と該有刺激生体リズム情報とのうちの少なくとも何れか一方に対し、ゆらぎ解析法を用いてデータ解析を行い、該心身状態の変化を評価することを特徴としている。
また、請求項１９記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１８記載の構成において、該評価部が、該有刺激生体リズム情報に対しＤＦＡ解析法を用いてデータ解析を行い、所定の時間スケールにおけるゆらぎの大きさを該心身状態の変化の指標として算出することを特徴としている。
【００２２】
なお、ここでいうゆらぎの大きさとは、所定の時間スケールaにおける変動関数F(n)の値F(a)を意味する。変動関数F(n)とは、有刺激生体リズム情報を時系列データと見立てて幅nの複数の区間（この区間のことをウィンドウと呼ぶ）に分割するとともに、各々の区間で得られた局所的なトレンドと実データとの最小二乗誤差（分散）を算出して得られる関数であり、幅nと分散値との相関関係を示すものである。なお、トレンドとは、各区間の実データに対しm次の曲線（m=0,1,2,…）を最小二乗法によりあてはめたものをいう。
【００２３】
また、請求項２０記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜１９の何れか１項に記載の構成において、該刺激付与部が、リズム音を刺激として該生体に与えるように構成されたことを特徴としている。
また、請求項２１記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜２０の何れか１項に記載の構成において、該刺激付与部が、該生体の聴覚を用いて該生体に刺激を与えるように構成されたことを特徴としている。
【００２４】
また、請求項２２記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜２１の何れか１項に記載の構成において、該刺激変更部が、該評価部の評価に基づいて、複数の刺激データから所定の刺激データを選択することにより、該刺激付与部の刺激を変更するように構成されたことを特徴としている。
また、請求項２３記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項２２記載の構成において、該刺激変更部が、該所定の刺激データの選択に際し、以下の（１）〜（３）の何れかの手段を用いることを特徴としている。
（１）該生体自らの好みに応じ該生体により手動で入力される刺激データを選択する手段
（２）予め保持された過去の該複数の刺激データの中から所望のデータを自動的に選択する手段
（３）該評価部で評価された現在の該心身状態に基づいて所望のデータを自動的に選択する手段
また、請求項２４記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜２３の何れか１項に記載の構成において、該生体リズム情報記録部又は該有刺激生体リズム情報記録部が、該評価部に対して取り外し可能に設けられていることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項２５記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜２４の何れか１項に記載の構成において、該刺激付与部が、該刺激変更部に対して取り外し可能に設けられていることを特徴としている。
また、請求項２６記載の本発明の生体の心身状態調整システムは、請求項１〜２５の何れか１項に記載の構成において、該生体リズム検出部が、該生体リズム情報記録部又は該有刺激生体リズム情報記録部に対して取り外し可能に設けられていることを特徴としている。
【００２６】
また、請求項２７記載の本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、生体の随意運動に伴う生体リズムに起因する生体リズム情報を記録する生体リズム情報記録部と、該生体に、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを含有する時系列信号を刺激として与える刺激付与部と、該刺激付与部が該生体に刺激を与えた状態において該生体リズム検出部にて検出された有刺激生体リズムに起因する有刺激生体リズム情報を記録する有刺激生体リズム情報記録部と、該生体リズム情報記録部に記録された生体リズム情報と該有刺激生体リズム情報記録部に記録された有刺激生体リズム情報とに基づいて、生体の心身状態の変化を評価する評価部と、該評価部における評価結果に基づいて該刺激付与部の刺激を変更する刺激変更部として機能させるためのプログラムが記録されている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の生体の心身状態調整システム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体（請求項１，２７）によれば、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆったりとしたゆらぎを含有する時系列信号が刺激として与えられるため、生体に違和感を与えることなく速やかに１／ｆ性を回復させることができる。また、その効果を客観的，定量的に把握することができる。
【００２８】
また、本発明の生体の心身状態調整システム（請求項２〜４）によれば、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報の特徴量を算出する粗視化部を備えたことにより、生体リズムの変動の特徴を正確に把握することができる。また、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報を離散化することにより、小さな情報量で必要な特徴を容易に捉えることができる。
【００２９】
また、本発明の生体の心身状態調整システム（請求項５〜７）によれば、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報の特徴量を抽出する抽出部を備えたことにより、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報を加工して新たな指標となる特徴量を取り出すことができ、正確な特徴を把握することができる。
また、本発明の生体の心身状態調整システム（請求項８）によれば、固有生体パターンの情報と同一のゆらぎを含有する時系列信号を刺激として付与することにより、生体が同期しやすいゆらぎを含んだ刺激が与えられることになり、生体リズムの回復効率を向上させることができる。
【００３０】
また、本発明の生体の心身状態調整システム（請求項９〜１１）によれば、固有生体パターンの特徴量を算出する第二粗視化部を備えたことにより、固有生体パターンの変動の特徴を正確に把握することができる。また、固有生体パターンを離散化することにより、小さな情報量で必要な特徴を容易に捉えることができる。
また、本発明の生体の心身状態調整システム（請求項１２〜１４）によれば、固有生体パターンの特徴量を抽出する第二抽出部を備えたことにより、固有生体パターンを加工して新たな指標となる特徴量を取り出すことができ、正確な特徴を把握することができる。
【００３１】
また、本発明の生体の心身状態調整システム（請求項１５〜１８，２０〜２６）によれば、生体の身体を拘束することなく心身状態を評価して、心身状態を回復させることができる。
また、本発明の生体の心身状態調整システム（請求項１９）によれば、生体の心身状態の変化の指標としてゆらぎの大きさを参照することにより、パワースペクトルの傾きβだけでは把握しきれない心身状態の健全度を把握することができ、より信頼性の高い評価及び調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図９は本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムを示すもので、図１は本システムの使用態様を説明するための模式図、図２は本システムの全体構成を示すブロック図である。また、図３は本システムにおいて被験者の歩行運動時の心身状態を確認するための制御内容を示すフローチャート、図４は本システムにおいて被験者に刺激を与えた場合の制御内容を示すフローチャート、図５は本システムにおいて固有生体パターンの情報から刺激を生成するための制御内容を示すフローチャートである。
【００３３】
また、図６は本システムの第一実施例に係る制御作用を説明するためのグラフであり、（ａ）は生体の歩行リズムに内在する非線形構造を示す変動関数F(n)を描いた対数プロットグラフ、（ｂ）は（ａ）のグラフの傾きを示す対数プロットグラフである。また、図７は本システムの第一実施例に係る効果を説明するためのグラフであり、（ａ）はα＝0.1（β＝-0.8）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果、（ｂ）はα＝0.5（β＝0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果、（ｃ）はα＝1.0（β＝1.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果、（ｄ）はα＝1.5（β＝2.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果である。
【００３４】
図８は本システムの第二実施例に係る制御作用を説明するためのグラフであり、（ａ）は生体の指タッピング動作のリズムに内在する非線形構造を示す変動関数F(n)を描いた対数プロットグラフ、（ｂ）は（ａ）のグラフの傾きを示す対数プロットグラフである。また、図９は本システムの第二実施例に係る効果を説明するためのグラフであり、（ａ）はα＝0.1（β＝-0.8）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果、（ｂ）はα＝0.5（β＝0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果、（ｃ）はα＝1.0（β＝1.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果、（ｄ）はα＝1.5（β＝2.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果である。
【００３５】
［概要］
本心身状態調整システムは、特定のゆらぎを含有する刺激を被験者（生体）に与え、その被験者に刺激のタイミングと同調するリズムで随意運動を行ってもらうことで、被験者の心身状態を調整するものである。
ここでいう特定のゆらぎとは、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを意味している。つまり、本システムにおける刺激とは、１／ｆβ（β＞１）にゆらいだ時系列のリズム信号である。例えば、音（音楽やリズム音等），力学的振動，電磁波，光（画像パターンや映像等），匂い物質，味物質といった生体の五感に働きかけるリズム信号（あるいはそれらの組合せ）であって、時間的な変動成分を含むものである。
【００３６】
刺激の種類は心身状態の調整作業の前に予め設定されたものとしてもよいし、あるいは、被験者の個体差を考慮して被験者毎に異なるものを用意してもよい。
また、ここでいう随意運動とは、被験者の身体の一部を意識的に動かす運動を意味しており、意識的ではない不随意運動（例えば心臓の拍動や脳波，内臓の運動等）と対立する運動種別である。随意運動の具体例としては、歩行，走行，手足の運動，咀嚼（顔の筋肉の運動），発声（声帯運動）等が挙げられる。なお、ウェイトトレーニングやサイクリング，ボートこぎ動作，車両運転操作等のように、道具や器具，機械を用いた運動であってもよい。
【００３７】
［構成］
以下の説明では適宜、被験者にゆらいだリズム音を聴かせるとともに、そのリズム音に同期するように歩行してもらった場合を想定して、本心身状態調整システムの具体例を記述する。
図１に示すように、本心身状態調整システムは、データ処理装置１０及び携帯オーディオ装置２０を備えて構成される。携帯オーディオ装置２０は、被験者の聴覚に作用するリズム音を発生させるための装置である。また、データ処理装置１０は、被験者の心身状態に関する生体リズムを検出して心身状態を評価し、この評価に基づくフィードバックを行うとともに、携帯オーディオ装置２０を制御して被験者にリズム音の刺激を付与するものである。
【００３８】
本実施形態では、携帯オーディオ装置２０を被験者の頭部に装着させるとともにデータ処理装置１０を腰部に取り付けた状態で歩行運動させて、被験者の心身状態を調整するようになっている。
図２に詳細に示すように、データ処理装置１０は、生体リズム検出部１，刺激情報処理部２，生体リズム情報処理部１１及び固有生体情報処理部１２を備えて構成されている。
【００３９】
［１．生体リズム検出部］
生体リズム検出部１とは、被験者の随意運動に伴う繰り返しのリズム運動を非侵襲的に計測するものであり、本実施形態では小型の加速度センサが用いられている。ここでは、被験者の動きの加速度変動を検出している。なお、生体リズムを検出するデバイスであればどのようなセンサを用いてもよい。
【００４０】
この加速度センサは、ピエゾ素子のピエゾ効果を利用したセンサであって、三次元空間における加速度のｘ軸，ｙ軸及びｚ軸方向の三成分の加速度信号をそれぞれ検出する。また、検出した各加速度信号を電圧信号に変換し、さらに元の生体リズムを再現するのに十分なサンプリングレートのディジタル信号に変換して、生体リズム情報処理部１１及び固有生体情報処理部１２へ出力する。加速度センサの種類は、測定対象や目的に合わせて一軸〜三軸のものを任意に用いてよいが、移動時における鉛直方向，水平前後方向及び水平左右方向の三方向へ作用する加速度を検出するための三軸加速度センサを用いるのが好ましい。
【００４１】
なお、この加速度センサをデータ処理装置１０から独立した一装置として構成し、データ処理装置１０から適宜取り外すことができるようしてもよい。この場合、加速度センサとデータ処理装置１０との接続携帯は任意であり、例えば有線接続でもよいし、無線通信での接続としてもよい。
生体リズム検出部１の取付け位置は、随意運動に伴う生体リズムを検知できる部位であって被験者に違和感を与えることがなければ特に制限はない。歩行動作や走行動作のように、長距離に渡る全身の空間的移動を伴う随意運動を計測する場合は、携帯性の観点から、生体リズム検出部１（あるいは、生体リズム検出部１を含んで一体形成されたデータ処理装置１０）を、被験者が普段身につけているもの、例えば、眼鏡，帽子，服，靴，ベルト，時計，鞄，アクセサリー，携帯電話，携帯オーディオ機器等に装着するとよい。
【００４２】
［２．生体リズム情報処理部］
生体リズム情報処理部１１とは、生体リズム検出部１で検出されたリズム運動から被験者の生体リズムを取り出して評価する電子制御装置である。これらの機能は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等が協働することにより実現されており、具体的な制御内容はデータ処理装置１０内の図示しない記憶装置にコンピュータプログラムとして記憶されている。この生体リズム情報処理部１１は、情報記録部３，特徴把握部４，評価部５及び刺激変更部６を備えて構成されている。
【００４３】
［２−１．情報記録部］
情報記録部３は、生体リズム検出部１から入力されたディジタル信号を生体リズムの原波形データとして保持するものであり、例えばＲＡＭ等によってその機能を実現している。また、情報記録部３は、生体リズム情報記録部３ａ及び有刺激生体リズム情報記憶部３ｂという二つの記憶部を有している。生体リズム情報記録部３ａは刺激を与えられていない状態の被験者から得られた原波形データを記録するものであり、一方、有刺激生体リズム情報記録部３ｂは刺激を与えられた状態の被験者から得られた原波形データを記録するものであり、繰り返しリズム運動時における筋肉の動きを非侵襲的に計測することにより、有刺激生体リズム情報を生成する。
【００４４】
このように、二種類の原波形データを保持することにより、刺激による生体リズムへの影響の度合いを把握することができるようになっている。以下、生体リズム情報記録部３ａに記録されている原波形データのことを生体リズム情報と称し、有刺激生体リズム情報記録部３ｂに記録されている原波形データのことを有刺激生体リズム情報と称す。
【００４５】
［２−２．特徴把握部］
特徴把握部４は、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報の各々に対して、被験者の生体リズムの変動を特徴付ける特徴量を取り出す演算を行うものである。ここでいう特徴量とは、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報に内在する非線形構造を解析するための時系列データを意味する。この特徴把握部４は、粗視化部４ａ及び抽出部４ｂを備えて構成されている。
【００４６】
粗視化部４ａとは、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報を粗視化することによって特徴量を算出するものである。粗視化とは、系の中から特徴的な代表点を選び出す操作のことであり、主に以下の三種類の手法が用いられる。
(A1)ダウンサンプリング操作
(A2)生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報を一定幅のウィンドウで時間軸方向に分割し、各ウィンドウから代表点（平均値，最大値，積分値等）を選び出す操作
(A3)ピーク点選出操作
【００４７】
一方、抽出部４ｂは、生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報に演算処理を施すことによって特徴量を抽出するものである。抽出部４ｂでの演算手法としては、以下のものが挙げられる。
(B1)ピーク間隔演算操作
(B2)生体リズム情報及び有刺激生体リズム情報の時系列データを積分する操作
【００４８】
本実施形態では、抽出部４ｂにおいて上記の(B1)の手法が採用されて、以下のような手順で特徴量が抽出されるようになっている。
(C1)「始点」として、波形のスタート地点近辺の最大データ点（ピーク点）を得る。
(C2)上記(C1)で求めたピーク点から、およそ0.5秒後（一歩の移動時間に相当）の近傍において、再び最大値になる点を検索する。その点が２番目のピーク点になる。
(C3)以上の操作を繰り返してピーク点の時系列データを得る。
(C4)隣接するピーク点の時間差を演算してピーク間隔の時系列データを得る。
【００４９】
この手順で得られたピーク間隔の時系列は、右足−左足間及び左足−右足間の歩行間隔の時系列となる。また、上記の手順(C2)で検索する最大値の点の位置をおよそ１秒後（二歩の移動時間に相当）の近傍とすれば、左右何れか一方の足の動きのみに着目した時系列データを得ることができる。
このように、特徴把握部４は特徴量の時系列データを生成するように機能している。
【００５０】
［２−３．評価部］
評価部５は、特徴把握部４で取り出された特徴量を用いて被験者の心身状態を評価するものである。ここでは、ゆらぎ解析の手法を用いて特徴量のゆらぎの状態を解析し、心身状態を評価する。
ここでいう「ゆらぎの状態」とは、特徴把握部４で得られた特徴量の時系列信号が刻々と変化する際に観察される僅かな波形のズレ（部分的に不規則な時間的変化）のことを指している。
【００５１】
例えば、歩行間隔時間の時系列データだけでなく、呼吸数や心拍数，脳波等のバイタルサインを時系列データとした場合にも、それらの波動のピーク間隔や周期，ピーク値は一定ではなく、複雑な変動を示すことが知られている。一方で、このような不規則に見える複雑な変動の中から、その挙動を支配していると考えられる構造を解析するための数々の手法が提案されている。評価部５は、これらのような手法を利用して、時系列データのゆらぎの度合いを観察することにより、その変動の背後に存在すると考えられる非線形構造を解析し評価するものである。なお、特徴量のピーク間隔時間のゆらぎを観察する代わりに、特徴量の値の大きさのゆらぎを観察してもよい。
【００５２】
具体的な解析手法としては、スペクトル解析（ＦＦＴ解析），フラクタル解析（マルチフラクタル解析，ＤＦＡ解析等），カオス解析及びウェイブレット解析等の公知の解析手法が挙げられるが、ここでは、フラクタル解析法の一つであるＤＦＡ解析について詳述する。
ＤＦＡ解析の手法は、時系列データの長期相関特性を解析するための手法の一つである。本実施形態では、ピーク間隔時間のウィンドウサイズnに関するゆらぎの度合いを示す関数として、変動関数F(n)を演算している。変動関数F(n)とは、時系列データを幅nの複数の区間（この区間のことをウィンドウと呼ぶ）に分割した各々の区間における、局所的なトレンドと実データとの最小二乗誤差（分散）のことを意味しており、以下の式（１）〜（３）に基づいて演算される。なお、変動関数F(n)のグラフ形状は、ピーク間隔時間のゆらぎのパターンに対応した形状となる。
【００５３】
【数１】
2009195260.tif 000003
【００５４】
ここで、トレンドとは、各区間の実データにm次の曲線（m=0,1,2,…）を最小二乗法によりあてはめたものをいう。すなわち、１つの時間波形が有する平均値，分散値等の２次の統計量が時間とともに、徐々に増加（減少）すること（時間的推移）を意味する。一般に、多人数からステップ時間のサンプル波形データを得た後には、データ解析の正確を期すため、それらのサンプル波形データの統計量についてのアンサンブル平均を得るべきであるが、この作業は困難である。そこで、一個のサンプル波形データから統計量を得て近似値として使用し、統計量を得ることになる。しかし、このサンプル波形データが非定常である一方、近似値を使用できる条件は弱定常性（又は強定常性）である。したがって、これを満たすように原波形データからトレンド成分を除去する必要がある。
【００５５】
また、他の取得方法としては、そのピーク位置に対応して前後方向の加速度波形に急激な変化が現れることを利用して、その加速度波形が最も急激に変化する個所を抽出しその間隔を求めて歩行間隔としてもよい。
ウィンドウサイズnの対数log10n及び変動関数F(n)の対数log10F(n)を、横軸及び縦軸にプロットしたもののことをＤＦＡプロットと呼ぶ。一般に、ＤＦＡプロットを直線にあてはめたときの傾きαは、元の時系列データx(i)のフラクタル指数に等しい。また、理想的な条件ではＤＦＡプロットの傾きαと元の時系列データx(i)のゆらぎの傾きβとの間に、β＝２α−１が成立する。したがって、ＤＦＡプロットの傾きαから元の時系列データx(i)のゆらぎの傾きβを求めることができる。
【００５６】
なお、元の時系列データx(i)が長期の相関を持った時系列データであれば、ＤＦＡプロットの傾きαは0.5〜１の直線となり、ホワイトノイズであれば傾きαが0.5の直線となり、また、ブラウンノイズであるときは傾きαが1.5の直線となることが知られている。そして、理想的な１／ｆゆらぎの場合には傾きαが１となる。
上述のＤＦＡ解析の手法は適用性の高いフラクタル解析法であるが、ＤＦＡプロットに一本の直線をあてはめることが困難な場合も考えられる。これは、時間スケールに依存した複数個のフラクタル指数を持つ変動成分が元の時系列データx(i)に混在している場合に生じうる。その場合、ＤＦＡプロットを微分して局所的な傾き（局所的なα）を算出し、適当な時間スケール領域におけるαを全体の代表値として選択するとよい。
【００５７】
あるいは、ＤＦＡ解析の手法ではなく、マルチフラクタル解析の手法を用いることも一案である。マルチフラクタル解析は、時系列データの局所的なフラクタル指数が時間軸上にどのようなフラクタル次元で分布しているかを算出するものである。したがって、この手法で得られたマルチフラクタルスペクトルの極大値に相当するフラクタル指数を代表値として選択すればよい。
【００５８】
評価部５は、以上のような演算に基づき、以下の二種類の評価基準を用いて被験者の心身状態を評価する。
(D1)傾きβが１に近いほど、心身状態が良好である
(D2)所定のウィンドウサイズn0における歩行リズムのゆらぎの大きさ〔変動関数の大きさF(n0)〕が小さいほど、心身状態が良好である
上記の(D1)の評価では、有刺激生体リズム情報の時系列データの傾きβと理想的な１／ｆゆらぎの場合の傾きとの差を算出して、ゆらぎの傾きβに関する理想的な心身状態からの乖離度（第一評価値）を数値化する。あるいは、生体リズム情報の時系列データの傾きβと有刺激生体リズム情報の時系列データの傾きβとを比較して、傾きが１に近づいていることを以て、心身状態が良好であると判断してもよい。
【００５９】
また、上記の(D2)の評価では、ゆらぎの大きさF(n0)と予め設定された所定閾値との差を算出して、ゆらぎの大きさF(n0)に関する理想的な心身状態からの乖離度（第二評価値）を数値化するようになっている。ここで演算された第一評価値及び第二評価値は、図示しない記憶装置や後述する刺激データベース２ｃに記録されるようになっている。
また、評価部５は、第一評価値及び第二評価値の大きさに基づいて被験者の心身状態を評価するようになっている。ここで、心身状態の評価とは、「リラックスしている」，「ストレスを感じている」等の心身状態又は健康度を細分化したデータを得ることを意味し、各心身状態を段階的に数値化して、被験者がどの段階の心身状態にあるかを検査することを意味している。例えば、解析者が予め心身状態について、「リラックスしている」は段階１、「ややリラックスしている」は段階２、「ややストレスを感じている」は段階３、「ストレスを感じている」は段階４であると割り当てて分類するのである。また、この分類は一例であって、分類をさらに細分化する等、種々変更して実施できる。なお、評価部５には第一評価値及び第二評価値の大きさと心身状態の評価の段階とを対応マップが予め設定されている。
【００６０】
［２−４．刺激変更部］
刺激変更部６は、後述する刺激情報処理部２で選択された刺激の種類を変更するものである。ここでは、被験者に付与される刺激の変更手法として、以下の二通りの方法が用意されている。なお、本実施形態では、(E2)の方法で刺激が選択されるようになっている。
(E1)被験者が自らの好みにより刺激を選択する方法
(E2)データ処理装置１０が自動的に刺激を選択する方法
(E3)評価部で評価された現在の心身状態に基づいて所望のデータを自動的に選択する方法
【００６１】
(E2)の方法では、評価部５で評価された被験者の心身状態に応じて刺激変更部６が刺激情報処理部２を制御して、刺激の種類を変更（例えばリズム音の種類を変更）させ、あるいは変調（リズム音の音階やテンポを変更）させる。例えば、第一評価値及び第二評価値がともに大きく、理想的な心身状態から大きく乖離している場合に、刺激を変更するようになっている。これらの変更又は変調はフィードバック性を有するので、このフィードバック性によって、効果的な心身状態の調整が実現される。
【００６２】
なお、(E1)の方法では、データ処理装置１０に付設された図示しない入力装置を介して被験者が好みのリズム音を選択できるようにしておけばよい。この場合、刺激変更部６は、被験者に選択されたリズム音を出力するように、刺激情報処理部２を制御する。
【００６３】
［３．固有生体情報処理部］
固有生体情報処理部１２とは、個々の被験者の身体に本来備わっている時間的，あるいは空間的ゆらぎ（非線形構造）を把握するためのものである。例えば、ＤＮＡ塩基配列や指紋形状，掌紋形状等は個々の生体に本来的に備わっている固有情報であることが知られている。より身近な例では、声紋の分布（声帯の運動特性）や野球ボールのピッチング動作，貧乏揺すり，鉛筆回しといった体動の癖など、生体に固有の運動リズムが観察される例は枚挙に暇がない。これらの事象に鑑みれば、生体の動作の実施的な主体である筋肉組織やその動作を制御する神経組織、あるいはそれら全体を司る脳の制御パターンの中にも、個々の生体が生まれながらに持っている固有のゆらぎの構造が存在するものと推認される。
【００６４】
一方、生体リズムには、ゆらぎを含んだ外部刺激に対する同調作用が認められる。したがって、生体に固有のゆらぎ構造を含んだリズムを刺激として付与することで、それとは異なるゆらぎ構造の刺激を付与するよりも生体リズムを容易に同期させることができ、心身状態を調整しやすくすることが可能となる。
固有生体情報処理部１２は、固有生体情報記録部７，第二特徴把握部８及び第二評価部９を備えて構成されている。固有生体情報記録部７は、生体のバイタルサインに含まれる固有生体パターンの情報や、生体の身体的特徴に含まれる固有生体パターンの情報を記録するものである。
【００６５】
バイタルサインに含まれる固有生体パターンの情報とは、脈波，脳波，血圧変動，体温変動といった狭義のバイタルサインのリズムや、歩行，水泳，ダンス，指タッピングのリズムなど、運動に伴って変動する時間的変動リズムの情報を意味する。したがって、例えば生体リズム検出部１で検出された生体リズム（あるいは、生体リズム情報記録部３ａに記録された生体リズム情報）を流用して、固有生体パターンの情報とすることが可能である。無論、公知の方法を利用して固有生体パターンの情報を予め取得しておいてもよい。
【００６６】
また、生体の身体的特徴に含まれる固有生体パターンの情報とは、生体のＤＮＡ塩基配列のパターンや指紋パターン，掌紋パターン等の空間的変動パターンの情報を意味する。この場合、図示しないパターン検出装置を用いて予め被験者の身体的特徴を検出しておき、固有生体パターンの情報として記録しておくとよい。
第二特徴把握部８は、固有生体情報記録部７に記録された固有生体パターン情報から、その時間的あるいは空間的変動を特徴付ける特徴量を取り出す演算を行うものである。第二特徴把握部８は、第二粗視化部８ａ及び第二抽出部８ｂを備えて構成されている。
【００６７】
第二粗視化部８ａとは、固有生体パターンの情報を粗視化することによって特徴量を算出するものである。一方、第二抽出部８ｂは、固有生体パターンの情報に演算処理を施すことによって特徴量を抽出するものである。第二特徴把握部８の機能は、情報記録部３に記録された情報の中から特徴量を取り出す特徴把握部４の機能と同様であり、例えば前述の手法(A1)〜(A3)，(B1)〜(B2)や手順(C1)〜(C4)が流用されている。
【００６８】
第二評価部９は、第二特徴把握部８で取り出された特徴量を用いて被験者の固有生体パターンのゆらぎの状態を解析するものである。この第二評価部９での解析手法は、評価部５での解析手法と同様であり、例えば、フラクタル解析（ＤＦＡ解析）を実施してゆらぎの傾きβ0を算出する。
なお、固有生体パターンが時間的変動パターンの情報である場合には、時間軸方向にウィンドウをn分割し、ウィンドウサイズnに関するゆらぎの度合いを示す変動関数F(n)を演算する。固有生体パターンが空間的変動パターンの情報である場合には、空間軸方向にウィンドウをn分割すればよい。
第二評価部９で得られたゆらぎの傾きβ0は、言わば固有生体パターンの情報に隠されていた被験者固有のゆらぎの構造を示している。ここで得られたゆらぎの傾きβ0は、刺激情報処理部２へと出力されるようになっている。
【００６９】
［４．刺激情報処理部］
刺激情報処理部２は、被験者に付与される刺激の内容を制御するものであり、刺激生成部２ａ，刺激付与部２ｂ及び刺激データベース２ｃを備えて構成されている。
【００７０】
刺激生成部２ａは、以下の２種類の機能を備えている。
(F1)１／ｆβ（β＞１）で表されるゆらぎを含有する時系列信号をランダムに生成する
(F2)固有生体情報処理部で得られたゆらぎの傾きβ0に基づいて時系列信号を生成する
上記(F1)は、１／ｆゆらぎよりもやや変動が穏やかなゆらぎを含む時系列信号を自動生成するものであり、例えば公知の演算手法を用いて、ゆらぎの傾きβが２であるリズム音を自動的に生成する。
【００７１】
上記(F1)では傾きβ＝２のリズム音が生成されるのに対して、上記(F2)では、固有生体情報処理部１２で得られたゆらぎの傾きβ0と同一の傾きを持ったリズム音が生成される。例えば、被験者固有のゆらぎの傾きβ0が1.2であれば、固有生体パターンの特徴量の時系列データをそのまま刺激の時系列信号に流用する。つまり、リズム音のゆらぎの傾きβも1.2とする。このように、被験者の生体が同期しやすいゆらぎを有する刺激が自動生成されている。なお、被験者固有のゆらぎの傾きβ0が１よりも小さい場合には、固有生体パターンの特徴量の時系列データに対し公知の演算処理を施して、傾きβ0が１よりも大きくなるようにデータ加工を施すようになっている。
【００７２】
また、刺激生成部２ａは、新たに生成したリズム音の時系列信号を刺激データベース２ｃに追記するようになっている。
一方、刺激データベース２ｃは、予め生成された複数のリズム音を記録し、かつ、新たなリズム音を追記可能なデータベースである。この刺激データベース２ｃには、ゆらぎの傾きβが各リズム音，楽曲に対応付けられた形式で記録されている。なお、刺激データベース２には、さまざまな音色，音階，テンポのリズム音が記録されている。ゆらぎの傾きβについては、全てβ＞１のゆらぎを含むものとなっている。
【００７３】
また、刺激データベース２ｃには、生体リズム情報処理部１１の評価部５で得られた第一評価値及び第二評価値が、各リズム音及び被験者に関連づけられた状態で記録されるようになっている。実際に刺激を付与した際の第一評価値及び第二評価値を追記，更新することで、刺激に対する被験者の応答性を加味した判断や制御ができるようになっている。
刺激付与部２ｂは、被験者へ付与される刺激となるリズム音の時系列信号を携帯オーディオ装置２０に出力するものである。ここでは、出力されるリズム音の時系列信号を選択する手法としては、以下の二通りが考えられる。本実施形態では、(G1)の方法が採用されている。
(G1)刺激生成部２ａで生成されたリズム音の時系列信号を出力する方法
(G2)刺激データベース２ｃに記録されたリズム音から一つを選択し、その時系列信号を出力する方法
【００７４】
［フローチャート］
［１．心身状態の評価］
心身状態の評価方法及び同調整方法について、図３〜図５を参照して詳述する。
図３は、被験者の歩行運動時の心身状態を確認するための制御内容を示すフローチャートである。
ステップＡ１０では、携帯オーディオ装置２０を被験者の頭部に装着させ、歩行運動させる。ここではまだ被験者に刺激が付与されていない。生体リズム検出部１において、被験者の歩行運動に伴って発生する加速度変動が検出され、生体リズム情報が生体リズム情報処理部１１へ入力される。この生体リズム情報は、生体リズム信号記録部３ａに記録される。
【００７５】
ステップＡ２０では、特徴把握部４において、生体リズム情報から特徴量が取り出される。ここでは、歩行運動の原波形データに粗視化処理やその他の演算処理が施され、生体リズムの特徴量が取り出されて、ピーク間隔の時系列データが生成される。
ステップＡ３０では、評価部５において、ステップＡ２０で生成された特徴量の時系列データがゆらぎ解析され、変動関数F(n)が算出されるとともにゆらぎの傾きβが算出される。ここで算出される変動関数F(n)のグラフ形状は、被験者の通常運動時におけるゆらぎのパターンに対応した形状となる。そして、ステップＡ４０では、評価部５において、第一評価値及び第二評価値が算出され、心身状態の評価がなされる。ここでは例えば、上記の(D1)，(D2)の評価基準に則った評価がなされる。
【００７６】
［２．刺激の評価］
図４は、被験者に刺激を与えた場合の制御内容を示すフローチャートである。図４中に記号Ａを付したフローは図３に示すステップＡ１０〜Ａ４０と同一であり、刺激が付与されていない状態の変動関数F(n)及び傾きβを算出し、第一評価値及び第二評価値を算出するためのものである。一方、図４中に記号Ｂを伏したステップＢ１０〜Ｂ４０のフローは、刺激が付与されている状態の変動関数F(n)及び傾きβを算出するためのものである。なお、Ａフロー及びＢフローの実施順序は任意である。
【００７７】
ステップＢ１０では、携帯オーディオ装置２０から刺激となるリズム音を出力し、被験者にそのリズム音と同期するリズムで歩行運動させる。生体リズム検出部１では加速度変動が検出され、有刺激生体リズム信号記録部３ａに記録される。なお、ここで被験者に付与されるリズム音のゆらぎの傾きβは１よりも大きくなっている。これにより、ゆったりとゆらいだ刺激が被験者に作用することになる。
【００７８】
続くステップＢ２０では、特徴把握部４において、有刺激生体リズム信号の特徴量が取り出され、ピーク間隔の時系列データが生成される。そしてステップＢ３０では、評価部５において、刺激が付与された状態での変動関数F(n)及び傾きβが算出される。また、ステップＢ４０では、評価部５において、第一評価値及び第二評価値が算出され、心身状態の評価がなされる。
【００７９】
ステップＢ５０では、ステップＡ４０で算出された第一評価値及び第二評価値とステップＢ４０で算出された第一評価値及び第二評価値に基づいて、刺激の効果が評価される。例えば、刺激付与前よりも刺激付与後の第一評価値及び第二評価値がともに小さくなっていれば、ステップＢ６０へ進んで「効果あり」と判定される。一方、刺激付与後の第一評価値及び第二評価値の何れかが刺激付与前よりも大きくなっていれば、ステップＢ７０へ進んで「効果なし」と判定される。なお、ステップＢ７０へ進んだ場合には続くステップＢ８０へ進み、刺激変更部６において刺激内容が変更される。
このように、刺激の効果の評価は刺激付与前後のデータを比較することによって実現され、客観的，定量的に把握される。なお、この評価のみを実施する場合にはステップＢ８０を省略してもよい。
【００８０】
［３．固有生体情報に応じた刺激の変更］
図５は、固有生体パターンの情報から刺激を生成するための制御内容を示すフローチャートである。ここでは、バイタルサインに含まれる固有生体パターンの情報を取得して刺激を生成する場合であって、そのバイタルサインの検出に生体リズム検出部１を利用した場合の制御内容を説明する。
【００８１】
図４中に記号Ｃを付したフローは図３に示すステップＡ１０〜Ａ３０と同一であり、刺激が付与されていない状態の変動関数F(n)及び傾きβ0を算出するためのものである。
ステップＣ１０では、固有生体情報処理部１２において、ステップＡ３０で算出されたゆらぎの傾きβ0が１よりも大きいか否かが判定される。ここで、β0＞１である場合にはステップＣ３０へ進み、β0≦１である場合にはステップＣ２０へ進む。
【００８２】
ステップＣ２０では、ステップＡ２０で作成された時系列データに対して公知の演算処理が施され、ゆらぎの傾きβが１よりも大きくなるように加工され、ステップＣ３０へ進む。
ステップＣ３０では、固有生体情報記録部７において、時系列データが刺激データとして記録される。β0＞１である場合には、ここで記録されるデータが、被験者に本来的に備わっているゆらぎ構造を含んだリズムそのものとなる。また、β0≦１である場合には、被験者に固有のゆらぎ構造の影響を受けたリズムとなる。
その後ステップＣ４０では、ステップＣ３０で記録された刺激が被験者に付与されるように、刺激の種類が変更される。
【００８３】
［作用］
本心身状態調整システムを用いて被験者の心身状態を調整した結果を以下に説明する。ここでは、本システムの作用を明確にすべく、被験者に付与された刺激の種類と刺激による生体リズムの変化との関係について詳述する。
【００８４】
［第一実施例］
被験者に付与する刺激の種類は、コンピュータで作成した４種類のメトロノームのテンポ音とした。各テンポ音は、その間隔が適度にゆらぐように加工されたものとした。各テンポ音のフラクタル指数（ＤＦＡプロットの傾きと同義）αは、0.1，0.5，1.0，1.5とした。ゆらぎの傾きβで表現すれば、-0.8，0，1.0，2.0である。なお、何れのテンポ音も音間隔が1.05±0.2秒の範囲でゆらぐように作成した。
【００８５】
上記のような各テンポ音を男性の被験者に携帯オーディオ装置２０で聴かせながらテンポ音に同期するように歩行させ、腰部の加速度変動を計測した。生体リズム検出部１におけるサンプリングレートは100Hzとし、計測時間はおよそ５分程度とした。また、特徴把握部４における特徴量の取り出し操作では、左右何れか一方の足の動きのみに着目した時系列データを得ることとした。被験者の歩行リズムのゆらぎをＤＦＡ解析した結果を図６（ａ），（ｂ）に示す。
【００８６】
また、各テンポ音を刺激として与えた場合毎に、全体の時系列データの中から歩数N=120の幅で時系列データを取り出してＤＦＡ解析を施した。ここでは、ゆらぎの傾きβとゆらぎの大きさ〔変動関数の大きさの常用対数log10F(n0)〕との挙動を確認すべく、log10n＞１の範囲における歩行リズムのゆらぎの傾きβの時間変化と、ウィンドウサイズn=6におけるゆらぎの大きさ〔変動関数の大きさの常用対数log10F(6)〕とを算出した。ここで、N=120の幅で取り出す時系列データの範囲をずらしながら歩行リズムのゆらぎの傾きβ及びゆらぎの大きさlog10F(6)を繰り返し算出した結果を図７（ａ）〜（ｄ）に示す。図７中において、実線で示されたグラフはピーク間隔の時間変化を示し、記号＊はゆらぎの大きさlog10F(6)の時間変化を示し、記号○はゆらぎの傾きβの時間変化を示している。
【００８７】
さらに、前述の評価基準(D1)，(D2)に基づき、log10n＞１の範囲における歩行リズムのゆらぎの傾きβの平均値とウィンドウサイズn=6における歩行リズムのゆらぎの大きさ〔変動関数の大きさlog10F(6)〕の平均値の算出結果を表にまとめて以下に示す。
【００８８】
【表１】
2009195260.tif 000004
【００８９】
図６，図７に示すように、テンポ音のゆらぎの傾きβが比較的小さい場合（記号＋，□）には、被験者の歩行リズムのゆらぎの傾きβがそれぞれ0.36，0.63となっており、やや緊張状態にあることが理解される。また、テンポ音の傾きβが比較的大きい場合（記号△，○）には、前者よりも歩行リズムの傾きβが１に近づいており、心身状態に１／ｆ性がもたらされていることがわかる。なお、歩行リズムの傾きβは、テンポ音の傾きβ＝１である場合に最も１に近づいている。
【００９０】
一方、表１に示すように、歩行リズムのゆらぎの大きさlog10F(6)に着目すると、テンポ音のゆらぎの傾きβが1.0以下である場合には平均が-1.71〜-1.78であり、テンポ音のゆらぎの傾きβが2.0である場合よりも高い値を示している。特に、テンポ音のゆらぎの傾きβが１に近づくほど、歩行リズムのゆらぎの大きさlog10F(6)が増加しており、健康的な心身状態とはいえない。その点、テンポ音のゆらぎの傾きβが2.0である場合には、歩行リズムのゆらぎの大きさlog10F(6)が低い値を示しており、良好な心身状態に調整されている。
【００９１】
［第二実施例］
第二実施例では、第一実施例と同一のテンポ音を用いて、被験者に着座姿勢のまま指タッピング動作（人差し指を机上で上下に動かし、机の表面を軽く叩く動作）を行ってもらった。生体リズム検出部１には、タッピングの衝撃を電圧信号に変換するセラミック製の圧電センサを用いた。サンプリングレートは100Hzとし、計測時間はおよそ５分程度とした。また、特徴把握部４における特徴量の取り出し操作では、ピーク間隔の時系列データを得ることとした。被験者のタッピングリズムのゆらぎをＤＦＡ解析した結果を図８（ａ），（ｂ）に示す。
【００９２】
また、第一実施例と同様に、全体の時系列データの中から指タッピング数N=120の幅で時系列データを取り出してＤＦＡ解析を施し、log10n＞１の範囲におけるタッピングリズムのゆらぎの傾きβの時間変化と、ウィンドウサイズn=6におけるゆらぎの大きさ〔変動関数の大きさの常用対数log10F(6)〕とを算出した。その結果を図９（ａ）〜（ｄ）に示す。図９中において、実線で示されたグラフはピーク間隔の時間変化を示し、記号＊はゆらぎの大きさlog10F(6)の時間変化を示し、記号○はゆらぎの傾きβの時間変化を示している。
【００９３】
さらに、log10n＞１の範囲におけるタッピングリズムのゆらぎの傾きβの平均値とウィンドウサイズn=6におけるタッピングリズムのゆらぎの大きさ〔変動関数の大きさの常用対数log10F(6)〕の平均値の算出結果を表にまとめて以下に示す。
【００９４】
【表２】
2009195260.tif 000005
【００９５】
この第二実施例では、図８，図９に示すように、テンポ音のゆらぎの傾きβが2.0である場合において、指タッピング動作のゆらぎの傾きβが最も１に近づいている。しかも、表２に示すように、タッピングリズムのゆらぎの大きさlog10F(6)についても、テンポ音のゆらぎの傾きβが2.0である場合が最も小さくなっており、心身状態に１／ｆ性がもたらされていることがわかる。なお、テンポ音のゆらぎの傾きβが1.0である場合には、タッピングリズムのゆらぎの大きさlog10F(6)が-1.5と大きくなっており、健康的な状態とはいえない。
【００９６】
［効果］
このように、本実施形態に係る心身状態調整システムによれば、１／ｆβ（β＞１）で表されるゆったりとしたゆらぎを含有する時系列信号が刺激として与えられるため、生体に違和感を与えることなく速やかに１／ｆ性を回復させることができる。また、その効果を客観的，定量的に把握することができる。
【００９７】
また、本実施形態では、生体リズム情報の特徴量を取り出す機能が、粗視化部４ａ及び抽出部４ｂによって実現されている。つまり、粗視化部４ａを用いた場合には、生体リズムの変動の特徴を正確に把握することができる。また、生体リズム情報や有刺激生体リズム情報を粗視化によって離散化することにより、小さな情報量で必要な特徴を容易に捉えることが可能となる。一方、抽出部４ｂを用いた場合には、生体リズム情報や有刺激生体リズム情報を加工して新たな指標となる特徴量を取り出すことができ、正確な特徴を把握することが可能となる。特徴量の抽出方法は、対象となる生体リズム情報や有刺激生体リズム情報の特性に応じて適宜選択することができる。
【００９８】
また、本実施形態の心身状態調整システムは固有生体情報処理部１２を備えており、被験者の個々の生体に本来的に備わっている固有情報を利用して刺激を新たに生成するようになっている。つまり、固有生体パターンの情報と同一のゆらぎを含有する時系列信号を刺激として付与することが可能となり、ゆらぎを同期させやすくすることができる。また、同期しやすいゆらぎを含んだ刺激が与えられるため、被験者の生体リズムの回復効率を向上させることができる。
【００９９】
また、本実施形態の心身状態調整システムによれば、被験者の身体を拘束することなく非侵襲的に心身状態を評価，調整することができる。
また、本実施形態の心身状態調整システムでは、生体の心身状態の変化の指標として、ゆらぎの傾きβだけでなくゆらぎの大きさlog10F(n0)をも参照している。これにより、パワースペクトルの傾きβだけでは把握しきれない心身状態の健全度を把握することができ、より信頼性の高い評価及び調整が可能となる。
【０１００】
［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、被験者へ付与する刺激の種類がリズム音となっているが、力学的振動や電磁波，光などを刺激として与えることも考えられる、少なくとも、被験者が刺激のリズムに同期するように意識的に運動を実施できるような、知覚可能な刺激であればよい。
【０１０１】
同様に、上述の実施形態では、携帯オーディオ装置２０を利用して刺激が被験者に付与されているが、被験者へ刺激を付与するための具体的な構成はこれに限定されない。例えば、生体の視覚に訴える刺激を付与する場合にはディスプレイ装置を用いることが考えられる。
また、上述の実施形態では、被験者の歩行運動及び指タッピング運動のゆらぎを解析した事例を説明したが、解析対象となる運動はこれに限定されず、少なくとも被験者の随意運動であればよい。なお、生体リズム情報処理部１１における解析対象となる運動が随意運動であるのに対し、固有生体情報処理部１２における解析対象は運動の種類に依らないうえ、それが運動である必要もない。すなわち、固有生体情報処理部１２はゆらぎを含む時間的な変動パターンだけでなくゆらぎを含む空間的な変動パターンも解析対象としている。
【０１０２】
また、上述の実施形態におけるデータ処理部１０の具体的な構成はこれに限定されない。例えば、生体リズム検出部１を別装置として構成してもよいことは前述したが、これと同様に、刺激付与部２ｂや刺激データベース２ｃ、あるいは、情報記録部３を別装置として構成してもよい。つまり、本体のデータ処理部１０からこれらの要素を取り外し可能に構成してもよい。このように構成することで、より非侵襲的に被験者の心身状態を調整することができ、心身状態の調整効果を高めることが可能となる。また、被験者が身につける装置を小型軽量化することができ、被験者をよりリラックスさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムの使用態様を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムの全体構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムにおいて被験者の歩行運動時の心身状態を確認するための制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムにおいて被験者に刺激を与えた場合の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムにおいて固有生体パターンの情報から刺激を生成するための制御内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムにおける第一実施例の制御作用を説明するためのグラフであり、（ａ）は生体の歩行リズムに内在する非線形構造を示す変動関数F(n)を描いた対数プロットグラフ、（ｂ）は（ａ）のグラフの傾きを示す対数プロットグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムにおける第一実施例の効果を説明するためのグラフであり、（ａ）はα＝0.1（β＝-0.8）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果、（ｂ）はα＝0.5（β＝0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果、（ｃ）はα＝1.0（β＝1.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果、（ｄ）はα＝1.5（β＝2.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた生体の歩行リズムの解析結果である。
【図８】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムにおける第二実施例の制御作用を説明するためのグラフであり、（ａ）は生体の指タッピング動作のリズムに内在する非線形構造を示す変動関数F(n)を描いた対数プロットグラフ、（ｂ）は（ａ）のグラフの傾きを示す対数プロットグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る生体の心身状態調整システムにおける第二実施例の効果を説明するためのグラフであり、（ａ）はα＝0.1（β＝-0.8）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果、（ｂ）はα＝0.5（β＝0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果、（ｃ）はα＝1.0（β＝1.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果、（ｄ）はα＝1.5（β＝2.0）のゆらぎを有する刺激を与えた結果得られた指タッピング動作のリズムの解析結果である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  生体リズム検出部
２  刺激情報処理部
２ａ  刺激生成部
２ｂ  刺激付与部
２ｃ  刺激データベース
３  情報記録部
３ａ  生体リズム情報記録部
３ｂ  有刺激生体リズム情報記録部
４  特徴把握部
４ａ  粗視化部
４ｂ  抽出部
５  評価部
６  刺激変更部
７  固有生体情報記録部
８  第二特徴把握部
８ａ  第二粗視化部
８ｂ  第二抽出部
９  第二評価部
１０  データ処理装置
１１  生体リズム情報処理部
１２  固有生体情報処理部
２０  携帯オーディオ装置
【図１】
2009195260.tif 000006
【図２】
2009195260.tif 000007
【図３】
2009195260.tif 000008
【図４】
2009195260.tif 000009
【図５】
2009195260.tif 000010
【図６】
2009195260.tif 000011
【図７】
2009195260.tif 000012
【図８】
2009195260.tif 000013
【図９】
2009195260.tif 000014