JP7266873B2 - 脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置 - Google Patents

Description

この開示は、脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置に関し、より特定的には、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置に関する。

スポーツや音楽演奏などでは、連続的な動作を必要とする系列運動が行われる。この系列運動において、失敗すると罰（例えば、スポーツにおいて負けるなど）を受ける緊張（ストレス）があると、普段と同じ系列運動を行うことができずにパフォーマンスが低下することが知られる。トップレベルのアスリートや演奏家であっても、大会やコンクールの重要な場面において緊張（ストレス）により、普段の実力を発揮できないことが知られている。

従来、緊張によるパフォーマンスの低下について、非特許文献１では、到達運動や把持力の生成など単純な運動課題が、大きな報酬を予測する線条体の活動であると捉えられている。

Vikram S.Chib、外３名、"Neural mechanisms underlying paradoxical performance for monetary incentives are driven by loss aversion."、Neuron、2012年、VOLUME 74、ISSUE 3、p.582-594

しかし、非特許文献１では、到達運動や把持力の生成など単純な運動についての脳活動を研究されているにすぎず、スポーツや音楽演奏などで特徴となる高速の系列運動についての脳活動については研究の対象とそれていない。また、非特許文献１では、運動についての脳活動を捉える研究はなされているが、当該脳活動に対して積極的に刺激を与えるなどの操作は行っていない。

本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う場合に、パフォーマンスの低下を抑える脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置を提供することである。

ある実施形態に従うと、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激システムであって、ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者の脳における前帯状皮質背側部での活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部と、被験者の前帯状皮質背側部での活動を低下させるため、脳活動特定部で特定した位置に外部から刺激を与える外部刺激部と、を備える。

好ましくは、脳活動特定部で被験者ごとに特定した脳活動の位置を記憶する記憶部を含む制御部を、さらに備える。

好ましくは、脳活動特定部で特定する位置は、ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置を少なくとも含む所定の範囲である。

好ましくは、外部刺激部は、脳活動特定部で特定した位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与える。

別の実施形態に従うと、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激装置であって、外部から被験者の脳に刺激を加える印加部と、ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者の脳における前帯状皮質背側部での活動の位置に、被験者の前帯状皮質背側部での活動を低下させるため刺激を加えることができるように印加部を固定する固定部とを、備える。

ある実施形態に従う脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置では、失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う場合に、パフォーマンスの低下を抑えることができる。

実施の形態１における脳活動刺激システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１における脳活動特定部の外観を示す概略図である。 実施の形態１における脳活動特定部で被験者が行う運動を説明するための概略図である。 テストセッションでの部分学習者（part-learners）および単純学習者（single-learners）の押し間違いの数を示したグラフである。 テストセッションでの部分学習者（part-learners）の脳活動を示すＭＲＩ画像である。 電気刺激の数と図５で特定した内側前頭葉の脳活動との相関を示すグラフである。 実施の形態１における外部刺激部の外観を示す概略図である。 実施の形態１における外部刺激部で被験者が行う運動を説明するための概略図である。 テストセッションでの磁気刺激の有無による押し間違いの数を示したグラフである。 実施の形態２における脳活動刺激装置の外観を示す概略図である。

＜実施の形態１＞
本実施の形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、実施の形態１における脳活動刺激システム１００の構成を示すブロック図である。図１を参照して、脳活動刺激システム１００について説明する。脳活動刺激システム１００は、脳活動の位置を機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部１０と、脳活動の位置に外部から刺激を与える外部刺激部２０と、脳活動特定部１０と外部刺激部２０とを関連付ける制御部３０とを含んでいる。

脳活動特定部１０は、失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う被験者の脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定している。ここで、機能的核磁気共鳴画像法（ｆＭＲＩ：functional Magnetic Resonance Imaging）は、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ:Magnetic Resonance Imaging）を利用して、ヒトの脳活動に関連した血流動態反応を視覚化する方法である。特に、機能的核磁気共鳴画像法では、感覚刺激や認知課題遂行による脳活動と安静時や対照課題遂行による脳活動の違いを検出して、関心のある脳機能の構成要素に対応する脳賦活領域を特定することが可能である。

外部刺激部２０は、脳活動特定部１０で特定した被験者の脳活動の位置に外部から刺激を与える。外部刺激部２０が脳活動に与える刺激は、磁気刺激、電流刺激、超音波刺激など、いずれの刺激であっても、また、複数の刺激を組み合わせたものであってもよい。以下の説明では、外部刺激部２０は、経頭蓋磁気刺激法（ＴＭＳ:Transcranial magnetic stimulation）を用いて脳活動に磁気刺激を与えるものとする。経頭蓋磁気刺激法は、電磁石によって生み出される急激な磁場の変化により、弱い電流を脳の組織内に誘起させることで、脳内のニューロンを刺激する方法である。

制御部３０は、例えばコンピュータであって、脳活動特定部１０で特定した被験者の脳活動の位置を読み出し、当該位置に刺激を与えるように外部刺激部２０を制御する。制御部３０は、脳活動特定部１０および外部刺激部２０と通信可能に接続されており、その接続は有線、無線のいずれであってもよい。もちろん、制御部３０は、脳活動特定部１０と外部刺激部２０とを関連付ける構成であればよく、単に脳活動特定部１０から特定した被験者の脳活動の位置を読み出し、表示するだけの構成で、使用者が当該表示に従い脳活動特定部１０で特定した位置を外部刺激部２０で刺激を与えてもよい。さらに、脳活動刺激システム１００は、制御部３０を設けずに脳活動特定部１０，外部刺激部２０のみで構成してもよい。つまり、脳活動刺激システム１００は、脳活動特定部１０で特定した脳活動の位置を、直接または使用者が間接的に外部刺激部２０に渡して、当該位置に外部刺激部２０で刺激を与えるシステムでもよい。

制御部３０は、図示していないが記憶部を含んでおり、脳活動特定部１０で特定した被験者の脳活動の位置情報を個人ごとに記憶部に記憶することができる。また、制御部３０は、個人を識別する情報（例えばＩＤ情報）を入力すると、対応する個人の脳活動の位置の情報を記憶部から読み出し、出力することができる。もちろん、脳活動特定部１０に記憶部を設け、当該記憶部に脳活動特定部１０で特定した被験者の脳活動の位置情報を個人ごとに記憶してもよい。

脳活動刺激システム１００では、スポーツや音楽演奏などで特徴的な系列運動において失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態において、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉（特に、前帯状皮質背側部（ｄＡＣＣ：the dorsal anterior cingulate cortex））の活動を脳活動特定部１０で個人毎に特定する。これまで、失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う場合に、系列運動のパフォーマンスが低下する原因について、脳のメカニズムが不明であった。そのため、系列運動のパフォーマンス低下を抑えるために脳活動に対して積極的に刺激を与えるなどの操作を行うことができなかった。脳活動に対して積極的に刺激を与えて系列運動のパフォーマンスを改善する手法として、うつ病や運動障害の対策として経頭蓋磁気刺激法などで脳活動に刺激を与える手法が知られている。

脳活動刺激システム１００では、系列運動のパフォーマンスが低下する原因として内側前頭葉の脳活動が関与しているとのメカニズムに基づき、脳活動特定部１０で当該原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を個人毎に特定し、特定した位置に対して外部刺激部２０で外部から刺激を与える。脳活動刺激システム１００は、外部刺激部２０で外部から刺激を与えることで、緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う場合にパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動が削滅するので、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。このような脳活動刺激システム１００を効率的に活用することで、スポーツや音楽演奏を行う人のサポート、また、スポーツや音楽演奏のトレーニングのサポートなど幅広い応用が期待される。

また、脳活動刺激システム１００では、脳活動特定部１０で特定した内側前頭葉の脳活動を被験者に提示することを制御部３０で行うことができる。被験者に内側前頭葉の脳活動を提示することで、その活動を減少させるアシストする機能もあり、脳活動刺激システム１００は、経頭蓋磁気刺激法などの刺激と併用することで、より高いトレーニング効果を得ることができる。脳活動刺激システム１００は、スポーツや音楽演奏を行う人のサポート、また、スポーツや音楽演奏のトレーニングのサポートすることで、スポーツ大会や音楽コンクールの場面で緊張のため実力を発揮できないことを防ぐことができる。

以下、緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う被験者の脳活動の位置を、脳活動特定部１０で特定する処理について具体的に説明する。図２は、実施の形態１における脳活動特定部１０の外観を示す概略図である。脳活動特定部１０は、図２に示すように機能的核磁気共鳴画像装置（ｆＭＲＩ１１）である。ｆＭＲＩ１１には、被験者Ｐの運動を評価できるように表示モニタ１２と、操作ボタン１３とを設けてある。なお、図２では、作図の関係でｆＭＲＩ１１の内面の横側に表示モニタ１２を図示してあるが、実際は仰向けに寝ている被験者Ｐが見やすい位置に表示モニタ１２が設けてある。操作ボタン１３は、被験者Ｐの右手の人差し指、中指、薬指に対応する３つのボタン１３ａ～１３ｃが設けてある。被験者Ｐは、表示モニタ１２の画面上に、順に提示されるボタン操作の指示に従い、操作ボタン１３をできるだけ早く、押し間違いがないように操作する。つまり、脳活動特定部１０は、ボタン操作の指示に対応して操作ボタン１３の操作する運動を被験者Ｐに行わせ、脳活動を測定している。

具体的に、被験者Ｐに行わせる運動について説明する。図３は、実施の形態１における脳活動特定部１０で被験者Ｐが行う運動を説明するための概略図である。脳活動特定部１０は、被験者Ｐに対して１０回ボタン操作の指示に提示する”長さ１０”の運動を繰り返し行わせる。”長さ１０”の運動は、図３に示すようにリセット時間（５秒～９秒でランダムに決定）後のシーケンス時間の間に１０回ボタン操作の指示に提示され、このリセット時間とシーケンス時間とのセットを２０回繰り返す。被験者Ｐは、”長さ１０”の運動中に提示されるボタン操作の指示に従い操作ボタン１３の３つのボタン１３ａ～１３ｃから指示されたボタンを選択して押下する。

本実施の形態１では、被験者Ｐを、”長さ１０”の運動を繰り返し行う単純学習者（single-learners）と、”長さ１０”の運動を、”長さ６”の運動と”長さ４”の運動とに分けて練習を行った後に”長さ１０”の運動を繰り返し行う部分学習者（part-learners）とに分けて系列運動のパフォーマンスを評価している。ここで、”長さ６”の運動は、被験者Ｐに対してシーケンス時間の間に６回ボタン操作の指示に提示し、”長さ４”の運動は、被験者Ｐに対してシーケンス時間の間に４回ボタン操作の指示に提示する。”長さ１０”の運動を、”長さ６”の運動と”長さ４”の運動とに分けることで、１つ運動を系列運動として被験者Ｐに練習させることができる。

そのため、”長さ１０”の運動を系列運動として”長さ６”の運動と”長さ４”の運動とに分けて練習した部分学習者（part-learners）は、単純学習者（single-learners）に比べて操作ボタン１３の押し間違いが少なく、系列運動のパフォーマンスが高い。しかし、操作ボタン１３を押すのが遅い、押し間違えがある場合に、被験者Ｐに罰を与えるテストセッションが始まると、部分学習者（part-learners）は、単純学習者（single-learners）に比べて操作ボタン１３の押し間違いが多くなり系列運動のパフォーマンスが低下する。ここで、本実施の形態１では、被験者Ｐに与える罰として、被験者Ｐが操作ボタン１３を押下するのが遅い、押し間違えた場合に左手の腕に装着した電極から電気刺激が与える。与える電気刺激は、被験者Ｐが連続２回なら我慢でき連続３回だと我慢できないと自己申告した刺激レベルに設定してある。そのため、被験者Ｐは、テストセッションで失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態での運動を行うことになる。

テストセッションが始まると、練習において高いパフォーマンスを示していた部分学習者（part-learners）が単純学習者（single-learners）に比べて系列運動のパフォーマンスが低下し、より多くの電気刺激を受けた。図４は、テストセッションでの部分学習者（part-learners）および単純学習者（single-learners）の押し間違いの数を示したグラフである。図４からも分かるように、緊張（ストレス）が付加された状態での運動（テストセッション）では、部分学習者（part-learners）の系列運動のパフォーマンスが低下している。このことは、部分学習者（part-learners）が緊張により系列運動のパフォーマンスを低下させていることを示している。より詳細に検討すると、部分学習者（part-learners）のパフォーマンスの低下は、２つの系列運動の繋ぎ目（”長さ１０”の運動の”長さ６”の運動と”長さ４”の運動と繋ぎ目）に限局することが確認されている。

図５は、テストセッションでの部分学習者（part-learners）の脳活動を示すＭＲＩ画像である。図５（ａ）は、立位の被験者Ｐを水平方向の断面画像であり、軸位断である。図５（ｂ）は、立位の被験者Ｐを垂直方向の断面画像であり、矢状断である。テストセッションを２０回行った場合に、２つの系列運動の繋ぎ目において被験者Ｐの操作ボタン１３の操作時間の遅延することと相関する脳活動をｆＭＲＩ１１で探索すると、図５において白い部分で示す内側前頭葉の脳活動が操作ボタン１３の操作時間の遅延と相関することが分かった。特に、内側前頭葉の脳活動は、前帯状皮質背側部（ｄＡＣＣ）での活動であり、ＭＮＩ（Montreal Numerological Institute）標準座標系での［０，３６，３６］の位置を少なくとも含む所定の範囲での活動であることが分かった。

図６は、電気刺激の数と図５で特定した内側前頭葉の脳活動との相関を示すグラフである。図６の横軸は内側前頭葉の脳活動を示し、縦軸は電気刺激の数を示している。図６に示す丸印は、部分学習者（part-learners）の一人を示している。図６のグラフから分かるように、図５で特定した内側前頭葉の脳活動が高いほど電気刺激の数が多くなる正の相関を示している。この結果から、失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態で被験者Ｐが系列運動を行った場合にパフォーマンスを低下させている原因として、内側前頭葉の脳活動が高くなることが示唆されている。また、脳活動特定部１０は、上記で説明したように、緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う被験者Ｐの脳活動の位置を特定することで、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を個別に同定できる。なお、脳活動特定部１０は、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を特定するために行った上記の運動は一例であって、他の運動を行って系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を特定してもよい。

次に、脳活動特定部１０で特定した被験者Ｐの脳活動の位置に、外部刺激部２０で外部から刺激を与える処理について具体的に説明する。外部刺激部２０は、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激装置であり、特に、実施の形態１では脳活動に対して外部から磁気刺激を与える経頭蓋磁気刺激装置であるとして以下説明する。もちろん、外部刺激部２０は、脳活動に対して外部から電流刺激や超音波刺激などを与える脳活動刺激装置であってもよい。

図７は、実施の形態１における外部刺激部２０の外観を示す概略図である。外部刺激部２０は、外部から被験者Ｐの脳に磁気刺激を加えるための励磁コイル２１（印加部）と、励磁コイル２１を固定する固定部２２とを含んでいる。なお、励磁コイル２１には、被験者Ｐの脳の深い部分を刺激できる双円錐型コイル（double-cone coil）を用いてもよい。

励磁コイル２１は、ケーブルを介して電気的にコイル駆動電源２１ａと接続されている。コイル駆動電源２１ａは外部電源等と接続し、励磁コイル２１に電力を供給する機能を有している。被験者Ｐは、椅子に着座し固定部２２から伸びるガイド部材２２ｂで頭部を固定されている。脳活動特定部１０で特定した位置（具体的には、内側前頭葉の位置）に磁気刺激を与えられるように、ガイド部材２２ｂで固定された被験者Ｐの頭皮表面の所定位置に励磁コイル２１を配置する。外部刺激部２０は、この所定位置に配置された励磁コイル２１から、被験者Ｐの脳内神経に所定強度の磁気刺激を加えることで、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動を抑制する。

コイル駆動電源２１ａは、励磁コイル２１への電流パルスの供給を制御するもので、既存の種々のタイプのものを用いることができる。コイル駆動電源２１ａのオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）操作や、磁気刺激の強度やサイクルを決定付ける電流パルスの強度やパルス波形の設定等は、操作者によって行うことができる。

本実施の形態１では、外部刺激部２０により１Ｈｚの繰り返し（例えば、３００パルス）の磁気刺激を内側前頭葉に与えることで、内側前頭葉の脳活動を低下させ、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。外部刺激部２０は、前帯状皮質背側部（ｄＡＣＣ）、特に、ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置を少なくとも含む所定の範囲に１Ｈｚの繰り返し（例えば、３００パルス）の磁気刺激を与える。なお、本実施の形態１では、図７に示すように外部刺激部２０で内側前頭葉に磁気刺激を与えた被験者Ｐに対して運動を評価できるように表示モニタ２３と、操作ボタン２４とを設けてある。操作ボタン２４は、被験者Ｐの右手の人差し指、中指、薬指に対応する３つのボタン２４ａ～２４ｃが設けてある。被験者Ｐは、表示モニタ２３の画面上に、順に提示されるボタン操作の指示に従い、操作ボタン２４をできるだけ早く、押し間違いがないように操作する。

具体的に、被験者Ｐに行わせる運動について説明する。図８は、実施の形態１における外部刺激部２０で被験者Ｐが行う運動を説明するための概略図である。実施の形態１では、被験者Ｐに対して、”長さ１０”の運動を系列運動として”長さ６”の運動と”長さ４”の運動とに分けた練習を複数回行った後に、”長さ１０”の運動を繰り返し行わせる。”長さ１０”の運動は、図３で示した内容と同じで、リセット時間（５秒～９秒でランダムに決定）後のシーケンス時間の間に１０回ボタン操作の指示に提示され、このリセット時間とシーケンス時間とのセットを２０回繰り返す。被験者Ｐは、”長さ１０”の運動中に提示されるボタン操作の指示に従い操作ボタン２４の３つのボタン２４ａ～２４ｃから指示されたボタンを選択して押下する。

本実施の形態１では、被験者Ｐを、テストセッションを行う前に脳活動に対して外部から磁気刺激を与える部分学習者（TMS part-learners）と、テストセッションを行う前に脳活動に対して外部から磁気刺激を与えない部分学習者（SHAM part-learners）とに分けて系列運動のパフォーマンスを評価している。ここで、磁気刺激を与えない部分学習者（SHAM part-learners）は、磁気刺激を与える部分学習者（TMS part-learners）と磁気刺激を与えない点以外では同じ条件となるように、図７で示したガイド部材２２ｂで頭部を固定し所定位置に励磁コイル２１を配置する。

操作ボタン２４を押すのが遅い、押し間違えがある場合に、被験者Ｐに罰を与えるテストセッションが始まると、磁気刺激を与える部分学習者（TMS part-learners）は、磁気刺激を与えない部分学習者（SHAM part-learners）に比べて操作ボタン２４の押し間違いが少なくなり系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。

図９は、テストセッションでの磁気刺激の有無による押し間違いの数を示したグラフである。図９からも分かるように、失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態での運動（テストセッション）において、磁気刺激を与える部分学習者（TMS part-learners）は、磁気刺激を与えない部分学習者（SHAM part-learners）に比べて系列運動のパフォーマンス低下が抑えられている。このことは、テストセッションを行う前に脳活動に対して外部から被験者Ｐに磁気刺激を与えることで、被験者Ｐの系列運動のパフォーマンスを低下させないことが可能であることを示している。より詳細に検討すると、磁気刺激を与える部分学習者（TMS part-learners）は、２つの系列運動の繋ぎ目（”長さ１０”の運動の”長さ６”の運動と”長さ４”の運動と繋ぎ目）で生じる内側前頭葉の脳活動を低下させることができ、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができている。つまり、外部刺激部２０は、被験者Ｐの内側前頭葉の位置に磁気刺激を与えることで、内側前頭葉の脳活動を低下させ、被験者Ｐの系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。

脳活動刺激システム１００では、脳活動特定部１０で個人毎に特定した内側前頭葉の脳活動の位置を、制御部３０の記憶部または脳活動特定部１０の記憶部に記憶させておき、外部刺激部２０で特定した内側前頭葉の脳活動の位置に刺激（例えば、磁気刺激など）を与える。これにより、脳活動刺激システム１００は、失敗すると罰を受ける緊張（ストレス）が付加された状態でも、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。さらに、脳活動刺激システム１００では、脳活動特定部１０で特定した内側前頭葉の脳活動の状態（ｆＭＲＩ１１からの出力信号）、被験者Ｐに提示しながら系列運動を行うことで、緊張（ストレス）が付加された状態での内側前頭葉の脳活動を制御することができるようになる。

以上のように、本実施の形態１に係る脳活動刺激システム１００では、ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者Ｐの脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部１０と、脳活動特定部１０で特定した被験者Ｐの脳活動の位置に外部から刺激を与える外部刺激部２０と、を備える。これにより、本実施の形態１に係る脳活動刺激システム１００では、外部から刺激を与えることで特定した被験者Ｐの脳活動を低下させ、緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う場合でも、パフォーマンスの低下を抑えることができる。

脳活動刺激システム１００は、脳活動特定部１０で被験者Ｐごとに特定した脳活動の位置を記憶する記憶部を含む制御部３０を、さらに備えてもよい。これにより、脳活動刺激システム１００では、より多くの被験者Ｐに対して脳活動特定部１０で特定した被験者Ｐの脳活動の位置に外部から刺激を与えることができる。

なお、脳活動特定部１０で特定した被験者Ｐの脳活動の位置は、被験者Ｐの内側前頭葉の特定位置である。特に、内側前頭葉の特定位置は、ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置を少なくとも含む所定の範囲である。

また、外部刺激部２０は、脳活動特定部１０で特定した被験者Ｐの脳活動の位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与えることが好ましい。特に、外部刺激部２０は、励磁コイル２１に双円錐型コイル（double-cone coil）を用いて磁気刺激を、脳活動特定部１０で特定した被験者Ｐの脳活動の位置に与えることが好ましい。

また、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激方法であって、脳活動特定部１０でストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者Ｐの脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定するステップと、特定した被験者Ｐの脳活動の位置に外部刺激部２０で外部から刺激を与えるステップと、を含む。これにより、脳活動刺激方法では、外部から刺激を与えることで特定した被験者Ｐの脳活動を低下させ、緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う場合でも、パフォーマンスの低下を抑えることができる。
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、脳活動特定部１０で機能的核磁気共鳴画像法を使って、ストレスが付加された状態で系列運動を行う脳活動の位置を被験者Ｐの個人毎に特定していた。しかし、機能的核磁気共鳴画像法を使って脳活動の位置を特定するためには、時間とコストが必要となる。そこで、本実施の形態２では、本実施の形態１で得た知見を活かし、被験者Ｐの個人毎に機能的核磁気共鳴画像法を使って、ストレスが付加された状態で系列運動を行う脳活動の位置を特定することなく、既に特定された内側前頭葉の位置に外部から刺激を与える脳活動刺激装置について説明する。

具体的に、実施の形態１では、緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う被験者Ｐの内側前頭葉に刺激（例えば、磁気刺激）を与えて、当該内側前頭葉の活動を低下させることで、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができるとの知見を得た。前帯状皮質背側部（ｄＡＣＣ）、特に、ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置を少なくとも含む所定の範囲に刺激を与えることで、内側前頭葉の活動を低下させ、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。

本実施の形態２に係る脳活動刺激装置は、前帯状皮質背側部（ｄＡＣＣ）、特に、ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置に刺激を与えることができる装置である。図１０は、実施の形態２における脳活動刺激装置２０Ａの外観を示す概略図である。なお、脳活動刺激装置２０Ａが脳活動に与える刺激は、磁気刺激、電流刺激、超音波刺激など、いずれの刺激であっても、また、複数の刺激を組み合わせたものであってもよい。以下の説明では、脳活動刺激装置２０Ａは、経頭蓋磁気刺激法（ＴＭＳ）を用いて脳活動に刺激を与えるものとする。また、脳活動刺激装置２０Ａは、図７に示す外部刺激部２０と対応する装置であり、同じ構成について同じ符号を付して説明する。

脳活動刺激装置２０Ａは、外部から被験者Ｐの脳に磁気刺激を加えるための励磁コイル２１（印加部）と、励磁コイル２１を固定する固定部２２とを含んでいる。なお、励磁コイル２１には、被験者Ｐの脳の深い部分を刺激できる双円錐型コイル（double-cone coil）を用いてもよい。

励磁コイル２１は、ケーブルを介して電気的にコイル駆動電源２１ａと接続されている。コイル駆動電源２１ａは外部電源等と接続し、励磁コイル２１に電力を供給する機能を有している。被験者Ｐは、椅子に着座し固定部２２から伸びるガイド部材２２ｂで頭部を固定される。被験者Ｐの頭部におけるＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置に磁気刺激を与えることができるように、ガイド部材２２ｂで固定された被験者Ｐの頭皮表面の所定位置に励磁コイル２１を配置する。ここで、被験者Ｐの頭部におけるＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置は、例えば、被験者Ｐが過去撮影したＭＲＩ画像などから被験者Ｐの頭部での座標系とＭＮＩ標準座標系とを対応させることで特定する。つまり、ＭＮＩ標準座標から被験者Ｐの頭部での実際の位置を特定する。

脳活動刺激装置２０Ａは、この所定位置に配置された励磁コイル２１から、被験者Ｐの脳内神経に所定強度の磁気刺激を加えることで、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動を抑制させる。

脳活動刺激装置２０Ａは、個人毎に機能的核磁気共鳴画像法を使って、ストレスが付加された状態で系列運動を行う脳活動の位置を特定する方が高い精度で内側前頭葉の責任部位（ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置）に磁気刺激を与えることができる。しかし、高い精度を求めなければ、既知の情報から内側前頭葉の責任部位（ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置）を特定し、脳活動刺激装置２０Ａで、機能的核磁気共鳴画像法を使うことなく内側前頭葉の責任部位に磁気刺激を与えてもよい。なお、固定部２２は、図１０に示すような励磁コイル２１を支える柱ではなく、励磁コイル２１を内側に取り付けたキャップでもよい。当該キャップを被験者Ｐが正しく被ることで、内側前頭葉の責任部位に磁気刺激を与えることができる位置に励磁コイル２１を自動的に配置することができる。

以上のように、本実施の形態２に係る脳活動刺激装置２０Ａでは、外部から被験者Ｐの脳に刺激を加える励磁コイル２１と、ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者Ｐの脳活動の位置に、刺激を加えることができるように励磁コイル２１を固定する固定部２２とを、備える。これにより、本実施の形態２に係る脳活動刺激装置２０Ａでは、外部から刺激を与えることで特定した被験者Ｐの脳活動を低下させ、緊張（ストレス）が付加された状態で系列運動を行う場合でも、パフォーマンスの低下を抑えることができる。

なお、被験者Ｐの脳活動の位置は、被験者Ｐの内側前頭葉の特定位置である。特に、内側前頭葉の特定位置は、ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置を少なくとも含む所定の範囲である。

また、励磁コイル２１は、被験者Ｐの脳活動の位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与えることが好ましい。特に、励磁コイル２１は、双円錐型コイルを用いて磁気刺激を被験者Ｐの脳活動の位置に与えることが好ましい。

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説明ではなくて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およ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。

１０ 脳活動特定部、１２，２３ 表示モニタ、１３，２４ 操作ボタン、２０ 外部刺激部、２０Ａ 脳活動刺激装置、２１ 励磁コイル、２１ａ コイル駆動電源、２２ 固定部、２２ｂ ガイド部材、３０ 制御部、１００ 脳活動刺激システム。

Claims (5)

1. 脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激システムであって、
   ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者の脳における前帯状皮質背側部での活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部と、
   前記被験者の前記前帯状皮質背側部での活動を低下させるため、前記脳活動特定部で特定した位置に外部から刺激を与える外部刺激部と、を備える、脳活動刺激システム。
2. 前記脳活動特定部で前記被験者ごとに特定した脳活動の位置を記憶する記憶部を含む制御部を、さらに備える、請求項１に記載の脳活動刺激システム。
3. 前記脳活動特定部で特定する位置は、ＭＮＩ標準座標系での［０，３６，３６］の位置を少なくとも含む所定の範囲である、請求項１または２に記載の脳活動刺激システム。
4. 前記外部刺激部は、前記脳活動特定部で特定した位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与える、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の脳活動刺激システム。
5. 脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激装置であって、
   外部から被験者の脳に刺激を加える印加部と、
   ストレスが付加された状態で系列運動を行う前記被験者の脳における前帯状皮質背側部での位置に、前記被験者の前記前帯状皮質背側部での活動を低下させるため刺激を加えることができるように前記印加部を固定する固定部とを、備える、脳活動刺激装置。

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