JP2005034620A

JP2005034620A - 事象関連電位を利用したヒトの心理状態等の判定方法及び装置

Info

Publication number: JP2005034620A
Application number: JP2004132233A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kano; 尚之加納
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP4369290B2

Abstract

【課題】ヒトの心理状態を事象関連電位を利用してより正確に判定する方法と装置を提供する。
【解決手段】本発明は、被験者に対し表示装置上に視覚刺激としての対象を提供するとともに被験者の頭皮上の定められた位置の表面電位を測定装置によって測定し、該測定の結果捕捉される事象関連電位の成分を分析し、上記視覚刺激に対する被験者の意識その他の心理状態を判定する方法において、上記事象関連電位の成分としての陽性電位であるＰ３００の発生前に発生する陽性電位であるＰ２００と陰性電位であるＮ２００のいずれか一方又は両方を判定要素として判定する。判定要素としてＰ３００を加えて併用することにより一層判定精度は高まる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば意思伝達に必要な知的能力を持ちながら、重度の疾患や障害のために、発語や身ぶり手ぶりなどの意思伝達手段を失ってしまったＡＬＳ患者や、重度身体障害者等の意思や認識、意識その他の心理状態を判定する事象関連電位を利用したヒトの心理状態等の判定方法及び装置に関する。

その他本発明の方法及び装置は痴呆、および脳血管障害による知能障害、およびアルツハイマー病、およびパーキンソン病、およびハンチントン舞踏病などの診断や、治療薬の効果判定や、臨床効果の追跡などのための判定装置にも応用できるほか、被疑者の冤罪を証明する人権救済のためのウソ発見器としての判定装置にも応用可能である。

視覚や聴覚刺激に対して現れる事象関連電位の成分であるＰ３００は、刺激提示後約３００ｍｓあたりにピークをもつ陽性電位であり、被験者の認知的態度を反映して変動する電位である（非特許文献１）。すなわち、被験者が関心を持つ情報を含む刺激が与えられたときに誘発される。そこで、Ｐ３００を被験者の意思情報として利用することによって、意思を伝える判定装置の開発が可能となる。このＰ３００を利用した意思伝達のための判定装置の開発に関する研究としては、６行６列に配置されたアルファベットの文字やコマンドから、１文字ずつ選択して文章を作る装置が、１９８８年にＦａｒｗｅｌｌとＤｏｎｃｈｉｎによって開発されている（非特許文献２）。

事象関連電位の成分であるＰ３００、またはそれ以外の成分であるＰ２００またはＮ２００などによる病気の診断などは、紙に記録された脳波計によるデータを、熟練した医師が直接読み取ることによって行われている。本判定装置は、事象関連電位を素早く自動検出し、病気の診断や治療に貢献する判定装置である。

ウソ発見器として全国の警察にポリグラフが設置されている。これは、脈拍の増加、呼吸数の減少、発汗作用の促進などの変化を検出することによって、被疑者のウソを見破るための装置である。しかし、このポリグラフは単なる心の動揺の発見器でしかなく、その性能は疑問視されている。しかし、Ｐ３００などの事象関連電位は、記憶に残っている事柄に関する情報を再び与えることによって発生する脳波の成分である。そこで、記憶のある刺激の提示に対しては、本人の意思とは関係なく、Ｐ３００などの事象関連電位は出現する。このことから、本判定装置は被疑者にとって記憶のある視覚刺激、または記憶のない視覚刺激を特定することによって、被疑者の冤罪を証明するためのウソ発見器としての人権救済のための判定装置である。
事象関連電位、振興医学出版社、丹羽真一、鶴紀子、１９９７年７月１５日、４ページの右側２８行〜３０行、５ページの左側１６行〜１８行。Ｌ．Ａ．Ｆａｒｗｅｌｌ＆Ｅ．Ｄｏｎｃｈｉｎ：Ｔａｌｋｉｎｇｏｆｆｔｈｅｔｏｐｏｆｙｏｕｒｈｅａｄ：ｔｏｗａｒｄａｍｅｎｔａｌｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓｕｔｉｌｉｚｉｎｇｅｖｅｎｔ−ｒｅｌａｔｅｄｂｒａｉｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ，ＥｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙａｎｄｃｌｉｎｉｃａｌＮｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，７０，ｐｐ．５１０〜５２３（１９８８）

Ｐ３００の出現には、個人差があるために、全ての被験者に対して全く同じ処理をしていては、高い精度で被験者の意識している視覚刺激（目標単語）を特定することはできない。そこで、各被験者の個人差を考慮した処理をする装置を開発することが課題となる。

個人差のためにＰ３００以外に本発明者が発見、確認した後述するＰ２００またはＮ２００成分などのほうが、優位に出現する被験者も存在することも明らかになった。このためＰ３００以外のＰ２００またはＮ２００成分なども利用できる装置を開発することが課題となる。

目標単語を特定する精度をさらに向上させるためには、Ｐ３００のみならず、それ以外の事象関連電位の成分であるＰ２００またはＮ２００などにも着目した上に、各被験者の個人差を考慮した処理をする装置を開発することが課題となる。

目標単語を特定する際に、誤った判定をした場合には、ＡＬＳ患者や重度の障害をもつ患者にとっては、その訂正に大変な労力と時間を必要とすることから、誤判定を防止する機能を有する装置を開発することが課題となる。

上記課題を解決するための本発明の方法又は装置は第１に被験者に対し表示装置上に視覚刺激としての対象を提供するとともに被験者の頭皮上の定められた位置の表面電位を測定装置によって測定し、該測定の結果捕捉される事象関連電位の成分を分析し、上記視覚刺激に対する被験者の意識その他の心理状態を判定する方法において、上記事象関連電位の成分としての陽性電位であるＰ３００の発生前に発生する陽性電位であるＰ２００と陰性電位であるＮ２００のいずれか一方又は両方を判定要素として判定することを特徴としている。

第２に、判定要素としてＰ３００を加えて併用することを特徴としている。

第３に、被験者に対して視覚刺激としての目標刺激を提示する表示装置１４と、上記提示と関連付けて被験者の頭皮上の定められた位置の表面電位を測定する表面電位測定装置１と、表面電位測定装置１の測定結果に基づき事象関連電位の有効成分を予め定められた被験者個人に適した事象関連電位の成分に対応して抽出・顕在化処理する個人差を考慮した処理装置２と、上記処理装置２の処理結果より事象関連電位の成分を特定すべく検出する検出装置３と、上記検出装置３の検出結果に基づいて、被験者が反応した目標刺激を特定する自動判定装置４とを設けた装置において、前記検出装置３が事象関連電位の成分としての陽性電位であるＰ３００の発生前に発生する陽性電位であるＰ２００と陰性電位であるＮ２００のいずれか一方又は両方を検出する機能を備えてなることを特徴としている。

第４に、自動判定装置４に、被験者に提示した複数の目標刺激物に対する反応の特定に際し、反応順位を妨げる要素を判定要素から除去するスコアを利用した誤判定防止装置１１と、事象関連電位の成分であるＰ２００，Ｎ２００又はＰ３００又はそれらの組み合わせにおいて判定した目標刺激について多数決により誤判定を防止する多数決による誤判定防止装置１３とを設けてなることを特徴としている。

事象関連電位を用いた判定手段として、事象関連電位の成分であるＰ３００に加え，Ｐ２００またはＮ２００成分またはその組み合わせを利用することにより，複数の目標刺激の中から被験者が強く意識している１対象を、高い正答率で特定できる意思伝達のための判定方法及び装置を提供できた。その結果発明の方法及び装置には以下の効果がある。
１．医師、看護師、介護者などの医療関係者と患者がコミュニケーションを図ることによって、円滑な治療を行うことが可能となる。
２．ＡＬＳ患者や重度身体障害者は、周囲とのコミュニケーションを図ることにより、社会参加が可能となり、生きる意欲を向上させることが可能となる。
３．病気の診断や治療薬の効果判定や臨床効果の追跡などを行うことができる。
４．精度の高いウソ発見器として、冤罪に苦しむ人の人権救済に資することが可能となる。

１．はじめに
本判定装置の構成要素のひとつである被験者Ｍ（図８，図９）の個人差を考慮した処理をする装置２は、Ｐ３００の出現には個人差があることから、高い精度で被験者が意識している目標単語を特定するために、測定した脳波に対し、各被験者個人のＰ３００のピークの振幅、潜時、ばらつき、周波数を考慮して処理をする。

同じく被験者の個人差を考慮した処理装置２は、各被験者に適した中心周波数を有するフィルタ処理装置６と、各被験者に適した加算回数を有する加算平均処理装置７と、波形の共通成分を除去する平均減算処理装置８と、各被験者のＰ３００の潜時とその分布に適した台形時間窓の位置と幅を有する波形切出処理装置９を構成要素とする。

事象関連電位の成分であるＰ２００は、刺激提示後約２００ｍｓあたりにピークをもつ陽性電位であり、目標とする刺激に対して出現する（非特許文献３）。事象関連電位の成分であるＮ２００は、刺激提示後約２００ｍｓあたりにピークをもつ陰性電位であり、被験者の選択的注意機能を示す（非特許文献４）。そこで、Ｐ３００のみならずＰ２００とＮ２００にも注目することにより、より高い精度での目標単語の特定が可能となる。そこで、被験者の個人差を考慮した処理装置は、Ｐ３００に対する処理を行うだけではなく、Ｐ２００とＮ２００に対してもＰ３００と同様に処理を行うことができることを特徴としている。

一般にＰ３００は、刺激後３００ｍｓあたりにピークを持つ陽性電位であると言われているために、Ｐ３００と命名されている。また、一般にＰ２００は、刺激後２００ｍｓあたりにピークを持つ陽性電位であると言われているために、Ｐ２００と命名されている。また、一般にＮ２００は、刺激後２００ｍｓあたりにピークを持つ陰性電位であると言われているために、Ｎ２００と命名されている。しかし、実際には個人差や実験方法などの違いにより、Ｐ２００やＮ２００やＰ３００の潜時は大きく異なる。そこで、本発明においては、電位の陽性領域において、最初にピークを与える波形をＰ２００、それ以降にピークを与える波形をＰ３００であるとそれぞれ定義する。また、電位の陰性領域において、最大のピークを与える波形をＮ２００であると定義する。

Ｐ２００とＮ２００とＰ３００の検出を行うＰ２００・Ｎ２００・Ｐ３００検出装置は、個人差を考慮した処理装置の出力データを入力データとし、スコア方式による処理を行って、Ｐ２００とＮ２００とＰ３００を検出することを特徴としている。

被験者が目標としている単語（目標刺激）を自動で判定する目標単語自動判定装置４は、Ｐ２００のみによって、またはＮ２００のみによって、またはＰ３００のみによって、またはＰ２００とＮ２００によって、またはＮ２００とＰ３００によって、またはＰ２００とＰ３００によって、またはＰ２００とＮ２００とＰ３００によって、目標単語を判定する。

目標単語自動判定装置４は，誤った目標単語の判定を防止する防止策を講じている誤判定防止装置１０と、目標単語を判定する目標単語判定装置１３を構成要素とすることを特徴としている。

誤判定防止装置１０は、スコアを利用した誤判定防止装置１１と多数決による誤判定防止装置１２を構成要素としていることを特徴とする。

神経生理を学ぶ人のために、医学書院、柳澤信夫、柴崎浩、１９９０年１１月１日、２４０ページの図２３３の解説１行〜１０行。臨床誘発電位ハンドブック、中外医学社、黒岩義之、園生雅弘、１９９８年１月１０日、２２１ページの２行〜３行。

２．発明の実施の形態
図１に本判定装置のブロック図を示す。まず、表面電位（脳波）測定装置１により被験者の頭皮上の定められた位置の表面電位（脳波）の測定を行う。次に、その脳波データを、個人差を考慮した処理装置２に入力する。個人差を考慮した処理装置２は、フィルタ処理装置６と、加算平均処理装置７と、平均減算処理装置８と、波形切出処理装置９を構成要素とする。入力した脳波データは、順次、フィルタ処理装置６、加算平均処理装置７、平均減算処理装置８、波形切出処理装置９で処理され、そのデータをＰ２００・Ｎ２００・Ｐ３００検出装置に入力し処理する。

次に、そのデータを目標単語自動判定装置４に入力する。目標単語自動判定装置４は、誤判定防止装置１０と目標単語判定装置１３を構成要素とすることを特徴とする装置である。誤判定防止装置１０は、スコアを利用した誤判定防止装置１１と多数決による誤判定防止装置１２を構成要素としていることを特徴とする装置である。これらの装置による一連の処理によって、被験者が目標とする単語（目標刺激）を特定することができる。

フィルタ処理装置６は、ハールウェーブレット時間関数を用いて、高速のバンドパスフィルタ処理を行う装置である。測定した脳波には、不要な活動電位や６０Ｈｚのノイズが残っている。そこで、ハールウェーブレット時間関数を用いてフィルタ処理を行う。この処理によってノイズ除去とゼロレベル調整を行うことができる。ハールウェーブレット時間関数を図２に示す。この関数を用いて、入力データＸ（ｔ）に次のようなたたみ込み演算を行う。

ここでτをサンプリング間隔ｊをサンプリング順序とすれば、ｔ＝ｊτとなる。また、ウェーブレットの基本時間幅をＮτとする。図３に視覚刺激を与えてから、７００ｍｓ間の表面電位（脳波）測定装置１の出力である脳波データの１例を黒点で示す。また、そのデータを中心周波数３Ｈｚに設定しているフィルタ処理装置６により処理したデータを赤色で示す。

図（ａ）（ｂ）が目標刺激に対するデータであり、（ａ）がＣｚ部位、（ｂ）がＰｚ部位のデータを示す。同図（ｃ）（ｄ）が非目標刺激に対するデータであり、（ｃ）がＣｚ部位、（ｄ）がＰｚ部位のデータを示す。この図より、フィルタ処理装置で処理することによって、目標刺激に対してはＰ２００とＮ２００とＰ３００が顕著に出現していることがわかる。また、非目標刺激に対しては、それらは出現していない。このフィルタ処理装置によるフィルタ処理には位相のシフトはなく、正確にピークの潜時を捉えることができる。

個人差により、各被験者ＭのＰ２００とＮ２００とＰ３００の周波数が異なる。そこで、各被験者Ｍの平均減算処理までを行った波形に対し、ハールウェーブレット時間関数の各中心周波数におけるＰ２００とＮ２００とＰ３００のピークをあらかじめ調べる。そして、最大振幅を示しているハールウェーブレット時間関数の周波数が，最もその被験者に適した周波数であることから、この中心周波数を検出し、フィルタ処理装置に設定しておく。

加算平均処理装置７では、ランダムな脳の活動電位の中に埋もれているＰ２００とＮ２００とＰ３００を抽出するために、単語ごとに刺激点に同期して加算平均を行う。加算平均は誘発電位記録のための最も基本的手法であり、刺激開始点をトリガとして反応電位を加算する。それによりランダムな活動電位は相殺され、一定の潜時と極性をもつＰ２００とＮ２００とＰ３００成分が浮き出てくる。図４に正中中心部Ｃｚ、図５に正中頭頂部Ｐｚで測定された脳波の原波形と各処理を行った後の波形を示す。被験者に対し５単語中の１単語をランダムに提示をするのと同時に、表面電位（脳波）測定装置１により測定した脳波データを、各単語提示時点から７００ｍｓごとに切り出し、単語ごとに並べたものが図４、５（ａ）に示す黒点の波形である。

図４、５（ａ）の黒点で示す脳波データを、中心周波数３Ｈｚのフィルタ処理装置６によって処理した波形を波形で示す。加算平均処理装置７においては、これらの波形で示しているフィルタ処理後の波形を、単語ごとに加算処理することによって、ランダム性の変動成分を除去する。加算平均処理装置７の出力データを図４、５（ｂ）に波形で示す。

図６（ａ）は、まぶた付近に取り付けた電極からのデータ（ＥＯＧ）を示している。表面電位（脳波）測定装置１の出力データを黒点で、フィルタ処理装置６の出力データを波形で示す。まばたきをしたときにはＣｚ、Ｐｚにそれによる電位が混入することから、そのときのデータは加算処理には加えない。まばたきをしたときは、図４、５、６のその波形データに二重線を上書きしている。

加算平均処理装置７における加算回数が少なければランダム性のノイズを充分除去できず、Ｐ２００とＮ２００とＰ３００を顕在化することはできない。また、多すぎれば検出に時間がかかり、被験者の集中力が途切れ、正答率が低下してしまう。そこで、あらかじめ被験者の加算回数と正答率について調べ、高い正答率を得ることができるように、個人に適した加算回数を検出し、加算平均処理装置７に設定しておく。

平均減算処理装置８では、目標単語／非目標単語のそれぞれに対応する脳波の共通成分が含まれている。そこで、まず、図４、５（ｂ）に示している加算平均処理装置７によって得られた５個の加算平均波形の平均波形を求める。このときの波形を図４、５（ｃ）に示す。次に、それぞれの加算平均波形からこの平均波形を減ずる。この波形を図４、５（ｄ）に示す。これにより、各刺激に共通に含まれる応答成分を除去し，目標単語に対するＰ２００とＮ２００とＰ３００の振れを顕在化することができる。

波形切出処理装置９では、Ｐ２００とＮ２００とＰ３００の各出現時間帯に注目し、その他の部分の波形を除去する。具体的には，台形時間窓を用いてＰ２００とＮ２００とＰ３００成分が存在する部分の波形の切り出しを行う。図７にＰ３００の抽出に用いる台形時間窓の例を示す。Ｐ３００を検出する場合、図４、５（ｄ）の平均減算処理装置８による処理後の波形から、台形時間窓で切り出した波形を図４、５（ｅ）に青色で示す。この波形に見られるように、視覚刺激「１０００円」にＰ３００が出現している。これにより、被験者「１０００円」を目標としていたと判定する。Ｐ２００に対しては、台形時間窓の潜時を変え、Ｎ２００については台形時間窓を負方向に反転させ、Ｐ３００の場合と同様に行う。

Ｐ２００とＮ２００とＰ３００の潜時には個人差があることから、波形切出処理装置９における台形時間窓の位置と正答率についてあらかじめ調べ、高い正答率を得ることができるように、個人に適した台形時間窓の位置を検出し、波形切出処理装置９に設定しておく。

Ｐ２００とＮ２００とＰ３００の潜時は同一人物においても一定ではなく、ばらつきがみられる。したがって、台形時間窓は必要であるが、その幅が広すぎるとＰ２００とＮ２００とＰ３００以外の成分が混入し正答率の低下をまねく。そこで、台形時間窓の幅を変化させたときの正答率についてあらかじめ調べ、高い正答率を得ることができるように、個人に適した台形時間窓の幅を検出し、波形切出処理装置９に設定しておく。

Ｐ２００・Ｎ２００・Ｐ３００検出装置３では、個人差を考慮した処理装置２によって得られた波形の正と負の領域のそれぞれにおいて、各被験者の各単語ごとのＰ２００とＮ２００とＰ３００の波形のピークと面積の和を求め、これをそれぞれのスコアとする。そして、正の領域において最初に高いスコアを得た単語の波形がＰ２００であり、次に高いスコアを得た単語の波形がＰ３００である。また、負の領域において、最も高いスコアを得た単語の波形がＮ２００であるとしている。

Ｐ２００・Ｎ２００・Ｐ３００検出装置３では、５単語に対する反応波の処理波形を数値的に比較判定できるように、次のようなスコア判別方式を用いる。この方式では、Ｐ３００成分において、図７の台形時間窓におけるｃｄ間の波形の正の領域の最大値、および波形切出処理装置９による処理後の正部分の面積値を用いて判定する。同様にＰ２００とＮ２００においても行う。ここで、Ｎ２００は負の領域のピークの最大値、および波形切出処理装置９による処理後の負部分の面積値を用いる。最大値のみを判定に用いていたのでは、加算平均法を行うとき加算回数が少ないとピーク値が平均化され、ピークの位置が曖昧になってしまうおそれがある。そのため正および負部分の面積値も有意な情報を持つので、面積も加味して判定を行う。

Ｐ２００のみにより判定する場合は、
（１）図７のｃｄ間での正のＣｚの最大ピーク、Ｐｚの最大ピークを求めて２倍する。これを小数点第一位を四捨五入して、ピークについての点数ｐ＿ｐ２Ｃｚ、ｐ＿ｐ２Ｐｚを求める。
（２）波形切出処理装置９による処理後の正部分のＣｚの面積、Ｐｚの面積を求め２倍する。これを定数１００で割り、スコアｓ＿ｐ２Ｃｚ、ｓ＿ｐ２Ｐｚを求める。
（３）これらｐ＿ｐ２Ｃｚ、ｐ＿ｐ２Ｐｚ、ｓ＿ｐ２Ｃｚ、ｓ＿ｐ２Ｐｚの総和をその単語のスコアとする。

Ｎ２００のみにより判定する場合は、
（１）図７のｃｄ間での負のＣｚの最大ピーク、Ｐｚの最大ピークを求めて２倍する。これを小数点第一位を四捨五入して、ピークについての点数ｐ＿ｎＣｚ、ｐ＿ｎＰｚを求める。
（２）波形切出処理装置９による処理後の負部分のＣｚの面積、Ｐｚの面積を求め２倍する。これを定数１００で割り、スコアｓ＿ｎＣｚ、ｓ＿ｎＰｚを求める。
（３）これらｐ＿ｎＣｚ、ｐ＿ｎＰｚ、ｓ＿ｎＣｚ、ｓ＿ｎＰｚの総和をその単語のスコアとする。

Ｐ３００のみにより判定する場合は、
（１）図７のｃｄ間での正のＣｚの最大ピーク、Ｐｚの最大ピークを求めて２倍する。これを小数点第一位を四捨五入して、ピークについての点数ｐ＿ｐ３Ｃｚ、ｐ＿ｐ３Ｐｚを求める。
（２）波形切出処理装置９による処理後の正部分のＣｚの面積、Ｐｚの面積を求め２倍する。これを定数１００で割り、スコアｓ＿ｐ３Ｃｚ、ｓ＿ｐ３Ｐｚを求める。
（３）これらｐ＿ｐ３Ｃｚ、ｐ＿ｐ３Ｐｚ、ｓ＿ｐ３Ｃｚ、ｓ＿ｐ３Ｐｚの総和をその単語のスコアとする。

Ｐ２００とＮ２００とＰ３００の組み合わせにより判定する場合は、それを構成するＥＲＰ成分のスコアの総和をその単語のスコアとする。

スコア判別方式において、スコアに格差を付けるために、ピークと面積の値を２倍にした。また、振幅ａ、周期Ｔの正弦波の正部分の面積Ｓは、Ｓ＝ａＴ／πである。したがって、周波数３Ｈｚの正弦波ではＳ／ａ≒１０６となる。そこで、スコアを求めるとき正部分の面積値を定数１００で割ることによって、Ｐ２００とＮ２００とＰ３００のピーク値と面積値を同じウェイトで評価できるようにした。表１にこのときのスコアを示す。これより「１０００円」が被験者によって選択されたと判定する。

目標単語自動判定装置４においては、各被験者の目標単語の特定には、Ｐ２００による判定が優位であれば、Ｐ２００のみを用いて特定し、Ｎ２００による判定が優位であれば、Ｎ２００のみを用いて特定し、Ｐ３００による判定が優位であれば、Ｐ３００のみを用いて特定する。また、同一単語においてＰ２００とＮ２００、またはＮ２００とＰ３００、またはＰ２００とＰ３００、またはＰ２００とＮ２００とＰ３００のそれぞれに注目した場合、すなわち、ＥＲＰの各成分またはその組み合わせにおいて、それぞれを構成する成分のスコアの和が優位であれば、その組み合わせに注目し、そのスコアを用いて目標単語の判定を行う。

目標単語自動判定装置４は、スコアを利用した誤判定防止装置１１と多数決による誤判定防止装置１２からなる誤判定防止装置と１０、目標単語判定装置４を構成要素とすることを特徴とする装置である。

スコアを利用した誤判定防止装置１１は、被験者に提示した各単語におけるスコアについて、第１位（最大）スコアに対し第２位スコアの値が接近している場合、どちらの項目に目的のＥＲＰの成分が含まれているのか判断が難しいため、判定せずに無視し、そしてまた、第１位（最大）スコアの値が非常に小さい場合には、ＥＲＰの成分が出現しているかどうかの判断が難しいため、この場合にも判定せずに無視する装置である。

多数決による誤判定防止装置１２は、スコアを利用した誤判定防止装置１０の出力データにもとづいて、Ｐ２００またはＮ２００またはＰ３００またはその組み合わせにおいて、判定した単語についての多数決をとることによって、さらに誤判定を防止するための装置である。

目標単語（目標刺激）判定実験を行う前に、まず個人差検出実験を行った。被験者はＡからＪの健康な２０歳の学生１０人（男性：７人、女性：３人）である。実験の様子を図８に示す。これは本判定装置の概念図でもある。各被験者は、任意の位置に任意に提示された１単語を選択する実験を、単語提示回数ごとにそれぞれ１００回ずつ行った．提示する単語は１）ありがとう、２）看護婦，３）ジュース、４）ＴＶ、５）１０００円である．単語の提示間隔は５００ｍｓ^〜６００ｍｓ、提示時間は３００ｍｓ^〜４００ｍｓである。これらの時間は、単語を提示する度に乱数を用いて毎回変更している。１回の実験に提示する単語の総数は（単語数）×（１単語あたりの単語提示回数）とし、１単語当たりの単語提示回数は約８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２回とした。単語提示回数２０回の実験に要する時間は約１分である。実験は被験者にある程度意識的な注意義務を与える必要があるので、所望の単語が提示されたとき、その出現回数をカウントするという課題を与えた。目標とする単語は実験前に指示した。

単語提示のときに得られる応答脳波を脳波計（日本電気三栄、ＭＵＬＴＩＴＥＬＥＭＥＴＥＲ５１１）を１ａ，１ｂ用い、ハイカット周波数を３０Ｈｚとして測定した。電極の配置は、図９に示す国際１０−２０電極法とし、脳波（ＥＥＧ）２ｃｈ、眼電位（ＥＯＧ）の計３ｃｈを同時に測定した。ＥＲＰは正中部に優勢であることから、測定を正中中心部（Ｃｚ）、正中頭頂部（Ｐｚ）の２点で行った、導出電極にＣｚとＰｚを、基準電極に両耳たぶ（Ａ１、Ａ２）を用い、接地電極に前額部（Ｆｐｚ）を用いた。また、まばたきや眼球運動により、ＥＯＧにスパイク状の電位変動が現れるときは、その提示単語に対応する測定脳波を処理の対象から除外した。

目標単語判定実験においては、各被験者の個人差を考慮することによって、被験者にとって最適の設定条件のもとで目標とする単語を判定することが重要となる。典型的な例である被験者Ｄから得た脳波データに対し、フィルタ処理と加算平均処理と平均減算処理を行った波形の刺激点から５０ｍｓ〜６５０ｍｓの正の部分のピークと潜時を図１０（ａ）に、負の部分を図１０（ｂ）に示す。○印は目標単語に対するピークを、点は非目標単語に対するピークを示している。図１０（ａ）より潜時２００ｍｓ〜３００ｍｓあたりにＰ２００のピークが集中し、５００ｍｓ〜６００ｍｓあたりにＰ３００のピークが集中していることがわかる。また、図１０（ｂ）より潜時４００ｍｓ前後にＮ２００のピークが集中していることがわかる。図１１に同被験者の平均減算処理までを行った波形の１例を示す。このときの目標単語は「１０００円」であり、これに対して顕著にＰ２００とＮ２００とＰ３００が出現していることがわかる。他の被験者についても概ね同様の結果を得ている。

目標単語の検出精度の向上のためには、各被験者の個人差を考慮した処理をしなければならない。そこで、あらかじめ各被験者に適した、加算回数、台形時間窓の位置と幅、そしてハールウェーブレット時間関数の中心周波数を検出しておくことが重要である。

図７に示している台形時間窓の中心位置（ｅ）を、刺激を与えてから１００ｍｓ^〜６００ｍｓに設定したときの各被験者の正答率を調べた。図１２に被験者Ｄの正答率を図示する。図１２（ａ）は２つのピークを示しており、最初に示しているピークがＰ２００の正答率を示し、次のピークがＰ３００の正答率を示している。図１２（ｂ）の中ほどに示しているピークがＮ２００の正答率を示している。図の右側には加算回数を示している。これより、被験者Ｄの場合、最適な加算回数は２０回、最適な台形時間窓の位置は、Ｐ２００が２２４ｍｓ、Ｎ２００は４１０ｍｓ、Ｐ３００は５７０ｍｓであることがわかった。他の被験者についても同様の処理を行った。

Ｐ２００とＮ２００とＰ３００の潜時は同一人物においても一定ではなく、ばらつきがみられるため、台形時間窓は必要である。しかし、その幅が広すぎるとそれ以外の成分が混入し正答率の低下をまねく。そこで各被験者にとって最適な加算回数と台形時間窓の位置のもとで、台形時間窓の幅（ａ^〜ｂ）を０^〜３００ｍｓに変化させたときの正答率を調べた。被験者Ｄの結果を図１３に示す。○印はＰ２００、×印はＮ２００、△印はＰ３００を表している。これよりＰ２００については幅４０ｍｓ後から、Ｎ２００とＰ３００については１００ｍｓ後から減少しはじめていることがわかる。このことから、被験者Ｄの最適な台形時間窓の幅はＰ２００が４０ｍｓ、Ｎ２００が１００ｍｓ、Ｐ３００も１００ｍｓであることがわかった。また他の被験者についても同様の処理を行った。

各被験者にとって、最適な加算回数と台形時間窓の位置と台形時間窓の幅のもとで、被験者Ｄの平均減算処理までを行った波形の各中心周波数に対するＰ２００とＮ２００とＰ３００のピークの平均値を図１４に示す。○印はＣｚ、×印はＰｚを示している。最大振幅を示している周波数が、最も適した周波数であり、被験者Ｄの最適な中心周波数は、Ｐ２００とＮ２００が４．５Ｈｚ、Ｐ３００が３．５Ｈｚであることがわかった、また。他の被験者についても同様の処理を行った。

表２に各被験者のＰ２００とＮ２００とＰ３００についての最適な設定値を示す。また、表３に表２に示した設定値のもとでＰ２００とＮ２００とＰ３００を単独または併用したときの正答率を示す。ほとんどの被験者において、アンダーラインで示す通り、Ｐ２００またはＮ２００またはＰ３００またはその組み合わせにおいて最高９０％台または１００％、最低でも被験者Ｆの８７％という高い正答率を得ることができた。ただし、被験者ＣとＨはＰ２００の出現は認められなかった。

表２に示す各被験者の最適な設定値のもとで、目標単語判定実験を３００回ずつ行った。提示する単語は、１）うれしい、２）医者、３）ナースコール、４）ＡＭ、５）９時３０分とした。正答率を表４に示す。これより、実験回数を３００回に増加し、目標単語を変更しても、ほとんどの被験者において、アンダーラインで示す通り、Ｐ２００またはＮ２００またはＰ３００またはその組み合わせの中で、最高９０％台という高い正答率を得ることができた。ただし、被験者Ｈの正答率は低下した。これは、被験者Ｈは疲れやすい体質であり、体調が安定しないことから、集中力が持続しなかったことによると思われる。

従来の技術（非特許文献２）は、Ｐ３００にのみ注目した場合である。表４に示すように、Ｐ３００において最高の正答率を得ているのは、被験者ＢとＣの２人だけであり、他の被験者はその他の成分または組み合わせにおいて最高の正答率を得ている。特に被験者Ｄにおいては、Ｐ３００のみに注目した場合７１．０％であったのが、Ｐ２００＆Ｎ２００＆Ｐ３００に注目することにより９１．７％、被験者Ｇは５５．７％が、Ｐ２００＆Ｎ２００＆Ｐ３００において９５．７％、被験者Ｉはわずか３０．０％であったのがＰ２００において９７．７％となり正答率が飛躍的に向上した。これらのことからＰ３００だけではなく、Ｐ２００またはＮ２００またはその組み合わせにも注目することは非常に効果的であることがわかった。

ＡＬＳ患者が本システムを使用する場合、誤判定の訂正には大変な労力を必要とする。このため、本システムの実用化にあたっては、正答率を多少下げてでも顕著な結果を示した場合にのみ判定し、それ以外は判定しない誤判定の防止策を講じる誤判定防止装置が必要となる。この装置は、スコアを利用した誤判定防止装置と、多数決による誤判定防止装置１２からなっている。

スコアを利用した誤判定防止装置１１については、被験者に提示した各単語におけるスコアについて、第１位（最大）スコアに対し第２位スコアの値が接近している場合、どちらの項目に目的のＥＲＰの成分が含まれているのか判断が難しいため、判定せずに無視する。判定の対象となる各被験者のＰ２００とＮ２００とＰ３００の成分またはその組み合わせを表５に示す。これは表４よりＰ２００とＮ２００とＰ３００について正答率８０％以上の成分を対象とした。また組み合わせについては、その正答率がその組み合わせを構成する成分の正答率よりも高い場合に対象とした。

図１５（ａ）は被験者ＤのＰ２００＆Ｐ３００成分について、第１位（最大）スコアと第２位スコアの比率を判定のしきい値として注目した場合のグラフである。横軸にその比率をとり、それ以上の比率を有する場合には、判定せず無視をしている。縦軸には、正答率を○、無視率を△、誤答率を×、正答率と誤答率の差を●で表している。正答率はしきい値としての比率が増加するにつれて上昇しているが、その途中から誤答が出現し、しだいに増加している。ここで、正答率と誤答率の差●に注目すると、誤答が出現し始めたところから、ほぼ飽和していることがわかる。無視率はしだいに減少している。しきい値としての比率の決定については、正答率を多少下げてでも誤答率を下げることが重要であることから、正答率と誤答率の差●が飽和しはじめた点をしきい値とすることとした。また、他の被験者についても同様の処理を行った。

第１位（最大）スコアの値が非常に小さい場合には、ＥＲＰが出現しているかどうかの判断が難しいため、この場合にも判定せずに無視することとした。図１５（ｂ）は、被験者Ｄのスコアの比率のしきい値をもとに、第１位（最大）スコアの値についても注目したときのグラフである。横軸にしきい値としてのスコアの値をとり、それ以下の値を有する場合は無視している。縦軸には正答率を○、無視率を△、誤答率を×、正答率と誤答率の差を●で表す。正答率と誤答率は、しきい値としてのスコアの値が増加するにつれて降下している。

ここで，正答率と誤答率の差●に注目すると、ある点までは，ほぼ一定であるが、その点を超えると急激に降下していることがわかる。また，無視率はしだいに増加している。他の被験者についても同様に処理を行った。しきい値としてのスコア値の決定については、正答率を多少下げてでも誤答率を下げることが重要であることから、正答率と誤答率の差●が急激に降下する直前の点をしきい値とした。

表６に各被験者にとって、最適なＰ２００またはＮ２００またはＰ３００、またはその組み合わせにおけるしきい値と正答率と無視率と誤答率を示す。表４と比較すると、被験者Ｉ、Ｊ以外の被験者の正答率は若干低下しているものの，依然として高い正答率を維持し、誤答率も低下していることがわかる。表７に処理前と処理後の誤答率の低下幅を示す。これより、本誤判定防止装置は、非常に効果的であることがわかる。

表６のＩとＪ以外の被験者の無視率を１０．０としたときに、正答を無視とした場合（無視率○）と、誤答を無視とした場合（無視率×）の比率を表８に示す。括弧はその実験回数を表す。ほとんどの被験者において“無視率×”が“無視率○”を上回っている。このことからも、本誤判定防止装置は、非常に効果的であることがわかる。

表５に示す通り、被験者Ａ・Ｄ・Ｅ・Ｆ・Ｇ・Ｊの注目すべきＰ２００またはＮ２００またはＰ３００またはその組み合わせは、３成分以上存在する。そこで、多数決による誤判定防止装置では、これらの被験者における、スコアを利用した誤判定防止装置の出力データにもとづいて、そのＥＲＰの各成分またはその組み合わせの中で判定した単語について多数決を行う。結果を表９に示す。多数決の結果、最多グループが複数ある場合には、それぞれの成分における正答率の和が大きい方を採用した。表６と比べ、被験者Ｄは正答率が１％、誤答率は０．７％減少した。また、被験者Ｇは正答率が２％増加し、誤答率は変化がなかった。これより，被験者Ｄ・Ｇにとっては、多数決による誤判定防止装置は有効であることがわかった。

以上説明したように、本発明の装置は、被験者に対し、コンピュータ画面上の任意の位置に、任意に提示する視覚刺激としての単語の中から、被験者がひとつの単語を意識するのと同時に、被験者の頭皮上の定められた位置の表面電位（脳波）を測定する装置によって測定し、そのデータを各被験者の個人差を考慮した処理をする装置と、事象関連電位（ＥＲＰ：Ｅｖｅｎｔ−ＲｅｌａｔｅｄＰｏｔｅｎｔｉａｌｓ）の成分であるＰ３００、またはそれ以外の成分であるＰ２００またはＮ２００などを検出する装置と、被験者が意識している単語を自動で判定する装置により処理し、被験者が意識している単語を特定することによって、被験者の意思を伝えるものである。

また事象関連電位の成分であるＰ３００、またはそれ以外の成分であるＰ２００またはＮ２００など、またはそれらの組み合わせによって、被験者が意識している単語を特定する。

事象関連電位の成分であるＰ３００、またはそれ以外の成分であるＰ２００またはＮ２００などを検出することにより、痴呆、および脳血管障害による知能障害、およびアルツハイマー病、およびパーキンソン病、およびハンチントン舞踏病などの診断や、治療薬の効果判定や、臨床効果の追跡などに利用することができる。また事象関連電位の成分であるＰ３００、またはそれ以外の成分であるＰ２００またはＮ２００などを検出することにより、被疑者にとって記憶のある視覚刺激、または記憶のない視覚刺激を特定することによって、被疑者の冤罪を証明するためのウソ発見器としての利用も可能である。

事象関連電位の成分であるＰ３００またはそれ以外の成分であるＰ２００またはＮ２００などを用いた判定装置のブロック図である。ハールウェーブレット時間関数を示す図である。表面電位（脳波）測定装置の出力データ（黒色）とフィルタ処理装置の出力データ（赤色）を示したグラフである。正中中心部Ｃｚのデータに対する個人差を考慮した処理装置の一連の処理内容を示すグラフである。正中頭頂部Ｐｚのデータに対する個人差を考慮した処理装置の一連の処理内容を示すグラフである。まぶた付近に取り付けた電極からのデータＥＯＧに対する表面電位（脳波）測定装置の出力データ（黒色）とフィルタ処理装置の出力データ（赤色）を示したグラフである。台形時間窓を示すグラフである。事象関連電位の成分であるＰ３００またはそれ以外の成分であるＰ２００またはＮ２００などを用いた判定装置の概念図である。脳波を測定するための電極の配置図である。被験者ＤのＰ２００とＮ２００とＰ３００のピークと潜時を示すグラフである。被験者Ｄの平均減算処理までを行った波形の１例である。被験者Ｄの各加算回数における台形時間窓の位置と正答率を示すグラフである。被験者Ｄの台形時間窓の幅と正答率を示すグラフである。各中心周波数に対する被験者ＤのＰ２００とＮ２００とＰ３００のピークの平均値を示すグラフである。スコアを利用した誤判定防止装置による処理をしたときの正答率・無視率・誤答率・正答率と誤答率の差を示すグラフである。

符号の説明

１表面電位測定装置
２処理装置
３検出装置
４自動判定装置
１１スコアを利用した誤判定防止装置
１３多数決による誤判定防止装置

Claims

被験者に対し表示装置上に視覚刺激としての対象を提供するとともに被験者の頭皮上の定められた位置の表面電位を測定装置によって測定し、該測定の結果捕捉される事象関連電位の成分を分析し、上記視覚刺激に対する被験者の意識その他の心理状態を判定する方法において、上記事象関連電位の成分としての陽性電位であるＰ３００の発生前に発生する陽性電位であるＰ２００と陰性電位であるＮ２００のいずれか一方又は両方を判定要素として判定する事象関連電位を利用したヒトの心理状態等の判定方法。
判定要素としてＰ３００を加えて併用する請求項１の事象関連電位を利用したヒトの心理状態等の判定方法。
被験者に対して視覚刺激としての目標刺激を提示する表示装置（１４）と、上記提示と関連付けて被験者の頭皮上の定められた位置の表面電位を測定する表面電位測定装置（１）と、表面電位測定装置（１）の測定結果に基づき事象関連電位の有効成分を予め定められた被験者個人に適した事象関連電位の成分に対応して抽出・顕在化処理する個人差を考慮した処理装置（２）と、上記処理装置（２）の処理結果より事象関連電位の成分を特定すべく検出する検出装置（３）と、上記検出装置（３）の検出結果に基づいて、被験者が反応した目標刺激を特定する自動判定装置（４）とを設けた装置において、前記検出装置（３）が事象関連電位の成分としての陽性電位であるＰ３００の発生前に発生する陽性電位であるＰ２００と陰性電位であるＮ２００のいずれか一方又は両方を検出する機能を備えてなる事象関連電位を利用したヒトの心理状態等判定装置。
自動判定装置（４）に、被験者に提示した複数の目標刺激物に対する反応の特定に際し、反応順位を妨げる要素を判定要素から除去するスコアを利用した誤判定防止装置（１１）と、事象関連電位の成分であるＰ２００，Ｎ２００又はＰ３００又はそれらの組み合わせにおいて判定した目標刺激について多数決により誤判定を防止する多数決による誤判定防止装置（１３）とを設けてなる請求項３の事象関連電位を利用したヒトの心理状態等判定装置。