JP3241507U - 脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生成されたオーディオ信号を再生して効果的に脳を刺激することができる脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置を提供する。【解決手段】音声生成装置は、オーディオ再生装置1、脳波キャプチャー装置2、及びコンピューティング装置3を含む。コンピューティング装置は第2の脳波信号における複数の第2のチャネル信号における2つずつの相関性を分析するように構成され、高度に相関した複数の第2の反応チャネルを取得し、且つ複数の第2の反応チャネルには目標チャネルが含まれ、テストオーディオを出力音声とする。【選択図】図1
Description
本考案はオーディオ生成技術に関し、特に脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置に関する。
近年の生活ペースの急速な発展に伴い、人々が不眠症や、不安、うつ病、心理的ストレスといった症状に悩まされる機会が増えてきており、特に、これらに加えて片頭痛や、認知症等に関連する問題を引き起こしてしまうことが問題視されている。これらの問題を解決するために、現在では脳を刺激する療法が開発されている。ここで、脳を刺激する療法は、電気的な刺激を与える療法と磁気的な刺激を与える療法に大別される。
脳に電気的な刺激を与える療法は、頭皮に電極パッドを配置することによって行われる。ここで、後部に張り付けられた電極は微弱な電流を脳に流す。脳に磁気的な刺激を与える療法は、脳に短い磁気パルスを加え、磁場が頭の内部を通過するように脳の組織を刺激し、神経の活動を変化させる。
脳に電気的な刺激を与える療法は、頭皮に電極パッドを配置することによって行われる。ここで、後部に張り付けられた電極は微弱な電流を脳に流す。脳に磁気的な刺激を与える療法は、脳に短い磁気パルスを加え、磁場が頭の内部を通過するように脳の組織を刺激し、神経の活動を変化させる。
しかし、脳に電気的な刺激を与える方法も脳に磁気的な刺激を与える方法も、本質的には外部から容易に制御し得る単純な電気信号又は磁気信号に過ぎない。そのため、これらの信号が脳に与えた後に、脳動力の活動(脳動力とは脳が活動する能力を意味する。)の変化を分析できる完全に理論的な根拠とはならない。そのため、従来の方法ではある程度の脳動力の活動は見込まれるものの、脳の応答性能を期待し、保証するまでには至らない。
本考案は上述の問題に鑑みて以下の構成を備える。
オーディオ再生装置と、脳波キャプチャー装置と、コンピューティング装置とを備えた脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置において、前記オーディオ再生装置は複数のオーディオ信号を分割して再生するように構成され、被験者に複数のオーディオ周波数の音声刺激を与え、前記脳波キャプチャー装置は、被験者に対する第1の脳波信号をキャプチャーするように構成され、前記第1の脳波信号は、複数の第1のチャネル信号を含み、前記コンピューティング装置は、前記脳波キャプチャー装置に接続され、前記複数の第1のチャネル信号における2つずつの相関性を分析するように構成され、複数の異なる前記オーディオ周波数に対応する高度に相関した複数の第1の反応チャネルを取得し、目標チャネルに対応する少なくとも1つの前記オーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成し、前記目標チャネルは前記複数の第1の反応チャネルから選択されると共に目標刺激エリアに対応し、前記オーディオ再生装置は前記テストオーディオを再生するように構成され、前記脳波キャプチャー装置は前記被験者に対する第2の脳波信号をキャプチャーするように構成され、前記コンピューティング装置は前記第2の脳波信号における複数の第2のチャネル信号における2つずつの相関性を分析するように構成され、高度に相関した複数の第2の反応チャネルを取得し、且つ前記複数の第2の反応チャネルには前記目標チャネルが含まれ、前記テストオーディオを出力音声とする。
また、前記複数の第1のチャネル信号における2つずつの相関性を分析することは、前記複数のチャネル信号を複数の第1の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第1の時間変化周波数信号における2つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第1のチャネル信号を高度に相関した前記複数の第1の反応チャネルとすることを指す。
また、前記複数の第2のチャネル信号における2つずつの相関性は、前記複数の第2のチャネル信号を複数の第2の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第2の時間変化周波数信号における2つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第2のチャネル信号を、高度に相関した前記複数の第2の反応チャネルとすることを指す。
また、前記コンピューティング装置は前記複数の第2の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否かを判断するように構成され、前記目標チャネルが含まれている場合には、前記テストオーディオを前記出力音声とする。
更に、前記コンピューティング装置は前記複数の第2の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否か判断するように構成され、前記目標チャネルが含まれてない場合には、前記目標チャネルに対応する少なくとも1つの前記オーディオ周波数に基づいて他の前記テストオーディオを新たに合成する。
更に、前記出力オーディオの基本周波数には20Hz、40Hz、及び80Hzが含まれる。
オーディオ再生装置と、脳波キャプチャー装置と、コンピューティング装置とを備えた脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置において、前記オーディオ再生装置は複数のオーディオ信号を分割して再生するように構成され、被験者に複数のオーディオ周波数の音声刺激を与え、前記脳波キャプチャー装置は、被験者に対する第1の脳波信号をキャプチャーするように構成され、前記第1の脳波信号は、複数の第1のチャネル信号を含み、前記コンピューティング装置は、前記脳波キャプチャー装置に接続され、前記複数の第1のチャネル信号における2つずつの相関性を分析するように構成され、複数の異なる前記オーディオ周波数に対応する高度に相関した複数の第1の反応チャネルを取得し、目標チャネルに対応する少なくとも1つの前記オーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成し、前記目標チャネルは前記複数の第1の反応チャネルから選択されると共に目標刺激エリアに対応し、前記オーディオ再生装置は前記テストオーディオを再生するように構成され、前記脳波キャプチャー装置は前記被験者に対する第2の脳波信号をキャプチャーするように構成され、前記コンピューティング装置は前記第2の脳波信号における複数の第2のチャネル信号における2つずつの相関性を分析するように構成され、高度に相関した複数の第2の反応チャネルを取得し、且つ前記複数の第2の反応チャネルには前記目標チャネルが含まれ、前記テストオーディオを出力音声とする。
また、前記複数の第1のチャネル信号における2つずつの相関性を分析することは、前記複数のチャネル信号を複数の第1の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第1の時間変化周波数信号における2つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第1のチャネル信号を高度に相関した前記複数の第1の反応チャネルとすることを指す。
また、前記複数の第2のチャネル信号における2つずつの相関性は、前記複数の第2のチャネル信号を複数の第2の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第2の時間変化周波数信号における2つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第2のチャネル信号を、高度に相関した前記複数の第2の反応チャネルとすることを指す。
また、前記コンピューティング装置は前記複数の第2の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否かを判断するように構成され、前記目標チャネルが含まれている場合には、前記テストオーディオを前記出力音声とする。
更に、前記コンピューティング装置は前記複数の第2の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否か判断するように構成され、前記目標チャネルが含まれてない場合には、前記目標チャネルに対応する少なくとも1つの前記オーディオ周波数に基づいて他の前記テストオーディオを新たに合成する。
更に、前記出力オーディオの基本周波数には20Hz、40Hz、及び80Hzが含まれる。
以上のように、本考案の実施形態に基づいた脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置は、特定の刺激目的のオーディオ信号を効率的に生成し、生成されたオーディオ信号を再生して効果的に脳を刺激することができる。
図1を参照して説明する。ここで、図1は本考案の実施形態による脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置の機能ブロック図である。脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置は、オーディオ再生装置1、脳波キャプチャー装置2、及びコンピューティング装置3を含む。
オーディオ再生装置1は記憶媒体11、処理回路12、電気音響変換器13を含む。処理回路は記憶媒体11と電気音響変換器13の間を接続する。
記憶媒体11は、非一時的な記憶媒体、つまり不揮発性メモリ(ハードディスク、フラッシュメモリ、光ディスク等)であり、オーディオファイル(音声ファイル)が保存されている。
処理回路12は、オーディオファイルをデコードし、オーディオ信号を処理するためのプロセッサ、オーディオドライバ回路、デジタル信号プロセッサの少なくともいずれか1つであっても良い。そして、オーディオ信号は電気音響変換器13に送られて出力される。電気音響変換器13は、例えばイヤホン、音声出力装置、スピーカー等であり得る。
記憶媒体11は、非一時的な記憶媒体、つまり不揮発性メモリ(ハードディスク、フラッシュメモリ、光ディスク等)であり、オーディオファイル(音声ファイル)が保存されている。
処理回路12は、オーディオファイルをデコードし、オーディオ信号を処理するためのプロセッサ、オーディオドライバ回路、デジタル信号プロセッサの少なくともいずれか1つであっても良い。そして、オーディオ信号は電気音響変換器13に送られて出力される。電気音響変換器13は、例えばイヤホン、音声出力装置、スピーカー等であり得る。
脳波キャプチャー装置2は、複数の電極21(例えば、32、64、128、256個)と、信号処理回路22と、第1の通信インターフェース23を含む。信号処理回路22は、複数の電極21と第1の通信インターフェース23との間に接続される。電極21は複数のチャネル信号を含む脳波信号をキャプチャーするために使用される。
信号処理回路22は図示しないプロセッサ、アナログ信号処理回路、デジタル信号処理回路の少なくともいずれかであっても良く、前記複数のチャネル信号(例えばA/D変換、信号増幅、フィルタリング等)を処理するために用いられ、通信インターフェース23を介して処理後のチャネル信号をコンピューティング装置3に出力する。
通信インターフェース23は、有線通信インターフェース(RS232、USB、有線ネットワーク等)又は無線通信インターフェース(Bluetooth(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)等)とすることができる。
信号処理回路22は図示しないプロセッサ、アナログ信号処理回路、デジタル信号処理回路の少なくともいずれかであっても良く、前記複数のチャネル信号(例えばA/D変換、信号増幅、フィルタリング等)を処理するために用いられ、通信インターフェース23を介して処理後のチャネル信号をコンピューティング装置3に出力する。
通信インターフェース23は、有線通信インターフェース(RS232、USB、有線ネットワーク等)又は無線通信インターフェース(Bluetooth(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)等)とすることができる。
コンピューティング装置3は例えば個人のコンピューター、ノート型パソコン、サーバー等である。また、コンピューティング装置3は第2の通信インターフェース31、処理器32、及びメモリ33等を含む。なお、第1の通信インターフェース23と第2の通信インターフェース31を併せて単に「通信インターフェース」とも言う場合があり得る。
第2の通信インターフェース31は脳波キャプチャー装置2の第1の通信インターフェース23と通信可能に接続され、脳波信号をキャプチャーする。処理器32は脳波信号におけるチャネル信号を分析するために用いられ、分析結果を通じて出力オーディオを生成し、出力オーディオをメモリ33に格納するために使用される。
本実施形態では、オーディオ再生装置1は、コンピューティング装置3と完全に又は部分的に統合される。
本実施形態では、脳波キャプチャー装置2はコンピューティング装置3と完全に又は部分的に統合される。
第2の通信インターフェース31は脳波キャプチャー装置2の第1の通信インターフェース23と通信可能に接続され、脳波信号をキャプチャーする。処理器32は脳波信号におけるチャネル信号を分析するために用いられ、分析結果を通じて出力オーディオを生成し、出力オーディオをメモリ33に格納するために使用される。
本実施形態では、オーディオ再生装置1は、コンピューティング装置3と完全に又は部分的に統合される。
本実施形態では、脳波キャプチャー装置2はコンピューティング装置3と完全に又は部分的に統合される。
図2を参照して本考案の実施形態を説明する。ここで、図2は本考案の実施形態による脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置のフローチャートである。
まず、ステップS201~ステップS203がループするように繰り返し実行され、それぞれのループで再生されるオーディオ信号のオーディオ周波数は異なる。ステップS201では、オーディオ再生装置1によってオーディオ信号を再生し、可聴周波数のオーディオ刺激(音声刺激)を被験者に与える。
ステップS202において、脳波キャプチャー装置2を介して被験者から脳波信号(以下、第1の脳波信号という)をキャプチャー(取得)し、第1の脳波信号は、聴覚の刺激に対する被験者の反応のその後の分析に使用できる。
ステップS203において、コンピューティング装置3は、第1の脳波信号における複数のチャネル信号(以下、第1のチャネル信号という)間の2つずつの相関性を分析する。すなわち、これらの第1のチャネル信号の任意の2つの間の相関性を分析する。
そして、関連性の高いものをレスポンスがあるチャネル(以下、「第 1のレスポンスチャネル」と言う。)とする。ステップS201からステップS203を複数回繰り返した後、複数の異なるオーディオ周波数に対応する第1の反応チャネルを得ることができる。本実施形態では、使用されるオーディオ周波数は1Hz~100Hzの範囲から選択される。
オーディオ周波数のどのチャネルが互いに反応するかを調べることにより、オーディオによる(音声による)刺激の効果と、オーディオ刺激に対する脳領域の伝導の相関性を判断することができる。
ステップS204において、コンピューティング装置3は、第1の反応チャネルから、目標大脳刺激エリア(以下、「目標刺激エリア」という)に対応するチャネル(以下、「目標チャネル」という)を決定する。目標刺激エリアは実現したい刺激目的に応じて選択することができる。
次に、ステップS205において、コンピューティング装置3は、目標チャネルに対応する少なくとも1つのオーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成する。
すなわち、ステップS201~S203を複数回繰り返すことにより、応答する目標チャンネル(選択されたとある第1の応答チャンネル)がどのオーディオ周波数或いは複数のどのオーディオ周波数に対応するかを知ることができる。
したがって、ステップS205では、テストオーディオを合成するために、応答があるオーディオ周波数から1つ又は複数のオーディオ周波数が選択される。換言すると、テストオーディオは、目標チャネルに対応する1つ又は複数のオーディオ周波数を含み得る。
ステップS206では、オーディオ再生装置1によってテストオーディオを再生し、その後、ステップS207とステップS208を実行する。ステップS207は、前述のステップS202と同様に、脳波キャプチャー装置2を利用して被験者から脳波信号(第2の脳波信号)をキャプチャー(取得)する。
ステップS208は、上記ステップS203と同様に、コンピューティング装置3は、脳波信号における複数のチャネル信号(第2のチャネル信号)間の2つずつの動力学(ダイナミクス)の相関性を分析し、相関性の高い複数の反応チャネル(第2のチャネル信号)を取得し、これは脳の刺激応答伝達チャネルの方向の相関性を示す。
ステップS209では、テストオーディオに応答する第2の反応チャネルに目標チャネルが含まれるか否かが判定される。そして、含まれる場合、テストオーディオを出力音声として使用する(ステップS211)。
そうでない(含まれない)場合、ステップS210に入り、目標チャネルに対応する少なくとも1つのオーディオ周波数に基づいて別のテストオーディオを再度合成する。
つまり、目標チャネルに対応する少なくとも1つのオーディオ周波数で構成され、以前に合成されたテストオーディオを複製するのではない他のテストオーディオを再度合成する。次に、ステップS206に入り、適切なオーディオ(音声)が見つかるまで再度テストする。
上記の方法により、生成された出力オーディオは刺激目的でユーザへのオーディオ刺激に使用することができる。この理論的な根拠は、睡眠が脳を休息のためにリセットすることであり、睡眠時には脳が最初のエネルギーの基底状態となる。
まず、ステップS201~ステップS203がループするように繰り返し実行され、それぞれのループで再生されるオーディオ信号のオーディオ周波数は異なる。ステップS201では、オーディオ再生装置1によってオーディオ信号を再生し、可聴周波数のオーディオ刺激(音声刺激)を被験者に与える。
ステップS202において、脳波キャプチャー装置2を介して被験者から脳波信号(以下、第1の脳波信号という)をキャプチャー(取得)し、第1の脳波信号は、聴覚の刺激に対する被験者の反応のその後の分析に使用できる。
ステップS203において、コンピューティング装置3は、第1の脳波信号における複数のチャネル信号(以下、第1のチャネル信号という)間の2つずつの相関性を分析する。すなわち、これらの第1のチャネル信号の任意の2つの間の相関性を分析する。
そして、関連性の高いものをレスポンスがあるチャネル(以下、「第 1のレスポンスチャネル」と言う。)とする。ステップS201からステップS203を複数回繰り返した後、複数の異なるオーディオ周波数に対応する第1の反応チャネルを得ることができる。本実施形態では、使用されるオーディオ周波数は1Hz~100Hzの範囲から選択される。
オーディオ周波数のどのチャネルが互いに反応するかを調べることにより、オーディオによる(音声による)刺激の効果と、オーディオ刺激に対する脳領域の伝導の相関性を判断することができる。
ステップS204において、コンピューティング装置3は、第1の反応チャネルから、目標大脳刺激エリア(以下、「目標刺激エリア」という)に対応するチャネル(以下、「目標チャネル」という)を決定する。目標刺激エリアは実現したい刺激目的に応じて選択することができる。
次に、ステップS205において、コンピューティング装置3は、目標チャネルに対応する少なくとも1つのオーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成する。
すなわち、ステップS201~S203を複数回繰り返すことにより、応答する目標チャンネル(選択されたとある第1の応答チャンネル)がどのオーディオ周波数或いは複数のどのオーディオ周波数に対応するかを知ることができる。
したがって、ステップS205では、テストオーディオを合成するために、応答があるオーディオ周波数から1つ又は複数のオーディオ周波数が選択される。換言すると、テストオーディオは、目標チャネルに対応する1つ又は複数のオーディオ周波数を含み得る。
ステップS206では、オーディオ再生装置1によってテストオーディオを再生し、その後、ステップS207とステップS208を実行する。ステップS207は、前述のステップS202と同様に、脳波キャプチャー装置2を利用して被験者から脳波信号(第2の脳波信号)をキャプチャー(取得)する。
ステップS208は、上記ステップS203と同様に、コンピューティング装置3は、脳波信号における複数のチャネル信号(第2のチャネル信号)間の2つずつの動力学(ダイナミクス)の相関性を分析し、相関性の高い複数の反応チャネル(第2のチャネル信号)を取得し、これは脳の刺激応答伝達チャネルの方向の相関性を示す。
ステップS209では、テストオーディオに応答する第2の反応チャネルに目標チャネルが含まれるか否かが判定される。そして、含まれる場合、テストオーディオを出力音声として使用する(ステップS211)。
そうでない(含まれない)場合、ステップS210に入り、目標チャネルに対応する少なくとも1つのオーディオ周波数に基づいて別のテストオーディオを再度合成する。
つまり、目標チャネルに対応する少なくとも1つのオーディオ周波数で構成され、以前に合成されたテストオーディオを複製するのではない他のテストオーディオを再度合成する。次に、ステップS206に入り、適切なオーディオ(音声)が見つかるまで再度テストする。
上記の方法により、生成された出力オーディオは刺激目的でユーザへのオーディオ刺激に使用することができる。この理論的な根拠は、睡眠が脳を休息のためにリセットすることであり、睡眠時には脳が最初のエネルギーの基底状態となる。
脳が働いているとき、脳のスペクトルエネルギーは増加する。ユーザがオーディオ刺激を受けたとき、脳は本来フィードバック機能を持っているが、脳の領域の機能が異なるため反応の強弱が異なる。そして、応答が強い領域は、信号伝達(シグナリング)の領域として示される。
これらの信号の共鳴(信号が高い相関性を具備する)領域を通じて、信号の伝達経路を見つけることができる。所望のエリアに伝達できる信号伝達経路(刺激信号の分散がゼロであることを意味する)が見出されたとき、この刺激が所望の刺激目的を達成できることを意味する。
これらの信号の共鳴(信号が高い相関性を具備する)領域を通じて、信号の伝達経路を見つけることができる。所望のエリアに伝達できる信号伝達経路(刺激信号の分散がゼロであることを意味する)が見出されたとき、この刺激が所望の刺激目的を達成できることを意味する。
本考案は、脳のダイナミクス(脳動力)の理論を使用して、方向性時系列分析を行い、生存を判断し、信号を処理する。次に、脳波ゼロ分散非リニア共鳴分析への情報の流れを使用して、脳動力オーディオを形成する。
ここで、脳動力の理論と推論は、次のように確立されている。(1)第1の理論:睡眠は脳を休息させてリセットするメカニズムであり、このとき脳は最初のエネルギー基底状態にある。(2)第1の推論:脳が休息して生命を維持しているとき、脳波スペクトルのエネルギーは基底状態にあり、脳が作業して活動している状態にあるとき、脳波スペクトルのエネルギーは増加する。(3)第2の理論:脳はオーディオ(音声)によって刺激されたときにフィードバック効果を持つものである。初期の作業状態では脳波スペクトルのエネルギーは高く(機能が強化されていることを意味する)、初期の作業状態では脳波スペクトルのエネルギーは低い(休息を促してリセットされたことを意味する)。(4)第2の推論:睡眠中の脳波スペクトルのエネルギーを観察し、刺激されたエネルギースペクトルのレベルに応じて、伝達、処理、生命維持(主制御)、アラート領域等のチャネルブロックの機能を決定する。(5)第3の理論:働きすぎた脳は自動的に休息メッセージを発する。
ここで、脳動力の理論と推論は、次のように確立されている。(1)第1の理論:睡眠は脳を休息させてリセットするメカニズムであり、このとき脳は最初のエネルギー基底状態にある。(2)第1の推論:脳が休息して生命を維持しているとき、脳波スペクトルのエネルギーは基底状態にあり、脳が作業して活動している状態にあるとき、脳波スペクトルのエネルギーは増加する。(3)第2の理論:脳はオーディオ(音声)によって刺激されたときにフィードバック効果を持つものである。初期の作業状態では脳波スペクトルのエネルギーは高く(機能が強化されていることを意味する)、初期の作業状態では脳波スペクトルのエネルギーは低い(休息を促してリセットされたことを意味する)。(4)第2の推論:睡眠中の脳波スペクトルのエネルギーを観察し、刺激されたエネルギースペクトルのレベルに応じて、伝達、処理、生命維持(主制御)、アラート領域等のチャネルブロックの機能を決定する。(5)第3の理論:働きすぎた脳は自動的に休息メッセージを発する。
脳の生命維持状態と伝達処理領域の判定については、図3と図4を参照されたい。ここで、図3は、本考案の実施形態の異なる時間区間におけるチャネル信号(聴覚区T6)の脳波スペクトルエネルギー図である。また、図4は本考案の実施形態の異なる時間区間における他のチャネル信号(視覚区O1)の脳波スペクトルエネルギー図である。
ここで、信号Res1は、前段階の休止期間における被験者の信号を表す。信号リッスン(Listen)は被験者がオーディオ信号によって刺激されて覚醒している期間の信号を示す。
信号Listen-sは、被験者がオーディオ信号によって刺激されて眠りにつく時間帯の信号を表す。信号Listen-wは、被験者がオーディオ信号によって刺激されて目覚めた時間帯の信号を表す。
信号Res2とRes3は、被験者がオーディオ信号を受信した後の休止期間の信号をそれぞれ表す。そして、オーディオによる(聴覚の)刺激を受けた後に信号の変化を識別することによって、各チャネル21に対応する刺激領域の機能を区別することができる。例えば、聴覚区(聴覚エリア)T6は信号伝達処理区であり、視覚区O1は生命維持信号受信区である。
ここで、信号Res1は、前段階の休止期間における被験者の信号を表す。信号リッスン(Listen)は被験者がオーディオ信号によって刺激されて覚醒している期間の信号を示す。
信号Listen-sは、被験者がオーディオ信号によって刺激されて眠りにつく時間帯の信号を表す。信号Listen-wは、被験者がオーディオ信号によって刺激されて目覚めた時間帯の信号を表す。
信号Res2とRes3は、被験者がオーディオ信号を受信した後の休止期間の信号をそれぞれ表す。そして、オーディオによる(聴覚の)刺激を受けた後に信号の変化を識別することによって、各チャネル21に対応する刺激領域の機能を区別することができる。例えば、聴覚区(聴覚エリア)T6は信号伝達処理区であり、視覚区O1は生命維持信号受信区である。
図5を参照して本考案の実施形態の電極21の分布図を説明する。図5に示すように、本実施形態では32個の電極を示している。
本実施形態では、上記の脳の伝達処理と生命維持状態の判定に基づき、左脳電極(F7、F3、FT7、FC3、T3、C3、TP7、CP3、T5、及びP3)と右脳電極(F4、F8、FC4、FT8、C4、T4、Cp4、TP8、P4及びT6)からの信号伝達と流れの方向を判断し、脳の各領域(エリア)の動作の伝達信号を取得する。
すなわち、左脳電極(F7、F3、FT7、FC3、T3、C3、TP7、CP3、T5及びP3)と右脳電極(F4、F8、FC4、FT8、C4、T4、Cp4、TP8、P4及びT6)の脳波信号から2つずつの相関性を計算する。
ここで、式1を使用して、32個の電極とオーディオによって刺激される21個の領域(エリア)のシステム方程式を表現する。このうち、F(t)はオーディオ(聴覚による)刺激であり、X1~X32は32個の電極21のチャンネル信号であり、G1は関数であり、いずれかの電極21のチャンネル信号によって変化することを示し、U1~U32はチャンネル信号とは関係のない成分を表す。
はX1~X32の一次微分を表す。
はX1~X32の二次微分を表す。
・・(式1)
本実施形態において、出力オーディオの基本周波数には、20Hz、40Hz、及び80Hzが含まれる。
ここでは、チャネル信号の2つずつの相関性を分析する方法について説明するが、この分析方法は、上述の第1のチャネル信号と第2のチャネル信号(簡潔にするために、ここでは単に「チャネル信号」と呼ぶ。)に適用可能である。まず、チャネル信号は複数の時間変化周波数信号に変換される。変換の方法は、例えば、式2に示すように短時間のフーリエ変換を行うことである。このうち、s(t)はチャネル信号、w(t)は時間窓関数(time window function)である。
・・(式2)
次に、時間変化周波数信号の位相の時系列は、式3の形式を持ち、ヒルベルト変換(Hilbert transform)を使用して決定され、式4が形成される。これらのうち、p.v.はコーシー主値(Cauchy principal value)、S(t)は解析信号、A(t)は瞬時振幅、φは瞬時位相である。
・・(式3)
・・(式4)
上記の処理の後、これらの時間変化周波数信号の2つずつの位相の同期率を解析する。本実施形態では、位相同期指数(phase synchronization index,PSI)によって計算することができる。それぞれ位相φa(t)とφb(t)を持つ2つの結合高調波発振器(a、b)を考慮する。これ等の位相差は式5に示されている。ここで、nとmは比であり、ここでは1に設定されている。
・・(式5)
シャノンエントロピー(Shannon Entropy)は式6でSmax-ln(N)として定義さる。ここで、Nは個数である。PSIは式7として定義される。ここで、
の値が大きいほど、両者の間の同期率が高いことを表す。
は非同期を意味する。
は完全な同期を意味する。
・・(式6)
・・(式7)
ここで、閾値を設定することができ、計算されたPSIが閾値を超える場合、それは高い位相同期率を示す。このため、位相同期率の高いチャネル信号を相関性が高い反応チャネルとして使用する。
本実施形態では、上記の脳の伝達処理と生命維持状態の判定に基づき、左脳電極(F7、F3、FT7、FC3、T3、C3、TP7、CP3、T5、及びP3)と右脳電極(F4、F8、FC4、FT8、C4、T4、Cp4、TP8、P4及びT6)からの信号伝達と流れの方向を判断し、脳の各領域(エリア)の動作の伝達信号を取得する。
すなわち、左脳電極(F7、F3、FT7、FC3、T3、C3、TP7、CP3、T5及びP3)と右脳電極(F4、F8、FC4、FT8、C4、T4、Cp4、TP8、P4及びT6)の脳波信号から2つずつの相関性を計算する。
ここで、式1を使用して、32個の電極とオーディオによって刺激される21個の領域(エリア)のシステム方程式を表現する。このうち、F(t)はオーディオ(聴覚による)刺激であり、X1~X32は32個の電極21のチャンネル信号であり、G1は関数であり、いずれかの電極21のチャンネル信号によって変化することを示し、U1~U32はチャンネル信号とは関係のない成分を表す。
はX1~X32の一次微分を表す。
はX1~X32の二次微分を表す。
・・(式1)
本実施形態において、出力オーディオの基本周波数には、20Hz、40Hz、及び80Hzが含まれる。
ここでは、チャネル信号の2つずつの相関性を分析する方法について説明するが、この分析方法は、上述の第1のチャネル信号と第2のチャネル信号(簡潔にするために、ここでは単に「チャネル信号」と呼ぶ。)に適用可能である。まず、チャネル信号は複数の時間変化周波数信号に変換される。変換の方法は、例えば、式2に示すように短時間のフーリエ変換を行うことである。このうち、s(t)はチャネル信号、w(t)は時間窓関数(time window function)である。
・・(式2)
次に、時間変化周波数信号の位相の時系列は、式3の形式を持ち、ヒルベルト変換(Hilbert transform)を使用して決定され、式4が形成される。これらのうち、p.v.はコーシー主値(Cauchy principal value)、S(t)は解析信号、A(t)は瞬時振幅、φは瞬時位相である。
・・(式3)
・・(式4)
上記の処理の後、これらの時間変化周波数信号の2つずつの位相の同期率を解析する。本実施形態では、位相同期指数(phase synchronization index,PSI)によって計算することができる。それぞれ位相φa(t)とφb(t)を持つ2つの結合高調波発振器(a、b)を考慮する。これ等の位相差は式5に示されている。ここで、nとmは比であり、ここでは1に設定されている。
・・(式5)
シャノンエントロピー(Shannon Entropy)は式6でSmax-ln(N)として定義さる。ここで、Nは個数である。PSIは式7として定義される。ここで、
の値が大きいほど、両者の間の同期率が高いことを表す。
は非同期を意味する。
は完全な同期を意味する。
・・(式6)
・・(式7)
ここで、閾値を設定することができ、計算されたPSIが閾値を超える場合、それは高い位相同期率を示す。このため、位相同期率の高いチャネル信号を相関性が高い反応チャネルとして使用する。
オーディオ信号の刺激に対する脳の反応を研究するために、本考案の実施形態では15人の健康な被験者(男性10人、女性5人)を対象に実験を行った。テストのプロセスは以下の3つの段階を経て行った。
段階(I):目を閉じて3分間休む。
段階(II):前述の脳動力オーディオ刺激のオーディオの生成方法を実行する。被験者は、周波数と強度等が変化するオーディオ信号の刺激を12分間受ける。
段階(III):目を閉じて3分間休む。上記の試験過程を経て収集された脳波信号は、チャネル信号の2つずつの相関性が分析され、上記の出力オーディオが求められる。
出力オーディオ(脳動力オーディオ)を探し出したら、脳動力オーディオの効果テストを行う。このプロセスには、次の3つの段階が含まれる。
段階(I):目を閉じて3分間休む。段階(II):被験者に18分間、脳を使ったオーディオ音楽(出力オーディオ)を与える。段階(III):目を閉じて3分間休む。
段階(I):目を閉じて3分間休む。
段階(II):前述の脳動力オーディオ刺激のオーディオの生成方法を実行する。被験者は、周波数と強度等が変化するオーディオ信号の刺激を12分間受ける。
段階(III):目を閉じて3分間休む。上記の試験過程を経て収集された脳波信号は、チャネル信号の2つずつの相関性が分析され、上記の出力オーディオが求められる。
出力オーディオ(脳動力オーディオ)を探し出したら、脳動力オーディオの効果テストを行う。このプロセスには、次の3つの段階が含まれる。
段階(I):目を閉じて3分間休む。段階(II):被験者に18分間、脳を使ったオーディオ音楽(出力オーディオ)を与える。段階(III):目を閉じて3分間休む。
図6を参照して説明する。図6は本考案の実施形態によるオーディオ刺激を受けた被験者の睡眠レベルの概略図である。睡眠レベルの判定は、米国の睡眠学会の判定基準AASM version 2.4に基づき、睡眠はN1、N2、N3の3層に分けられ、第3層目のN3が最も深い睡眠を意味する。
睡眠レベル(I)「睡眠段階(I)ともいう。」では3分間目を閉じて覚醒状態にあり、180秒で段階(II)に入り、脳動力のオーディオ音楽を聴き、300秒で眠気を感じ始め、睡眠の第1層目(N1)に入る。
500秒で第2層の睡眠(N2)に入り、約580秒で第3層の睡眠(N3)に入った後、N2とN3が重なり、最後に脳力動力オーディオ音楽がオフになるまで深い睡眠N3に入る。
睡眠レベル(I)「睡眠段階(I)ともいう。」では3分間目を閉じて覚醒状態にあり、180秒で段階(II)に入り、脳動力のオーディオ音楽を聴き、300秒で眠気を感じ始め、睡眠の第1層目(N1)に入る。
500秒で第2層の睡眠(N2)に入り、約580秒で第3層の睡眠(N3)に入った後、N2とN3が重なり、最後に脳力動力オーディオ音楽がオフになるまで深い睡眠N3に入る。
以上のように、本考案の実施形態によれば、脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置は、特定の刺激目的を与えるための脳動力オーディオ信号を効率的に生成することができ、生成されたオーディオ信号を再生することで、脳に対して効果的に刺激を行うことができる。
また、本考案の実施形態によれば、脳動力オーディオの刺激により、経頭蓋刺激療法とは異なる脳に対する刺激の方法を提供することができ、脳動力の活動を変化させて症状を改善し、脳動力を利用したオーディオ音楽療法を実現し得る。このため、不眠症、不安、うつ病、心理的ストレス等の身体的又は心理的な不快感、又は片頭痛や認知症等の脳関連の問題を改善することができる。
また、本考案の実施形態によれば、脳動力オーディオの刺激により、経頭蓋刺激療法とは異なる脳に対する刺激の方法を提供することができ、脳動力の活動を変化させて症状を改善し、脳動力を利用したオーディオ音楽療法を実現し得る。このため、不眠症、不安、うつ病、心理的ストレス等の身体的又は心理的な不快感、又は片頭痛や認知症等の脳関連の問題を改善することができる。
1 オーディオ再生装置
11 記憶媒体
12 処理回路
13 電気音響変換器
2 脳波キャプチャー装置
21 電極
22 信号処理回路
23 第1の通信インターフェース
3 コンピューティング装置
31 第2の通信インターフェース
32 処理器
33 メモリ
S201~S211 ステップ
11 記憶媒体
12 処理回路
13 電気音響変換器
2 脳波キャプチャー装置
21 電極
22 信号処理回路
23 第1の通信インターフェース
3 コンピューティング装置
31 第2の通信インターフェース
32 処理器
33 メモリ
S201~S211 ステップ
Claims (6)
- オーディオ再生装置と、脳波キャプチャー装置と、コンピューティング装置とを備えた脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置において、
前記オーディオ再生装置は複数のオーディオ信号を分割して再生するように構成され、被験者に複数のオーディオ周波数の音声刺激を与え、
前記脳波キャプチャー装置は、被験者に対する第1の脳波信号をキャプチャーするように構成され、前記第1の脳波信号は、複数の第1のチャネル信号を含み、
前記コンピューティング装置は、前記脳波キャプチャー装置に接続され、前記複数の第1のチャネル信号における2つずつの相関性を分析するように構成され、複数の異なる前記オーディオ周波数に対応する高度に相関した複数の第1の反応チャネルを取得し、目標チャネルに対応する少なくとも1つの前記オーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成し、前記目標チャネルは前記複数の第1の反応チャネルから選択されると共に目標刺激エリアに対応し、
前記オーディオ再生装置は前記テストオーディオを再生するように構成され、前記脳波キャプチャー装置は前記被験者に対する第2の脳波信号をキャプチャーするように構成され、
前記コンピューティング装置は前記第2の脳波信号における複数の第2のチャネル信号における2つずつの相関性を分析するように構成され、高度に相関した複数の第2の反応チャネルを取得し、且つ前記複数の第2の反応チャネルには前記目標チャネルが含まれ、前記テストオーディオを出力音声とすることを特徴とする、
脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。 - 前記複数の第1のチャネル信号における2つずつの相関性を分析することは、前記複数のチャネル信号を複数の第1の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第1の時間変化周波数信号における2つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第1のチャネル信号を高度に相関した前記複数の第1の反応チャネルとすることを指すことを特徴とする請求項1に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。
- 前記複数の第2のチャネル信号における2つずつの相関性は、前記複数の第2のチャネル信号を複数の第2の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第2の時間変化周波数信号における2つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第2のチャネル信号を、高度に相関した前記複数の第2の反応チャネルとすることを指すことを特徴とする請求項1に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。
- 前記コンピューティング装置は前記複数の第2の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否かを判断するように構成され、
前記目標チャネルが含まれている場合には、前記テストオーディオを前記出力音声とすることを特徴とする請求項1に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。 - 前記コンピューティング装置は前記複数の第2の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否か判断するように構成され、
前記目標チャネルが含まれてない場合には、前記目標チャネルに対応する少なくとも1つの前記オーディオ周波数に基づいて他の前記テストオーディオを新たに合成することを特徴とする請求項1に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。 - 前記出力オーディオの基本周波数には20Hz、40Hz、及び80Hzが含まれることを特徴とする請求項1に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW111212970U TWM639393U (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 腦動力音頻刺激之音頻產生設備 |
TW111212970 | 2022-11-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3241507U true JP3241507U (ja) | 2023-04-06 |
Family
ID=85776272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023000355U Active JP3241507U (ja) | 2022-11-24 | 2023-02-09 | 脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3241507U (ja) |
TW (1) | TWM639393U (ja) |
-
2022
- 2022-11-24 TW TW111212970U patent/TWM639393U/zh unknown
-
2023
- 2023-02-09 JP JP2023000355U patent/JP3241507U/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWM639393U (zh) | 2023-04-01 |
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