JP5245063B2 - 脳磁界計測装置の位置合わせ装置 - Google Patents
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Description
SQUID−CTは、神経電流が発生するごく微弱な磁界を検出することに基づくため、X線CTなどに比べ被験者に与える害がないなどの利点がある。また、MRIは脳の皺など解剖学的情報を得ることに適しているのに対して、SQUID−CTは脳が寝ているのかものを考えているのかなどの機能を調べるのに適している。
また、functional−MRIは、酸素と結びついたヘモグロビンを表示するため、反応は生理学的であり、神経電流の変化ほど応答は速くない。これに比べ、SQUID−CTは応答が早く、被験者の感情の起伏などに追随可能である。
H. Ohta, M. Aono, T. Matsui, Y. Uchikawa, K. Kobayashi, K. Tanabe, S. Takeuchi, K. Narasaki, S.Tsunematsu, Y. Kamekawa, K. Nakayama, K. Koike, K. Hoshino, H. Kotaka, E. Sudoh, H. Takahara, Y.Yoshida, K. Shinada, M. Takahata, Y. Yamada, IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol.9,4073,1999. H. Ohta, T. Matsui Supercond. Sci. Technol. 12, 762, 1999. H. Ohta, A. Koike, K. Hoshino, H. Kotaka, E. Sudoh, K. Kato, H. Takahara, Y. Uchikawa, K. Shinada, M.Takahata, Y. Yamada and T. Matsui, IEEE Trans. Applied Superconductivity, MAG−27,1953,1993. H. Ohta, T. Matsui, Y. Uchikawa, K. Kobayashi and M. Aono, Physica C, Vol. 352, 186, 2001.
J. Vrba, SQUID Sensors: Fundamentals, Fanrication and Applications ed. by H. Weinstock, Kluver Academic Publishers, Tokyo Japan, 1995.
本件発明者による非特許文献1〜4に開示される超伝導体磁気シールドは、従来の磁気シールド室などに用いられるパーマロイと異なり、超低周波でもシールド率が落ちないものである。超伝導体磁気シールドは、超伝導体の完全反磁性の性質(マイスナー効果)を用いていて、パーマロイとは磁気シールドを行う動作原理が異なっている。最も良い実験データでは、磁気シールド容器内の磁界が、0.2Hz の外部磁界の3,000,000分の一まで減衰している。
このシリンダーは、液体窒素ではなく、密閉循環型ヘリウム冷凍機によって冷却されるので、連続運転が可能であり装置の維持管理が容易である。すなわち、シリンダーの外壁に溶接されたパイプを流れるヘリウムガスによって冷却される。このため、シリンダーを任意の角度に傾けても、シリンダー全体の温度の均一さが保たれ超伝導状態に維持される。
高温超伝導体磁気シールドのシリンダーの直径が大きいほど、被検者は窮屈さを感じないが、長さ対直径の比が一定なら、直径を大きくすればするほど、高温超伝導体磁気シールド体シリンダーの長さを長くしなくてはならない。
その狭いシールド体の中で、被検者を移動させると、被険者は磁気シールド体の内壁と椅子の間に挟まれて押し潰されるのではないかという恐怖感を覚える。被検者が見ているシリンダーの内壁が、被検者に接近したりすれば、その恐怖感は著しい。
被験者(10)は、略円筒形の磁気シールド体(20)の内部に位置される。磁気シールド体(20)の壁面には、高温超伝導体を有する磁気シールド(21)が備えられ、環境磁気雑音が遮蔽される。被験者(10)の頭部(11)には、脳磁を計測するSQUID磁束計(22)が設置される。
そのため、被検者(10)の眼部(12)と磁気シールド体(20)の内壁との距離が変化するので、被検者(10)に恐怖感を与えてしまうことになる。
このような恐怖感は、脳磁界信号に影響を及ぼすので、脳活動の正しい測定を行えなくなってしまう危惧がある。
直径65cm程度の磁気シールド体の中で、被検者の頭部を磁気シールド体の中心部、すなわち、長さ160cm程度の磁気シールド体の下から80cm程度の位置に移動させる時、被検者の目の位置から、被検者の眼前の磁気シールド体の内壁までの距離が一定のまま、椅子が上昇するようにする。
また、椅子の背もたれが、磁気シールド体の内壁すれすれを昇降するようにして、被検者の前の空間を広く確保することで、被験者へ心理的負担を軽減する。
これにより、被験者を、磁気シールド体の内壁と一定距離を保ったまま移動させられるので、磁気シールド体に衝突するかもしれないという恐怖感などの心理的負担を与えないで、正確な脳磁界計測を行える。
図2は、本発明による脳磁界計測装置の要部を示す説明図である。
被験者(10)は、略円筒形の磁気シールド体(20)の内部に位置され、磁気シールド体(20)の壁面には、高温超伝導体を有する磁気シールド(21)が備えられ、環境磁気雑音が遮蔽される。被験者(10)の頭部(11)には、脳磁を計測するSQUID磁束計(22)が設置される。
座席(31)は、略水平に設置された略平板状のシート部(32)の端部に設置される。シート部(32)は、その下部または側部に位置し略水平に設置された略平板状の基台(33)に支持される。シート部(32)と基台(33)との間には、基台(33)に対してシート部(32)を略水平方向へ移動可能にするリニアーガイド(34)が介装される。
これによって、被験者(10)の乗ったシート部(32)が、リニアーガイド(34)を介して基台(33)に支持されると共に略水平方向へ横移動される。
なお、リニアーガイド(34)としては、ベアリングや略水平方向に軸を配備した円柱を有するユニットなど、従来公知のリニアーガイド部材を適宜利用できる。
これによって、被験者(10)の乗ったシート部(32)を支持する基台(33)が、リニアーガイド(36)を介して上下駆動機構(35)に支持されると共に略鉛直方向へ上下動される。
図示の例では、傾斜柱(40)は、補助リンク(41)を介して上下駆動機構(35)に支持されているが、支持を補助する補助リンク(41)は必ずしも必要なく、上下駆動機構(35)に接続する必要もない。例えば、土台(37)に独立に立てて設けてもよい。
これによって、シート部(32)は、横移動及び上下動する際に、移動方向を摺動移動補助手段(42)にガイドされ、傾斜柱(40)に沿って移動する。
従って、傾斜柱(40)の傾斜角度(θ)を、予め磁気シールド体(20)の傾斜角度とほぼ等しく設定しておけば、被験者(10)と磁気シールド体(20)との距離をほぼ一定に保てるので、心理的負担を与えないで正確な脳磁界計測を行える。
傾斜柱(40)を固設して、その傾斜角度(θ)を一定にしもよいし、ギアや凹凸嵌合など従来公知の傾斜角度調節手段を適宜付設して、角度調節自在に構成してもよい。
このように傾斜柱(40)より磁気シールド体(20)を若干傾斜させ、椅子(31)の背もたれを磁気シールド体(20)の内壁の間近に配設すると、被験者(10)の前の空間を広く確保でき、また、上下駆動機構(35)による基台(33)の上下動に伴って、椅子(31)の背もたれを磁気シールド体(20)の内壁の間近に沿って移動させられる。
例えば、傾斜柱(40)を円柱状とし、摺動移動補助手段(42)を、傾斜柱(40)を内挿する孔を有すると共にその孔に面してベアリングを配備する筒状体とする。その筒状の摺動移動補助手段(42)をシート部(32)に固設することで、シート部(32)が傾斜柱(40)に沿って円滑に移動するように構成する。
傾斜柱(40)に設けられたリニアーガイド(43)は、回転調整機構(44)及び伸縮調整機構(45)を有する傾斜移動ガイド部を介して、シート部(32)に接続される。
回転調整機構(44)は、回転軸を有する構造で、接続される二つの部材の角度に自由度を与える。伸縮調整機構(45)は、長さを調整する伸縮部材を有する構造で、接続される二つの部材の距離に自由度を与える。
これによって、傾斜柱(40)に設けられたリニアーガイド(43)とシート部(32)の間の角度及び距離が可変となり、多様な傾斜角度(θ)で被験者(10)を昇降されることが容易になる。
すなわち、傾斜柱(40)は円柱状であり、摺動移動補助手段(42)は、傾斜柱(40)を内挿する孔を有すると共に、その孔に面してベアリングを配備する筒状である。ベアリングは、筒状の摺動移動補助手段(42)の軸方向に延伸した長円形無限軌道を形成する保持器に収容される。
保持器は、筒状の摺動移動補助手段(42)の側板に取着される。保持器の長円形無限軌道の一方の直線部分には切欠窓が備わり、その切欠窓から露出したベアリングが傾斜柱(40)に対して転動接触をしながら、保持器の内部で循環転走する。
このようなボールスプライン構造は摩擦抵抗が微小なため、大きなトルクの伝達時においても僅かな作用力で軸方向への摺動移動を可能にし、また摩擦抵抗の変動も殆んどないためステイックスリップを生ずることないので、被験者(10)を乗せたシート部(32)を安定して移動させられる。
すなわち、円柱状の傾斜柱(40)の表面に、その軸方向に沿ってガイド溝が設けられている。そのガイド溝に、摺動移動補助手段(42)のベアリングを係合させることで、傾斜柱(40)に対する摺動移動補助手段(42)の移動方向が規制され、被験者(10)を乗せたシート部(32)を一層安定して移動させられる。
図2に示した前記実施例とは、傾斜柱と摺動移動補助手段の構造と、傾斜柱(40)と磁気シールド体(20)の軸とが平行である点が異なる。
略棒状の傾斜柱(60)には、その軸方向にガイド溝(61)が設けられる。摺動移動補助手段には、傾斜柱(60)のガイド溝(61)に係合する突起(62)が設けられる。この摺動移動補助手段としての突起(62)をシート部(32)の側部に固設することで、シート部(32)を傾斜柱(60)に沿って移動させられる。
同様に、略棒状の傾斜柱(60)に、その軸方向にガイド孔を設け、摺動移動補助手段に、傾斜柱(60)のガイド孔に係合する突起(62)を設けてもよい。
64−channelSQUIDは、5 fT/Hz1/2 程度の感度をもっている。100Hz の帯域で測った場合50 fT の感度になる。100 回程度の加算平均で50 fT の感度の信号を十分高いSN比で測定できる。
図5の脳磁図に示すように、明確な脳磁界分布が得られた。また、刺激後66ms と110ms で磁場の極性が反転し、神経電流の向きが逆転したことも検出された。
なお、これらの実験結果は、非特許文献1にも開示している。
情報通信研究機構、季報Vol.50、Nos.1/2、2004
250 ms 以降の長潜時に6 Hz のシータ・リズムが観測されている。特に、長潜時におけるシータ・リズムの振動の節の部分のくびれが細いことは、本装置の低周波雑音が小さいことを端的に示している。
この視床のリレー・ニューロン(relay neuron)は単独で、図8に示したように膜電位(membrane potential)に依存した周波数でリズムを発生できるのでペースメーカとして働く。静止膜電位より浅い脱分極(deporlarized state)のリズムはrhythmic(あるいはtonic)mode(図8(a)(b))と呼ばれ、静止膜電位より深い過分極(hyperporlarized state)のリズムはburst mode(図8(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k))と呼ばれている。図8(c)のように振動していない状態でも、青斑核のノルアドレナリからマイネルト基底核経由のアセチルコリンなどによる興奮性(Excitatory)入力を受けるとrhythmic mode で振動し、縫線核経由のセロトニンによる抑制性(Inhibitory)入力を受けるとburst mode で振動する。図8(e)で3 分の1 の分周、図8(f)で2 分の1 の分周機能が観測されている。
これから分周のメカニズムがわかるが、電子回路のマルチバイブレータの分周回路と似ている。ここでは5 分の1 の分周になっている。何分の1 の分周にするのかを決めているのが、電子分周回路のバイアス電圧に相当する過分極活性型陽イオンチャンネルの電流(hyperpolarization−activated cation current)Ihで、その時定数は、膜電位V=−74.5[mV]の時、約1 秒の最大値をもつ。この逆数は1Hz であり、このIhの効果を調べるには、1Hz 以下で低雑音であることが要求される。Ihは、視床、海馬だけでなく、心拍数も制御している。一般に、カリウムイオンチャンネルやカルシウムイオンチャンネルの関与する記憶、学習などは時定数の長い現象である。
このように、本発明によって、被験者に心理的負担を与えないで得られる正確なデータは、高温超伝導体磁気シールドとテレグラフ雑音の小さいSNS接合とを用いれば、信号の中長潜時における雑音が少なく、人間の脳の高次機能や脳幹など深部を調べるのにも適している。
11 頭部
12 眼部
20 磁気シールド体
21 磁気シールド
22 SQUID磁束計
30 座席調整装置
30A シャフト
31 座席
32 シート部
33 基台
34 リニアーガイド
35 上下駆動機構
36 リニアーガイド
37 土台
40 傾斜柱
41 補助リンク
42 摺動移動補助手段
43 リニアーガイド
44 回転調整機構
45 伸縮調整機構
A シャフトの軌跡
B 被験者の視点の軌跡
θ 鉛直線に対する傾斜柱の傾斜角度
φ 傾斜柱に対する磁気シールド体の傾斜角度
Claims (13)
- 脳磁界計測装置における略円筒形の磁気シールド体の略軸方向に、被験者を移動させて、脳磁界計測のための位置合わせを行う装置であって、
略鉛直方向に立てられ、支持対象を上下動させる上下駆動機構と、
その上下駆動機構にリニアーガイドを介して支持されると共に上下動される基台と、
その基台にリニアーガイドを介して支持されると共に略水平方向へ横移動されるシート部と、
上下駆動機構に対して所定角度傾斜された傾斜柱と、
傾斜柱にリニアーガイドを介して支持されると共にシート部にも連結される傾斜移動ガイド部と、を備え、
上下駆動機構による基台の上下動に伴って、シート部を傾斜柱の軸方向へ移動させる
ことを特徴とする脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 傾斜移動ガイド部に、
傾斜柱のリニアーガイドとシート部との角度を調整可能にする回転調整機構を設け、傾斜柱の傾斜角度調整に対応させた
請求項1に記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 傾斜移動ガイド部に、
傾斜柱のリニアーガイドとシート部との距離を調整可能にする伸縮調整機構を設け、傾斜柱の傾斜角度調整に対応させた
請求項1または2に記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 上下駆動機構に対する傾斜柱の傾斜角度を調節する傾斜角度調節手段を備える
請求項1ないし3のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 上下駆動機構に対する傾斜柱の傾斜角度が20〜30°である
請求項1ないし4のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 傾斜柱に対する磁気シールド体の傾斜角度が1〜10°である
請求項1ないし5のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 磁気シールド体の直径に対する長さの比が3以下である
請求項1ないし6のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 被験者の椅子をシート部の上に設置し、その椅子の背もたれを磁気シールド体の内壁の間近に配設して、
上下駆動機構による基台の上下動に伴って、椅子の背もたれを磁気シールド体の内壁の間近に沿って移動させる
請求項1ないし7のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 傾斜柱が略棒状であり、
リニアーガイドが、傾斜柱を内挿する孔を有すると共にその孔に面してベアリングを配備する筒状体である
請求項1ないし8のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 略棒状の傾斜柱の表面に、その軸方向にガイド溝を設け、
そのガイド溝に沿ってリニアーガイドのベアリングが摺動移動する
請求項9に記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 筒状のリニアーガイドの孔に面する内面に、
その軸方向に長径を持つ長円形の無限軌道を形成するベアリング玉保持器を配備する
請求項9または10に記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 傾斜柱が、その軸方向に設けられたガイド溝を有した略棒状であり、
傾斜柱のリニアーガイドが、傾斜柱のガイド溝を摺動移動する突起である
請求項1ないし8のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。 - 傾斜柱が、その軸方向に設けられたガイド孔を有した略棒状であり、
傾斜柱のリニアーガイドが、傾斜柱のガイド孔を摺動移動する突起である
請求項1ないし8のいずれかに記載の脳磁界計測装置の位置合わせ装置。
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