JP2014113362A - Transcranial magnetic stimulation device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transcranial magnetic stimulation device which supplies music to ears as auditory stimulation and also converts music to transcranial magnetic stimulation to be non-invasively supplied to the brain.SOLUTION: A transcranial magnetic stimulation device includes: a music reproduction part; a magnetism generation part for generating magnetism, the timing and intensity of which are controlled in synchronization with a music signal such as rhythm and melody of music generated by the music reproduction part; a speaker for generating music on receiving a music signal output by the music reproduction part; and a noise eliminating part for eliminating noise generated in the music signal sent to the speaker due to the magnetism from the magnetism generating part. Simultaneously with direct transmission of the music to the ears as auditory stimulation with the speaker, the music signal is converted to a magnetic signal with the magnetism generating part to be applied to the brain as a transcranial magnetic stimulation signal.

Description

本発明は、音楽を聴覚刺激として直接耳に伝えると同時に、音楽を経頭蓋磁気刺激に変換し脳へ非侵襲的に加える経頭蓋磁気刺激装置に関する。 The present invention relates to a transcranial magnetic stimulation device that transmits music directly to the ear as an auditory stimulus, and at the same time converts the music into a transcranial magnetic stimulus and applies it noninvasively to the brain.

近年、神経疾患患者の治療法として経頭蓋磁気刺激治療法が提案されている。この経頭蓋磁気刺激治療法は、患者の頭皮表面に配置した磁気発生装置により脳の特定部位に磁気刺激を加えることによって、脳の神経機能を一時的に興奮又は抑制する治療方法である。   In recent years, transcranial magnetic stimulation therapy has been proposed as a therapy for patients with neurological diseases. This transcranial magnetic stimulation treatment method is a treatment method that temporarily excites or suppresses nerve function of the brain by applying magnetic stimulation to a specific part of the brain by a magnetic generator placed on the scalp surface of the patient.

この経頭蓋磁気刺激療法の一応用例として、回復性睡眠を促進する方法が知られている（特許文献１）。この文献には徐波活動を促す（深い睡眠が得られる）ために、脳に周波数５Ｈｚ以下の周期的刺激を与える経頭蓋磁気刺激装置が開示されている。これによれば、最も安らかな睡眠が促進、誘発されるとともに、回復性睡眠（目覚めがよい）が得られると説明されている。 As an application example of this transcranial magnetic stimulation therapy, a method for promoting restorative sleep is known (Patent Document 1). This document discloses a transcranial magnetic stimulation device that applies periodic stimulation to the brain at a frequency of 5 Hz or less in order to promote slow wave activity (to obtain deep sleep). According to this, it is explained that the most comfortable sleep is promoted and induced, and restorative sleep (awakening is good) can be obtained.

経頭蓋磁気刺激装置に使用される磁気コイルに関し、磁気を集中させる構造を開示した発明が知られている（特許文献２）。この公報には、一対の組をなす渦巻導線部の巻き線の渦中心を他方の渦巻導線部の巻き線の渦中心へ近づく方向に偏心させることにより、誘導電流の密度の高い領域を発生させる旨、記載されている。また経頭蓋磁気刺激を利用して運動能力を向上させる方法も提案されている（特許文献３）。この公報には、運動訓練動作を実行する前に所定時間脳に磁気刺激を与え、動作実行の際には刺激を停止させる旨、記載されている。 Regarding a magnetic coil used in a transcranial magnetic stimulation apparatus, an invention that discloses a structure for concentrating magnetism is known (Patent Document 2). In this publication, a vortex center of a winding of a pair of spiral conducting wire portions is decentered in a direction approaching the vortex center of the winding of the other spiral conducting wire portion, thereby generating a region with a high induced current density. It is written. In addition, a method for improving exercise ability using transcranial magnetic stimulation has been proposed (Patent Document 3). This publication describes that a magnetic stimulus is applied to the brain for a predetermined time before the exercise training operation is executed, and the stimulus is stopped when the operation is executed.

脳への磁気刺激手段について着目すると、特許文献１には、脳に周波数５Ｈｚ以下の周期的刺激を与える脳刺激手段が開示され、特許文献２には、１秒間に５パルスの電流を一定時間（２０秒間）流すこと、また特許文献３には、磁気刺激を付与する間隔は一定時間例えば９秒間とすることが記載されている。 Focusing on the magnetic stimulation means for the brain, Patent Document 1 discloses a brain stimulation means that applies periodic stimulation to the brain at a frequency of 5 Hz or less, and Patent Document 2 applies a current of 5 pulses per second for a certain period of time. (Patent Document 3) describes that the interval for applying magnetic stimulation is a fixed time, for example, 9 seconds.

特表２０１０−５０４８４３号Special table 2010-504843 特開２０１２−１２５５４６号JP 2012-125546 A 特開２００８−７９７１２号JP 2008-79712 A

前述の先行文献に開示の構造では、磁気刺激手段による磁気発生が、所定周期かつ所定強度のパルス信号である。本発明は、この磁気刺激手段による磁気発生を、このような単純なパルス信号に代えて、音楽に同期したタイミングと音量に対応した強度を持つ信号とすることにより、脳神経へ直接音楽信号を印加し、聴覚を介して加えられる音楽信号との相乗効果により、音楽による感動をより深いものにし、かつ音楽による精神状態の安静化などの効果を得る経頭蓋磁気刺激装置を提供するものである。 In the structure disclosed in the above-mentioned prior document, the generation of magnetism by the magnetic stimulation means is a pulse signal having a predetermined period and a predetermined intensity. The present invention applies the music signal directly to the cranial nerve by replacing the magnetic generation by the magnetic stimulation means with a signal having the intensity corresponding to the timing and volume synchronized with the music instead of such a simple pulse signal. In addition, the present invention provides a transcranial magnetic stimulation device that deepens the emotion of music and obtains effects such as the calming of a mental state by music, through a synergistic effect with a music signal applied through hearing.

本発明に係る経頭蓋磁気刺激装置は、音楽再生部と、該音楽再生部により発せられる音楽のリズム及びメロディ等音楽信号に同期してタイミングと強度をコントロールされた 磁気を発生させる磁気発生部と、前記音楽再生部により出力される音楽信号を受けて音を発するスピーカと、該スピーカへ送られる音楽信号に生じる、前記磁気発生部からの磁気による雑音を除去する雑音除去部とを備え、前記スピーカにより音楽を聴覚刺激として直接耳に伝えると同時に、前記磁気発生部により音楽信号を磁気信号に変換して経頭蓋磁気刺激信号として脳へ加えることを特徴とするものである。 The transcranial magnetic stimulation device according to the present invention is controlled in timing and intensity in synchronization with a music playback unit and a music signal such as a rhythm and a melody of music generated by the music playback unit. A magnetism generating unit that generates magnetism, a speaker that emits sound in response to a music signal output from the music reproducing unit, and noise caused by magnetism from the magnetism generating unit generated in the music signal sent to the speaker is removed. A noise removal unit, wherein the speaker directly transmits music to the ear as an auditory stimulus, and simultaneously converts the music signal into a magnetic signal by the magnetism generation unit and applies it to the brain as a transcranial magnetic stimulation signal. Is.

従来、音楽をヒトに提供する場合、耳への聴覚刺激や目への視覚刺激（音の波形、楽譜、光等）のみであったのに対し、本発明によれば、音楽を経頭蓋磁気刺激に変換し脳へ非侵襲的に提供するため、五感とは異なる感覚で直接音楽を脳で鑑賞することができる。 Conventionally, when music is provided to a human being, it has only been an auditory stimulus to the ear or a visual stimulus (sound waveform, music score, light, etc.) to the eye, whereas according to the present invention, music is transcranial Because it is converted into a stimulus and provided to the brain non-invasively, music can be directly appreciated by the brain with a sense different from the five senses.

経頭蓋磁気刺激装置の構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a transcranial magnetic stimulation apparatus. ヒトの頭部に磁気発生部を近づけたときの磁気発生及び渦電流発生を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating magnetism generation and eddy current generation when a magnetism generation part is brought close to a human head. 磁気発生部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a magnetism generation part. ヒトがヘッドフォン及び磁気発生部を頭部に装着した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state with which the human was mounting | wearing the headphone and the magnetic generation | occurrence | production part to the head. 磁気発生部を取り付けたヘアバンドを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hair band which attached the magnetic generation | occurrence | production part. 脳の機能を説明するための側面図である。It is a side view for demonstrating the function of a brain.

図１において、１は音楽再生部で、一般的な音楽プレーヤ等が使用できる。２は、音楽再生部１より発せられるリズム及びメロディ等音楽信号（電気信号）を入力して、これに同期したタイミングと音量に対応した強度を持つ磁気信号を発生させる磁気発生部、３は、音楽信号に加わる前記磁気発生部２からの磁気信号に起因する雑音を除去する雑音除去部、４は、この雑音除去部３で雑音除去された音楽信号を入力し、それを音として発するヘッドフォン等のスピーカである。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a music playback unit which can be used by a general music player or the like. 2 is a magnetic generation unit that inputs a music signal (electrical signal) such as a rhythm and a melody emitted from the music playback unit 1 and generates a magnetic signal having a strength corresponding to the timing and volume synchronized with the music signal; A noise removing unit 4 for removing noise caused by the magnetic signal from the magnetism generating unit 2 applied to the music signal is input to the music signal from which noise has been removed by the noise removing unit 3 and emits it as sound. Speaker.

音としての音楽はスピーカ４により聴覚刺激として直接耳に伝えられ、これと同時に、磁気発生部２により磁気信号に変換された（耳には聴こえない）音楽信号が経頭蓋磁気刺激信号として脳へ加えられる。音楽の楽音発生と磁気信号発生を同期させるには、音楽を流しながら、リアルタイムに磁場を計算する方式、調整ボリューム、歌手の呼吸に合わせることを同時に行う方式、又は事前に音楽データをもとに磁気信号の間隔、大きさ等リズム、メロディに関係する情報を計算しておく方式が挙げられる。後者は磁気データと音楽データがセットで準備されたデータとなり、ＣＤやネット配信などに利用可能な商業用データに適している。 The music as sound is directly transmitted to the ear as an auditory stimulus by the speaker 4, and at the same time, the music signal converted into a magnetic signal by the magnetism generator 2 (which cannot be heard by the ear) is transmitted to the brain as a transcranial magnetic stimulation signal. Added. In order to synchronize the musical tone generation and magnetic signal generation, a method of calculating the magnetic field in real time while playing music, a method of adjusting the volume, adjusting to the singer's breathing at the same time, or based on music data in advance A method of calculating information related to rhythms and melodies such as intervals and magnitudes of magnetic signals can be mentioned. The latter is data in which magnetic data and music data are prepared as a set, and is suitable for commercial data that can be used for CDs and online distribution.

磁気計算には、音楽のみ、又は音楽に生体情報（バイオフィードバック）を勘案して行うことができる。生体情報とは、脳波、心拍、体温、血中酸素、コルチゾール、アミラーゼ、アドレナリン、血流、光トポグラフィー（登録商標）等に関する情報をいう。 The magnetic calculation can be performed only by music or by taking into account biological information (biofeedback). The biological information refers to information related to an electroencephalogram, heart rate, body temperature, blood oxygen, cortisol, amylase, adrenaline, blood flow, optical topography (registered trademark), and the like.

図２に示すように、磁気発生部２は、直列に接続された２組の渦巻状のコイル２a,２bからなり、８字上に隣接して配置されている。コイル２aにはコイル中心から外方向に向かって電流が流れ、コイル２bには逆に外側から内側に向かって電流が流れる構成とされている。これによりコイル２a,２bにそれぞれ磁場６a,６bが発生し、これがヒト５の頭部に近づけられると、頭皮下部の脳に渦電流７a,７bが誘起される。この渦電流７a,７bにより脳内のニューロンが刺激されるのである。コイル２a,２bに反対方向の磁場６a,６bを発生させるのは、両コイル２a,２bの近接部で、それぞれの磁場が重なり、この部分で渦電流の方向が同じになり、一箇所に集中して強い渦電流を流すことができるという理由による。 As shown in FIG. 2, the magnetism generating unit 2 is composed of two sets of spiral coils 2a and 2b connected in series, and is arranged adjacent to the upper side of the eight characters. A current flows through the coil 2a from the coil center toward the outside, and a current flows through the coil 2b from the outside toward the inside. As a result, magnetic fields 6a and 6b are generated in the coils 2a and 2b, respectively, and when these are brought close to the head of the human 5, eddy currents 7a and 7b are induced in the brain of the scalp. Neurons in the brain are stimulated by the eddy currents 7a and 7b. The magnetic fields 6a and 6b in the opposite directions are generated in the coils 2a and 2b in the vicinity of both the coils 2a and 2b. The respective magnetic fields are overlapped, the eddy current directions are the same in this part, and concentrated in one place. This is because a strong eddy current can flow.

磁気発生部２は、図３に示すように、それぞれ直径約１ｃｍから約１０ｃｍの範囲で設定された大きさコイル２a,２bが同一平面上に近接して配置され、樹脂成形体内に埋め込まれて扁平な８字状の形状に構成されている。 As shown in FIG. 3, the magnetism generating unit 2 has coils 2a and 2b each having a diameter set within a range of about 1 cm to about 10 cm, arranged close to each other on the same plane, and embedded in a resin molded body. It is configured in a flat 8-shaped shape.

大脳皮質は、さまざまなニューロン群が関係しあっており、大脳皮質を直径1ｃｍくらいの範囲（コイル２a,２bのそれぞれの直径は約1ｃｍ）で刺激しても、相当数のニューロンが刺激される。コイル２a,２bの大きさ、電流の大きさなど刺激条件によってニューロン群を活性化又は抑制することができる。 The cerebral cortex is related to various neuron groups, and even if the cerebral cortex is stimulated within a range of about 1 cm in diameter (the diameter of each of the coils 2a and 2b is about 1 cm), a considerable number of neurons are stimulated. . The neuron group can be activated or suppressed according to stimulation conditions such as the sizes of the coils 2a and 2b and the current.

磁気発生部２は、ヒト５の脳の聴覚情報を処理、記憶する側頭葉が位置する部位の頭皮部分に近接して配置される。側頭葉は耳の後ろ側に位置しているため、図４に示すように、ヘッドフォン４と磁気発生部２とを一体化した構成とすることもできる。また、図５に示すように、脳の他の部分に配置しやすいように、弾性を有するヘアバンド８の内側に磁気発生部２を取り付けることもできる。ここで図４および図５は小型（直径１ｃｍ程度）のコイル２a、２bを使用した例を示す。 The magnetism generator 2 is arranged close to the scalp portion of the site where the temporal lobe for processing and storing the auditory information of the brain of the human 5 is located. Since the temporal lobe is located behind the ear, as shown in FIG. 4, the headphone 4 and the magnetism generating unit 2 can be integrated. Moreover, as shown in FIG. 5, the magnetism generating part 2 can also be attached to the inside of the elastic hair band 8 so that it can be easily placed in other parts of the brain. Here, FIG. 4 and FIG. 5 show an example in which small (about 1 cm diameter) coils 2a and 2b are used.

図６において、脳の側頭葉９の部位に、磁気発生部２を近接させれば、聴覚に加えて、脳に直接加わる磁気信号によって音楽を聴く（感じる）ことが可能となり、また音楽を映像等視覚情報として提供する場合、視覚情報を処理する後頭葉１０に磁気発生部２を位置させ、この部位を活性化させることもできる。さらに、感情、意欲、思考、運動機能を制御する前頭葉１１の部位に磁気発生部２を近接させれば、集中力を高めた状態やリラックスした状態で音楽を聴くことも可能となる。 In FIG. 6, if the magnetism generator 2 is brought close to the region of the temporal lobe 9 of the brain, it becomes possible to listen to (feel) music by a magnetic signal directly applied to the brain in addition to hearing. When provided as visual information such as video, the magnetism generator 2 can be positioned in the occipital lobe 10 for processing the visual information, and this part can be activated. Furthermore, if the magnetism generating unit 2 is brought close to a part of the frontal lobe 11 that controls emotion, motivation, thought, and motor function, it becomes possible to listen to music in a state where concentration is enhanced or relaxed.

音楽に同期して経頭蓋磁気刺激を脳に加えることで、以下の効果が期待できる。
音楽から得る感動を強めることができる。
前頭葉（図６中１１）を刺激して、快情動を活性化させることができる。また興奮、リラックスを制御できる。
後頭葉（図６中１０）を刺激して、知覚の鋭敏化、鈍感化を制御できる。
小脳１２を刺激すれば姿勢や歩行など運動機能の調整が可能となり、ランニングなどの運動能力の向上を図ることができる。
大脳新皮質１３を刺激して、言語機能を活性化することで、語学学習を効果的に行うことができる。
頭頂葉１４を刺激して、皮膚の感覚を鋭敏化することで音楽を肌の感覚として感じることができる。
作曲時、可聴周波数以外の音を作曲に反映でき、磁気信号でこれを感じることが可能となり、作曲の幅が広がる。 The following effects can be expected by applying transcranial magnetic stimulation to the brain in synchronization with music.
You can strengthen the impression you get from music.
The frontal lobe (11 in FIG. 6) can be stimulated to activate pleasant emotion. You can also control excitement and relaxation.
The occipital lobe (10 in FIG. 6) can be stimulated to control perception sensitization and desensitization.
If the cerebellum 12 is stimulated, motor functions such as posture and walking can be adjusted, and motor performance such as running can be improved.
By stimulating the cerebral neocortex 13 and activating language functions, language learning can be performed effectively.
Music can be felt as a skin sensation by stimulating the parietal lobe 14 and sensitizing the skin sensation.
When composing, sounds other than the audible frequency can be reflected in the composition, and it becomes possible to feel this with a magnetic signal, which broadens the composition.

前頭葉（図６中１１）を刺激することにより、音楽に同期して手足を自己の意思によるのではなく自動的に動かすことができる。音楽に同期して手足を自動的に動かすことにより、その動きが視覚や手足の触覚で知覚され、脳にその情報が伝達される。つまりバイオフィードバックが行われる。通常、音楽を聴くことで気分が高揚し自然と手足が動くことがある。これは気分の高揚が原因で、手足の動きが結果として現れるのである。音楽に同期して手足を自動的に動かすことにより、結果である手足の動きを作り出すことができ、「吊り橋効果」（例えば吊り橋を一緒に渡るという危険な行為を共に体験すると、連帯感や
恋愛感情が生まれるという効果）とバイオフィードバックにより、原因である気分の高揚を起こさせることが可能となる。 By stimulating the frontal lobe (11 in FIG. 6), the limbs can be automatically moved in synchronism with music, not by one's own intention. By automatically moving the limbs in synchronization with the music, the movement is perceived visually or by the sense of touch of the limbs, and the information is transmitted to the brain. In other words, biofeedback is performed. Usually, listening to music can raise your mood and move your limbs naturally. This is due to the uplifting of the mood, resulting in limb movements. By automatically moving the limbs in synchronization with the music, the resulting movement of the limbs can be created, and the “suspension bridge effect” (for example, experiencing a dangerous act of crossing a suspension bridge together, togetherness and love The effect that emotions are born) and biofeedback makes it possible to raise the mood of the cause.

雑音除去部３は、スピーカ４と磁気発生部２が近接していることに起因して、スピーカ４に加えられる音楽信号に磁気により発生する雑音を除去するために設けられるもので、例えば雑音と逆位相の信号を加えて、雑音を相殺する方式、フィルタを用いる方式、別周波数の音を挿入する方式等が利用できる。 The noise removing unit 3 is provided to remove noise generated by magnetism in the music signal applied to the speaker 4 due to the proximity of the speaker 4 and the magnetism generating unit 2. A method of canceling noise by adding an antiphase signal, a method using a filter, a method of inserting a sound of another frequency, and the like can be used.

本発明は、音楽療法の分野、語学学習分野，アミューズメント分野例えばコンサートホールや映画館等の音響設備、ホームシアターにおける音響施設、音楽分野のクリエータの創作活動を支援するなどクリエーティブ支援分野、語学学習分野などに利用して有用である。 The present invention relates to the field of music therapy, the field of language learning, the field of amusement, for example, acoustic facilities such as concert halls and movie theaters, acoustic facilities in home theaters, creative support fields such as supporting creative activities of creators in the field of music, language learning fields, etc. Useful for.

１ 音楽再生部
２ 磁気発生部
２a,２b コイル
３ 雑音除去部
４ スピーカ
５ ヒト
６a,６b 磁場
７a,７b 渦電流
８ ヘアバンド
９ 側頭葉
１０ 後頭葉
１１ 前頭葉
１２ 小脳
１３ 大脳新皮質
１４ 頭頂葉 1 Music reproduction part 2 Magnetic generation part 2a, 2b Coil
3 Noise removal unit 4 Speaker 5 Human 6a, 6b Magnetic field 7a, 7b Eddy current 8 Hair band 9 Temporal lobe 10 Occipital lobe 11 Frontal lobe 12 Cerebellum 13 Cerebral neocortex 14 Parietal lobe

Claims (1)

音楽再生部と、該音楽再生部により発せられる音楽のリズム及びメロディ等音楽信号に同期してタイミングと強度をコントロールされた磁気を発生させる磁気発生部と、前記音楽再生部により出力される音楽信号を受けて音を発するスピーカと、該スピーカへ送られる音楽信号に生じる、前記磁気発生部からの磁気による雑音を除去する雑音除去部とを備え、前記スピーカにより音楽を聴覚刺激として直接耳に伝えると同時に、前記磁気発生部により音楽信号を磁気信号に変換して経頭蓋磁気刺激信号として脳へ加えることを特徴とする経頭蓋磁気刺激装置。 A music reproduction unit, a magnetism generation unit that generates magnetism whose timing and intensity are controlled in synchronization with a music signal such as a rhythm and a melody of music generated by the music reproduction unit, and a music signal output by the music reproduction unit And a noise removing unit for removing noise caused by magnetism from the magnetism generating unit generated in the music signal sent to the speaker, and directly transmitting music to the ear as an auditory stimulus by the speaker. At the same time, the transcranial magnetic stimulation device is characterized in that a music signal is converted into a magnetic signal by the magnetism generation unit and applied to the brain as a transcranial magnetic stimulation signal.