JP2502006B2 - バイオフィ―ドバックシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被験者の脳波を検出す
る脳波検出手段と、その検出した脳波を複数個の帯域成
分に分けてその強度レベルを検出して、その強度レベル
を表示装置に表示させる表示レベル制御手段を備えたバ
イオフィードバックシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】脳波には、大きく分けてβ波（１４〜３
０Ｈｚ）、ＦＡＳＴα波（１０〜１４Ｈｚ）、ＳＬＯＷ
α波（８〜１０Ｈｚ）、θ波（４〜８Ｈｚ）、δ波
（０．５〜４Ｈｚ）の５種類があり、β波は、勉強中、
仕事中など起きて活発に働いているときなどの緊張度が
高い状態に現れる脳波で、ＦＡＳＴα波は、記憶力、問
題解決能力が高まる等の精神集中的リラックス状態時に
現れる脳波で、ＳＬＯＷα波は、浅い眠り、くつろいで
いるとき等の精神的にリラックスしているときに現れる
脳波であり、θ波は、瞑想時など深いリラックス状態に
現れる非常に安定した脳波で、そして、δ波は、深い睡
眠時に現れる脳波である。一般にバイオフィードバック
システムとは、通常は知覚できず、随意的に制御できな
い生体内情報（上記各帯域成分の信号）を表示装置等に
よって被験者に提示し、各帯域成分の知覚と制御を学習
させるものである。かかるバイオフィードバックシステ
ムにおいて、従来では、各帯域成分の強度レベルを比較
する場合、上記各帯域成分の強度レベルを例えばバーグ
ラフ等で表示し、この表示を目で見て比較すると各帯域
の強度レベルは時々刻々に変化して表示されるため、変
化するもの同志を比較するということとなり、各帯域の
強度レベルの比較がしずらいという問題があった。この
問題を解決する方法として、実公平３−４１４０５にお
いて、検出した脳波をβ波、α波、θ波に分類し、この
α波成分の強度レベルをβ波及びθ波の各成分の強度レ
ベルで夫々除算する除算器を設け、この除算器の出力を
表示装置に表示させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】実公平３−４１４０５
では、上記のように、α波成分の強度レベルをβ波及び
θ波の各成分の強度レベルで夫々除算した結果を表示し
たバーグラフを見て、被験者はα波がβ波、θ波と比較
して多く発生しているのか、少ないのかを判断していた
が、この方法だと、特に表示帯域数が多いと、二つの帯
域を比較した比較結果一つが表示されるため、その表示
がいったいどの帯域同志を比べたもので、この二つの帯
域成分の強度レベルがどういう関係にあるのか、つま
り、二つの帯域成分のうちどちらがどちらを除算してい
るのか等の判断が瞬時にできないという問題があった。
又、この方法はα波成分の強度レベルを基準にしてこの
α波成分とその他の成分とを比較しているが、この基準
波成分をβ波、θ波というように被験者の要望に応じて
切り換えられるように構成した場合を考えると、表示さ
れたバーグラフのみを見て、どの成分が基準になってい
るのかを瞬時に判断することができないという問題があ
った。本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、被験者の脳波における各帯域成分の関
係を瞬時に判断することができるバイオフィードバック
システムを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるバイオフィ
ードバックシステムは、被験者の脳波を検出する脳波検
出手段と、その検出した脳波を複数個の帯域成分に分け
てその強度レベルを検出して、その強度レベルを表示装
置に表示させる表示レベル制御手段を備えたものであっ
て、第１特徴構成は、前記表示レベル制御手段が、各帯
域成分の強度レベルのうちの最大強度レベルに基づいて
基準強度レベルを求めて、この基準強度レベルと各帯域
成分の強度レベルとの相対値を算出し、この算出結果を
前記表示装置に表示するように構成されている点にあ
る。第２特徴構成は、前記表示レベル制御手段が、各帯
域成分の強度レベルを前記基準強度レベルにて割った値
を前記相対値として求めるように構成されている点にあ
る。第３特徴構成は、前記表示レベル制御手段が、前記
最大強度レベルを平滑した値を前記基準強度レベルとし
て求めるように構成されている点にある。

【０００５】

【作用】第１特徴構成によれば、各帯域成分の強度レベ
ルのうちの最大強度レベルが基準強度レベルとして設定
され、この基準強度レベルと各帯域成分の強度レベルと
の相対値が表示装置に表示される。第２特徴構成によれ
ば、表示装置における各帯域の表示レベルの相対関係
は、各帯域成分の強度レベルを前記基準強度レベルにて
割った値に対応した値で表示される。第３特徴構成によ
れば、各帯域成分の強度レベルのうちの最大強度レベル
を平滑した値が基準強度レベルとして設定され、この基
準強度レベルと各帯域成分の強度レベルとの相対値が表
示装置に表示される。

【０００６】

【発明の効果】第１特徴構成によれば、表示装置におい
て、各帯域成分の強度レベルのうちの最大強度レベル
は、例えレベルが変動していても常に一定の値に表示設
定されているため、最大強度レベルを示す帯域の強度レ
ベルの表示値は変動することがなく、よって、この最大
強度レベルを示す帯域を瞬時に判断することができ、且
つ、この最大強度レベルと各帯域成分の強度レベルとの
相対値を明確に判断することができる。第２特徴構成に
よれば、表示装置において、各帯域成分の強度レベルが
最大強度レベル近傍になると各帯域成分の強度レベルの
変化が緩やかになり、よって、最大強度レベルを示す帯
域の移り変わりを容易に判断することができる。第３特
徴構成によれば、表示装置において、各帯域成分の強度
レベルのうちの最大強度レベルを平滑した値が常に一定
の値（基準強度レベル）に表示設定され、且つ、最大強
度レベルを示す帯域の強度レベルがこの基準強度レベル
近傍で少し変動するため、この最大強度レベルとその他
の帯域との相対関係を掌握しつつ、更に、最大強度レベ
ルを示す帯域の強度レベルの変動を掌握することができ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明のバイオフィードバックシステ
ムを適用した背もたれ付き椅子の実施例について、図面
に基づいて説明する。図１、図２及び図３中、１は椅
子、２は音響信号を機械振動に変換する変換器、４は音
響再生装置、５は足台、６は脳波検出手段、７は前記脳
波検出手段６の検出結果を表示する表示装置、８は制御
装置、１００は操作卓である。椅子１は、アームレスト
部１１、背当部１２、枕部１３、及び座部１４からなっ
ており、左右のアームレスト部１１夫々は変換器２及び
音響再生装置４を備え、右のアームレスト部１１の前方
には表示装置７を設け、右アームレスト部１１の下方に
は制御装置８を備え、更に、被験者の足を載せる位置に
足台５が設けられている。本発明のバイオフィードバッ
クシステムを適用した背もたれ付き椅子は、被験者との
接触部である被載せ体３１，５１を音響信号を機械信号
に変換する変換器２，５２で振動させ、この振動を被験
者の手のひら及び足の裏で感じることができるように構
成されており、前記椅子１に着座した被験者が、音響再
生装置４にて再生された音楽を耳で聞くと共に、この音
楽の音響信号に対応した振動を手のひら及び足の裏で感
じ、更に、このときの脳波を脳波検出手段６によって検
出し、この検出結果を表示装置７に表示させるように構
成されている。以下、各装置毎に説明する。

【０００８】図２において、本発明のバイオフィードバ
ックシステムを適用した背もたれ付き椅子の動作を説明
する。制御装置８は、背当部１２の傾斜角度を制御する
傾斜角度制御手段、外部音響再生機の作動を制御する外
部音響再生機制御手段、音響再生装置４の音量を制御す
る音量制御手段Ｈ、手のひらに与える変換器２の振動量
を制御する手振動制御手段Ｉ、足の裏に与える変換器５
２の振動量を制御する足振動制御手段Ｊ、及び、表示装
置７の各帯域の表示レベルを制御する表示レベル制御手
段Ｋとして機能する。そして、制御装置８は、操作卓１
００の指令に基づいて上記の制御を行うように構成され
ている。脳波検出手段６で検出した脳波信号は、制御装
置８に入力される。制御装置８において、この入力され
た脳波を表示レベル制御手段Ｋで各帯域毎に処理し、そ
の結果を表示装置７にバーグラフ表示させるように構成
されている。

【０００９】制御装置８に備えられた外部端子８１に、
例えばＣＤプレーヤ等の外部音響再生機を接続し、この
外部端子８１を介して、前記外部音響再生機制御手段
が、ＣＤプレーヤの作動を制御するように構成されてい
る。

【００１０】前記音量制御手段Ｈは、次の如く、音響再
生装置４の音量を制御するように構成されている。前記
外部音響再生機を作動させて得られる左右のチャンネル
の入力音響信号は、信号量変換器８２ａ，８２ｂによっ
て信号量を調整され音響信号Ａとなる。この音響信号Ａ
は、ハイパスフィルター８３ａ，８３ｂによって低域を
カットされ音響信号Ｂとなり、パワーアンプ８７ａ，８
７ｂによって増幅した前記音響信号Ｂを音響再生装置４
に入力して、音響再生装置４を駆動する。よって被験者
は、音響再生装置４によって再生される前記音響信号Ｂ
の音を耳で聞くことができる。

【００１１】前記手振動制御手段Ｉは、次の如く、手の
ひらに与える変換器２の振動量を制御するように構成さ
れている。前記音響信号Ａは、ローパスフィルター８４
ａ，８４ｂによって高域をカットされ、手及び足に加え
る振動用の音響信号Ｃとなる。この音響信号Ｃの信号量
を信号量変換器８５ａ，８５ｂで調整し、パワーアンプ
８８ａ，８８ｂで増幅して、左右のアームレスト部の変
換器２に加える。よって被験者は、変換器２によって振
動される前記音響信号Ｃの振動を手のひらで感じること
ができる。

【００１２】前記足振動制御手段Ｊは、次の如く、足の
裏に与える変換器５２の振動量を制御するように構成さ
れている。足台５には、アームレスト部１１の変換器２
及び被載せ体３１と同様に、音響信号Ｃを機械振動に変
換する変換器５２とこの加振部に取り付けた被験者の足
の裏を載せる被載せ体５１とを左右の足夫々に備えてお
り、前記音響信号Ｃの信号量を信号量変換器８６ａ，８
６ｂで調整し、パワーアンプ８９ａ，８９ｂで増幅し、
この信号によって左右の変換器５２を駆動させ、左右の
被載せ体５１を振動させるように構成されている。

【００１３】従って、被験者は、入力音響信号の中・高
域の音を耳で聞き、同時に、入力音響信号の中・低域の
振動を手のひら及び足の裏で感じることができる。尚、
前記音響信号Ｂは、椅子フレーム１５に取り付けられた
音響再生装置４の音響再生時の振動が椅子フレーム１５
を伝わってアームレスト部１１、背当部１２、枕部１
３、及び座部１４等のクッションを振動することのない
ように、入力音響信号の低域の周波数をカットしたもの
であり、前記音響信号Ｃは、変換器２及び５２の実際に
振動可能な低域の周波数のみを入力音響信号より取り出
したものである。

【００１４】次に図３、図４において、脳波検出手段６
により被験者の脳波を検出し、この検出結果を表示レベ
ル制御手段Ｋにて処理して表示装置７にバーグラフ表示
する一連の動作について説明する。脳波検出手段６は、
ヘッドバンド６１と耳電極６２からなり、夫々に電極を
備えている。そして、この脳波検出手段６は、ヘッドバ
ンド６１の電極が接触する前頭部表皮と耳電極６２の電
極が接触する耳表皮との間の微弱皮膚電位変化を、脳波
信号として検出するように構成されている。尚、前記耳
電極６２は、バネ等の原理を利用して耳たぶに装着でき
るように設けられている。

【００１５】制御装置８において、前記脳波検出手段６
により検出された脳波信号は、入力端子９０より入力さ
れ、増幅器９１、５０／６０ノッチフィルター９２、３
０Ｈｚローパスフィルター９３、発光回路９４ａ、フォ
トカプラ９４ｂ、受光回路９４ｃ、ゲイン変換器９５、
Ａ／Ｄ変換器９６を経て、マイコン９７に入力される。
そして、マイコン９７は、この入力された信号をβ波
（１４〜３０Ｈｚ）、ＦＡＳＴα波（１０〜１４Ｈ
ｚ）、ＳＬＯＷα波（８〜１０Ｈｚ）、及びθ波（４〜
８Ｈｚ）の各帯域成分に分割し整流してその電位レベル
を検出する。よって、この電位レベルが各帯域成分の強
度レベルを表す。更に、マイコン９７は、各帯域成分の
電位レベルのうちの最大値を判別し、この最大値を平滑
回路で平滑した値Ｙを基準強度レベルとする。そして、
各帯域成分の電位レベルＸを前記値Ｙで除算した値を、
ドライブ回路９８を介して表示装置７にバーグラフ表示
する。よって、この表示装置７において、帯域成分の電
位レベルがＹの場合、この帯域成分の強度レベルの表示
は１の位置に表示される。尚、マイコン９７は、上記入
力された信号の強度に伴って表示装置７の各帯域の表示
レベル感度を自動的に補正するように、ゲイン変換器９
５を制御している。又、上記平滑回路は、予め設定され
た時間において、各帯域成分の電位レベルのうちの最大
値の平均値を算出するように構成されている。従って、
マイコン９７は、表示レベル制御手段Ｋとして機能す
る。

【００１６】又、マイコン９７において、異常波形検出
器は、各帯域成分の電位が例えば瞬きや体動で乱れたと
き、乱れが比較的短時間のときは各帯域成分の電位を乱
れる前の電位にホールドし、１〜２秒続くときは各帯域
成分の乱れる前の電位をリセットするように構成されて
いる。従って、被験者は、表示装置７の表示を直視する
ことによって、現在の脳波状態を知ることができ、よっ
て、この脳波状態より現在の被験者のリラックス状態を
判断することができる。

【００１７】次に、図５において、変換器２の構造及び
この変換器２を椅子フレーム１５に取り付けた取り付け
構造について説明する。変換器２は、マグネット２０、
ポールピース２１、ヨークプレート２２、ボイスコイル
２３、ダンパ２４、フレーム２５、ケース２６、取り付
け部材２７、振動板２８により構成されている。このう
ちボイスコイル２３とフレーム２５と振動板２８は、取
り付け部材２７によって一体に取り付けられており、よ
って、ボイスコイル２３に電気信号を流してやるとボイ
スコイル２３が駆動され、この駆動に伴って振動板２８
は振動する。振動板２８には、弾性体３４のずれを防止
する突起２８ａが設けられ、椅子フレーム１５には、前
記弾性体３４がずれないように弾性体３４を保持する溝
１５ａが設けられている。そして、変換器２の振動板２
８は、取り付け具３０により弾性体３４を介して椅子フ
レーム１５に取り付けられており、振動板２８の振動は
椅子フレーム１５に伝わらないように構成されている。
尚、変換器２が椅子フレーム１５から外れないように、
取り付け具３０には遊びを設けてナット３０ａが取り付
けられている。又、振動を吸収する弾性体３４はウレタ
ン等の振動を吸収する材質で構成されている。

【００１８】次に、図５及び図６において、被載せ体３
１の取り付け構造について説明する。支持体３２には、
球体３２ａと円盤状の突起３２ｄとを備えている。被載
せ体３１は、アームレスト部１１の表面から露出する状
態で前記球体３２ａにて支持されており、この球体３２
ａを軸に、被載せ体３１の向きを回転変更できるように
構成されている。更に、被載せ体３１の表面は、被験者
の手のひらを支持し易いように球面形をしている。前記
支持体３２と前記突起３２ｄとの間には、バネ３３が挿
入されており、被載せ体３１上に載置物が無いとき被載
せ体３１の姿勢を水平に保持するように構成されてい
る。尚、このバネ３３は、被載せ体３１の姿勢を水平に
保持するためのものであり、その他の弾性体にて構成し
ても良い。振動板２８には、支持体３２が振動板２８上
を椅子前後方向にスライド移動するためのスライド溝２
８ｂを備えており、支持体３２には、振動板２８のスラ
イド溝２８ｂに係合する突起３２ｂを備えている。よっ
て、支持体３２が、振動板２８上を椅子前後方向にスラ
イド移動するように構成されているため、これに伴って
被載せ体３１が椅子前後方向にスライド移動する。従っ
て、被載せ体３１は、支持体３２を介して変換器２の振
動板２８に取り付けられており、よって、振動板２８の
振動は支持体３２を介して被載せ体３１に伝えられるよ
うに構成されている。

【００１９】次に、図７にて、音響再生装置４の取り付
け構造について説明する。音響再生装置４は、音響再生
用のスピーカ４１とスピーカボックス４２と弾性体４３
より構成されている。前面にスピーカ４１を取り付けた
スピーカボックス４２は、後部を開放状態で椅子フレー
ム１５に弾性体４３を介して取り付けられており、スピ
ーカ４１の振動が椅子フレーム１５に伝わらないように
配慮されている。そして、左右のスピーカ４１の前面
は、被験者の頭部相当位置方向に向くように取り付けて
あり、被験者はこの左右のスピーカ４１により再生され
る音を耳で聞くことができるように構成されている。

【００２０】〔別実施例〕上記実施例では、脳波を４つ
の帯域に分割しているが、この帯域数及び帯域幅は特に
限定されるものではなく、被験者の用途により変更して
も良い。上記実施例の表示レベル制御手段Ｋでは、各帯
域の成分に分割した信号を整流し、その電位を各帯域成
分の強度レベルとしているが、各帯域の成分に分割した
信号の振幅値，平滑値等を強度レベルとするように構成
しても良い。上記実施例の表示装置７では、各帯域の強
度レベルをバーグラフにて表示させているが、デジタル
表示しても良い。例えば、基準レベルを１００としこの
基準レベルに対する各帯域の強度レベルをデジタル表示
するようにしても良い。上記実施例の表示レベル制御手
段Ｋとしてのマイコン９７では、各帯域成分の電位レベ
ルのうちの最大値を判別し、この最大値を平滑回路で平
滑した値Ｙを基準強度レベルとしているが、各帯域成分
の電位レベルのうちの最大値をＹとし、この値Ｙを基準
強度レベルとしても良い。つまり、これにより、各帯域
成分のうち最大強度レベルを示す帯域の強度レベルは、
常に表示装置７上の設定値に固定表示される。上記実施
例の表示レベル制御手段Ｋとしてのマイコン９７中の平
滑回路では、予め設定された時間において、各帯域成分
の電位レベルのうちの最大値の平均値を算出するように
構成されているが、各帯域成分の電位レベルのうちの最
大値を積分回路，ローパスフィルター回路等で処理する
ように構成しても良い。

【００２１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の背もたれ付き椅子斜視図

【図２】ブロック図

【図３】ブロック図

【図４】ブロック図

【図５】変換器取り付け説明図

【図６】変換器取り付け説明図

【図７】音響再生装置取り付け説明図

【符号の説明】

６ 脳波検出手段 ７ 表示装置 Ｋ 表示レベル制御手段

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被験者の脳波を検出する脳波検出手段
   （６）と、その検出した脳波を複数個の帯域成分に分け
   てその強度レベルを検出して、その強度レベルを表示装
   置（７）に表示させる表示レベル制御手段（Ｋ）を備え
   たバイオフィードバックシステムであって、 前記表示レベル制御手段（Ｋ）が、各帯域成分の強度レ
   ベルのうちの最大強度レベルに基づいて基準強度レベル
   を求めて、この基準強度レベルと各帯域成分の強度レベ
   ルとの相対値を算出し、この算出結果を前記表示装置
   （７）に表示するように構成されているバイオフィード
   バックシステム。
2. 【請求項２】 前記表示レベル制御手段（Ｋ）が、各帯
   域成分の強度レベルを前記基準強度レベルにて割った値
   を前記相対値として求めるように構成されている請求項
   １記載のバイオフィードバックシステム。
3. 【請求項３】 前記表示レベル制御手段（Ｋ）が、前記
   最大強度レベルを平滑した値を前記基準強度レベルとし
   て求めるように構成されている請求項１又２記載のバイ
   オフィードバックシステム。