JP6339153B2 - Stimulation device and program - Google Patents
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Description
本発明は、刺激付与装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a stimulus applying apparatus and a program.
従来、治療等を目的として人間の脳に刺激を与え、脳活動の調節、神経症状の改善等を図る様々な手法が提案されている。例えば特許文献1では、超音波を発生させる超音波トランスデューサーを備えたヘッドギア構造の脳活動調節装置が開示されている。特許文献1によれば、脳活動調節装置はヘルメットに複数の超音波トランスデューサーが設けられた構成であり、装着した人間の脳領域に超音波を放射することで、例えば外傷性脳損傷の治療、姿勢矯正等を図ることができる。また、特許文献2では、外科的手法により頭蓋骨に挿入され、電気的刺激を脳に与える医療装置が開示されている。特許文献2によれば、医療装置は内蔵バッテリの形状に応じた細長形の装置であり、頭蓋骨表面に対して角度を付けて挿入されることで、脳皮質に突出しないように頭蓋骨内部に埋め込むことができる。医療装置は、頭蓋骨に埋め込まれた状態で電気的刺激を脳に与え、疾病の治療を行う。
Conventionally, various methods have been proposed for stimulating the human brain for the purpose of treatment or the like to regulate brain activity or improve neurological symptoms. For example,
一方で、近年、DMN(Default Mode Network)という脳内ネットワークに注目が集まっている。DMNは、生体の安静状態において互いに同期して活動する複数の脳領域からなる脳内ネットワークである。DMNは、例えば外的作業を行っている場合は活動が低下するが、目を瞑って内的思考を行う場合等、安静状態において活動が増大する。DMNが活発に活動している状態では、例えばアイディアが思いつきやすい等、思考の創造性が高まると考えられている。 On the other hand, in recent years, attention has been focused on a brain network called DMN (Default Mode Network). DMN is an intracerebral network composed of a plurality of brain regions that operate in synchronization with each other in a resting state of a living body. For example, the activity of DMN decreases when an external work is performed, but the activity increases in a resting state such as when the eyes are meditated to perform internal thinking. In the state where DMN is active, it is considered that the creativity of thinking is enhanced, for example, ideas are easy to come up with.
特許文献1、2に係る発明は治療を主たる目的としており、DMNを活性化させることはできない。
The inventions according to
本発明は斯かる事情によりなされたものであって、その目的とするところは、DMNの活性化を促すことができる刺激付与装置等を提供することにある。 This invention is made | formed by such a situation, The place made into the objective is to provide the irritation | stimulation apparatus etc. which can accelerate | stimulate activation of DMN.
本発明に係る刺激付与装置は、被検者の頭部の複数位置に配置された電極を介して脳波信号を計測する計測部と、計測結果を外部装置に出力する出力部と、前記複数位置の脳領域において特定の周波数帯域の脳波成分が互いに同期しており、かつ、前記被検者が覚醒状態であるか否かを示す判定結果を前記外部装置から取得する取得部と、取得した判定結果に応じて、前記被検者の頭部に刺激を付与する付与部とを備えることを特徴とする。 The stimulus applying apparatus according to the present invention includes a measurement unit that measures an electroencephalogram signal via electrodes arranged at a plurality of positions on the subject's head, an output unit that outputs a measurement result to an external device, and the plurality of positions. An acquisition unit for acquiring from the external device a determination result indicating whether or not brain wave components in a specific frequency band are synchronized with each other in the brain region and the subject is in an awake state, and the acquired determination According to a result, the provision part which provides irritation | stimulation to the said test subject's head is provided.
本発明に係る刺激付与装置は、前記付与部は、前記電極と一体に形成された刺激発生素子を含むことを特徴とする。 In the stimulus applying apparatus according to the present invention, the applying part includes a stimulus generating element formed integrally with the electrode.
本発明に係る刺激付与装置は、前記付与部は、特定の脳領域への指向性を有する電流又は超音波を発生させる第2電極又は圧電素子を含むことを特徴とする。 In the stimulus applying apparatus according to the present invention, the applying unit includes a second electrode or a piezoelectric element that generates a current or an ultrasonic wave having directivity to a specific brain region.
本発明に係る刺激付与装置は、前記付与部は、前記複数位置の脳領域のうち一部の脳領域に対して刺激を付与することを特徴とする。 The stimulus imparting apparatus according to the present invention is characterized in that the imparting unit imparts a stimulus to a part of the brain regions of the plurality of brain regions.
本発明に係る刺激付与装置は、前記付与部は、前記複数位置の電極が担当する脳領域以外の脳領域に対して刺激を付与することを特徴とする。 In the stimulus applying apparatus according to the present invention, the applying unit applies a stimulus to a brain region other than the brain region in charge of the electrodes at the plurality of positions.
本発明に係る刺激付与装置は、前記付与部は、前記刺激の強度を調整して付与することを特徴とする。 The stimulus applying apparatus according to the present invention is characterized in that the applying unit applies the stimulus by adjusting the intensity of the stimulus.
本発明に係るプログラムは、被検者の頭部の複数位置に配置された電極から脳波信号を取得し、取得した前記脳波信号を周波数スペクトルに変換し、変換した前記周波数スペクトルから周波数帯域別の脳波成分を抽出し、前記複数位置の脳領域において特定の周波数帯域の脳波成分が互いに同期しており、かつ、前記被検者が覚醒状態であるか否かを判定し、判定結果に応じて、前記被検者の頭部に刺激を付与する指令信号を生成して刺激発生源に出力する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。 The program according to the present invention acquires an electroencephalogram signal from electrodes arranged at a plurality of positions on the subject's head, converts the acquired electroencephalogram signal into a frequency spectrum, and converts the converted frequency spectrum according to frequency band. Extracting electroencephalogram components, determining whether the electroencephalogram components of a specific frequency band are synchronized with each other in the brain regions at the plurality of positions, and whether or not the subject is in an awake state, and depending on the determination result The computer is caused to execute a process of generating a command signal for applying a stimulus to the head of the subject and outputting the command signal to the stimulus generation source.
本発明に係るプログラムは、前記特定の周波数帯域の脳波成分が同期しているか否かの判定結果に応じて、前記被検者の頭部に刺激を付与するタイミングを制御することを特徴とする。 The program according to the present invention controls timing for applying a stimulus to the head of the subject according to a determination result of whether or not the brain wave components in the specific frequency band are synchronized. .
本発明によれば、DMNの活性化を促すことができる。 According to the present invention, activation of DMN can be promoted.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
(実施の形態1)
図1は、情報処理システムの構成例を示す模式図である。本実施の形態では、被検者の脳波に基づいてDMNの活動状態を判定し、判定結果に応じて被検者の頭部に刺激を付与する情報処理システムを一例として説明を行う。情報処理システムは、情報処理端末1、刺激付与装置2を含む。情報処理端末1及び刺激付与装置2は、例えば無線LAN(Local Area Network)により通信接続されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an information processing system. In the present embodiment, an information processing system that determines the DMN activity state based on the subject's brain waves and applies a stimulus to the subject's head according to the determination result will be described as an example. The information processing system includes an
情報処理端末1は、種々の情報処理を行う情報処理装置であり、例えばスマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ等である。本実施の形態において情報処理端末1はスマートフォンであるものとし、以下では簡潔のため、端末1と読み替える。端末1は、刺激付与装置2から被検者の脳波に係るデータを取得し、DMNの活動状態を判定する処理を行う。さらに端末1は、DMNの活動状態に係る判定結果を刺激付与装置2に出力し、被験者の脳領域に刺激を付与すべき旨を刺激付与装置2に指令する。
The
刺激付与装置2は、被検者の頭部に装着されるヘッドセット型、キャップ型等のウェアラブル装置であり、多チャンネルの脳波信号を計測する処理を行う。すなわち刺激付与装置2は、いわゆる脳波計として機能する。以下では簡潔のため、刺激付与装置2を装置2と読み替える。装置2は、多チャンネルの脳波信号を計測するべく複数の電極26を備え、被検者の頭部に装着された状態において電極26が被検者頭部の所定位置に配置される。装置2は電極26を介して被検者の脳波信号を計測し、計測した脳波信号に係るデータを端末1に出力する。
さらに装置2は、端末1からDMNの活動状態に係る判定結果を取得し、当該判定結果に応じて、被検者のDMNを活性化させるべく頭部に刺激を付与する。具体的に装置2は、電極26と一体に形成された刺激発生素子を備え、当該刺激発生素子より刺激を付与する。当該刺激発生素子は、例えば微弱電流を発生させる第2電極27である。装置2は、第2電極27から微弱電流を印加することで刺激を付与し、DMNの活性化を促す。すなわち装置2は、脳波計として機能するだけでなく、被検者の頭部を刺激する刺激発生源としても機能する。
The
Furthermore, the
図2は、端末1の構成例を示すブロック図である。端末1は、制御部11、記憶部12、通信部13、表示部14、入力部15を含む。
制御部11はCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-Processing Unit)等の演算処理装置を含み、記憶部12に記憶されたプログラムPを読み出して実行することにより、端末1に係る種々の情報処理、制御処理等を行う。記憶部12はRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等のメモリ素子を含み、制御部11が処理を実行するために必要なプログラムP又はデータ等を記憶している。また、記憶部12は、制御部11が演算処理を実行するために必要なデータ等を一時的に記憶する。通信部13は通信に関する処理を行うための処理回路等を含み、装置2等と情報の送受信を行う。表示部14は液晶ディスプレイ又は有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の画面を有し、制御部11から与えられた画像を表示する。入力部15はタッチパネル等を含み、操作者による操作入力を受け付ける。入力部15は、受け付けた操作内容を制御部21に通知する。
なお、本実施の形態において端末1は上記の構成に限定されず、例えば可搬型記憶媒体に記憶された情報を読み取る読取部、音声の入出力を行うマイク、スピーカ等を含んでもよい。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the
The
In the present embodiment, the
図3は、装置2の構成例を示すブロック図である。装置2は、制御部21、記憶部22、通信部23、入出力部24、信号処理部25、電極26、第2電極27を含む。
制御部21はCPU、MPU等の演算処理装置を含み、記憶部22に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、装置2に係る種々の情報処理、制御処理等を行う。記憶部22はRAM、ROM等のメモリ素子を含み、制御部21が処理を実行するために必要なプログラム又はデータ等を記憶している。また、記憶部22は、制御部21が演算処理を実行するために必要なデータ等を一時的に記憶する。通信部23はアンテナ及び通信処理回路等を含み、無線LANにより端末1等と情報の送受信を行う。なお、例えば端末1及び装置2は有線LANにより通信を行ってもよい。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the
The control unit 21 includes an arithmetic processing unit such as a CPU and an MPU, and performs various information processing, control processing, and the like related to the
入出力部24は、電極26、第2電極27と信号の入出力を行うためのインターフェイスである。信号処理部25は、入出力部24に入力された脳波信号を処理するための増幅器、A/D変換器等を含む処理回路である。
電極26は、被検者の脳波信号を計測するための電極である。装置2は複数の電極26を備え、被検者頭部に装着された状態において各電極26が所定位置に配置される。電極26は、脳神経細胞の活動に起因して生じる電位変化、すなわち脳波信号を検出する。
The input /
The
第2電極27は、電極26に付属する形で一体に形成された電極である。装置2は、電極26と同数の第2電極27を備える。装置2が被検者の頭部に装着されている状態において、第2電極27が電極26と一体に形成されていることから、第2電極27は電極26と同じ位置に配置される。具体的には、第2電極27及び電極26は各々の電極面が平行かつ連続するように互いに密着して形成されており、装置2の装着状態において第2電極27は電極26と隣り合って頭部表面に並置される(図8参照)。第2電極27は、図示しないバッテリ、抵抗器、増幅器などに接続され、tACS(Transcranial Alternating Current Stimulation;経頭蓋交流電気刺激法)に係る電気回路を構成する。装置2は、当該電気回路を駆動して、第2電極27より被検者の頭部表面に微弱電流を印加する。第2電極27は、指向性を有する微弱電流を発生させる。従って、例えば第2電極27は、配置されている頭部表面直下の脳領域に向けて微弱電流を印加する。なお、例えば第2電極27にフォーカス機能を持たせ、脳内の方向だけでなく座標位置まで特定して微弱電流を印加できるようにしてもよい。
The
図4は、電極26の配置位置の一例を示す説明図である。以下では情報処理システムが実行する処理の概要について説明する。なお、以下では説明の便宜のため、端末1の処理主体は制御部11とし、装置2の処理主体は制御部21とする。
図4では、電極26の配置位置を簡略化して示す。装置2に係る複数の電極26は、脳波計測時において図4に示す各位置に配置されている。なお、図4は被検者の頭部を頭上から俯瞰した図であり、図4における上方向が被検者の正面方向である。なお、図4の配置位置は一例であって、本実施の形態はこれに限定されるものではない。装置2の制御部21は各電極26、26、26…を介し、各チャンネルCH1、CH2、CH3…の脳波信号、すなわち各配置位置に対応する脳領域の脳波信号を計測する。なお、Ref1、Ref2は左脳側又は右脳側の基準電位を計測するためのチャンネルであり、制御部21はRef1又はRef2と各チャンネルとの電位差を計測する。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the arrangement position of the
In FIG. 4, the arrangement position of the
例えば端末1の制御部11は、入力部15を介して脳波計測の計測条件(例えばサンプリング時間)等の入力を受け付ける。計測条件の入力を受け付けた場合、制御部11は、脳波計測を行う旨の指令信号を生成し、装置2に送信する。指令信号を受信した場合、装置2の制御部21は、電極26を介して脳波信号の計測を行う。具体的には、電極26は各チャンネルの脳領域における脳神経細胞の活動に起因して発生する電位変化を検知する。検知した電位変化に係る信号は信号処理部25において処理され、制御部21に与えられる。制御部21は、計測した脳波信号に係るデータを端末1に出力する。
For example, the
図5は、脳波信号の時系列データの一例を示す説明図である。図5では、装置2により計測された脳波信号の時系列データを示す。図5において横軸は計測時間(s)を、縦軸は電圧(μV)を示す。なお、図5では便宜上、各チャンネルのデータを縦方向にずらして図示している。従って、例えばCH2の電圧値が必ずしもCH1の電圧値より大きいことを意味するものではない。
図5に示すように、脳波信号は電圧値の時系列変化として計測される。脳波信号に基づいて、被検者の生体活動に関して種々の情報が観測可能である。例えば400s前後の時間において、CH1、CH2、CH3、CH12、CH13、CH14等の脳波信号が大きく変化している。当該変化は、被検者の瞬目によるノイズが脳波信号に混入したためと考えられる。また、600s前後の時間においてCH1、CH2等の脳波信号が大きく変化している。当該変化は、被検者の閉眼動作によるノイズが脳波信号に混入したためと考えられる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of time-series data of an electroencephalogram signal. FIG. 5 shows time-series data of the electroencephalogram signal measured by the
As shown in FIG. 5, the electroencephalogram signal is measured as a time-series change in voltage value. Based on the electroencephalogram signal, various information regarding the subject's life activity can be observed. For example, the electroencephalogram signals of CH1, CH2, CH3, CH12, CH13, CH14, etc. change greatly in the time around 400 s. The change is considered to be due to the noise caused by the blink of the subject being mixed in the electroencephalogram signal. In addition, the electroencephalogram signals such as CH1 and CH2 change greatly in the time of about 600 s. This change is considered to be due to the fact that noise due to the subject's eye movement was mixed in the electroencephalogram signal.
また、800〜1200sの時間において、脳波信号に係る電圧値が小刻みに変動している。当該変動は、比較的周波数の小さいα帯域(例えば8〜13Hz)の脳波信号の含有量が多いためと考えられる。すなわち、該当するチャンネルに対応する脳領域において、比較的周波数の大きいβ波(例えば13Hz以上)に対するα波の含有割合が大きいため、周波数の小さいα波成分の発生が小刻みな変動として観測されたものと考えられる。このように、脳波信号の時系列データから、α波、β波、θ波(例えば4〜8Hz)、δ波(例えば1〜4Hz)の発生が観測可能である。 In addition, the voltage value related to the electroencephalogram signal fluctuates little by little during a period of 800 to 1200 s. This variation is considered to be due to the large content of the electroencephalogram signal in the α band (for example, 8 to 13 Hz) having a relatively small frequency. That is, in the brain region corresponding to the corresponding channel, since the content ratio of the α wave with respect to the β wave having a relatively high frequency (for example, 13 Hz or more) is large, the generation of the α wave component having a low frequency was observed as a small fluctuation. It is considered a thing. As described above, it is possible to observe the generation of α wave, β wave, θ wave (for example, 4 to 8 Hz), and δ wave (for example, 1 to 4 Hz) from the time series data of the electroencephalogram signal.
端末1の制御部11は、当該脳波信号に基づいて被検者のDMNの活動状態を判定する。具体的に制御部11は、DMNを構成する複数の脳領域においてα帯域の脳波信号が互いに同期しているか否か等を判定する。
The
図6は、脳波信号の周波数スペクトルの一例を示す説明図である。図6では、横軸が周波数(Hz)を、縦軸が脳波信号の大きさ(dB)を示す。制御部11は、装置2から取得した脳波信号の時系列データを周波数スペクトルに変換する。具体的に制御部11は、当該時系列データに対してFFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)の演算処理を実行し、脳波信号を時間領域のデータから周波数領域のデータに変換する。図6では、CH1の脳波信号について変換処理を行った周波数スペクトルの一例を示す。図6に示すように、時間領域のデータであった脳波信号が周波数領域に変換されている。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a frequency spectrum of an electroencephalogram signal. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the frequency (Hz), and the vertical axis indicates the magnitude (dB) of the electroencephalogram signal. The
制御部11は、当該周波数スペクトルから周波数帯域別の信号成分を抽出する。例えば制御部11は、α帯域、β帯域、θ帯域、δ帯域、その他の周波数帯域に分けて、各周波数帯域の信号成分を抽出する。具体的に制御部11は、周波数スペクトルを各周波数帯域に係るバンド幅に分けるバンドパスフィルタ処理を実行し、各周波数成分を抽出する。図6において、各周波数帯域を破線により分けて示す。制御部11は、各周波数帯域のうちα帯域に属する信号成分に基づき、以下の判定を行う。
The
制御部11は、電極26が配置されている複数位置の脳領域において、α帯域の信号成分が互いに同期しているか否かを判定する。例えば制御部11は、図4で示したCH1、CH5、CH7、CH14、CH10、CH8で計測された脳波信号のα波成分について位相解析を実行し、各チャンネルのα波成分に係る位相の同期性を判断する。CH1、CH5、CH7等はそれぞれ、内側前頭前野、側頭葉、後頭葉等に対応するチャンネルである。当該複数の脳領域は、DMNを構成する脳領域であると考えられている。従って、制御部11は各脳領域のα波成分の同期性を判定することで、DMNの該当領域が互いに同期して活動しているか否かを判定する。なお、上記でDMN該当領域とした脳領域は一例であって、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
また、上記で制御部11は左脳側のCH1、CH5、CH7、及び右脳側のCH14、CH10、CH8の両方について同期性を判定したが、右脳又は左脳のいずれか一方のみを判定対象として処理を行ってもよい。以下の処理においても同様である。
The
In the above description, the
制御部11は上記の同期判定処理を行うと共に、当該複数の脳領域においてα帯域の信号成分の振幅と所定の閾値との大小を判定する処理を行う。具体的に制御部11は、CH1、CH5等の各チャンネルについて、α帯域に含まれる10Hz程度の周波数に係る信号成分の大きさの絶対値をα波成分の振幅値として取る。制御部11は、各チャンネルの当該振幅値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。これにより、制御部11は、DMNに該当する複数の脳領域についてα波成分の振幅が閾値以上であるか否かを判定する。同期判定処理と併せて振幅の大小に係る判定処理を行うことで、制御部11は、DMNに該当する複数領域が同期しながら活発に活動している状態であるか否かを判定する。
The
なお、上記で制御部11はα波成分の振幅が閾値以上であるか否かを判定したが、閾値を超過するか否かを判定してもよいことは勿論である。また、判定対象とする数値はα波成分の振幅ではなく、後述するα波成分の信号強度であってもよい。
In the above description, the
図7は、脳波信号のパワースペクトルの一例を示す説明図である。図7において、縦軸は各周波数帯域の信号成分の強度を示している。
制御部11は、上記のα波成分に係る判定処理を行うと同時に、被検者が脳波計測時において覚醒状態であるか否かを判定する。例えば制御部11は、上記の判定対象であったα帯域とは異なるβ帯域の信号成分に基づき、被検者が覚醒状態であるか否かを判定する。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the power spectrum of an electroencephalogram signal. In FIG. 7, the vertical axis indicates the intensity of the signal component in each frequency band.
The
具体的に制御部11は、上記で抽出した各周波数帯域の信号成分について信号強度のピーク値、平均値等を取ることでパワースペクトルを算出する。制御部11は、α帯域、β帯域、θ帯域等の周波数帯域別の強度を算出する。図7では、CH1の脳波信号のパワースペクトルを示す。
制御部11は、上記で算出したβ波成分の強度と、所定の第2閾値との大小を判定する。例えば制御部11は、DMNに係る複数の脳領域においてβ波成分の強度が第2閾値以上であるか否かを判定する。β波は、被検者が覚醒状態から睡眠状態に突入すると減退する傾向がある。そこで制御部11は、β波成分の強度に基づき覚醒状態であるか否かを判定する。
Specifically, the
The
なお、上記で制御部11はβ波成分に基づき覚醒判定を行ったが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば制御部11は、θ波、δ波等に基づき判定を行ってもよい。また、例えば制御部11は、装置2から取得した脳波信号に基づき、筋電図、眼球運動、瞬目等を判別することで被検者が覚醒状態であるか否かを判定してもよい。例えば制御部11は、予めモデリングされている脳波信号の発生パターンと、計測された脳波信号の発生パターンとを比較し、高振幅の持続性筋電図が発生したか否かを判定する。また、例えば制御部11は、同様に脳波信号の発生パターンを分析し、レム睡眠初期に発生する急速眼球運動、入眠初期に発生する緩徐眼球運動等を判別してもよい。また、例えば制御部11は、被検者の瞼に近いチャンネルでの脳波信号の急激な時系列変化を判別することで、被検者の瞬目を判別してもよい。このように、制御部11は脳波だけでなく、脳波信号から観測可能な生体情報を判別して被検者の覚醒状態を判定してもよい。
In addition, although the
上述の如く制御部11は、α波成分の同期判定、振幅の大小判定、被検者の覚醒判定を行う。複数の脳領域においてα波成分が同期しており、振幅が閾値以上であり、かつ、被検者が覚醒状態であると判定した場合、制御部11は、被検者のDMNが活動状態にあると判定する。制御部11は、当該判定結果に応じて被検者のDMNを活性化する処理を行う。すなわち制御部11は、装置2により被検者のDMN該当領域に対して刺激を付与し、DMNの活性化を促す。
As described above, the
図8は、刺激付与処理を説明するための説明図である。図8では、DMNの活動状態に係る判定結果に応じてDMN該当領域に対し刺激を付与している様子を概念的に示している。なお、図8ではDMNに該当する複数の脳領域をハッチングにより示している。
端末1の制御部11は、上記の判定結果を装置2に出力し、被検者の頭部に刺激を付与すべきか否かを指令する。例えば被検者のDMNが不活動状態であると判定した場合、制御部11は当該判定結果に基づき、被検者の頭部に刺激を付与するべき旨の指令信号を生成する。制御部11は、当該指令信号を装置2に出力する。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the stimulus imparting process. FIG. 8 conceptually shows a state in which a stimulus is applied to the DMN corresponding area according to the determination result relating to the activity state of the DMN. In FIG. 8, a plurality of brain regions corresponding to DMN are indicated by hatching.
The
装置2の制御部21は、DMNの活動状態に係る判定結果を端末1から取得する。すなわち制御部21は、上記の指令信号を端末1より取得する。上記の場合、例えば図8に示すように、DMNに該当する複数の脳領域においてα波成分の位相が同位相となっていない、α波成分の振幅が閾値以上となっていない等の理由により、DMN該当領域が同期して活発に活動していない状態である。そこで制御部21は、端末1から取得した指令信号に従って、DMNを活性化させるべく被検者の頭部に刺激を付与する。
The control unit 21 of the
具体的に制御部21は、電極26と一体に形成された第2電極27から微弱電流を印加することで、被検者の頭部に付与する。上述の如く、第2電極27は電極26と各々の電極面が平行かつ連続するように互いに密着して形成されている。従って図8に示すように、装置2の装着状態において、第2電極27は電極26と隙間なく隣り合って並置されている。つまり第2電極27は、計測用の電極26と同様の位置、すなわち被検者の各脳領域に対応する位置に配置されている。第2電極27は、指向性を有する微弱電流を発生させる。従って第2電極27は、電極26と同様の位置に配置されていることから、配置位置に対応する特定の脳領域に向けて微弱電流を発生させることになる。これにより、制御部21は第2電極27から微弱電流を印加することで、特定の脳領域に対して刺激を付与する。例えば制御部21は、被検者の頭部に配置された複数の第2電極27、27、27…のうち、DMN該当領域に対応する位置に配置された第2電極27から微弱電流を印加する。図8の例の場合、制御部21はDMN該当領域に対応するCH1、CH5、CH7等の第2電極27から微弱電流を印加する。
Specifically, the control unit 21 applies a weak current from the
制御部21は、例えばα帯域の周波数で振幅し、かつ、同位相となる交流電流を各第2電極27から印加する。例えば図8に示すように、制御部21は同周波数、同位相の交流電流を各第2電極27から印加する。なお、制御部21は微弱電流の周波数をα帯域に限定したものとせず、広帯域の周波数に係る微弱電流を印加することとしてもよい。これにより、DMNに該当する複数の脳領域には同様の微弱電流が印加され、互いに同期して活動するように促される。
For example, the control unit 21 applies an alternating current having an amplitude at a frequency in the α band and having the same phase from each
例えば制御部21は、微弱電流の印加を開始する場合、微弱電流の強度を調整して印加する。具体的に制御部21は、印加開始時点から所定時間を掛けて徐々に電流強度を上げていく。DMNは、被検者が閉眼安静状態となった場合にすぐ活動状態となるわけではなく、徐々に時間を掛けて活動状態に至る性質を有する。そこで制御部21は、DMNを自然な態様で活動状態に導入すべく、上記のように微弱電流の強度を徐々に上げて活性化を促す。つまり制御部21は、被検者の頭部に付与する刺激の強度を調整する。 For example, when starting application of the weak current, the control unit 21 adjusts and applies the intensity of the weak current. Specifically, the control unit 21 gradually increases the current intensity over a predetermined time from the application start time. The DMN does not immediately become active when the subject is in a closed eye rest state, but has a property that gradually takes time to reach the active state. Therefore, the control unit 21 urges activation by gradually increasing the intensity of the weak current as described above in order to introduce DMN into the active state in a natural manner. That is, the control unit 21 adjusts the intensity of the stimulus applied to the subject's head.
端末1の制御部11は、上述の如くDMNの活動状態に係る判定結果に応じて装置2に指令を与え、DMNの同期を促す刺激を付与する。制御部11はその後もDMNの活動状態を継続的に監視し、刺激を付与するか否かの指令を装置2に与える。すなわち制御部11は、装置2から脳波信号を順次取得して判定処理を行い、DMNが不活動状態であると判定している場合は刺激の付与を続行する。DMNが不活動状態から活動状態になったと判定した場合、制御部11は刺激の付与を停止する。なお、刺激付与の停止時において、制御部11は刺激付与の開始時と同様に、徐々に強度が低くなるように調整しながら微弱電流の印加を終了する。制御部11は上記処理を繰り返し、DMNが不活動状態であると判定した場合は刺激を付与し、DMNの活性化を促す。
As described above, the
図9及び図10は、情報処理システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。図9及び図10に基づいて、情報処理システムが実行する処理内容について説明する。なお、以下の処理において情報処理システムは、例えば端末1が入力部15を介して終了指示の操作入力を受け付けた場合に一連の処理を終了する。
例えば端末1から脳波計測を開始すべき旨の指令信号を受信した場合、装置2の制御部21は以下の処理を実行する。制御部21は、被検者の頭部の複数位置に配置された電極26を介して脳波信号を計測する(ステップS11)。具体的には、電極26は被検者の脳に係る複数の脳領域に対応する位置に配置されており、脳神経細胞の活動に起因して発生する電位変化を検知する。制御部21は、各電極26が検知した電位変化を脳波信号として計測する。制御部21は、計測した脳波信号に係るデータを端末1に出力する(ステップS12)。
9 and 10 are flowcharts illustrating an example of processing procedures executed by the information processing system. The processing contents executed by the information processing system will be described with reference to FIGS. In the following processing, the information processing system ends a series of processing when, for example, the
For example, when a command signal indicating that the electroencephalogram measurement should be started is received from the
端末1の制御部11は、装置2で計測された脳波信号に係るデータを取得する(ステップS13)。制御部11は、予め定められているサンプリング時間を経過したか否かを判定する(ステップS14)。サンプリング時間を経過していないと判定した場合(S14:NO)、制御部11は処理をステップS11に戻す。サンプリング時間を経過したと判定した場合(S14:YES)、制御部11は、取得した脳波信号に係る時系列データを周波数スペクトルに変換する(ステップS15)。例えば制御部11は、当該時系列データに対してFFTの演算処理を実行し、脳波信号のデータを時間領域から周波数領域に変換する。制御部11は、各電極26において計測された各脳波信号の時系列データに対し、変換処理を実行して周波数スペクトルを得る。制御部11は、変換した周波数スペクトルから周波数帯域別の信号成分を抽出する(ステップS16)。具体的に制御部11は、α帯域、β帯域、θ帯域、δ帯域、その他の周波数帯域に分けるバンドパスフィルタ処理を実行し、各周波数帯域の信号成分を抽出する。制御部11は、各電極26において計測された脳波信号について上記の抽出処理を行う。
The
制御部11は、電極26が配置されている複数位置の脳領域において、α帯域の信号成分が互いに同期しているか否かを判定する(ステップS17)。具体的に制御部11は、複数の電極26のうち、DMNを構成する脳領域に対応する位置に配置された電極26で計測された脳波信号について、α帯域の信号成分の位相解析を行い、互いに同期しているか否かを判定する。例えば図4で示した例の場合、制御部11は、DMN該当領域である内側前頭前野、側頭葉、後頭葉に対応するCH1、CH5、CH7等のα波成分について位相解析を行い、互いに同期しているか否かを判定する。つまり制御部11は、DMNを構成する複数の脳領域についてα波の同期性を判定する。なお、上記でDMN該当領域とした脳領域は一例であって、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
The
α帯域の信号成分が同期していると判定した場合(S17:YES)、制御部11は、電極26が配置されている複数位置の脳領域において、α帯域の信号成分の振幅と閾値との大小を比較する(ステップS18)。具体的に制御部11は、各位置で計測されたα波成分の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定する。なお、制御部11はα波成分の信号強度の大小を比較してもよい。
When it is determined that the signal components in the α band are synchronized (S17: YES), the
α帯域の信号成分の振幅が閾値以上であると判定した場合(S18:YES)、制御部11は、α帯域とは異なる周波数帯域の信号成分に基づき、計測時において被検者が覚醒状態であるか否かを判定する(ステップS19)。具体的に制御部11は、β帯域の信号成分の強度と第2閾値との大小を比較することで判定を行う。例えば制御部11は、いずれかの電極26で計測された脳波信号のβ波成分について、強度が第2閾値以上であるか否かを判定する。なお、制御部11はβ波成分ではなく、脳波信号が示すその他の生体情報に基づいて判定を行ってもよい。例えば制御部11は脳波信号の解析を行い、高振幅の持続性筋電図、急速眼球運動、瞬目等の有無を判別する。制御部11は、上記の判別結果に応じて被検者が覚醒状態であるか否かを判定してもよい。
When it is determined that the amplitude of the signal component in the α band is greater than or equal to the threshold (S18: YES), the
被検者が覚醒状態であると判定した場合(S19:YES)、制御部11は、被検者のDMNが活動状態であると判定し、判定結果を表示部14に表示する(ステップS20)。例えば制御部11は、DMNの活動が活発である旨の表示画像を表示部14に出力し、被検者等への通知を行う。α帯域の信号成分が同期していないと判定した場合(S17:NO)、α帯域の信号成分の振幅が閾値以上でないと判定した場合(S18:NO)、又は被検者が覚醒状態でないと判定した場合(S19:NO)、制御部11は、被検者のDMNが不活動状態であると判定し、判定結果を表示部14に表示する(ステップS21)。
When it is determined that the subject is in an awake state (S19: YES), the
図10に移って、ステップS21の処理を実行した後、制御部11は、DMNが不活動状態である旨の判定結果を装置2に出力する(ステップS22)。具体的に制御部11は、DMNが不活動状態であるため、DMNに該当する複数の脳領域に対して刺激を付与すべき旨の指令信号を生成し、装置2に出力する。
Moving to FIG. 10, after executing the process of step S <b> 21, the
装置2の制御部21は、DMNが不活動状態である旨の判定結果を端末1から取得する(ステップS23)。すなわち制御部21は、ステップS22で端末1が生成した指令信号を取得する。制御部21は当該指令信号に従い、被検者の頭部に刺激を付与する(ステップS24)。具体的に制御部21は、電極26と一体に形成された第2電極27から微弱電流を印加することで、被検者の頭部に付与する。上述の如く、第2電極27は指向性を有する微弱電流を発生させることから、第2電極27の配置位置に対応する特定の脳領域に向けて微弱電流を発生させることになる。すなわち制御部21は、第2電極27から微弱電流を印加することで、特定の脳領域に対して刺激を付与する。例えば制御部21は、被検者の頭部に配置された複数の第2電極27、27、27…のうち、DMN該当領域に対応した位置に配置された第2電極27から微弱電流を印加する。この場合、制御部21は、例えばα帯域の周波数かつ同位相の交流電流を各第2電極27から印加する。また、制御部21は、印加開始時点から所定時間を掛けて徐々に強度が上がるように調整して微弱電流を印加する。制御部21は、刺激付与を継続した状態で、処理をステップS11に戻す。
The control unit 21 of the
ステップS20の処理を実行した後、端末1の制御部11は、装置2において刺激付与処理を実行中であるか否かを判定する(ステップS25)。すなわち制御部11は、ステップS22に係る指令信号を装置2に出力して、被検者の頭部に微弱電流を付与しているか否かを判定する。刺激付与処理を実行中でないと判定した場合(S25:NO)、制御部11は、処理をステップS11に戻す。刺激付与処理を実行中であると判定した場合(S25:YES)、制御部11は、DMNが活動状態である旨の判定結果を装置2に出力する(ステップS26)。すなわち制御部11は、DMNが活動状態であるため、刺激付与処理を停止すべき旨の指令信号を生成して装置2に出力する。
After executing the process of step S20, the
装置2の制御部21は、DMNが活動状態である旨の判定結果を端末1から取得する(ステップS27)。すなわち制御部21は、上記の指令信号を取得する。制御部21は当該指令信号に従って刺激の付与を停止する(ステップS28)。具体的に制御部21は、微弱電流の印加を停止する。この場合、制御部21は所定時間を掛けて徐々に強度が下がるように調整して微弱電流の印加を停止する。制御部21は、処理をステップS11に戻す。
The control unit 21 of the
なお、上記ではα波成分の信号の大きさの絶対値を振幅値として取り、該振幅の大小を判定することとしたが、本実施の形態はこれに限るものではない。例えば端末1は、判定前後に亘るα波成分の大きさの相対値に基づいて判定を行ってもよい。この場合、例えば端末1は、DMNに係る判定処理を行う前に、装置2を介して開眼覚醒状態における被検者の脳波信号を計測して記憶しておく。すなわち端末1は、検査前における被検者の脳波信号のサンプルデータを計測する。そして端末1は、上記と同じく閉眼覚醒状態における被検者の脳波信号を計測する。端末1は、計測された脳波信号の大きさをサンプルデータに係る大きさで除算することで、判定開始前後に亘る相対値を算出する。端末1は、当該相対値に基づいて振幅の大小に係る判定を行う。これにより、上記と同じくDMNの活動状態を判定することができると共に、各被検者の個体差を考慮して正確な判定を行うことが期待できる。
In the above description, the absolute value of the magnitude of the α wave component signal is taken as the amplitude value, and the magnitude of the amplitude is determined. However, the present embodiment is not limited to this. For example, the
また、上記で制御部11はα帯域の信号成分について判定処理を行ったが、判定対象とする信号成分の周波数帯域はα帯域に限定されるものではなく、例えばθ帯域を含めた周波数帯域の信号成分に基づき判定を行ってもよい。すなわち制御部11は、特定の周波数帯域の脳波成分に基づきDMNの活動状態を判定できればよい。
Moreover, although the
また、上記で制御部11はα帯域の信号成分について振幅の大小に係る判定処理を行ったが、当該判定処理は行わず、α波成分の同期性、及び被検者の覚醒状態のみに基づいてDMNが活動状態にあるか否かを判定してもよい。すなわちα波成分の振幅が閾値以上であるか否かは、DMNの活動状態に係る判定基準とせずともよい。
また、上記で制御部11は、α帯域の信号成分について同期判定処理を行った後で被検者の覚醒判定処理を行ったが、覚醒判定処理を行った後で同期判定処理を行ってもよい。すなわち、一連の判定処理の順序は限定されない。
Moreover, although the
Moreover, although the
また、上記ではtACSに係る刺激付与の手法を用いたが、本実施の形態はこれに限るものではない。例えば装置2は、超音波による刺激付与を行ってもよい。この場合、装置2は、電極26と一体に形成され、特定の脳領域への指向性を有する超音波を発生させる圧電素子を備える。装置2は当該圧電素子に電圧を印加し、被検者の脳領域に向かって超音波を出射することで刺激を付与する。当該構成であっても、上記と同様の効果を奏する。また、例えばTMS(Transcranial Magnetic Stimulation;経頭蓋磁気刺激法)により刺激を付与することも考えられる。
Further, in the above description, the stimulation applying method related to tACS is used, but the present embodiment is not limited to this. For example, the
以上より、本実施の形態1によれば、DMNの活性化を促すことができる。 As described above, according to the first embodiment, activation of DMN can be promoted.
また、本実施の形態1によれば、第2電極27等の刺激発生素子を脳波計測用の電極26と一体に形成することで、刺激を付与すべき脳領域に的確に刺激を付与することができる。
In addition, according to the first embodiment, the stimulus generating element such as the
また、本実施の形態1によれば、指向性を有する微弱電流、超音波等を発生させることで、特定の脳領域に効率良く刺激を伝達することができる。 Further, according to the first embodiment, it is possible to efficiently transmit a stimulus to a specific brain region by generating a weak current having directivity, an ultrasonic wave, and the like.
また、本実施の形態1によれば、刺激の強度を調整して付与することで、DMNが自然な態様で活動状態に至るように促すことができる。 Further, according to the first embodiment, it is possible to prompt the DMN to reach an active state in a natural manner by adjusting and applying the intensity of stimulation.
(実施の形態2)
本実施の形態では、DMNに該当する複数の脳領域のうち、一部の脳領域に対して刺激を付与する形態について述べる。なお、実施の形態1と重複する内容については同一の符号を付して説明を省略する。
図11は、実施の形態2に係る刺激付与処理を説明するための説明図である。図11では、DMNに該当する複数の脳領域のうち、一部の脳領域に対して刺激を付与する様子を図示している。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a mode in which a stimulus is applied to a part of brain regions among a plurality of brain regions corresponding to DMN will be described. In addition, about the content which overlaps with
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the stimulus imparting process according to the second embodiment. FIG. 11 illustrates a state in which a stimulus is applied to some brain regions among a plurality of brain regions corresponding to DMN.
端末1の制御部11は、DMNの活動状態に係る判定結果に応じて、刺激を付与する脳領域を特定する。例えば制御部11は、DMNに該当する複数の脳領域のうち、他のDMN該当領域とα波成分の位相が同位相となっていない脳領域を特定する。また、例えば制御部11は、DMNに該当する複数の脳領域のうち、α波成分の振幅が閾値以上となっていない脳領域を特定する。このように、制御部11はDMNとしての活動性が低い脳領域を特定する。
The
図11に示す例の場合、DMNに該当するCH1、CH5、CH7のうち、CH7はCH1、CH5と同位相になっておらず、振幅も小さくなっていることがわかる。すなわち、CH7に係る脳領域はDMNとしての活動性が低い。制御部11は判定結果を参照して当該脳領域を特定する。そして制御部11は、当該脳領域に限定して刺激を付与するように装置2に対して指令を行う。装置2の制御部21は当該指令に従い、活動性の低い一部の脳領域に対して刺激を付与する。すなわち、制御部21は当該脳領域に対応する位置に配置された第2電極27より微弱電流を印加し、他のDMN該当領域と同期を促す処理を行う。例えば制御部21は、他のDMN該当領域に係るα波成分の位相と同位相の微弱電流を印加することで、同期を促す。
In the case of the example shown in FIG. 11, it can be seen that among CH1, CH5, and CH7 corresponding to DMN, CH7 is not in phase with CH1 and CH5, and the amplitude is also small. That is, the brain region related to CH7 has low activity as DMN. The
図12は、実施の形態2に係る情報処理システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。ステップS21の処理を実行した後で、端末1の制御部11は以下の処理を実行する。
制御部11は、電極26が配置されている複数位置の脳領域のうち、DMNに係る活動性が低い一部の脳領域を特定する(ステップS201)。例えば制御部11は、ステップS17、S18に係る判定結果を参照し、α波成分の位相が他のDMN該当領域と同位相となっていない脳領域、α波成分の振幅が閾値以上でない脳領域等を特定する。制御部11は、活動性が低い脳領域を特定した判定結果を装置2に出力する(ステップS202)。具体的に制御部11は、被検者の頭部に刺激を付与すべき旨の指令信号であって、刺激を付与する脳領域を特定した指令信号を装置2に出力する。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure executed by the information processing system according to the second embodiment. After performing the process of step S21, the
The
装置2の制御部21は、活動性が低い脳領域を特定した判定結果を端末1から取得する(ステップS203)。すなわち制御部21は、刺激を付与する対象を特定した上記指令信号を取得する。制御部21は当該指令信号に従い、電極26が配置されている複数位置の脳領域のうち、一部の脳領域に対して刺激を付与する(ステップS204)。すなわち制御部21は、DMNに係る活動性が低い一部の脳領域に対して刺激を付与する。具体的に制御部21は、ステップS201で特定された一部の脳領域に対応する第2電極27から微弱電流を印加し、当該脳領域に刺激を付与する。制御部21は、例えば他のDMN該当領域と同位相の微弱電流を発生させることで、DMNに係る活動の同期を促す。ステップS204の処理を実行した後、制御部21は処理をステップS11に移行する。
The control unit 21 of the
以上より、DMNに係る活動性が低い一部の脳領域に限定して刺激を付与することで、例えば装置2における電力消費を低減させることができると共に、被検者の脳への負荷を抑制することができる。
As described above, for example, by applying stimulation only to a part of the brain region having low activity related to DMN, power consumption in the
(実施の形態3)
本実施の形態では、DMN該当領域以外の脳領域に対して刺激を付与することで、DMNの活性化を図る形態について述べる。
図13は、実施の形態3に係る刺激付与処理を説明するための説明図である。図13では、被検者の脳内のうち、DMNに該当しない脳領域に対して刺激を付与する様子を概念的に図示している。なお、図13ではDMNに該当しない脳領域を網掛により図示している。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a mode in which activation of DMN is described by applying a stimulus to a brain region other than the DMN corresponding region will be described.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the stimulus imparting process according to the third embodiment. FIG. 13 conceptually illustrates a state in which a stimulus is applied to a brain region that does not correspond to DMN in the subject's brain. In FIG. 13, brain regions that do not correspond to DMN are shown by shading.
装置2の制御部21は、実施の形態1と同じく、端末1から取得する判定結果に応じて被検者の頭部に刺激を付与する。この場合に、制御部21はDMN該当領域ではなく、DMNに該当しない脳領域に対して、脳活動を阻害する刺激を付与する。例えば図13に示すように、制御部21は、DMN該当領域を担当するCH1、CH5等ではなく、CH4、CH6等において微弱電流を印加する。制御部21は、CH4、CH6等のチャンネルの脳波信号の計測結果を参照し、当該脳波信号とは逆位相の微弱電流を第2電極27より印加する。すなわち制御部21は、DMN該当領域以外の脳領域に対して、脳波を減退させるように微弱電流を印加する。これにより、DMN以外の脳領域の活動が低下し、相対的にDMN該当領域の活動が増大する。
As in the first embodiment, the control unit 21 of the
図14は、実施の形態3に係る情報処理システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。DMNが不活動状態である旨の判定結果を端末1から取得した場合(ステップS23)、装置2の制御部21は以下の処理を実行する。
制御部21は、ステップS17、S18で判定対象とした複数位置の電極26、26、26…が担当する脳領域以外の脳領域に対して刺激を付与する(ステップS301)。具体的に制御部21は、DMNに該当しない脳領域に対して、該脳領域の活動を阻害する刺激を付与する。例えば制御部21は、継続的に計測している各チャンネルの脳波信号のうち、DMN以外の脳領域の脳波信号に係る計測結果を参照して、該脳領域を担当する電極26と一体に形成された第2電極27より、逆位相の微弱電流を被検者の頭部に印加する。これにより制御部21は、DMN以外の脳領域における活動を阻害し、相対的にDMNの活動を増大させる。ステップS301の処理を実行した後、制御部21は処理をステップS11に移行する。
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure executed by the information processing system according to the third embodiment. When the determination result indicating that the DMN is inactive is acquired from the terminal 1 (step S23), the control unit 21 of the
The control unit 21 applies a stimulus to a brain region other than the brain region handled by the
以上より、本実施の形態3によれば、刺激を付与する脳領域はDMNに係る脳領域に限定されず、他の脳領域を刺激することによってもDMNの活性化を促すことができる。 As described above, according to the third embodiment, the brain region to which stimulation is applied is not limited to the brain region related to DMN, and activation of DMN can be promoted by stimulating other brain regions.
(実施の形態4)
本実施の形態では、DMNの活動状態に係る判定結果に応じて刺激を付与するタイミングを制御する形態について述べる。
図15は、実施の形態4に係る刺激付与処理を説明するための説明図である。図15では、DMN該当領域に係るα波成分の位相差に応じて刺激を付与するタイミングを決定し、第2電極27を介して刺激を付与する様子を概念的に示している。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, a mode is described in which the timing of applying a stimulus is controlled according to the determination result relating to the activity state of the DMN.
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the stimulus imparting process according to the fourth embodiment. FIG. 15 conceptually illustrates a state in which the timing for applying the stimulus is determined according to the phase difference of the α wave component related to the DMN corresponding region, and the stimulus is applied through the
端末1の制御部11は、α帯域の信号成分の同期判定処理に係る判定結果に応じて、装置2により刺激を付与するタイミングを制御する。例えば制御部11は、DMNに該当する複数の脳領域におけるα波成分の位相差に基づき、刺激を付与するタイミングを制御する。
説明の便宜上、各チャンネルにおけるα波成分の位相を記号φ(x)(x=CH1、CH2、CH3…)で表す。ここで、図15に示すように、DMNに該当するCH1、CH5においてα波成分の位相φ(CH1)、φ(CH5)は同位相φ1であるが、CH7におけるα波成分の位相φ(CH7)は異なる位相φ2となっている場合を考える。この場合、CH7の位相φ(CH7)が位相φ1となれば、DMNに係る各チャンネルのα波成分の位相が同位相となり、同期して活動する状態となる。すなわち、DMNが活動状態となる。そこで制御部11は、このようにDMNが活動状態に近いタイミングで刺激を付与し、DMNの活性化を促す。
The
For convenience of explanation, the phase of the α wave component in each channel is represented by the symbol φ (x) (x = CH1, CH2, CH3...). Here, as shown in FIG. 15, the phases φ (CH1) and φ (CH5) of the α wave component in CH1 and CH5 corresponding to DMN are the same phase φ1, but the phase φ (CH7 of CH7 in CH7). ) Consider the case where the phase φ2 is different. In this case, if the phase φ (CH7) of CH7 becomes the phase φ1, the phase of the α wave component of each channel related to the DMN becomes the same phase, and the state is activated in synchronization. That is, the DMN becomes active. Therefore, the
具体的に制御部11は、DMNに該当する各脳領域の位相φ(x)の位相差Δφが、所定値Δφ0以下であるか否かを判定する。例えば上記の場合、制御部11はCH1とCH5の位相差Δφ=φ(CH1)−φ(CH5)を算出し、当該位相差ΔφがΔφ0以下であるか否かを判定する。同様に、制御部11はCH5とCH7との位相差Δφ、CH7とCH1との位相差Δφを順々に算出し、Δφ0以下であるか否かを判定する。各チャンネルに係る位相差ΔφがΔφ0以下であると判定した場合、制御部11はDMNが活動状態に近いと判定し、指令信号を生成して装置2に出力する。当該指令信号を取得した場合、装置2の制御部21は第2電極27から微弱電流を印加し、DMNの活性化を促す。
Specifically, the
図16は、実施の形態4に係る情報処理システムが実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。ステップS21の処理を実行した後、端末1の制御部11は以下の処理を実行する。
制御部11は、ステップS17に係るα帯域の脳波成分が同期しているか否かの判定結果に応じて、被検者の頭部に刺激を付与するタイミングであるか否かを判定する(ステップS401)。例えば制御部11は、DMNに該当する複数の脳領域において、α波成分の位相差Δφが所定値Δφ0以下であるか否かを判定する。刺激を付与するタイミングでないと判定した場合(S401:NO)、制御部11は処理をステップS11に戻す。刺激を付与するタイミングであると判定した場合(S401:YES)、制御部11は、DMNが不活動状態である旨の判定結果を装置2に出力する(ステップS402)。すなわち制御部11は、被検者の頭部に刺激を付与するタイミングを制御して装置2により刺激を付与する。装置2の制御部21はステップS23移行の処理を実行する。
FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure executed by the information processing system according to the fourth embodiment. After performing the process of step S21, the
The
以上より、本実施の形態4によれば、被検者のDMNが活動状態に近いタイミングで刺激を付与することで、被検者の脳に掛かる負荷を抑制しつつDMNを活動状態に導入させることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, the DMN is introduced into the active state while suppressing the load on the subject's brain by applying the stimulus at the timing when the DMN of the subject is close to the active state. be able to.
なお、上記で端末1はα波成分の同期判定処理に係る判定結果に応じて刺激を付与するタイミングを制御したが、本実施の形態はこれに限るものではない。例えば端末1は、DMNに該当する各脳領域におけるα波成分の振幅について、各脳領域の振幅の差分が所定値以下となったタイミングで刺激を付与することとしてもよい。すなわち端末1は、DMNが活動状態に近いタイミングを適切に判別することができればよい。
In addition, although the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 端末(情報処理端末)
11 制御部
12 記憶部
P プログラム
13 通信部
14 表示部
15 入力部
2 装置(刺激付与装置)
21 制御部
22 記憶部
23 通信部
24 入出力部
25 信号処理部
26 電極
27 第2電極
1 terminal (information processing terminal)
DESCRIPTION OF
21
Claims (8)
計測結果を外部装置に出力する出力部と、
前記複数位置の脳領域において特定の周波数帯域の脳波成分が互いに同期しており、かつ、前記被検者が覚醒状態であるか否かを示す判定結果を前記外部装置から取得する取得部と、
取得した判定結果に応じて、前記被検者の頭部に刺激を付与する付与部と
を備えることを特徴とする刺激付与装置。 A measurement unit that measures an electroencephalogram signal through electrodes arranged at a plurality of positions on the subject's head; and
An output unit for outputting measurement results to an external device;
An acquisition unit that acquires, from the external device, a determination result indicating whether or not brain wave components of specific frequency bands are synchronized with each other in the brain regions at the plurality of positions, and the subject is in an awake state;
A stimulus imparting device comprising: an imparting unit that imparts a stimulus to the head of the subject according to the obtained determination result.
ことを特徴とする請求項1に記載の刺激付与装置。 The stimulus applying apparatus according to claim 1, wherein the applying unit includes a stimulus generating element formed integrally with the electrode.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の刺激付与装置。 The stimulus applying apparatus according to claim 1, wherein the applying unit includes a second electrode or a piezoelectric element that generates a current or an ultrasonic wave having directivity toward a specific brain region.
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の刺激付与装置。 The stimulus applying apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the applying unit applies a stimulus to a part of the brain regions of the plurality of positions.
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の刺激付与装置。 The stimulus applying apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the applying unit applies a stimulus to a brain region other than the brain region handled by the electrodes at the plurality of positions.
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の刺激付与装置。 The stimulus applying apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the applying unit adjusts and applies the intensity of the stimulus.
取得した前記脳波信号を周波数スペクトルに変換し、
変換した前記周波数スペクトルから周波数帯域別の脳波成分を抽出し、
前記複数位置の脳領域において特定の周波数帯域の脳波成分が互いに同期しており、かつ、前記被検者が覚醒状態であるか否かを判定し、
判定結果に応じて、前記被検者の頭部に刺激を付与する指令信号を生成して刺激発生源に出力する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 Obtain EEG signals from electrodes placed at multiple locations on the subject's head,
The acquired electroencephalogram signal is converted into a frequency spectrum,
Extract brain wave components for each frequency band from the converted frequency spectrum,
Determining whether or not the brain wave components of a specific frequency band are synchronized with each other in the brain regions of the plurality of positions, and the subject is awake.
A program for causing a computer to execute a process of generating a command signal for applying a stimulus to the head of the subject according to a determination result and outputting the command signal to a stimulus generation source.
ことを特徴とする請求項7に記載のプログラム。 8. The program according to claim 7, wherein a timing for applying a stimulus to the head of the subject is controlled according to a determination result of whether or not the electroencephalogram components of the specific frequency band are synchronized. .
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