JP6721718B2 - 睡眠中の脳活動を監視することなく睡眠必要性消失を判定するシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
本開示は、睡眠中に脳活動を監視することなく、被験者における睡眠必要性消失を判定するように構成されたシステムに関する。
睡眠を監視するシステムが知られている。一般的な睡眠監視システムでは、被験者が、睡眠中ずっと、聴覚刺激装置および脳波（ＥＥＧ）電極を装着する必要がある。これらのデバイスは、被験者の睡眠を乱すことがある。本開示は、従来技術のシステムにおける欠点を克服する。
したがって、本開示の一以上の態様は、睡眠中に脳活動を監視することなく、被験体における睡眠必要性消失を判定するように構成されたシステムに関する。本システムは、一以上の感覚刺激装置、一以上のセンサ、一以上のハードウェアプロセッサ、及び／又はその他のコンポーネントを有する。一以上の感覚刺激装置は、前記被験者に反復的視覚刺激（ＲＶＳ）を提供するように構成される。一以上のセンサは、前記被験者における脳活動に関連する情報を担う出力信号を生成するように構成される。一以上のハードウェアプロセッサは、前記一以上の感覚刺激装置および前記一以上のセンサと動作可能に通信する。前記一以上のハードウェアプロセッサは、前記睡眠前に、（ｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第１のＲＶＳを提供させ、（ｉｉ）前記第１のＲＶＳ中の前記出力信号に基づき、前記被験者の第１の定常状態視覚誘発電位（ＳＳＶＥＰ）応答を決定し、前記睡眠後に、（ｉｉｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第２のＲＶＳを提供させ、（ｉｖ）前記第２のＲＶＳ中に前記出力信号に基づいて前記被験者の第２のＳＳＶＥＰ応答を決定し、（ｖ）前記第２のＳＳＶＥＰ応答を前記第１のＳＳＶＥＰ応答と比較し、（ｖｉ）前記比較に基づいて、前記睡眠の睡眠必要性消失を判定する、機械可読命令を実行するように構成される。
本開示のさらに他の態様は、睡眠中に脳活動を監視することなく被験者の睡眠必要性消失を決定する方法に関する。この方法は、一以上の感覚刺激装置、一以上のセンサ、一以上のハードウェアプロセッサ及び／又はその他のコンポーネントを含む決定システムで実行される。前記方法は、前記睡眠前に、前記一以上のハードウェアプロセッサが、（ｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第１の反復的な視覚刺激（ＲＶＳ）を提供させることと、（ｉｉ）前記第１のＲＶＳ中に前記一以上のセンサからの前記被験者の脳活動に関連する情報を担う出力信号に基づいて、前記被験者の第１の定常状態視覚誘発電位（ＳＳＶＥＰ）応答を決定することと、前記睡眠後に、前記一以上のハードウェアプロセッサが、（ｉｉｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第２のＲＶＳを提供させることと、（ｉｖ）前記第２のＲＶＳ中に前記出力信号に基づいて前記被験者の第２のＳＳＶＥＰ応答を決定することと、（ｖ）前記第２のＳＳＶＥＰ応答を前記第１のＳＳＶＥＰ応答と比較することと、（ｖｉ）前記比較に基づいて、前記睡眠の睡眠必要性消失を判定することと、を含む。
本開示のさらに他の態様は、睡眠中に脳活動を監視することなく、被験体における睡眠必要性消失を判定するように構成されたシステムに関する。本システムは、前記被験者に反復的視覚刺激（ＲＶＳ）を与える手段と、前記被験者の脳活動に関連する情報を担う出力信号を生成する手段と、前記睡眠前に、（ｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第１のＲＶＳを提供させ、（ｉｉ）前記第１のＲＶＳ中の前記出力信号に基づき、前記被験者の第１の定常状態視覚誘発電位（ＳＳＶＥＰ）応答を決定する手段と、前記睡眠後に、（ｉｉｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第２のＲＶＳを提供させ、（ｉｖ）前記第２のＲＶＳ中に前記出力信号に基づいて前記被験者の第２のＳＳＶＥＰ応答を決定し、（ｖ）前記第２のＳＳＶＥＰ応答を前記第１のＳＳＶＥＰ応答と比較し、（ｖｉ）前記比較に基づいて、前記睡眠の睡眠必要性消失を判定する手段とを有する。
本開示の上記の目的、機能、及び特徴と、動作方法と、関連構成要素の機能と、パーツの組み合わせと、生産の経済性とは、本出願の出願書類を構成する、添付した図面を参照して以下の説明と特許請求の範囲を検討すれば明らかになるだろう。図面中、対応するパーツには同じ参照数字を付した。しかし、言うまでもないが、図面は例示と説明を目的としたものであり、本開示を限定することを意図したものではない。
ここで、単数を示す「１つの」及び「前記」との記載は、別段の記載がなければ、複数の場合も含む。ここで、２つ以上のパーツやコンポーネントが「結合」しているという記載は、リンクが生じる限り、その２つ以上のパーツが、直接的に、または間接的に、すなわちその間にある１つ以上のパーツやコンポーネントを介して、つながっていること、または協働することを意味する。ここで、「直接結合」とは、２つの要素が互いに直接接触していることを意味する。ここで、「固定結合」または「固定」とは、２つのコンポーネントが互いに一定の方向を維持しつつ一体として動くように結合していることを意味する。
ここで、「単一の」とは、コンポーネントが１つのものとして作られていることを意味する。すなわち、別々に作られてから１つに結合されたものを含むコンポーネントは、「単一の」コンポーネントやボディではない。ここで、２つ以上のパーツやコンポーネントが互いに「係合」しているというのは、その２つ以上のパーツが、直接的に、またはその間にある１つ以上のパーツやコンポーネントを介して、互いに力を及ぼすことを意味する。本明細書において、「数」とは、１または１より大きい（すなわち、複数を表す）整数を意味する。
本明細書において、上、下、左、右、上の方、下の方、前、後などの方向を示す言葉は、図面に示したエレメントの方向を指すものであり、特許請求の範囲に明示的に記載しない限り、当該特許請求の範囲を限定するものではない。
図１は、睡眠中に脳活動を監視することなく、被験者における睡眠必要性消失を判定するように構成されたシステム１０を示す概略図である。被験者１２における睡眠ホメオスタシスおよびシナプス可塑性は関連している。ＮＲＥＭ睡眠中（脳波の双安定状態により、脳波（ＥＥＧ）を介して識別可能な遅い波として現れるため）、覚醒時に生成された多くのシナプスが減少および／または消滅する。このシナプスの減少および／または消滅のために、被験者１２の皮質シナプス強度は、睡眠後に減少する。睡眠の持続時間が長いほど、皮質シナプス強度が弱くなる。徐波活動（ＳＷＡ）は、睡眠ホメオスタシスの尺度であり、覚醒後に増加し、睡眠後に減少する。睡眠中の時間「ｔ」までのＳＷＡの積分は、睡眠中に被験者にとって時間「ｔ」までの睡眠必要性消失の量を反映する。
ＳＷＡを定量化するには、睡眠全体にわたってＥＥＧを記録する必要がある。これは、睡眠中にＥＥＧ取得システムを装着することを必要とする。睡眠全体を通してＥＥＧの記録（および／またはＥＥＧ取得システムの装着）を必要とすることなく、睡眠必要性消失（例えば、睡眠回復）を定量化するように構成されたシステムに対する市場ニーズがある。そのようなシステムは、例えば、適切な睡眠衛生を促進するためのコーチング、および／または睡眠投薬の有効性のモニタリング、心臓・呼吸および／または他の信号を使用して刺激を送達する非ＥＥＧベースの代替物、および／または睡眠全体にわたり必ずしもＥＥＧを記録することなく、睡眠必要性消失を定量化するのに便利なその他のアプリケーションに使用することができる。さらに、睡眠全体を通してＥＥＧが生成されたとしても、ＥＥＧ信号中には、被験者固有の（例えば、汗）および／または外部（例えば、電磁ノイズ、システム障害および／または電極剥離）アーチファクトが存在し、ＳＷＡ値の計算をじゃまする。これらの場合、睡眠の前後で行われた測定に基づいて、睡眠必要性消失を判定することは有用であろう。
皮質シナプス強度は、覚醒時には、聴覚刺激に対するＥＥＧ応答を測定することによって定量化することができる。聴性誘発反応（ＡＥＰ）の振幅は、夜間の睡眠の後に減少する。振幅低下の程度は、周波数帯域のＳＷＡ範囲（０．５〜４Ｈｚ）内にあることにより、恒常的に調節される睡眠の必要性（および／または睡眠負債）の指標である約１〜約２．３３Ｈｚの周波数帯域におけるＮＲＥＭ睡眠中のＥＥＧパワーと相関している。
システム１０は、聴覚刺激によって引き起こされるＡＥＰを使用する代わりに、定常状態視覚誘発電位（ＳＳＶＥＰ）として知られる反復的視覚刺激（ＲＶＳ、例えば、光のちらつきおよび／またはその他のＲＶＳ）に対する誘発反応を使用して、睡眠中に脳活動を監視することなく被験者１２における睡眠必要性消失を判定する。ＳＳＶＥＰは、視覚刺激が聴覚刺激と比較してより多くの脳皮質領域に関与する可能性があるため、聴覚誘発電位と比較してより高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する。これは、聴覚刺激と比較して、反復的視覚刺激のＥＥＧ応答の振幅が高いためである。さらに、刺激の反復性を考慮すると、ＲＶＳの場合にＥＥＧ信号の振幅が高レベルに留まる時間は、聴覚誘発反応の場合にＥＥＧの振幅が高レベルに留まる時間と比較して長い。さらに、視覚誘発電位のより高いＳＮＲ特性は、睡眠中に脳活動を監視することなく被験者１２における睡眠必要性消失（ｓｌｅｅｐ ｎｅｅｄ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）を決定する際に必要とされる聴覚刺激と比較して、反復的な視覚刺激に対する曝露をより短くする。
幾つかの実施形態では、システム１０は、感覚刺激装置１６、センサ１８、プロセッサ２０、電子的記憶装置２２、ユーザインターフェース２４、及び／又はその他のコンポーネントのうち一以上を含んでもよい。図１では、感覚刺激装置１６、センサ１８、プロセッサ２０、電子的記憶装置２２、およびユーザインターフェース２４は、別個のものとして示されている。このリストは限定を意図したものではない。システム１０のコンポーネントおよび／または他のコンポーネントのうち一部および／または全部は、一以上の単一デバイスにグループ化することができる。例えば、システム１０の構成要素の一部および／または全部は、睡眠の前および／または後に被験者１２が着用するが、睡眠中は取り外されるヘッドバンドおよび／またはその他の衣類の一部としてグループ化することができる。
感覚刺激装置１６は、被験者１２にＲＶＳおよび／または他の感覚刺激を提供するように構成されている。感覚刺激装置１６は、睡眠前に、睡眠後に、及び／又はその他の時に、被験者１２にＲＶＳ及び／又はその他の感覚刺激を与えるように構成されている。例えば、感覚刺激装置１６は、被験者１２が眠る前に、及び被験者１２が睡眠から目覚めた後に、被験者１２にＲＶＳを提供するように構成することができる。感覚刺激装置１６は被験者１２にＲＶＳを提供して、被験者１２のＲＶＳに対する脳活動応答を喚起するように構成することができる。いくつかの実施形態では、誘発応答は、ＳＳＶＥＰおよび／またはその他の応答であってもよい。いくつかの実施形態では、感覚刺激装置１６は、ＲＶＳおよび／またはその他の非侵襲的脳刺激方法を介してＳＳＶＥＰ応答を誘導するように構成されてもよい。感覚刺激装置１６の例は、計算デバイス（例えば、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータなど）の表示画面、照明パネル（例えば、フィリップスＧｏＬｉｔｅ ＢＬＵに似た及び／又は同様の外部パネル）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、パターン反転刺激装置、および／またはその他の装置を含むことができる。いくつかの実施形態では、感覚刺激装置１６は、ユーザインターフェース２４および／またはシステム１０の他のコンポーネントを形成する計算デバイスに含まれてもよい。いくつかの実施形態では、感覚刺激装置１６は、一定頻度（例えば、１０〜３０Ｈｚおよび／またはその他の頻度）で色が交互に変化するチェッカーボードパターンを表示することができる。
センサ１８は、被験者１２の脳活動および／または他の情報に関連する情報を伝達する出力信号を生成するように構成される。センサ１８は、被験者１２の睡眠（ｓｌｅｅｐ ｓｅｓｓｉｏｎ）の前後に、睡眠の前後に定期的に、および／またはその他の時間に、進行中の出力信号を生成するように構成される。被験者１２の脳活動は、ＳＳＶＥＰ応答、および／または被験者１２の他の特性に対応することができる。センサ１８は、このようなパラメータを直接的および／または間接的に測定する一以上のセンサを備えることができる。センサ１８を被験者１２の近くの単一の場所に示したが、これに限定することを意図したものではない。センサ１８は、例えば、被験者１２の皮膚と取り外し可能に結合された場所、（例えば、ヘッドバンド、リストバンドなどとして）被験者１２によって着用される被験者１２の衣類と取り外し可能に結合されるような場所、感覚刺激装置１６内、および／またはその他の場所に配置されたセンサを含むことができる。
非限定的な例として、センサ１８は、被験者１２の脳内の電流により生じる被験者１２の頭皮に沿って電気的活動を検出するように構成された一以上の電極であってもよく、および／またはそれを含んでもよい。いくつかの実施形態では、センサ１８は複数のＥＥＧ電極及び／又はその他のセンサであってもよく、それを含んでもよい。幾つかの実施形態では、ＥＥＧ電極は、被験者１２の頭部の後頭部に結合されるように構成される。幾つかの実施形態では、ＥＥＧ電極は、被験者１２の頭部の前頭部に結合されるように構成される。いくつかの実施形態では、ＥＥＧ電極（センサ１８）は、睡眠の前に被験者１２の頭部と結合され、睡眠中（および／または直前に）被験者１２から切り離され、睡眠の後に被験者１２の頭部と再結合される。
プロセッサ２０は、システム１０において情報処理機能を提供するように構成されている。そのため、プロセッサ２０は、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように設計されたデジタル回路、情報を処理するように設計されたアナログ回路、ステートマシン、及び／又は電子的に情報を処理するその他のメカニズムのうち１つ以上を含み得る。図１においてプロセッサ２０は１つのものとして示したが、これは例示のみを目的としたものである。ある実施形態では、プロセッサ２０は複数の処理ユニットを含んでいてもよい。これらの処理ユニットは物理的に同じ装置（例えば、感覚刺激装置１６、センサ１８）に配置されてもよく、プロセッサ２０は協調して動作する複数の装置の処理機能を表すものであってもよい。
図１に示したように、プロセッサ２０は、１つ以上のコンピュータプログラムコンポーネントを実行するように構成されている。一以上のコンピュータプログラムコンポーネントは、制御コンポーネント３０、パラメータコンポーネント３２、比較コンポーネント３４、睡眠必要性消失コンポーネント３６、及び／又はその他のコンポーネントを含んでもよい。プロセッサ２０は、ソフトウェアで、ハードウェアで、ファームウェアで、ソフトウェア、ハードウェア及び／又はファームウェアの幾つかの組み合わせで、及び／又はプロセッサ２０に処理機能を構成するその他のメカニズムで、コンポーネント３０、３２、３４、３６及び／又はその他のコンポーネントを実行するように構成されていてもよい。
言うまでもなく、コンポーネント３０、３２、３４及び３６は図１において１つの処理ユニット中に共に配置されているものとして示したが、プロセッサ２０が複数の処理ユニットを含む実施形態では、１つ以上のコンポーネント３０、３２、３４、３６及び／又はその他のコンポーネントは、他のコンポーネントと離れて配置されてもよい。下記の異なるコンポーネント３０、３２、３４，３６及び／又はその他のコンポーネントにより提供される機能の説明は、例示を目的としたものであり、限定を意図したものではなく、どのコンポーネント３０、３２、３４，３６及び／又は３６が提供する機能が、説明するものよりも多くても少なくてもよい。例えば、コンポーネント３０、３２、３４及び／又は３６のうちの一以上を無くしてもよく、その機能の一部または全部が他のコンポーネント３０、３２、３４及び／又は３６に設けられてもよい。他の一例として、プロセッサ２０は、コンポーネント３０、３２、３４及び／又は３６のうちの１つに属する機能の一部又は全部を実行する１つ以上の追加的コンポーネントを実行するように構成できる。
制御コンポーネント３０は、睡眠の前後に被験者１２にＲＶＳを提供するように感覚刺激装置１６を制御するように構成される。例えば、制御コンポーネント３４は、感覚刺激装置１６を制御して、睡眠の前に被験者１２に第１のＲＶＳを提供し、睡眠の後に第２のＲＶＳを提供するように構成される。いくつかの実施形態では、第１のＲＶＳは、睡眠の開始から約３０分以内（例えば、眠ってから約３０分以内）および／または他の時間に送達される。いくつかの実施形態では、第２のＲＶＳは、睡眠の終了から約３０分以内（例えば、起きてから約３０分以内）および／または他の時間に送達される。いくつかの実施形態では、制御コンポーネント３０は感覚刺激装置１６を制御し、互いに約５〜１０秒の無刺激時間で隔てられた約５〜１０秒間のフラッシュライトを含むようにする。いくつかの実施形態では、５〜１０秒間の無刺激時間は、５〜１０秒の範囲内で、制御コンポーネント３０によってランダム化される。いくつかの実施形態では、フラッシュライトの頻度は約１０〜３０Ｈｚである。断続的なタイミングは、フラッシュライトに対する被験者の慣れの影響（例えば、長期の刺激の後に減少するＳＳＶＥＰ応答）および／または疲労に対抗するのに有用である。しかし、幾つかの実施形態では、感覚刺激装置１６に、より長い時間にわたり連続した刺激を送達させるように、制御コンポーネント３０が構成されてもよい。これらの実施形態では、ＳＳＶＥＰ応答に加え、慣れの結果としてのＳＳＶＥＰ応答の低下を利用して、睡眠必要性消失を定量化してもよい。皮質の接続性が高い場合、ＳＳＶＥＰ応答がより速く習慣づけることが期待される。結果的に、睡眠必要性消失がより強くなればなるほど、習慣化は遅くなる。
いくつかの実施形態では、ＲＶＳパラメータ（例えば、１〜２分間の持続時間、５〜１０秒間のフラッシュ時間、５〜１０秒間の無刺激時間、１０〜３０Ｈｚの頻度）は、システムの製造時に決定されてもよく、以前の睡眠中の被験者１２の睡眠必要性消失に基づいて制御コンポーネント３０によって決定されてもよく、ユーザインターフェース２４を介して被験者１２および／または他のユーザによって設定および／または調整されてもよく、および／または他の方法によって決定されてもよい。留意点として、睡眠の前後の３０分間、１〜２分間の持続時間、５〜１０秒間のフラッシュ、５〜１０秒間の無刺激時間、および１０〜３０Ｈｚの頻度は、限定を意図したものではない。制御コンポーネント３０は、システム１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意のパラメータを有する第１および／または第２のＲＶＳを感覚刺激装置１６が送達させることができる。
パラメータコンポーネント３２は、被験者１２の脳活動パラメータを決定するように構成される。パラメータコンポーネント３２は、出力信号及び／又はその他の情報に基づいて、脳活動パラメータを決定するように構成される。幾つかの実施形態では、一以上の脳活動パラメータは、ＥＥＧの様々な周波数帯域におけるパワー、低周波数帯域のパワーの高周波数帯域におけるパワーに対する比率、及び／又はその他のパラメータなどのＥＥＧ関連パラメータを含む。いくつかの実施形態では、パラメータコンポーネント３２は、１つ以上の脳活動パラメータが、ＥＥＧ信号の、周波数、振幅、位相、及び／又はスピンドル、Ｋコンプレックスなどの特定のパターンの存在、及び／又は睡眠徐波、アルファ波、および／またはその他の特性であり、及び／又はそれらに関するように構成される。幾つかの実施形態では、一以上の脳活動パラメータを決定することは、ＥＥＧ信号をフィルタリングすることと、さらに脳活動に関する個別の振動成分に他の数学的演算を結合及び／又は実行することと、及び／又はその他の演算を含む。例えば、幾つかの実施形態では、一以上の脳活動パラメータは、ＥＥＧ信号の周波数、振幅及び／又はその他の特徴に基づいて決定される。幾つかの実施形態では、決定された脳活動パラメータ及び／又はＥＥＧの特徴は、ＲＥＭ及び／又はＮＲＥＭ睡眠段階に対応する過去の睡眠中の睡眠状態であってもよく、それを示すものであってもよい。
幾つかの実施形態では、脳活動パラメータを決定することは、ＲＶＳ及び／又はその他のパラメータに対する被験者１２のＳＳＶＥＰ応答を決定することを含む。パラメータコンポーネント３２は、ＲＶＳにより誘発された被験者１２からのＥＥＧ信号のピーク・ツー・ピーク振幅を決定することにより、被験者１２のＳＳＶＥＰ応答を決定するように構成される。ＲＶＳは脳の電気的活動を変調し、パラメータコンポーネント３２はＥＥＧ信号及び／又はその他の情報に基づいて被験者１２のＳＳＶＥＰ応答を決定する。ＥＥＧ信号は、ＲＶＳ及び／又は高調波の周波数の、及び／又はそれより高い振動成分を含む。これは図２に示されている。図２はＲＶＳ２００を示す。ＲＶＳ２００は、一定頻度２０６での点滅光のオン２０２とオフ２０４を含む。図２に示すように、ＥＥＧ信号２１０のピーク・ツー・ピーク振幅２０８は、ＲＶＳ２００に対する被験者１２の応答２１２の特徴を示す。幾つかの実施形態では、被験者１２のＳＳＶＥＰ応答は、ＥＥＧ電極（センサ１８）が（例えば、図２に示すように）後頭部で被験者と結合されている場合に、より顕著である。
図３に示すように、ＲＶＳ３０１頻度に応じて、被験者１２（図１）のＳＳＶＥＰ応答（例えば、ピーク・ツー・ピーク振幅３００）は、かかるＳＳＶＥＰ応答の振幅は（後頭部において被験者１２と結合したＥＥＧ電極からの信号（Ｏｚ）３０４と比較して）より小さいが、前頭部で被験者１２と結合されたＥＥＧ電極からの信号（ＦＰｚ）を解して特定可能であってもよい。ＳＳＶＥＰの振幅は、ＲＶＳ頻度に依存し、例えば、ＲＶＳ頻度が１０〜３０Ｈｚの範囲（例えば、上記の非限定的な範囲）にあるとき、より高い。幾つかの実施形態では、被験者１２の後頭部においてＥＥＧ電極により発生された信号によりＳＳＶＥＰ応答を決定することは面倒であるかも知れない。後頭部に電極を配置するには、一般的に、導電ジェルの利用（例えば、これにより脳活動信号が被験者１２の毛髪により遮られない）や電極を正しい位置に配置するスキルが必要だからである。前頭部に配置されたＥＥＧ電極によりＳＳＶＥＰ応答を決定することは、被験者１２及び／又はその他のユーザにとって、より便利である可能性がある。
図１に戻り、パラメータコンポーネント３２は、睡眠前に被験者１２の第１のＳＳＶＥＰ応答を決定し、睡眠後に被験者１２の第２のＳＳＶＥＰ応答を決定し、及び／又は被験者１２のその他のＳＳＶＥＰ応答を決定するように構成される。パラメータコンポーネント３２は、センサ１８からの出力信号に基づき、及び／又はその他の情報に基づき、ＳＳＶＥＰ応答（例えば、第１と第２の応答）を決定するように構成される。パラメータコンポーネント３２は、第１のＲＶＳ（例えば、睡眠の前に得られるＲＶＳ）の間の出力信号に基づいて、被験者１２の第１の（例えば、睡眠の前の）ＳＳＶＥＰ応答を決定するように構成される。パラメータコンポーネント３２は、第２のＲＶＳ（例えば、睡眠の後に得られるＲＶＳ）の間の出力信号に基づいて、被験者１２の第２の（例えば、睡眠の後の）ＳＳＶＥＰ応答を決定するように構成される。
いくつかの実施形態では、パラメータコンポーネント３２は、第１および／または第２のＳＳＶＥＰ応答の各々を決定することが、約１Ｈｚのフィルタリングの帯域幅を有する第１および／または第２のＲＶＳの対応するものの頻度で、第１および／または第２のＲＶＳ中のＥＥＧ出力信号を帯域通過フィルタリングすることと、ＥＥＧ出力信号をフィルタリングした後、ＥＥＧ出力信号の平均ピーク間振幅（例えば、ＲＶＳ間隔にわたる）を決定することとを含むように構成される。いくつかの実施形態では、高調波の周りの信号を帯域通過フィルタリングするピークフィルタが、（例えば、ＳＳＶＥＰ応答における高調波の存在が考慮されるように）上記の帯域通過フィルタリングの代わりにおよび／またはこれに加えて使用される。
いくつかの実施形態では、パラメータコンポーネント３２は、睡眠の前および／または後に、睡眠の前後の所定の間隔で、及び／又はその他の時に、進行中の方法で、被験者１２の第１および／または第２のＳＳＶＥＰ応答を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、フィルタリングパラメータ（例えば、約１Ｈｚの帯域幅を有するＲＶＳに対応する頻度）は、システム１０の製造時に決定され、以前の睡眠中の被験者１２における睡眠必要性消失に基づいてパラメータコンポーネント３２によって決定され、ユーザインターフェース２４を介して被験者１２および／または他のユーザによって設定および／または調整され、および／または他の方法によって決定され得る。留意点として、約１Ｈｚの帯域幅を有するＲＶＳにほぼ対応する頻度でのフィルタリングの説明は、限定することを意図するものではない。パラメータコンポーネント３２は、システム１０が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意のフィルタリングパラメータでＥＥＧ出力信号をフィルタリングすることができる。
比較コンポーネント３２は、第２のＳＳＶＥＰ応答（例えば、睡眠後ＳＳＶＥＰ応答）を第１のＳＳＶＥＰ応答（例えば、睡眠前ＳＳＶＥＰ応答）と比較するように構成される。同じタイプの刺激（例えば、第１と第２のＲＶＳ）への被験者１２の脳活動応答は、睡眠後、減少する。この減少は、睡眠（ｓｌｅｅｐ ｓｅｓｓｉｏｎ）中のＳＷＡに依存する（これは決定されないが、睡眠中に生じる被験者１２の睡眠必要性消失を示す）。比較コンポーネント３４は、第２のＳＳＶＥＰ応答を第１のＳＳＶＥＰ応答と比較することが、第２のＳＳＶＥＰ応答と第１のＳＳＶＥＰ応答との間の差分値を決定することを含むように構成される。この差分の決定は、第２のＳＳＶＥＰ応答の値（例えば、μＶ単位）から第１のＳＳＶＥＰ応答の値（例えば、μＶ単位）を減算し、その結果を第１のＳＳＶＥＰ応答の値により除算し（例えば、（（睡眠後−睡眠前）／睡眠前）、及び／又はその他の数学的演算を実行することにより行われてもよい。ＳＳＶＥＰの振幅に加え、刺激頻度の周りの狭い帯域（例えば、１Ｈｚ幅）のパワー（例えば、μＶ２単位）を用いてＳＳＶＥＰ応答を定量化することも可能である。パワーは刺激の高調波周波数の周りの狭い帯域で推定されてもよく、これらを結合しても（例えば、加えても）よい。
睡眠必要性消失コンポーネント３６は、第２のＳＳＶＥＰ応答（例えば、睡眠後ＳＳＶＥＰ応答）の第１のＳＳＶＥＰ応答（例えば、睡眠前ＳＳＶＥＰ応答）との比較に基づき、睡眠の睡眠必要性消失を決定するように構成される。幾つかの実施形態では、睡眠必要性消失コンポーネント３６の構成は、比較に基づいて睡眠の睡眠必要性消失（ｓｌｅｅｐ ｎｅｅｄ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）を決定することが、睡眠中の、第２のＳＳＶＥＰ応答と第１のＳＳＶＥＰ応答との間の差分を被験者の徐波活動（ｓｌｏｗ ｗａｖｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ）（ＳＷＡ）のレベルと相関させることを含むようにされる。ＳＷＡのレベルは、（例えば、上記の通り）睡眠必要性消失を示す。睡眠必要性消失コンポーネント３６は、線形関係ＳＷＡ＝（Ａ×ΔＳＳＶＥＰ応答）＋Ｂに基づいて睡眠必要性消失（例えば、睡眠回復）を決定するように構成される。ここでＡとＢは、ΔＳＳＶＥＰ応答と、被験者１２及び／又はそれと人口統計的に類似したユーザの人口との線形回帰モデルから、及び／又はその他の情報源から推定される。ＳＷＡは睡眠必要性消失と直接相関している。幾つかの実施形態では、この数値は年齢を適合させた人口から得られる基準値と比較されてもよい。それゆえ、回復レベルは人口を適合させた基準値に対応する回復レベルの一定割合であると言うことが可能であり得る。かかる線形回帰モデルの例を図４に示す。
図４は、被験者（例えば、被験者１２）の５回の睡眠４０２に対するＳＳＶＥＰ応答４０１とＳＷＡ４０３の変化の線形回帰モデル４００を示す。幾つかの実施形態では、モデル４００及び／又はその他の類似モデルは、本明細書で説明する被験者１２（図１）の睡眠前に予め決定され、電子的記憶装置２２及び／又はその他の電子データベースに格納される。幾つかの実施形態では、モデル４００及び／又はその他の類似モデルは、事前に生成されたデータに基づき睡眠必要性消失コンポーネント３６により、又はその他の計算システムにより決定される。幾つかの実施形態では、モデル４００及び／又はその他の類似モデルは、製造者においてシステム１０にプログラムされ、ユーザインターフェース２４を解して被験者１２及び／又はその他のユーザによりプログラム及び／又は調整され、及び／又はその他の方法で決定される。睡眠必要性消失コンポーネント３６は、上記の通り、睡眠必要性消失を決定するとき、モデル４００及び／又は類似モデルにアクセスするように構成される。
モデル４００および／または他の同様のモデルの生成は、睡眠の前に被験者にＲＶＳを提供し、睡眠中のＥＥＧを記録し、睡眠の後にＲＶＳを提供し、睡眠についてＳＷＡを決定し、睡眠により生じたＳＳＶＥＰの変化を決定し、決定された情報を図４に示されるようなチャート上にプロットすることによって達成される。このプロセスは、いくつかの睡眠（例えば、図４の５回の睡眠）および／またはいく人かの被験者について繰り返され、プロットされたデータに基づいて線形回帰モデルが生成される。
モデル４００を生成するため、睡眠の前と後に、被験者（例えば、被験者１２）は、１０秒間の休みにより互いに分離された３回の１０秒間の持続時間（全体で１分）に繰り返し視覚刺激を受け、その間、ＢＲＡＩＮＱＵＩＲＹのＰＥＴ ＥＥＧを用いて中央後頭部Ｏｚにおいて２５０Ｈｚで被験者のＥＥＧが取得された。刺激の周期はデューティサイクル５０％の１５Ｈｚであった。刺激は、緑色の光を発する高出力ＬＥＤを有する１０ｃｍ平方のパネルを用いて与えられた。個別の睡眠について、分単位の持続時間Ｎ３の睡眠と平均ＳＷＡ（Ｎ３睡眠にわたる）を定量化した（表１）。ＳＳＶＥＰ応答の定量化は、刺激時間中に、１４．５〜１５．５Ｈｚの周波数帯域（例えば、刺激頻度の周りの１Ｈｚ）でフィルタリングされたＥＥＧの平均ピーク・ツー・ピーク振幅を測定することにより行った（表１）。
図５は、システム１０（図１）によって実行される動作を要約する。睡眠５００の前に、覚醒時間５０４中に、（例えば、図１に示す制御コンポーネント３０により制御された感覚刺激装置１６により）被験者１２にＲＶＳ５０２が提供される。ＥＥＧ電極５０８（例えば、図１に示したセンサ１８）からのＥＥＧ出力信号５０６が（例えば、図１に示した比較コンポーネント３４により）分析され（５１０）、ＲＶＳ５０２に対する被験者１２のＳＳＶＥＰ応答５１２を決定する。睡眠５００の後に、覚醒時間５５０中に、（例えば、図１に示す制御コンポーネント３０により制御された感覚刺激装置１６により）被験者１２にＲＶＳ５５０が提供される。ＥＥＧ電極５０８（例えば、図１に示したセンサ１８）からのＥＥＧ出力信号５５４が（例えば、図１に示した比較コンポーネント３４により）分析され（５６０）、ＲＶＳ５５０に対する被験者１２のＳＳＶＥＰ応答５６２を決定する。最後に、睡眠５００の睡眠必要性消失は、本明細書に説明するように、ＳＳＶＥＰ５６２（例えば、睡眠後ＳＳＶＥＰ応答）のＳＳＶＥＰ応答５１２（例えば、睡眠前ＳＳＶＥＰ応答）に対する比較５７０及び／又はその他の情報に基づいて、（図１に示した睡眠必要性消失コンポーネント３６により）決定される（５８０）。
図１に戻り、幾つかの実施形態では、コンポーネント３０、３２、３４及び／又は３６は、被験者１２の睡眠パターンが十分規則的であることに応じて、（例えば、睡眠前の）第１のＳＳＶＥＰ応答は決定しなくてもよいように構成される。幾つかの実施形態では、システム１０は、被験者の就寝時間を起床時間が両方とも夜間の８０％の時間範囲内であれば、規則的であると考えられる。その替わり、第１のＳＳＶＥＰ応答（例えば、睡眠前のもの）がデフォルト値（例えば、表１の中央列の平均値）に設定される。この実施形態は、睡眠が要求された後、ＳＳＶＥＰ応答を（例えば、起床後の朝）１回決定するだけなので、有利である。
電子的記憶装置２２は、情報を電子的に格納する電子的記憶媒体を含む。電子的記憶装置２２の電子的記憶媒体は、システム１０に組み込まれた（すなわち、実質的に取り外しできない）システム記憶装置と、ポート（例えば、ＵＳＢポート、ファイヤワイヤポート）やドライブ（例えば、ディスクドライブ）を介してシステム１０と取り外し自在に接続されたリムーバブル記憶装置とのうち一方又は両方を含む。電子的記憶装置２２は、光学的読み取り可能記憶媒体（例えば、光ディスク）、磁気的読み取り可能記憶媒体（例えば、磁気テープ、磁気ハードディスクドライブ、フレキシブルディスクドライブ）、電荷ベース記憶媒体（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）、固体記憶媒体（例えば、フラッシュドライブ）、及び／又はその他の電子的読み取り可能記憶媒体のうち１つ以上を含む。電子的記憶装置２２は、ソフトウェアアルゴリズム、プロセッサ２０が決めた情報、ユーザインターフェース２４を介して受け取った情報、及び／又はシステム１０を適切に動作させるその他の情報を記憶できる。電子的記憶装置２２は、（全体又は一部が）システム１０中の別途のコンポーネントでもよいし、全体又は一部がシステム１０の他のコンポーネント（例えば、プロセッサ２０）と一体となっていてもよい。
ユーザインターフェース２４は、システム１０と被験者１２及び／又は他のユーザとの間のインターフェースを提供するように構成されている。このインターフェースを通して、被験者１２及び／又は他のユーザはシステム１０との間で情報を送受信してもよい。これにより、データ、キュー（ｃｕｅｓ）、結果、及び／又は命令その他のコミュニケーション可能事項（集合的に「情報」と呼ぶ）を、ユーザ（例えば、被験者１２）と、感覚刺激装置１６、センサ１８、プロセッサ２０、及び／又はシステム１０の他のコンポーネントとの間でコミュニケーションできる。例えば、ユーザインターフェース２４を介してＥＥＧを介護者、被験者１２及び／又はその他のユーザに表示してもよい。他の一例として、ユーザインターフェース２４は、感覚刺激装置１６を構成するディスプレイ画面を含む計算デバイスであって、あるいはそれに含まれていて、ユーザインターフェース２４を介して被験者１２にＲＶＳが送られるようになっていてもよい。
ユーザインターフェース２４に含めるのに適したインタフェースデバイスの例には、キーパッド、ボタン、スイッチ、キーボード、ノブ、レバー、ディスプレイ画面、タッチスクリーン、スピーカ、マイクロホン、インジケータライト、可聴アラーム、プリンタ、触覚フィードバックデバイス、その他のインタフェースデバイスがある。幾つかの実施形態では、ユーザインターフェース２４は、複数の別のインターフェースを含む。幾つかの実施形態では、ユーザインターフェース２４は、感覚刺激装置１６及び／又はシステム１０の他のコンポーネントと一体に提供される少なくとも１つのインターフェースを含む。
言うまでもなく、本開示では、ユーザインターフェース２４として、有線でも無線でも、その他のコミュニケーションテクニックも想定している。例えば、本開示は、ユーザインターフェース２４を電子的記憶装置２２により提供されるリムーバブル記憶装置インターフェースに組み込むことも想定している。この例では、情報をリムーバブル記憶装置（例えば、スマートカード、フラッシュドライブ、リムーバブルディスクなど）からシステム１０にロードして、これによりユーザはシステム１０の実装をカスタマイズできるようにしてもよい。システム１０でユーザインターフェース２４として使えるように構成されたその他の入力デバイスやテクニックには、限定ではないが、ＲＳ−２３２ポート、ＲＦリンク、ＩＲリンク、モデム（電話、ケーブル、その他）がある。要するに、本開示では、ユーザインターフェース２４として、システム１０と情報をコミュニケーションできる手法ならどんなものでもよい。
図６は、睡眠中に脳活動を監視することなく、被験者における睡眠必要性消失を判定する方法６００を示す。方法６００は、一以上の感覚刺激装置、一以上のセンサ、一以上のハードウェアプロセッサ及び／又はその他のコンポーネントを含む決定システムで実行される。下記の方法６００の動作は例示のために示したものである。幾つかの実施形態では、方法６００は、説明していない一以上の追加的動作を伴って及び／または伴わないで達成できる。また、方法６００の動作を図６に示し下記に説明した順序は、限定を意図したものではない。
幾つかの実施形態では、方法６００は、一以上の処理デバイス（例えば、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように設計されたデジタル回路、情報を処理するように設計されたアナログ回路、ステートマシン、及び／又は電子的に情報を処理するその他のメカニズム）に実装されてもよい。一以上の処理デバイスは、電子的記憶媒体に電子的に格納された命令に応じて、方法６００の動作の一部または全部を実行する一以上のデバイスを含み得る。一以上の処理デバイスは、方法６００の一以上の動作を実行するように設計されたハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアにより構成された一以上のデバイスを含んでいても良い。
ステップ６０２において、睡眠前に、（ｉ）一以上の感覚刺激装置により第１の反復的な視覚刺激（ＲＶＳ）を提供し、（ｉｉ）第１のＲＶＳ中に一以上のセンサからの被験者の脳活動に関連する情報を担う出力信号に基づいて、被験者の第１の定常状態視覚誘発電位（ＳＳＶＥＰ）応答を決定する。幾つかの実施形態では、ステップ６０２は、（図１に示して本明細書で説明した）プロセッサ２０と同一の又は類似したハードウェアプロセッサにより実行される。
ステップ６０４において、睡眠後、（ｉｉｉ）一以上の感覚刺激装置に第２のＲＶＳを提供させ、（ｉｖ）第２のＲＶＳ中に出力信号に基づいて被験者の第２のＳＳＶＥＰ応答を決定し、（ｖ）第２のＳＳＶＥＰ応答を第１のＳＳＶＥＰ応答と比較し、（ｖｉ）その比較に基づいて、睡眠の睡眠必要性消失を判定する。幾つかの実施形態では、比較に基づいて睡眠の睡眠必要性消失（ｓｌｅｅｐ ｎｅｅｄ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）を決定することは、睡眠中の、第２のＳＳＶＥＰ応答と第１のＳＳＶＥＰ応答との間の差分を被験者の徐波活動（ｓｌｏｗ ｗａｖｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ）（ＳＷＡ）のレベルと相関させることを含む。ＳＷＡのレベルは睡眠必要性消失を示す。
幾つかの実施形態では、一以上のセンサは脳波（ＥＥＧ）電極を有し、これらは睡眠前後に被験者と結合されるが、睡眠中は結合されない。幾つかの実施形態では、ＥＥＧ電極は、睡眠の前後に、被験者の頭部の後頭部または前頭部（ｆｒｏｎｔａｌ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ）に結合されるように構成される。いくつかの実施形態では、第１および／または第２のＳＳＶＥＰ応答の各々を決定することは、第１および／または第２のＲＶＳの対応するものの周波数で、約１Ｈｚのフィルタリングの帯域幅で、第１及び／又は第２のＲＶＳ中のＥＥＧ出力信号を帯域通過フィルタリングすることと、ＥＥＧ出力信号をフィルタリングした後のＥＥＧ出力信号の平均ピーク・ツー・ピーク振幅を決定することとを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の感覚刺激装置は、計算デバイスの表示画面または照明パネルを備え、第１および第２のＲＶＳは、持続時間が約１〜２分であり、約５〜１０秒の無刺激時間で互いに分離された約５〜１０秒間の点滅光を含み、点滅光の頻度は約１０〜３０Ｈｚである。
幾つかの実施形態では、ステップ６０４は、（図１に示して本明細書で説明した）プロセッサ２０と同一の又は類似したハードウェアプロセッサにより実行される。
現在のところ最も現実的で好ましい実施形態と思われるものに基づいて、例示を目的として上記の説明をしたが、言うまでもなく、かかる詳細は単に例示を目的としたものである。本開示は明示的な開示の実施形態に限定されず、それどころか、添付した請求項の精神と範囲内の修正や等価物を含むものである。言うまでもなく、例えば、本開示では、可能な限り、どの実施形態の特徴を他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。
Claims (10)
- 睡眠中に脳活動を監視することなく、被験者における睡眠必要性消失を判定するように構成されたシステムであって、
前記被験者に反復的視覚刺激（ＲＶＳ）を提供するように構成された一以上の感覚刺激装置と、
前記被験者における脳活動に関連する情報を担う出力信号を生成するように構成された一以上のセンサと、
前記一以上の感覚刺激装置および前記一以上のセンサと動作可能に通信する一以上のハードウェアプロセッサとを有し、
前記一以上のハードウェアプロセッサは、
前記睡眠前に、（ｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第１のＲＶＳを提供させ、（ｉｉ）前記第１のＲＶＳ中に前記出力信号に基づき、前記被験者の第１の定常状態視覚誘発電位（ＳＳＶＥＰ）応答を決定し、
前記睡眠後に、（ｉｉｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第２のＲＶＳを提供させ、（ｉｖ）前記第２のＲＶＳ中に前記出力信号に基づいて前記被験者の第２のＳＳＶＥＰ応答を決定し、（ｖ）前記第２のＳＳＶＥＰ応答を前記第１のＳＳＶＥＰ応答と比較し、（ｖｉ）前記比較に基づいて、前記睡眠の睡眠必要性消失を判定する、機械可読命令を実行するように構成され、
比較に基づいて前記睡眠の睡眠必要性消失を決定することが、前記第２のＳＳＶＥＰ応答と前記第１のＳＳＶＥＰ応答との間の差分を、前記睡眠中における前記被験者の徐波活動（ＳＷＡ）のレベルと相関させることを含み、前記ＳＷＡのレベルは前記睡眠必要性消失を示す、
システム。 - 前記一以上のセンサは脳波（ＥＥＧ）電極を有する、
請求項１に記載のシステム。 - 前記一以上のハードウェアプロセッサは前記第１及び／又は第２のＳＳＶＥＰ応答の各々を決定するように構成されることは、
第１および／または第２のＲＶＳの対応するものの周波数で、１Ｈｚのフィルタリングの帯域幅で、第１及び／又は第２のＲＶＳ中のＥＥＧ出力信号を帯域通過フィルタリングすることと、
ＥＥＧ出力信号をフィルタリングした後のＥＥＧ出力信号の平均ピーク・ツー・ピーク振幅を決定することとを含む、
請求項２に記載のシステム。 - 前記ＥＥＧ電極は、前記睡眠の前後に、前記被験者の頭部の後頭部または前頭部に結合されるように構成される、
請求項２に記載のシステム。 - 前記一以上の感覚刺激装置は、計算デバイスの表示画面または照明パネルを有し、前記第１および第２のＲＶＳは、持続時間が１〜２分であり、５〜１０秒の無刺激時間で互いに分離された５〜１０秒間の点滅光を含み、点滅光の頻度は１０〜３０Ｈｚである、
請求項１に記載のシステム。 - 睡眠中の脳活動を監視せずに被験者の睡眠必要性消失を判定する方法であって、一以上の感覚刺激装置と、一以上のセンサと、一以上のハードウェアプロセッサとを有する決定するシステムにより実行され、
前記睡眠前に、前記一以上のハードウェアプロセッサが、（ｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第１の反復的な視覚刺激（ＲＶＳ）を提供させることと、（ｉｉ）前記第１のＲＶＳ中に前記一以上のセンサからの前記被験者の脳活動に関連する情報を担う出力信号に基づいて、前記被験者の第１の定常状態視覚誘発電位（ＳＳＶＥＰ）応答を決定することと、
前記睡眠後に、前記一以上のハードウェアプロセッサが、（ｉｉｉ）前記一以上の感覚刺激装置に第２のＲＶＳを提供させることと、（ｉｖ）前記第２のＲＶＳ中に前記出力信号に基づいて前記被験者の第２のＳＳＶＥＰ応答を決定することと、（ｖ）前記第２のＳＳＶＥＰ応答を前記第１のＳＳＶＥＰ応答と比較することと、（ｖｉ）前記比較に基づいて、前記睡眠の睡眠必要性消失を判定することとを含み、
比較に基づいて前記睡眠の睡眠必要性消失を決定することが、前記第２のＳＳＶＥＰ応答と前記第１のＳＳＶＥＰ応答との間の差分を、前記睡眠中における前記被験者の徐波活動（ＳＷＡ）のレベルと相関させることを含み、前記ＳＷＡのレベルは前記睡眠必要性消失を示す、
方法。 - 前記一以上のセンサは脳波（ＥＥＧ）電極を含み、前記方法はさらに、前記睡眠中ではなく前記睡眠の前後に、前記ＥＥＧ電極を前記被験者に結合することを含む、
請求項６に記載の方法。 - 前記第１および／または第２のＳＳＶＥＰ応答の各々を決定することは、
第１および／または第２のＲＶＳの対応するものの周波数で、１Ｈｚのフィルタリングの帯域幅で、第１及び／又は第２のＲＶＳ中のＥＥＧ出力信号を帯域通過フィルタリングすることと、
ＥＥＧ出力信号をフィルタリングした後のＥＥＧ出力信号の平均ピーク・ツー・ピーク振幅を決定することとを含む、
請求項７に記載の方法。 - 前記ＥＥＧ電極は、前記睡眠の前後に、前記被験者の頭部の後頭部または前頭部に結合されるように構成される、
請求項７に記載の方法。 - 前記一以上の感覚刺激装置は、計算デバイスの表示画面または照明パネルを有し、前記第１および第２のＲＶＳは、持続時間が１〜２分であり、５〜１０秒の無刺激時間で互いに分離された５〜１０秒間の点滅光を含み、点滅光の頻度は１０〜３０Ｈｚである、
請求項６に記載の方法。
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