JP6182282B2 - 日周期検出システム - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの日周期シフトをモニタリングするシステム及び方法に関する。

毎日の中には、人間の注意力や敏捷性、気力及び気分に影響を与える周期が存在する。この内部リズムは、概日時計（circadian clock）と呼ばれる神経学的機構によって生じ、調整される。健康な人では、副腎からのコルチゾールの分泌は概日周期に従い、起床後の重度の増加を伴う。この起床後の増加、コルチゾール起床応答（cortisol awakening response）と呼ばれる現象は、コルチゾール分泌の概日リズムを重ねる視床下部−下垂体−副腎軸（hypothalamus-pituitary-adrenal axis）のはっきりとした特徴となるように現れる。別の概日効果は早朝血圧上昇である。交感神経系の突然の活性は、早朝血圧上昇の主なメディエータである。媒介される交感神経血管収縮の増加（increased-mediated sympathetic vasoconstriction）は、通常の被検体において見られる。睡眠からの覚醒は血漿エピネフリンのわずかな上昇に関連付けられるが、起床（arising）は、エピネフリンとノルエピネフリンの双方の顕著な上昇を誘発する。

非特許文献１では、朝にアルファ交感神経の血管収縮活性が部分的又は全体的に増加することに起因して、基礎血管緊張に概日リズムが存在することが説明されている。この変化は、この時刻における高血圧及び心血管系イベントの発生の増加に寄与し得る。

日周期検出のための現在の方法は、通常、邪魔になるサンプリング方法を必要とする。一方では、中核体温から日周期に関する情報を導出することが可能である。中核体温は、ｅピル（e-pill）のような体内センサを用いて測定され得る。ｅピルを飲み込み、排せつ物からこれを取り出さなければならないことは、厄介なことである。あるいは、口内又は脇の下の温度を測定することができるが、これもまた個人にとっては不便な可能性がある。他方では、唾液メラトニンテストから日周期に関する情報を得ることが可能である。唾液のメラトニンテストは、唾液の定期的なサンプリングを要する。これは個人にとって負担である。

特許文献１では、精神的感情適応プロセス（psycho-emotional adaption process）を制御、測定及びトレーニングするためのシステムが開示されている。システムは、興奮、ストレス、恐れ、リラクセーション、精神安定剤の効果等といった異なる精神的感情状態を非侵襲的に検証するために機能する。システムは脈動直流によって発汗腺の分泌を評価する。システムは腕時計の形で実装され、皮膚コンダクタンスの電気値をアナログの角度読取値に変換する。高い興奮度（低い皮膚コンダクタンス）は、高い角度読取値（高いインパルス周波数）に対応する。

非特許文献２には、ミュンヘン大学での研究活動が発表されている。研究者は、世界中から、１５０．０００人を超える個人について、彼らがベッドに行き、眠る準備をし、眠りに落ち、起床し、起き上がる時間を提供するエントリを含むデータベースを集めた。

したがって、邪魔にならない方法による日周期検出のためのアプローチを提供することが望ましい。そのようなアプローチを使用して、外部条件に対する人の日周期の穏やかな適応を提供することができる。

独国特許出願公開第4,221,526号明細書 国際公開第2013/011416号

Panza等著「Circadian variation in vascular tone and its relation to α- sympathetic vasoconstrictor activity」、N Engl J Med、１９９１年；325:986-990 Till Roenneberg著「Chronobiology: The human sleep project」、Nature、２０１３年６月 Fries等著「The Cortisol Awakening Response (CAR): Facts and Future Directions」、International Journal of Psychophysiology、２００９年 Wuest等著「Genetic factors, perceived chronic stress, and the free cortisol response to awakening」、Psychoneuroendocrinology 25（２０００年）707-720

本発明の目的は、邪魔にならない方法で人の日周期シフトを検出することを可能にするデバイスを提供することにある。本発明の目的は更に、人の日周期シフトをモニタリングするウェアラブルシステムを提供することにある。

本発明の第１の側面では、ユーザの日周期シフト（circadian phase shift）を検出するためのデバイスが提示される。このデバイスは：
ユーザの皮膚コンダクタンス信号及びユーザの睡眠周期情報を取得するためのインタフェースと；
取得した皮膚コンダクタンス信号に基づいて内部クロック起床時間（internal clock wake-up time）を決定し、取得した睡眠周期情報に基づいて外部クロック起床時間（external clock wake-up time）を決定するための処理ユニットと；
内部クロック起床時間及び外部クロック起床時間に基づいて、ユーザの日周期シフトを評価するための評価ユニットと；
を備える。

本発明の更なる側面では、ユーザの日周期シフトを検出するための方法が提示される。この方法は：
ユーザの皮膚コンダクタンス信号及びユーザの睡眠周期情報を取得するステップと；
取得した皮膚コンダクタンス信号に基づいて内部クロック起床時間を決定し、取得した睡眠周期情報に基づいて外部クロック起床時間を決定するステップと；
内部クロック起床時間及び外部クロック起床時間に基づいて、ユーザの日周期シフトを評価するステップと；
を備える。

本発明の更に別の側面では、ユーザの日周期シフトをモニタリングするためのウェアラブルシステムが提示される。このウェアラブルシステムは、上記で定義されたデバイスと、皮膚コンダクタンスセンサユニットとを備える。

本発明のまた更なる側面では、コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行されると、本明細書で開示される方法のステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム、並びにプロセッサによって実行されると、本明細書で開示される方法のステップを実行させるコンピュータプログラム製品を格納する、非一時的なコンピュータ読取可能記録媒体が提供される。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において定義される。特許請求に係る方法、コンピュータプログラム及び媒体は、特許請求に係るデバイス及び従属請求項において定義されるものと同様及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。

気分障害（mood problem）、睡眠障害、季節性情動障害、うつ病は、概日時計の問題に由来する可能性があることが多い。このことは、タイムゾーンを超えて旅行し、その概日リズムを外部条件に合わせなければならない（例えば別のタイムゾーンへのフライトの後、朝にミーティングをする）人に特に関連する。外部クロックとの同期がずれている日周期の負の影響を軽減する可能性のあるアプローチは、光や音の適応等を用いて、人の日周期に対して穏やかな日周期シフトを提供することを可能にするデバイスの使用を含む。そのようなデバイスは、Philips社のWakeup light、Philips社のGolite blue又はPhilips社のBritelite SAD lampを含む。しかしながら、デバイスが、人の現在の日周期に反応することが望ましい場合、日周期について簡単で早く、邪魔にならない測定が必要とされる。

本発明は、ユーザの皮膚コンダクタンス測定から、人又はユーザの日周期シフトを、邪魔にならない方法で決定するという考えに基づいている。取得した皮膚コンダクタンス信号又は皮膚コンダクタンスの測定値の評価に基づいて、内部クロック起床時間を決定する。この内部クロック起床時間は、ユーザが起床していることをユーザの概日時計が示す時間、すなわちユーザの概日リズムに対応する。この内部クロック起床時間は、ユーザが起きる（又は起きることを望む）実際の時間を示す外部クロック起床時間と比較される。この外部クロック起床時間は、取得したユーザの睡眠周期情報に基づいて決定される。外部クロック起床時間は、例えばアラーム時計の時間、ユーザの環境における夜明け又は雑音が増加する時間に対応し得る。特に、外部クロック起床時間は、ユーザが起床する時間に対応するか、ユーザの場所のローカル時間を考慮して少なくとも起きるべき時間に対応し得る。内部クロック起床時間と外部クロック起床時間の比較に基づいて、ユーザの日周期シフトを評価することができる。このユーザの日周期シフトは、ユーザ（すなわち、ユーザの日周期）が時間に合っているか、あるいはそのユーザの現在の場所の外部リズム又は外部時間と同期されているか否かを示す。

上記で概説したように、邪魔になるサンプリング方法及びユーザのより高い努力を通常必要とする、ユーザの日周期シフトを決定するための以前のアプローチと比べると、本発明は、日周期シフトに関する情報を導出するための、簡単かつ安価で使用が容易なアプローチを提供する。そのような情報を、例えば日周期シフトデバイスを制御するための使用することができる。ユーザの概日時計が外部クロックと同期していない、すなわちユーザが日周期シフトの対象となると判断した場合、そのようなデバイスは、ユーザが自身の自然のリズムを回復することを助けることができる。上記で説明したデバイスを、例えばリズムを頻繁に適合させなければならず、時間シフトの対象となる、シフト労働者、長距離の旅行者、地下で働いている人々に使用することができる。他の応用エリアは、集中治療室内の患者又は医療関係者の分野であり得る。

好ましい実施形態において、処理ユニットは、皮膚コンダクタンス信号に基づいて皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間（rise time）を決定し、内部クロック起床時間を示す皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の減少（decreased rise time）の期間を決定するように構成される。

皮膚コンダクタンス信号から内部クロック起床時間を導出するための１つのアプローチは、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間を評価することである。（通常は時間ベースの）皮膚コンダクタンス信号は、皮膚コンダクタンス応答と呼ばれるピークを提示する。皮膚コンダクタンス信号から皮膚コンダクタンス応答（又は複数の皮膚コンダクタンス応答）を抽出するために、これらのピークを特定する。次いで、皮膚コンダクタンス応答の立ちあがり時間を決定し、これにより、皮膚コンダクタンス応答の立ちあがり時間は、皮膚コンダクタンス信号が最高点（皮膚コンダクタンス信号のピーク）に到達するのにかかる時間を指す。したがって、皮膚コンダクタンス信号を処理して、皮膚コンダクタンス応答を特定し、皮膚コンダクタンス応答の立ちあがり時間を決定する。この時間は、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間と呼ばれる。

皮膚コンダクタンス応答のこの立ち上がり時間に基づいて、内部クロック起床時間を決定することが可能である。この立ち上がり時間は、ユーザの概日リズムによって定義される内部クロック起床時間の後の期間内に減少することが観察されている。したがって、立ち上がり時間、より正確には、ある期間にわたる立ち上がり時間のモニタリングにより、ユーザが自身の概日リズムに従って起床する時間を特定することが可能になる。したがって、内部クロック起床時間を決定するためには、皮膚コンダクタンス応答の簡単な信号処理で十分である。

好ましい実施形態において、処理ユニットは、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の平均をモニタリングすることによって、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の減少の期間を決定するように構成される。

皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間は変化する。したがって、内部クロック起床時間を示す、立ち上がり時間の減少の期間を確実に決定するために、立ち上がり時間の平均（例えば移動平均）をモニタすることが有利であり得る。この平均に基づいて、例えば閾値を適用することにより、内部クロック起床時間を決定することが可能になる。皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の平均が所定の閾値を下回るとすぐに、ユーザが起床したことが検出される。

一方では、ある期間（例えば１日）の間の皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の平均を評価することによって、立ち上がり時間の減少の期間を遡及的に特定することが可能である。このためには、立ち上がり時間の減少した平均の期間、すなわち、立ち上がり時間の平均がモニタリングされている残りの期間中よりも、立ち上がり時間が（かなり、例えば相対的スケールに対して１５％〜３０％）低い期間を特定することで十分である。他方では、例えば概日リズムの連続的なモニタリングが望まれる場合、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の経時的な展開を示す移動平均又は別の特徴をモニタして、例えば閾値処理に基づいて（モニタリングされた平均が、所定の閾値を下回ったとき）平均立ち上がり時間の顕著な減少が生じたことを決定することも可能である。このことは、内部クロック起床時間のリアルタイムモニタリング及び識別を提供することを可能にする。

また別の実施形態において、評価ユニットは、外部クロック起床時間を内部クロック起床時間と比較し、日周期シフトを示す時間の差を決定するように構成される。ユーザの日周期シフトに関する情報を決定するための簡単なアプローチは、外部クロック起床時間を内部クロック起床時間と比較することを含む。外部クロック起床時間と内部クロック起床時間の双方とも、ある時点又は期間（例えば起床後の３０分）を指し得る。時点について差が決定され得る。これは、期間の場合も、例えば開始又は終了時間を引くことにより可能である。この差に基づいて、ユーザの概日リズムが、外部的に誘発された時間体制（time regime）と同期しているかどうかを判断することができる。内部クロック起床時間が、外部クロック起床時間のかなり後である場合、これは、ユーザが、その場所での外部時間と同期していないことを示し得る。そのような状況は、ユーザの環境からの影響に対する高レベルのストレス及び／又は低いロバスト性を生じ得る。これは、例えばあるタイムゾーンから別のタイムゾーンへ頻繁に旅行する旅行者に生じることがある。これにより、人の概日リズムが、環境（他の人、特定の場所等）によって誘発される外部リズムに対応しているか否かを示す有意なパラメータを導出するために、複雑な信号処理を必要としないので有利である。

また別の実施形態において、睡眠周期情報は、
ユーザの身体部分の動きを示す加速度センサ情報と；
ユーザの環境における環境光レベルを示す光センサ情報と；
ユーザの皮膚の温度を示す皮膚温度情報と；
のうちの少なくとも１つを含む。

外部クロック起床時間は、特に、例えば加速度センサ、光センサ又は皮膚温度センサ等のセンサから導出され得る。通常、センサ情報は、ローカル時間に照らして解釈されることになる。センサは、外部クロック起床時間を決定するために異なるアプローチに依拠する。ユーザの身体の部分に当てられる加速度センサは、ユーザが起きるときに生じる加速度を評価することを可能にする。起床時間は、加速度信号の評価（パターン認識、閾値処理等）に基づいて特定され得る。ユーザが起きていることは、ユーザの外部起床時間になっていることを示す。光センサは、ユーザの環境の明るさを測定することができる。通常、ユーザは起きるとすぐに明かりを付け、あるいは明るさは、ユーザの場所の夜明けの瞬間に増すであろう。したがって、光センサも、ユーザが起きる時間又は起きるべき時間（すなわち、外部起床時間）を示す情報を提供することができる。光センサの情報は、ユーザのタイムゾーン又は場所とは独立であり、これは（頻繁な）旅行者にとって特に有利である。またさらに、ユーザの皮膚の温度は、ユーザが起床する時間の特徴的な挙動、あるいはユーザが起床する時間に続く期間内の特徴的な挙動を表すことがある。例えばこの効果は、ユーザがベッドにいる時間の間はブランケットに包まれており、このブランケットによって皮膚の温度の上昇が生じることによって生じ得る。したがって、睡眠周期情報は、ユーザが起きる時間を決定するために全て個々に又は組合せで使用することができる異なるタイプの情報を含む。ユーザの内部起床時間がまだきていない場合、これは、そのユーザが日周期シフトの対象であることを示す。個別のユーザに応じて、様々な上述の情報源を組み合わせてユーザが起きる時間を確実に決定することは理にかなったことであり得る。

また別の実施形態において、デバイスは、ユーザの日周期シフトに基づいて日周期シフトデバイスを制御する制御パラメータを決定するための制御ユニットを更に備える。そのような日周期シフトデバイスは、概日リズムを外部条件に穏やかに適合させることを助ける外部刺激を、ユーザに提供することを可能にする。したがって、制御ユニットは、本発明のデバイスによって提供される情報を利用することが可能になり、ユーザの環境によって誘発されるような外部時間と同期がとれていないユーザの概日リズムの負の影響を克服するという利点を有する。そのような日周期シフトデバイスは、シフト労働者や長距離の旅行者、あるいは睡眠障害の人々によって使用され得る。

本発明のウェアラブルシステムの好ましい実施形態では、システムをユーザの手足（limb）で支持するためのリストバンドが更に備えられる。システムは、したがって、ユーザの腕や足、指等の手足に取り付けることができるタイプのデバイスに対応する。このシステムの実装は、例えば腕時計等のような形をとってもよい。本発明のシステムがユーザの挙動にほんのわずかしか影響を与えない場合、特に有利である。ユーザの通常の挙動への干渉を非常に小さくする又は全くなくすことになる１つのアプローチは、リストバンドを含むデバイスの形でシステムを実装することである。これは、ユーザがシステムを装着することを可能にし、ユーザが本発明のシステムの使用を望むときは常に測定動作等を個々に実行する必要をなくすことを可能にすることができる。

好ましい実施形態において、皮膚コンダクタンスセンサユニットは、ユーザの皮膚部分に当てられるときにコンダクタンス（伝導度）を測定するための２つの電極を含む、通常、ユーザの皮膚コンダクタンス又は皮膚コンダクタンス応答に関する情報を導出するために、テスト電流がユーザの皮膚に印加される。電極は、ユーザの皮膚との直接接触を要する。電極が人の足首、手の掌、足の裏、手首といった身体部分と接触する状態で、システムを快適に装着することを可能にするリストバンドの位置に電極を提供することが有利であり得る。

また別の好ましい実施形態において、システムは、
ユーザの身体部分の動きを示す加速度センサ情報を取得するための加速度センサと；
ユーザの環境における環境光レベルを示す光センサ情報を取得するための光センサと；
ユーザの皮膚の温度を示す皮膚温度情報を取得するための温度センサと；
のうちの少なくとも１つを含む睡眠周期ユニットを更に備える。

上記で概説したように、睡眠周期情報は、特に、加速度センサ情報、光センサ情報又は皮膚温度情報を含み得る。この情報は、上記で定義されるシステム内の異なるセンサによって取得され得る。必要な１つ又は複数のセンサを本発明のデバイスに統合することの１つの利点は、外部デバイスが必要でないことである。これにより、システムの効率的な実装が可能になる。また、必要な１つ又は複数のセンサをシステム自体に統合することは、センサとシステムとの間の伝送エラーに関する問題又は整合性の問題を防ぐことを可能にする。必要な信号処理装置に沿った全てのセンサが同じシステムに統合される場合、データ伝送は必要とされない。

好ましくは、システムは、ユーザの日周期シフトに関する情報を提供するための出力ユーザインタフェースを更に備え得る。この出力インタフェースは、ユーザと通信することを可能にし、決定された情報をユーザに転送することができる。その後、ユーザは、外部的に誘発されたリズムと概日リズムを再び整合させるためにステップをとる必要があるか否かを決定することができる。さらに、ユーザは、ユーザの概日リズムと外部的に誘発されたリズムとの間の同期の欠如によって生じる、最終的な問題の説明を取得することができる。

更に好ましくは、システムは、ユーザから睡眠周期情報を取得するための入力ユーザインタフェースを更に備える。この入力ユーザインタフェースは、ユーザが、外部クロック起床時間を決定するために評価され得る情報を提供することを可能にする。そのような情報は、ユーザがアラーム時計をセットした時間又はミーティングの時間等を含み得る。

またさらに、システムは、日周期シフトデバイスと通信するための通信インタフェースを更に備える。そのような通信インタフェースは、日周期シフトデバイスを制御する、すなわち直接通信することを可能にし、決定されたデータ又は必要な制御パラメータを伝送することができる。これは特に、本発明のシステムが日周期シフトデバイスを制御する制御パラメータを決定するために使用される場合に着目される。

本発明のこれら及び他の側面は、以下で説明される実施形態から明らかになり、そのような実施形態との関連で解明されるであろう。図面は次のとおりである。
本発明の態様に従って、ユーザの日周期シフトを検出するためのデバイスの概略図である。 本発明の実施形態において使用される、ユーザの皮膚コンダクタンス信号の信号処理を示す図である。 ユーザの皮膚コンダクタンス信号の実際の測定値の例を示す図である。 腕時計の形の本発明の態様に係るウェアラブルシステムの実施形態を示す図である。 本発明の態様に係るウェアラブルシステムを概略的に示す図である。 本発明の態様に係るシステムを用いて、日周期シフトデバイスを制御する概念を示す図である。 本発明の態様に係る方法を概略的に示す図である。

図１は、本発明の第１の態様に従って、ユーザの日周期シフトを検出するためのデバイス１０の概略図を図示している。デバイス１０は、ユーザの皮膚コンダクタンス信号及びユーザの睡眠周期情報を取得するためのインタフェース１２を備える。さらに、デバイスは、処理ユニット１４及び評価ユニット１６を備える。任意選択として、デバイス１０は制御ユニット１８を更に備えてもよい。本発明の一部の実施形態では、この制御ユニットを備えても、備えなくてもよいことを示すように、図１では制御ユニット１８は破線で示されている。

本発明の基本的な考えは、人間又は哺乳類の日周期又は概日時計を決定し、そこからこの概日時計が外部クロック又は外部リズム（日周期シフト）と同期しているかどうかを導出するための目立たない方法によるアプローチを提供することにある。デバイス１０は、皮膚コンダクタンス信号を取得し、そこから内部クロック起床時間（internal clock wake-up time）を導出する。内部クロック起床時間は、例えば３０分という期間等のような期間（time period）に対応し、この期間は、ユーザが起きる時間間隔、又はより正確には、ユーザが起床することを示すユーザの概日時計の時間間隔を示す。内部クロック起床時間は、対応する情報を伝搬する正確な時間指定（time specification）にも対応し得る。しかしながら、内部クロック起床時間は通常、３０分の時間間隔（time interval）を指す。本明細書で使用されるとき、皮膚コンダクタンス信号は、皮膚コンダクタンスを示す信号（通常は、電気伝導度を示すジーメンスで指示される）を指す。以下で更に詳述されるように、そのような時間ベースの皮膚コンダクタンス信号を処理して分析し、そこから信号パラメータを導出する。信号情報の評価に基づいて、内部クロック起床時間が導出される。この内部クロックは、コルチゾール起床応答又は早朝血圧上昇に対応する。

内部クロック起床時間に加えて、ユーザの睡眠周期情報に基づいて外部クロック起床時間が決定される。本明細書で使用されるとき、外部クロック起床時間は、特に、ユーザが起きる時を示す時間間隔又は正確な時間を指す。一部の実施形態では、外部クロック起床時間は、ユーザの現在の場所で１日が始まる時間を示すこともある（例えば時差に悩む長距離の旅行者の場合）。

内部クロック起床時間及び外部クロック起床時間は通常、同じスケールで示される。外部クロック起床時間は睡眠周期情報に基づいて決定される。そのような睡眠周期情報は、ユーザインタフェースを介してユーザ自身によって提供されてもよく、センサユニットから取得されてもよい。このセンサユニットによって、物理的現象を、外部クロック起床時間に関連する電気信号に変換することができる。

本明細書で使用されるとき、外部時間は、ユーザの日周期を指すユーザの内部時間とは対称的に、誘発時間（induced time）を指す。外部時間は特に、ユーザの場所におけるローカル時間を指し得る。通常、ユーザの日周期又は概日時計は、ローカル時間又は外部時間と同期されるべきである。したがって、ユーザが現在の場所で起床するか、起床すべき時間（ユーザの外部クロック起床時間）は、そのユーザの内部起床時間に対応すべきである。ここで、同期されることとは、日周期と外部時間（実際の時間）が同相であることを示す。

しかしながら、複数のタイムゾーンにわたる長距離のフライトの後の時差によって、あるいは夜勤職員等の場合に日周期に対応しない外部リズムが誘発される場合、この同期が阻害されることがある。また、睡眠障害に悩む人々は、自身の日周期を外部時間に合わせることに関する問題を有する。その後、日周期及び外部時間はもう同期していない。本発明は、この状況、すなわちユーザの日周期シフトを検出することを可能にするデバイスを提供することを目的とする。本明細書で使用されるとき、ユーザは、生物、特に人間を指す。

本発明のインタフェース１２、処理ユニット１４、評価ユニット１６及び制御ユニット１８のうちの１つ以上が、部分又は全体として、１つ以上のマイクロプロセッサ（MCU、FPGA、ASIC等）の形で実装され得る。説明される機能は、部分又は全体的に、ハードウェア及び／又はソフトウェアで実装され得る。

本発明の実施形態は、人の健康モニタリング等のためのデバイス、外部センサにより又はユーザ自身により提供される入力データに依拠するスマートフォンアプリ、ユーザの必要な皮膚コンダクタンス応答及びユーザの睡眠周期情報がユーザによって提供されるインターネット又はサーバベースの実装、あるいはインターネット又はネットワーク通信経由の適切なセンサユニット等のような、身体装着デバイスを含み得る。本発明の例示される実施形態に係るデバイスの全ての異なる実装は、ユーザの皮膚コンダクタンス応答に基づいて内部クロック起床時間を決定し、ユーザの睡眠周期情報に基づいて外部クロック起床時間を決定し、そこからユーザの日周期シフトを導出するという基本的な考えに依拠する。

実施形態に応じて、ユーザの日周期シフトに関して決定される情報は、ユーザが自身の挙動を変えることにより反応することができるよう、あるいはユーザに少なくとも自身の現在の感覚の説明を供給することができるようにユーザに提供され得る。あるいは、そのような情報は、デバイスに又は医師等の医療支援者に提供されてもよい。

図２では、皮膚コンダクタンス（ＳＣ：skin conductance）信号の例が、本発明に係る、可能性のあるデータ処理アプローチを例示するように図示されている。図示される皮膚コンダクタンス信号２０は、皮膚コンダクタンス応答ＳＣＲ１、ＳＣＲ２及びＳＣＲ３として参照されるピークを提示している。これらの皮膚コンダクタンス応答ＳＣＲ１、ＳＣＲ２及びＳＣＲ３は、ピーク検出アルゴリズムによって皮膚コンダクタンス信号から特定され、閾値又は最小の高さ、あるいは期間指定（duration specification）等の更なる条件の対象となり得る。例えば皮膚コンダクタンス応答は、皮膚コンダクタンス信号の後続点での傾斜の勾配又は傾きを評価することによって検出され得る。勾配が所与の値を超える場合、皮膚コンダクタンス応答ＳＣＲが存在すると決定され得る。次いで、ＳＣＲが始まることを示す時点ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３が特定され得る。さらに、ＳＣＲが最大であることを示す最大時点ｔｍ１、ｔｍ２、ｔｍ３が特定され得る。これらの考慮事項に基づいて、各ＳＣＲについて最大時点から開始時点（onset time point）を対象とすることによって、各ＳＣＲについて立ち上がり時間（rise time）ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３を決定することができる。したがって、各皮膚コンダクタンス応答ＳＣＲ１、ＳＣＲ２、ＳＣＲ３について、この皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３を正確に決定することができる。

以前のアプローチでは、ＳＣＲのこの立ち上がり時間が、個人の収縮期血圧と関連することが実証されている。慢性的な高血圧に悩んでない健康な個人の血圧は、早朝の時間帯に起き上がった後に顕著な上昇を示す。この上昇は典型的に、平均値１２０ｍｍＨｇに対して１５ｍｍＨｇ〜２０ｍｍＨｇの間であり得る。皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間は、血圧が上昇するとき短くなることが示されている。連続する３０分間の４８個の皮膚コンダクタンス応答の平均立ち上がり時間を２４時間グラフにリストすると、早朝血圧上昇は降下／谷として見える。最小値は、起床後３０分を中心とする期間を示す。これは、非特許文献３に開示されているように、コルチゾール起床応答の最大値に合致する。本発明は、特に、人の日周期とともに、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間に関して皮膚コンダクタンス応答のこの接続を利用する。皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間が、（ユーザの内部起床時間に対応する）ユーザの起床後の３０分の間隔よりも短いことを利用する。これにより、立ち上がり時間の減少した平均（decreased average）の期間の持続（duration）が、コルチゾール起床ピーク幅の持続に対応する場合に有利である。（非特許文献４参照）。

血圧の上昇と、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の減少の双方が、同じ始点（origin）、すなわちコルチゾール起床応答から得られ得る。通常、ＳＣＲ立ち上がり時間は、１〜２．５秒まで変化する。これは、それぞれ、約１８０ｍｍＨｇの収縮と約１００ｍｍＨｇの収縮期血圧に対応する。早朝血圧上昇は約１５〜２０ｍｍＨｇである。したがって、上昇時間は、約１８．７５〜２５％ほど減少することになる。

以前に説明したように、睡眠からの覚醒は、血漿エピネフリンのわずかな上昇に関連付けられ、起床は、エピネフリンとノルエピネフリンの双方の顕著な上昇を誘発する。皮膚コンダクタンスレベルはノルエピネフリンにリンクされると思われる。これは、交感神経の２つの化学伝達物質（transmitter chemical）のうちの１つである。他方のアセチルコリンは、寿命の短い（最大１０秒の）皮膚コンダクタンス応答に関与する。

本発明の好ましい実施形態において、皮膚コンダクタンス応答の減少した立ち上がり時間のこの検出は、ある期間、例えば１日等の間の記録された皮膚コンダクタンス信号及び皮膚コンダクタンス応答のレトロスペクティブ分析に基づくものであってよい。次いで、経時的に皮膚コンダクタンス応答起床時間の平均値の展開（development）を比較することにより、内部クロック起床時間を容易に特定することができる。この平均値が最小値を示すとき、この最小値は、ユーザが（そのユーザの内部クロック又は日周期に従って）起床していること示す。

本発明によると、決定された内部クロック起床時間は、その後、ユーザの睡眠周期情報から導出される外部クロック起床時間と比較される。

図２は、本発明に係る処理の概略的な例を示していることが理解されよう。図示される３つのピーク（ＳＣＲ１、ＳＣＲ２及びＳＣＲ３）は、データ処理を概略的に例示するように意図される。通常、幾つかのＳＣＲが、平均を用いて評価される。

図３は、１４２収縮期ＢＰ（142 systolic BP）における実際の測定を示す。測定は***しており（elevated）、通常の血圧の健康な人についてのコルチゾール起床応答のピークをどのように考察するかについて表す。通常は、約２０分又は３０分の区分における全てのＳＣＲが評価され、感度を向上させるよう平均が計算されることになる。

本発明のデバイス１０は、特に図４に図示されるようなウェアラブルシステム２２に含まれ得る。図示されるように、このウェアラブルシステム２２は、特にPhilips社の個別の張力指示計（discrete tension indicator）ＤＴＩ−２のような腕時計の形であってよい。上述のデバイス１０とは別に、システム２２は、手首に取り付けられるシステム２２を装着している人の皮膚コンダクタンスを測定するための皮膚コンダクタンスセンサユニット２４も含む。本発明の他の実施形態では、本発明の一態様に係るシステムが、ユーザの足首や指又は他の身体部分に装着されることもあり得る。

特に、皮膚コンダクタンスセンサユニットは、ユーザの皮膚部分に当てられるときに電気抵抗又は伝導度を測定するために使用することができる２つの電極２６を含む。

システム２２は通常、リストバンド２８によってユーザの手足で支持され、ユーザが情報を提供し、かつ情報を取得することを可能にするために（ユーザ入力インタフェースに対応する）制御素子３０並びに（ユーザ出力インタフェースに対応する）フィードバック素子３２を有する。

図５は、システム２２を更に詳細に図式的に例示している。デバイス１０とは別に、システム２２は皮膚コンダクタンスセンサユニット２４を含む。ここでも、破線は、コンポーネントが一部の実施形態で備えられてもよく、備えられなくてもよいことを示す。任意選択により、システム２２は入力ユーザインタフェース３０を更に含む。入力ユーザインタフェース３０は特に、ユーザが、起きる時間又は近い将来起きる必要がある時間といった、自身の現在の睡眠周期に関する情報を提供することを可能にし得る。システムは出力ユーザインタフェース３２を更に備え得る。出力ユーザインタフェース３２によって、システム２２は、例えば決定された日周期シフト等の情報をユーザに提供することができる。入力ユーザインタフェース及び出力ユーザインタフェースは、タッチスクリーンディスプレイ等のような形で実装され得る。

加えて、システム２２は、日周期シフトデバイスと通信するための通信インタフェース３８を更に備え得る。この通信インタフェースは、Bluetooth（登録商標）モジュール、ZigBee（登録商標）モジュール、あるいは他の有線又は無線通信モジュールのような、有線又は無線ネットワークインタフェースとして実装され得る。

外部クロック起床時間を決定するために必要とされる睡眠周期情報を、やはりシステム２２に含まれ得る睡眠周期ユニット４０によって取得することができる。この睡眠周期ユニット４０は、加速度センサ４２、光センサ４４及び／又は温度センサ４６のうちの少なくとも１つを含み得る。これらの異なるセンサは、ユーザが眠っている時間及びユーザが起きる瞬間、すなわち外部クロック起床時間（他の実施形態では、外部起床時間は、ユーザが起きるべき時間を示してもよい）を示す、追加のデータを提示することができる。例えば光センサ情報を実際の起床（ユーザが起きる又は起きようと意図する時間、すなわち外部クロック起床時間）についての情報の主要なソースとしてとることができ、場合によっては加速度データ及び皮膚の温度データと併用してもよい。ユーザの日周期がローカル時間と同期されていない場合、皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の最小値、すなわち内部クロック起床時間は、ユーザが実際に起きる時間、すなわち外部クロック起床時間と同じ時間には見つけられないが、より早い時間又はより遅い時間に見つけられることになる。そのような場合、日周期の不一致は、日周期のシフトによって修復され得る。

図６は、本発明に係るシステム２２の可能性のある適用シナリオを例示する。ユーザ４８は、該ユーザ４８の日周期シフトを決定することを可能にする腕時計型のシステム２２を装着している。システム２２は、Bluetooth（登録商標）トランシーバの形の通信インタフェース３８を含み得る。システム２２は更に、日周期シフトデバイス５０について制御パラメータを決定することを可能にする制御ユニット１８を含み得る。この場合、システム２２は、そのような日周期シフトデバイス５０と直接通信することが可能である。図示されるように、日周期シフトデバイス５０は、起床光によって又は光刺激を与える同等のデバイスによって表され得る。他の実施形態では、日周期シフトデバイスが、自動窓シャッター等を制御するためのデバイスに対応する可能性もある。そのようなリストバンドは、装着者に対する不都合がなく、休みなしに（24/7）装着され得る。リアルタイムのBluetooth（登録商標）リンクは、起床光、Golite blue等の他のデバイスが、検出された日周期に応答することを可能にし、実際のクロックと整合していない場合には、この日周期を所望の方向にシフトすることができる。

ユーザの日周期は、外部刺激、特に光刺激に適合することが知られている。したがって、光刺激を提供するためのそのようなデバイス５０を、ユーザの日周期を所望の方向にシフトさせるために使用することができる。ユーザの日周期が、実際の時間と位相不一致である場合、これは健康リスクと考えられる。日周期シフトデバイス５０を制御するために図６に図示される形で本発明を使用することにより、ユーザ４８がこの健康リスクを回避することを可能にすることができる。

他の実施形態では、日周期シフトデバイスは、音楽等の音響刺激を提供するためのデバイスに相当する可能性もある。

本発明の更なる実施形態は、データ、特に皮膚コンダクタンス信号が、適切な身体装着型センサデバイスによって記録され、本発明の一態様に従ってスマートフォンアプリ又はインターネット／ネットワークサーバの形で実装されるデバイス１０に、生のデータがストリーミングされる実装も含み得る。

図７に図示される本発明の別の態様では、ユーザの日周期シフトを検出するための方法が提示される。この方法は、ユーザの情報を取得するステップ（ステップＳ１０）と、取得した情報に基づいて、内部及び外部クロック起床時間を決定するステップ（ステップＳ１２）と、決定された内部及び外部クロック起床時間に基づいて、ユーザの日周期シフトを評価するステップ（ステップＳ１４）を備える。そのような方法は、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、タブレット、身体装着デバイス、スマートフォン、インターネット／ネットワークサーバ等内のプロセッサによって実行され得る。

一般に、本発明のデバイス、システム及び方法は、概日時計（日周期シフト）が、体外クロック（外部クロック）と比べて早い時間の方へシフトされるときに、最も良好に機能する。睡眠中のＳＣＲ立ち上がり時間の谷の発生（すなわち、皮膚コンダクタンス応答の減少した立ち上がり時間の期間）は、健康な人について予期されるものではない。むしろ、夜間の血圧低下のために、ＳＣＲ立ち上がり時間は高くなることが見込まれるであろう。本発明の好ましい実施形態では、旅行や他の原因（ＩＣＵ内の滞在や鎮静剤の使用期間、あるいは長期にわたる地下での滞在）に起因する日周期シフトは、ＳＣＲ立ち上がり時間の谷と山の普通の日常のリズムを現在のパターンと比較することにより予測される。次いで、他のセンサからの情報との組み合わせで、日周期シフト（すなわち、その予測値）を取得することができる。

ユーザの皮膚コンダクタンスは、ユーザの興奮レベルに関連することが知られている。ユーザに感情的に触れる全てのものがその皮膚内の汗腺を活性化し、これは、皮膚を通るより良好な導体経路につながる。例えばうそ発見器又はポリグラフでは、手の掌又は指に接続される皮膚コンダクタンスセンサを使用する。しかしながら、皮膚コンダクタンスは、ユーザの身体の他の部分においても測定することができる。特許文献２では、ユーザの手首でユーザの皮膚コンダクタンスを測定するためのデバイスが開示されている。本発明は、同等の測定アプローチを使用して、ユーザの日周期シフトに関する情報を導出する。

皮膚コンダクタンス応答（ＳＣＲ）は、ガルバニ皮膚応答（ＧＳＲ：galvanic skin response）、皮膚電気応答（ＥＤＲ：electrodermal response）、精神電流反射（ＰＧＲ：psychogalvanic reflex）又は皮膚コンダクタンスレベル（ＳＣＬ：skin conductance level）とも呼ばれることがある。ＳＣＲは、方法、より正確には皮膚の電気コンダクタンスを測定する方法によって決定される信号を指す。このコンダクタンスは、皮膚上の汗で誘発される水分量（amount of sweat-induced moisture）に依存して変化する。汗は交感神経系によって制御される。したがって、皮膚コンダクタンスは、心理又は心理的興奮の指示として使用され得る。自律神経系の交感神経枝が非常に興奮すると、汗腺活性も増加する。これはやはり、皮膚コンダクタンスの増加につながる。したがって、皮膚コンダクタンスを、感情的及び交感神経応答の指標として使用することができる。本明細書で使用されるとき、ＳＣＲは皮膚コンダクタンス信号の一部である。すなわち、皮膚コンダクタンス信号は、経時的な皮膚コンダクタンスの測定（指標）を示し、ＳＣＲはこの信号の一部を示す。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に図示され、説明されているが、そのような図及び説明は、限定ではなく例証又は例示として考えられるべきであり、本発明は開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の教示から、当業者によって特許請求に係る発明を実施する際に理解され、達成され得る。

特許請求の範囲において、「備える」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」、「an」は複数を除外しない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかのアイテムの機能を満たすことがある。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないことを意味するものではない。

コンピュータプログラムを、他のハードウェアの一部として一緒に提供される光記憶媒体又は半導体媒体等の適切な非一時的媒体に格納／分散してもよいが、インターネットを介して、あるいは有線又は無線の電気通信システムを介して他の形態で分散してもよい。

特許請求の範囲における全ての符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. ユーザの日周期シフトを検出するためのデバイスであって：
   前記ユーザの皮膚コンダクタンス信号及び前記ユーザの睡眠周期情報を取得するためのインタフェースと；
   前記取得した皮膚コンダクタンス信号に基づいて内部クロック起床時間を決定し、前記取得した睡眠周期情報に基づいて外部クロック起床時間を決定するための処理ユニットと；
   前記内部クロック起床時間及び前記外部クロック起床時間に基づいて、前記ユーザの日周期シフトを評価するための評価ユニットと；
   を備える、デバイス。
2. 前記処理ユニットは、
   前記皮膚コンダクタンス信号に基づいて皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間を決定し、
   前記内部クロック起床時間を示す、前記皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の減少の期間を決定する、
   ように構成される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記処理ユニットは、
   前記皮膚コンダクタンス応答の立ち上がり時間の平均をモニタリングすることによって、前記皮膚コンダクタンス応答の前記立ち上がり時間の減少の期間を決定する、
   ように構成される、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記評価ユニットは、前記外部クロック起床時間を前記内部クロック起床時間と比較し、前記日周期シフトを示す時間の差を決定するように構成される、
   請求項２に記載のデバイス。
5. 前記睡眠周期情報は、
   前記ユーザの身体部分の動きを示す加速度センサ情報と；
   前記ユーザの環境における環境光レベルを示す光センサ情報と；
   前記ユーザの皮膚の温度を示す皮膚温度情報と；
   のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記ユーザの前記日周期シフトに基づいて日周期シフトデバイスを制御する制御パラメータを決定するための制御ユニットを更に備える、
   請求項１に記載のデバイス。
7. ユーザの日周期シフトをモニタリングするためのウェアラブルシステムであって、
   請求項１に記載のデバイスと、
   皮膚コンダクタンス信号を提供するための皮膚コンダクタンスセンサユニットと、
   を備える、システム。
8. 当該システムをユーザの手足で支持するためのリストバンドを更に備える、
   請求項７に記載のシステム。
9. 前記皮膚コンダクタンスセンサユニットは、前記ユーザの皮膚部分に当てられているときにコンダクタンスを測定するための２つの電極を含む、
   請求項７に記載のシステム。
10. 前記ユーザの身体部分の動きを示す加速度センサ情報を取得するための加速度センサと；
    前記ユーザの環境における環境光レベルを示す光センサ情報を取得するための光センサと；
    前記ユーザの皮膚の温度を示す皮膚温度情報を取得するための温度センサと；
    のうちの少なくとも１つを含む睡眠周期ユニットを更に備える、
    請求項７に記載のシステム。
11. 前記ユーザの前記日周期シフトに対する情報を提供するための出力ユーザインタフェースを更に備える、
    請求項７に記載のシステム。
12. 前記ユーザから睡眠周期情報を取得するための入力ユーザインタフェースを更に備える、
    請求項７に記載のシステム。
13. 日周期シフトデバイスと通信するための通信インタフェースを更に備える、
    請求項７に記載のシステム。
14. ユーザの日周期シフトを検出するための方法であって：
    前記ユーザの皮膚コンダクタンス信号及び前記ユーザの睡眠周期情報を取得するステップと；
    前記取得した皮膚コンダクタンス信号に基づいて内部クロック起床時間を決定し、前記取得した睡眠周期情報に基づいて外部クロック起床時間を決定するステップと；
    前記内部クロック起床時間及び前記外部クロック起床時間に基づいて、前記ユーザの日周期シフトを評価するステップと；
    を備える、方法。
15. コンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行されると、前記コンピュータに請求項１４に記載の方法のステップを実行させるコンピュータプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム。

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