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JP3584286B2 - Brain activity measurement system - Google Patents
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JP3584286B2 JP2001161535A JP2001161535A JP3584286B2 JP 3584286 B2 JP3584286 B2 JP 3584286B2 JP 2001161535 A JP2001161535 A JP 2001161535A JP 2001161535 A JP2001161535 A JP 2001161535A JP 3584286 B2 JP3584286 B2 JP 3584286B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脳内活動測定システムに関し、さらに詳しくは、脳内活動測定中、被験者の意欲や集中力を持続・促進できるようにした脳内活動測定システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図12は、従来の脳磁場測定システムの一例を示す構成図である。
この脳磁場測定システム500は、被験者Pを載置する寝台30と、前記被験者Pの指Fの動きを感知する指操作装置51と、磁気センサ(図示せず)を内蔵するデュアー32と、前記寝台30と前記指操作装置51と前記デュアー32を磁気的にシールドされた空間内に収容するシールドルーム33と、前記磁気センサで得た磁気信号に基づいて脳磁場を算出する演算装置34と、前記脳磁場を表示したり各部を制御したりする制御用コンピュータ35とを具備してなる。
【0003】
一般に、被験者Pが意識的に指Fを動かしたときの脳神経の電気的活動に伴う磁場を測定する場合、該磁場が極めて微弱なため、被験者Pに一定時間ごとに指Fを動かしてもらい、その動きに同期して得られた磁気信号を加算平均することで、SNR(Signal to Noise Ratio)を高める手法が採用される。例えば、被験者Pは、5秒間をメンタルカウント(心の中で数をカウント)するごとに指Fを動かすことを、200回繰り返す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
被験者がメンタルカウントで指の動きを何回も繰り返していると、その単調さのために意欲や集中力が次第に薄れ、退屈したり、眠気を催したりして、測定に支障を生じることがある問題点がある。
そこで、本発明の目的は、脳内活動測定中、被験者の意欲や集中力を持続・促進できるようにした脳内活動測定システムを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の観点では、本発明は、被験者が意識的に体の一部を動かした時の脳内活動を測定する脳内活動測定システムであって、体の一部を動かすべきタイミングを被験者に知らせるための視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激を被験者に与える感覚刺激手段と、被験者の実際の動きと前記タイミングのずれに基づく評価を被験者にフィードバックする動き評価手段とを具備したことを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第1の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が体の一部を動かすべきタイミングを視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激の変化に基づいて認識できると共に、実際の動きと前記タイミングのずれがフィードバックされるので、ゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。
【0006】
第2の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、測定の進行具合を被験者に知らせるための進行具合報知手段を具備したことを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第2の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が測定進行状況を知ることが出来るので、よりゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。
【0007】
第3の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記感覚刺激手段は、前記タイミングで塗りつぶしが完了するように次第に塗りつぶされる閉図形を表示する動画像表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第3の観点による脳内活動測定システムでは、次第に塗りつぶされる閉図形を表示するので、退屈したり眠気を催すことを防止できる程度に複雑であると共に高度な思考を呼び起こさない程度に単純であり、良いバランスで被験者の意欲や集中力を持続・促進できる。また、被験者が眼球を動かさないでタイミングをとることが出来るので、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。
【0008】
第4の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記動画像表示手段は、被験者が入るシールドルーム内に設置された非磁性材料のスクリーンと、被験者が入るシールドルーム外に設置され前記スクリーンに動画像を投影するプロジェクターとを具備してなることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第4の観点による脳内活動測定システムでは、被験者の間近にスクリーンを置くため、被験者が眼球を動かさないで表示を見ることができ、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。また、スクリーンが非磁性材料のため、磁気信号を測定する邪魔にならない。さらに、プロジェクターをシールドルーム外に設くため、プロジェクターが発生するノイズが測定の邪魔になることもない。
【0009】
第5の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記動き評価手段は、被験者の実際の動きが前記タイミングより早い場合は両者のずれが小さいほど高得点を被験者にフィードバックし、被験者の実際の動きが前記タイミングより遅い場合は0点と遅れに応じたペナルティの少なくとも一方を被験者にフィードバックする得点評価手段であることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第5の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が前記タイミングより遅れずに体の一部を動かせば、1回毎に被験者に得点が示されるので、まさにゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。なお、被験者の実際の動きが前記タイミングに一致すると最高得点となり、それより少しでも遅くなると、0点となったり,遅れに応じたペナルティが課されるため、前記タイミングが非常にクリティカルなポイントとして被験者に認識され、よりゲーム感覚を増すことが出来る。
【0010】
第6の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記得点評価手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と前記得点とを同時に見られる位置に前記得点を表示することを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。上記第6の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が眼球を動かさないで得点を見ることができ、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。
【0011】
第7の観点では、本発明は、上記構成の脳内活動測定システムにおいて、前記進行具合報知手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と測定の実行回数と残り回数とを同時に見られる位置に前記測定の実行回数と残り回数とを表示する測定回数表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システムを提供する。
上記第7の観点による脳内活動測定システムでは、被験者が眼球を動かさないで測定の実行回数と残り回数とを見ることができ、眼球の運動によるノイズを発生させないで済む。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【0013】
図1は、本発明の一実施形態にかかる脳磁場測定システムを示す構成図である。
この脳磁場測定システム100は、被験者Pを寝た姿勢で載置する寝台30と、前記被験者Pの指Fの動きを感知する指操作装置1と、例えば160チャネルの磁気センサ(図示せず)を内蔵するデュアー32と、前記磁気センサで得た磁気信号に基づいて脳磁場を算出する演算装置34と、前記脳磁場を表示したり各部を制御したりする制御用コンピュータ35とを具備してなる。
【0014】
また、前記指操作装置1が指Fの動きを感知した瞬間にトリガー信号Sを出力する光装置2と、前記指Fを動かすべきタイミングを示す動画像(図5〜図7)やフィードバック情報(図8を参照して後述する)の映像データを生成するノートパソコン4と、映像光を出射するプロジェクター5と、前記映像光を反射する鏡6と、その鏡6の反射光により映像を表示するスクリーン7とを具備してなる。
【0015】
さらに、前記映像光を通す孔が穿設され且つ各部(寝台30,指操作装置1,デュアー32,鏡6,スクリーン7)を磁気的にシールドされた空間内に収容するシールドルーム33aを具備してなる。
【0016】
図2は、前記指操作装置1および光装置2を示す構成図である。
前記指操作装置1は、凹形の第1壁側に光ファイバ11が埋設され且つ第2壁側に光ファイバ12が埋設された光スイッチ13と、その光スイッチ13を載置するベース部14とを具備してなる。前記光スイッチ13の底面は、被験者Pが指Fを動かしやすい配置位置に調整できるように、マジックテープ(登録商標)で前記ベース部14の上面に着設されている。前記光スイッチ13の構造体の材料は、例えばプラスチックである。前記ベース部14の材料は、例えば発泡スチロールである。
前記光装置2は、前記光ファイバ11に光を送る発光ダイオード21と、前記光ファイバ12を通して戻ってきた光を検出するフォトダイオード22と、検出レベルが閾レベルthを超えた瞬間にトリガー信号Sを出力するコンパレータ23と、前記閾レベルthを調整するレベル調整器24とを具備してなる。
【0017】
図3に示すように、前記光スイッチ13の凹形の第1壁には、前記光ファイバ11の端部まで貫通している光出射孔Houtが穿設されている。第2壁には、前記光ファイバ12の端部まで貫通している光入射孔Hinが穿設されている。このように、前記光ファイバ11,12の端部を孔口から奥まった位置にすることで、外部からの光の侵入を低減して、誤動作を防止することが出来る。
図3の(a)に示すように、指Fを凹形の谷に置いた状態では、指Fで光が遮られるため、前記光ファイバ12に光が入射されない。
図3の(b)に示すように、指Fを上げると、谷部分を光が通過するため、前記光ファイバ12に光が入射される。この瞬間に、検出レベルが閾レベルthを超えて、前記光装置2からトリガー信号Sが出力される。このように、指Fを上げた瞬間を検出することで、指Fを下ろした瞬間を検出する場合よりも、指Fのストロークに起因する検出遅れや指Fの置き位置がずれることによる検出ミスを低減できる。
【0018】
なお、前記指操作装置1として、例えば、特開2000−316828号公報に開示された指入力装置を採用してもよい。
【0019】
図4は、図1の脳磁場測定システム100により、被験者Pが指Fを意識的に動かすことを繰り返したときの脳磁場を測定する処理を示すフロー図である。
ステップU1では、測定者は、ノートパソコン4に、指Fを動かす回数すなわち繰り返し回数Nを設定する。例えば、N=200である。
ステップU2では、測定者は、ノートパソコン4に、指Fを動かす間隔すなわち操作間隔Tを設定する。例えば、T=5〔s〕である。
ステップU3では、測定者は、ノートパソコン4に、指Fを動かすべきタイミングを示す動画像の表示時間τを設定する。例えば、τ=3〔s〕である。
【0020】
ステップU4では、演算装置34は、磁気センサで得た磁気信号に基づく脳磁場の算出を開始する。
ステップU5では、実行済みの動き回数を表す済回数iをi=0に初期化する。
【0021】
ステップU6では、経過時間tをt=0に初期化し、経過時間の計測を開始する。
ステップU7では、ノートパソコン4およびプロジェクター5は、スクリーン7上に、「経過時間tにつれて円内を扇形状に広がる方向に塗りつぶし、動画像表示時間τが経過した瞬間に円内全体を塗りつぶす動画像」を表示する。すなわち、t=0の時点では、図5に示すように、円輪郭のみを表示する。t=a(0<a≦τ)の時点では、図6に示すように、中心角α=a×360°/τを持つ扇形状の内部を塗りつぶす。t=τの瞬間に、図7に示すように、円内全体を塗りつぶす。塗りつぶし色は、任意であるが、例えば紺色である。なお、被験者Pに違和感のない動画像を提示する見地からは、塗りつぶし領域を連続的に変化させることが好ましい。ただし、0.1s程度以下のステップで画像を変化させれば、経験的に、被験者Pに不自然な印象を与えずに済む(上記数値例では、0.1sあたりαを12°だけ段階的に変化させれば足る)。
被験者Pは、円内全体が塗りつぶされる瞬間を見込んで、指Fを動かす(上げる)。なお、磁場測定精度を高める見地から、被験者Pは、円の中心を見続けることで、特にt=τの前後1s程度の体動(眼球運動,まばたき等)を極力抑制することが好ましい。
【0022】
ステップU8では、t=τとなるまで上記ステップU7の表示を継続し、t=τとなったらステップU9へ進む。
【0023】
ステップU9では、所定の待ち時間(例えば1s)が経過するまで待ち、経過したらステップU10へ進む。
ステップU10では、ノートパソコン4は、指Fを動かしたときの経過時間t=b(トリガー信号Sの出力時刻)と,t=τとのズレを計測し、そのズレを反映した得点を算出する。例えば、0≦b≦τ−1またはb>τの場合は得点を“0”とし、b=τの場合には得点を“100”とし、τ−1<b<τの期間は得点を100−(τ−b)×100とする。得点例を示せば、指Fを動かすのが0.2〔s〕だけ早すぎたb=2.8〔s〕の場合の得点は“80”となる。なお、b>τの場合、得点を“0”とする代わりに又はそれに加えて、遅れ(=b−τ)に応じたペナルティを被験者Pにフィードバックしてもよい。
【0024】
ステップU11では、iを1だけインクリメントする。
ステップU12では、残回数=N−iを算出する。
【0025】
ステップU13では、図8に示すように、ノートパソコン4およびプロジェクター5は、スクリーン7上に、被験者Pへのフィードバック情報として、現得点(上記ステップU10で算出した得点),現在までの最高得点,済回数,残回数を表示する。
【0026】
ステップU14では、t=Tとなるまで上記ステップU13の表示を継続し、t=TとなったらステップU15へ進む。
ステップU15では、残回数=0でなければ上記ステップU6へ戻り、残回数=0ならばステップU16へ進む。
【0027】
ステップU16では、制御用コンピュータ24は、操作時間間隔Tごとの磁気信号を加算平均して、その結果を例えばグラフや等磁場図で表示する。
【0028】
(実施例1)
脳磁場測定に不慣れな被験者に対し、左手の示指の伸展運動を5s間隔で200回行った。この時、N=200,T=5〔s〕に設定した動画像(図5〜図7参照)を表示した。そして、160チャネルの全頭型脳磁場測定システムを用いて、θ波成分(4〜7Hzの脳波成分)を測定した。
図9の直線aは、測定結果を近似した直線である。
(比較例1)
実施例1と同じ条件で、但しメンタルカウントで、θ波成分を測定した。
図9の直線bは、測定結果を近似した直線である。
実施例1では、比較例1よりもθ波成分の増加割合が低くなっている。θ波成分は、人が浅い睡眠状態に移行するときに増加することが知られている。従って、本発明を実施した方が、眠気を催さないことが判る。
【0029】
(実施例2)
過去に10回以上の脳磁場測定を経験してメンタルカウントに慣れている被験者に対し、左手の示指の伸展運動を5s間隔で200回行った。この時、N=200,T=5〔s〕に設定した動画像(図5〜図7参照)を表示した。そして、160チャネルの全頭型脳磁場測定システムを用いて、θ波成分(4〜7Hzの脳波成分)を測定した。
図10の直線aは、測定結果を近似した直線である。
(比較例2)
実施例2と同じ条件で、但しメンタルカウントで、θ波成分を測定した。
図10の直線bは、測定結果を近似した直線である。
実施例2では、比較例2よりもθ波成分の増加割合が低くなっている。θ波成分は、人が浅い睡眠状態に移行するときに増加することが知られている。従って、本発明を実施した方が、眠気を催さないことが判る。
【0030】
以上の脳磁場測定システム100によれば、指Fを動かすべきタイミングを示す動画像(図5〜図7参照)をスクリーン7上に表示するので、適度な視覚刺激を周期的に被験者Pに与えて、被験者Pの意識レベルを安定な状態に高めておける。また、被験者Pに、指Fを動かすタイミングのズレや測定の進行状況をフィードバックする(図8参照)ことで、操作にゲーム性を持たせることが可能となり、意欲や集中力をいっそう長く持続できるようになる。
【0031】
−他の実施形態−
(1)図11に示すように、前記スクリーン7に、輝度が周期的に変化することを繰り返す輝度変化領域Rvと,一定輝度の標準輝度領域Rsとを並べて表示し、前記輝度変化領域Rvの輝度が前記標準輝度領域Rsの輝度となったタイミングで被験者が体の一部を動かすようにしてもよい。この場合には、画像自体に動きが無いので、被験者の眼球運動等をさらに低減できる利点がある。
【0032】
(2)周波数が周期的に変化する音(例えば10Hz〜1kHzの範囲の音)を出力し、所定の周波数周波数となったタイミング(例えば1kHzとなった瞬間)で被験者が体の一部を動かすようにしてもよい。この場合には、視覚障害者に対しても本発明を実施できる。
【0033】
(3)被験者に、指等を動かすタイミングを知覚させるための触覚刺激を与えてもよい。この場合には、視覚・聴覚障害者に対しても本発明を実施できる。
【0034】
【発明の効果】
本発明の脳内活動測定システムによれば、被験者が体の一部を動かすべきタイミングを視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激の変化に基づいて認識できると共に実際の動きと前記タイミングのずれがフィードバックされるので、ゲーム感覚で測定を繰り返すことが出来る。よって、退屈したり、眠気を催すことを防止でき、被験者の意欲や集中力を持続・促進することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる脳磁場測定システムを示す構成図である。
【図2】図1の脳磁場測定システムにおける指操作装置および光装置を示す構成図である。
【図3】被験者の指の動きを光スイッチにより感知する原理を示す説明図である。
【図4】図1の脳磁場測定システムによる脳磁場測定処理を示すフロー図である。
【図5】図1の脳磁場測定システムで表示する動画像を示す説明図である。
【図6】図1の脳磁場測定システムで表示する動画像を示す別の説明図である。
【図7】図1の脳磁場測定システムで表示する動画像を示すさらに別の説明図である。
【図8】図1の脳磁場測定システムで表示するフィードバック情報を示す説明図である。
【図9】実施例1と比較例1のグラフである。
【図10】実施例2と比較例2のグラフである。
【図11】他の実施形態を示す説明図である。
【図12】従来の脳磁場測定システムの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
100 脳磁場測定システム
1 指操作装置
2 光装置
4 ノートパソコン
5 プロジェクター
6 鏡
7 スクリーン
30 寝台
32 デュアー
33a シールドルーム
34 演算装置
35 制御用コンピュータ
F 指
P 被験者
S トリガー信号
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a brain activity measurement system, and more particularly, to a brain activity measurement system that can maintain and promote the motivation and concentration of a subject during brain activity measurement.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of a conventional brain magnetic field measurement system.
The brain magnetic field measurement system 500 includes a bed 30 on which a subject P is placed, a finger operating device 51 for sensing the movement of a finger F of the subject P, a dewar 32 containing a magnetic sensor (not shown), A couch 30, a finger room 51, and a shield room 33 accommodating the dewar 32 in a magnetically shielded space; an arithmetic unit 34 for calculating a brain magnetic field based on a magnetic signal obtained by the magnetic sensor; A control computer 35 for displaying the brain magnetic field and controlling each unit is provided.
[0003]
In general, when measuring the magnetic field associated with the electrical activity of the cranial nerve when the subject P intentionally moves the finger F, the subject P moves the finger F at regular intervals because the magnetic field is extremely weak. A method of increasing the SNR (Signal to Noise Ratio) by averaging the magnetic signals obtained in synchronization with the movement is adopted. For example, the subject P repeats moving the finger F 200 times for every mental count (counting in the heart) for 5 seconds.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
If the subject repeats his or her finger movements many times during mental counting, the monotony can gradually reduce motivation and concentration, resulting in boredom and drowsiness, which may interfere with measurement. There is a problem.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a brain activity measurement system that can maintain and promote the motivation and concentration of a subject during brain activity measurement.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In a first aspect, the present invention is a brain activity measurement system that measures activity in the brain when a subject consciously moves a part of the body, and provides the subject with a timing to move the part of the body. A sensory stimulus unit for providing a visual stimulus, an auditory stimulus, or a tactile stimulus to the subject for notifying, and a motion evaluation unit for feeding back the subject based on the actual motion of the subject and the evaluation based on the timing lag. A brain activity measurement system is provided.
In the brain activity measurement system according to the first aspect, the subject can recognize the timing at which a part of the body should be moved based on a change in a visual stimulus, an auditory stimulus, or a tactile stimulus. Since the feedback is provided, the measurement can be repeated as if it were a game. Therefore, it is possible to prevent boredom and drowsiness, and to maintain and promote the motivation and concentration of the subject.
[0006]
In a second aspect, the present invention provides a brain activity measurement system having the above configuration, further comprising progress status notification means for notifying a subject of the progress of the measurement. .
In the brain activity measurement system according to the second aspect, the subject can know the progress of the measurement, so that the measurement can be repeated more like a game. Therefore, it is possible to prevent boredom and drowsiness, and to maintain and promote the motivation and concentration of the subject.
[0007]
In a third aspect, the present invention provides the brain activity measurement system having the above configuration, wherein the sensory stimulus unit is a moving image display unit that displays a closed figure that is gradually filled so as to complete the fill at the timing. The present invention provides a brain activity measurement system characterized by the following.
In the brain activity measurement system according to the third aspect, since a closed figure that is gradually filled is displayed, it is complex enough to prevent boring and drowsiness and simple enough not to evoke advanced thinking. It can maintain and promote the motivation and concentration of the subject with a good balance. In addition, since the subject can take the timing without moving the eyeball, it is not necessary to generate noise due to the movement of the eyeball.
[0008]
According to a fourth aspect, the present invention provides the brain activity measurement system having the above-mentioned configuration, wherein the moving image display means includes a screen of a non-magnetic material installed in a shield room where the subject enters, and a screen outside the shield room where the subject enters. And a projector installed on the screen and projecting a moving image on the screen.
In the brain activity measurement system according to the fourth aspect described above, since the screen is placed close to the subject, the subject can view the display without moving the eyeball, and does not need to generate noise due to the movement of the eyeball. Also, since the screen is a non-magnetic material, it does not hinder the measurement of the magnetic signal. Further, since the projector is provided outside the shielded room, noise generated by the projector does not disturb the measurement.
[0009]
In a fifth aspect, the present invention provides the brain activity measurement system having the above-mentioned configuration, wherein the movement evaluating means feeds back a higher score to the subject as the difference between the two is smaller when the actual movement of the subject is earlier than the timing. If the actual movement of the subject is later than the above timing, the brain activity measurement system is provided as a score evaluation unit that feeds back at least one of a zero point and a penalty according to the delay to the subject.
In the brain activity measurement system according to the fifth aspect, if the subject moves a part of the body without delay from the timing, the score is shown to the subject each time, so that the measurement can be repeated just like a game. I can do it. Therefore, it is possible to prevent boredom and drowsiness, and to maintain and promote the motivation and concentration of the subject. If the actual movement of the subject coincides with the timing, the highest score is obtained. If the actual movement is slightly later, the score becomes 0 or a penalty according to the delay is imposed. Recognized by the subject, the sense of the game can be further increased.
[0010]
In a sixth aspect, the present invention provides the brain activity measurement system having the above configuration, wherein the score evaluation means displays the score at a position where the closed figure and the score can be simultaneously viewed without moving an eyeball. The present invention provides a brain activity measurement system characterized by the following. In the brain activity measurement system according to the sixth aspect, the subject can see the score without moving the eyeball, and does not need to generate noise due to the movement of the eyeball.
[0011]
According to a seventh aspect of the present invention, in the brain activity measurement system having the above-described configuration, the progress status notification means is provided at a position where the closed figure, the number of times of execution of the measurement, and the remaining number of times can be simultaneously viewed without moving the eyeball. A brain activity measurement system is provided, which is a measurement count display means for displaying the number of times of execution of the measurement and the remaining number of times.
In the brain activity measurement system according to the seventh aspect, the subject can see the number of times of measurement and the remaining number of times without moving the eyeball, and it is not necessary to generate noise due to eyeball movement.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited to this.
[0013]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a brain magnetic field measurement system according to an embodiment of the present invention.
The brain magnetic field measurement system 100 includes a bed 30 on which the subject P is placed in a lying posture, a finger operation device 1 for sensing the movement of the finger F of the subject P, and a magnetic sensor (not shown) of, for example, 160 channels. , A computing device 34 for calculating a cerebral magnetic field based on a magnetic signal obtained by the magnetic sensor, and a control computer 35 for displaying the cerebral magnetic field and controlling each unit. Become.
[0014]
Also, the optical device 2 that outputs a trigger signal S at the moment when the finger operation device 1 detects the movement of the finger F, a moving image (FIGS. 5 to 7) indicating the timing at which the finger F should be moved, and feedback information ( A notebook computer 4 that generates image data, a projector 5 that emits image light, a mirror 6 that reflects the image light, and an image that is displayed by the light reflected by the mirror 6. And a screen 7.
[0015]
Further, there is provided a shield room 33a in which a hole through which the image light passes is formed, and which accommodates each part (the bed 30, the finger operating device 1, the dewar 32, the mirror 6, and the screen 7) in a magnetically shielded space. It becomes.
[0016]
FIG. 2 is a configuration diagram showing the finger operation device 1 and the optical device 2.
The finger operation device 1 includes an optical switch 13 in which an optical fiber 11 is embedded on a concave first wall side and an optical fiber 12 is embedded on a second wall side, and a base portion 14 on which the optical switch 13 is mounted. Is provided. The bottom surface of the optical switch 13 is attached to the upper surface of the base portion 14 with Velcro (registered trademark) so that the subject P can adjust the finger F to a position where the finger F can be easily moved. The material of the structure of the optical switch 13 is, for example, plastic. The material of the base portion 14 is, for example, polystyrene foam.
The optical device 2 includes a light emitting diode 21 for transmitting light to the optical fiber 11, a photodiode 22 for detecting light returned through the optical fiber 12, and a trigger signal S at a moment when the detection level exceeds a threshold level th. And a level adjuster 24 for adjusting the threshold level th.
[0017]
As shown in FIG. 3, a light exit hole Hout penetrating to the end of the optical fiber 11 is formed in the concave first wall of the optical switch 13. The second wall has a light incident hole Hin penetrating therethrough to the end of the optical fiber 12. As described above, by setting the ends of the optical fibers 11 and 12 at positions recessed from the holes, intrusion of light from the outside can be reduced and malfunction can be prevented.
As shown in FIG. 3A, when the finger F is placed in the concave valley, light is blocked by the finger F, so that light does not enter the optical fiber 12.
As shown in FIG. 3B, when the finger F is raised, the light passes through the valley portion, so that the light enters the optical fiber 12. At this moment, the detection level exceeds the threshold level th, and the optical device 2 outputs the trigger signal S. As described above, by detecting the moment when the finger F is raised, the detection error due to the stroke of the finger F and the misplacement of the position of the finger F are different from the case where the moment when the finger F is lowered is detected. Can be reduced.
[0018]
In addition, as the finger operation device 1, for example, a finger input device disclosed in JP-A-2000-316828 may be employed.
[0019]
FIG. 4 is a flowchart showing a process of measuring the brain magnetic field when the subject P repeatedly moves the finger F consciously by the brain magnetic field measurement system 100 of FIG.
In step U1, the measurer sets the number of times the finger F is moved, that is, the number of repetitions N, on the notebook computer 4. For example, N = 200.
In step U2, the measurer sets an interval at which the finger F is moved, that is, an operation interval T, on the notebook computer 4. For example, T = 5 [s].
In step U3, the measurer sets a display time τ of a moving image indicating the timing at which the finger F should be moved on the notebook computer 4. For example, τ = 3 [s].
[0020]
In step U4, the arithmetic unit 34 starts calculating a brain magnetic field based on the magnetic signal obtained by the magnetic sensor.
In step U5, the number of completed movements i indicating the number of executed movements is initialized to i = 0.
[0021]
In step U6, the elapsed time t is initialized to t = 0, and measurement of the elapsed time is started.
In step U7, the notebook computer 4 and the projector 5 display on the screen 7 "a moving image in which the inside of the circle is painted in a fan-shaped direction as the elapsed time t, and the entire inside of the circle is painted at the moment when the moving image display time τ elapses. Is displayed. That is, at time t = 0, only the circular contour is displayed as shown in FIG. At the time of t = a (0 <a ≦ τ), as shown in FIG. 6, the inside of the fan shape having the central angle α = a × 360 ° / τ is painted out. At the moment t = τ, the entire circle is painted out as shown in FIG. The fill color is arbitrary, but is, for example, dark blue. In addition, from the viewpoint of presenting a moving image without a sense of incongruity to the subject P, it is preferable to continuously change the painted area. However, if the image is changed in steps of about 0.1 s or less, it is empirically unnecessary to give the subject P an unnatural impression (in the above numerical example, α per 0.1 s is changed stepwise by 12 °). It is enough if you change it to
The subject P moves (raises) the finger F in anticipation of the moment when the entire circle is painted. From the viewpoint of improving the magnetic field measurement accuracy, it is preferable that the subject P keeps looking at the center of the circle to minimize body movements (eye movement, blinking, etc.) of about 1 s before and after t = τ.
[0022]
In step U8, the display in step U7 is continued until t = τ, and when t = τ, the process proceeds to step U9.
[0023]
In step U9, the process waits until a predetermined waiting time (for example, 1 s) elapses, and after that, the process proceeds to step U10.
In step U10, the notebook computer 4 measures a difference between the elapsed time t = b (output time of the trigger signal S) when the finger F is moved and t = τ, and calculates a score reflecting the difference. . For example, when 0 ≦ b ≦ τ−1 or b> τ, the score is “0”, when b = τ, the score is “100”, and during the period of τ−1 <b <τ, the score is 100. − (Τ−b) × 100. As an example of the score, the score in the case of moving the finger F too early by 0.2 [s] and b = 2.8 [s] is "80". When b> τ, a penalty corresponding to the delay (= b−τ) may be fed back to the subject P instead of or in addition to setting the score to “0”.
[0024]
In step U11, i is incremented by one.
In step U12, the remaining number = Ni is calculated.
[0025]
In step U13, as shown in FIG. 8, the notebook computer 4 and the projector 5 display the current score (the score calculated in step U10), the highest score to date, Displays the number of completed and remaining times.
[0026]
In step U14, the display in step U13 is continued until t = T, and when t = T, the process proceeds to step U15.
In step U15, if the number of remaining times is not 0, the process returns to step U6. If the number of remaining times is 0, the process proceeds to step U16.
[0027]
In step U16, the control computer 24 adds and averages the magnetic signals for each operation time interval T, and displays the result in, for example, a graph or an isomagnetic field diagram.
[0028]
(Example 1)
For subjects unfamiliar with brain magnetic field measurement, the extension motion of the index finger of the left hand was performed 200 times at 5 s intervals. At this time, a moving image (see FIGS. 5 to 7) in which N = 200 and T = 5 [s] was displayed. Then, a θ-wave component (a brain wave component of 4 to 7 Hz) was measured using a 160-channel whole-head type brain magnetic field measurement system.
The straight line a in FIG. 9 is a straight line approximating the measurement result.
(Comparative Example 1)
The θ wave component was measured under the same conditions as in Example 1, but with a mental count.
The straight line b in FIG. 9 is a straight line approximating the measurement result.
In Example 1, the increase rate of the θ-wave component is lower than in Comparative Example 1. It is known that the θ wave component increases when a person shifts to a light sleep state. Therefore, it can be seen that the present invention does not cause sleepiness.
[0029]
(Example 2)
A subject who had experienced 10 or more brain magnetic field measurements in the past and had become accustomed to mental counting was subjected to stretching motion of the index finger of the left hand 200 times at 5 s intervals. At this time, a moving image (see FIGS. 5 to 7) in which N = 200 and T = 5 [s] was displayed. Then, a θ-wave component (a brain wave component of 4 to 7 Hz) was measured using a 160-channel whole-head type brain magnetic field measurement system.
The straight line a in FIG. 10 is a straight line approximating the measurement result.
(Comparative Example 2)
The θ wave component was measured under the same conditions as in Example 2, but with a mental count.
A straight line b in FIG. 10 is a straight line approximating the measurement result.
In Example 2, the increase rate of the θ-wave component is lower than in Comparative Example 2. It is known that the θ wave component increases when a person shifts to a light sleep state. Therefore, it can be seen that the present invention does not cause sleepiness.
[0030]
According to the above-described brain magnetic field measurement system 100, a moving image (see FIGS. 5 to 7) indicating the timing at which the finger F should be moved is displayed on the screen 7, so that an appropriate visual stimulus is periodically given to the subject P. Therefore, the consciousness level of the subject P can be increased to a stable state. In addition, by feeding back the deviation of the timing of moving the finger F and the progress of the measurement to the subject P (see FIG. 8), the operation can be provided with a game property, and the motivation and concentration can be maintained for a longer time. Become like
[0031]
-Other embodiments-
(1) As shown in FIG. 11, a brightness change area Rv in which the brightness changes periodically and a standard brightness area Rs of constant brightness are displayed side by side on the screen 7, and the brightness change area Rv is displayed. The subject may move a part of the body at the timing when the luminance becomes the luminance of the standard luminance region Rs. In this case, since the image itself does not move, there is an advantage that the eye movement of the subject can be further reduced.
[0032]
(2) A sound whose frequency changes periodically (e.g., a sound in the range of 10 Hz to 1 kHz) is output, and the subject moves a part of the body at a timing when the frequency reaches a predetermined frequency (e.g., at an instant of 1 kHz). You may do so. In this case, the present invention can be applied to a visually impaired person.
[0033]
(3) The subject may be provided with a tactile stimulus for perceiving the timing of moving a finger or the like. In this case, the present invention can be applied to a visually or hearing impaired person.
[0034]
【The invention's effect】
According to the activity measurement system in the brain of the present invention, the subject can recognize the timing at which a part of the body should be moved based on a change in a visual stimulus, an auditory stimulus, or a tactile stimulus, and a difference between the actual motion and the timing is fed back. Therefore, the measurement can be repeated like a game. Therefore, it is possible to prevent boredom and drowsiness, and to maintain and promote the motivation and concentration of the subject.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a brain magnetic field measurement system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a finger operation device and an optical device in the brain magnetic field measurement system of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the principle of sensing the movement of a subject's finger with an optical switch.
FIG. 4 is a flowchart showing a brain magnetic field measurement process by the brain magnetic field measurement system of FIG. 1;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a moving image displayed by the brain magnetic field measurement system of FIG. 1;
FIG. 6 is another explanatory diagram showing a moving image displayed by the brain magnetic field measurement system in FIG. 1;
FIG. 7 is still another explanatory diagram showing a moving image displayed by the brain magnetic field measurement system in FIG. 1;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing feedback information displayed by the brain magnetic field measurement system of FIG. 1;
FIG. 9 is a graph of Example 1 and Comparative Example 1.
FIG. 10 is a graph of Example 2 and Comparative Example 2.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing another embodiment.
FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of a conventional brain magnetic field measurement system.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 100 Brain magnetic field measurement system 1 Finger operation device 2 Optical device 4 Laptop computer 5 Projector 6 Mirror 7 Screen 30 Sleeper 32 Dewar 33a Shield room 34 Operation device 35 Control computer F Finger P Subject S Trigger signal

Claims (7)

被験者が意識的に体の一部を動かした時の脳内活動を測定する脳内活動測定システムであって、
体の一部を動かすべきタイミングを被験者に知らせるための視覚刺激または聴覚刺激または触覚刺激を被験者に与える感覚刺激手段と、被験者の実際の動きと前記タイミングのずれに基づく評価を被験者にフィードバックする動き評価手段とを具備したことを特徴とする脳内活動測定システム。
A brain activity measurement system that measures brain activity when a subject consciously moves a part of the body,
Sensory stimulus means for giving the subject a visual stimulus, an auditory stimulus, or a tactile stimulus for notifying the subject of the timing at which a part of the body should be moved, and a motion for feeding back the subject based on the actual motion of the subject and an evaluation based on the timing difference An activity measuring system in the brain, comprising: an evaluation unit.
請求項2に記載の脳内活動測定システムにおいて、測定の進行具合を被験者に知らせるための進行具合報知手段を具備したことを特徴とする脳内活動測定システム。3. The brain activity measurement system according to claim 2, further comprising progress status notification means for notifying the subject of the progress of the measurement. 請求項1または請求項2に記載の脳内活動測定システムにおいて、前記感覚刺激手段は、前記タイミングで塗りつぶしが完了するように次第に塗りつぶされる閉図形を表示する動画像表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システム。3. The brain activity measurement system according to claim 1, wherein the sensory stimulus unit is a moving image display unit that displays a closed figure that is gradually filled so that the filling is completed at the timing. 4. Activity measurement system in the brain. 請求項3に記載の脳内活動測定システムにおいて、前記動画像表示手段は、被験者が入るシールドルーム内に設置された非磁性材料のスクリーンと、被験者が入るシールドルーム外に設置され前記スクリーンに動画像を投影するプロジェクターとを具備してなることを特徴とする脳内活動測定システム。4. The brain activity measurement system according to claim 3, wherein the moving image display means includes a screen of a non-magnetic material installed in a shield room where a subject enters, and a moving image on the screen installed outside the shield room where the subject enters. A brain activity measurement system, comprising: a projector that projects an image. 請求項1から請求項4のいずれかに記載の脳内活動測定システムにおいて、前記動き評価手段は、被験者の実際の動きが前記タイミングより早い場合は両者のずれが小さいほど高得点を被験者にフィードバックし、被験者の実際の動きが前記タイミングより遅い場合は0点と遅れに応じたペナルティの少なくとも一方を被験者にフィードバックする得点評価手段であることを特徴とする脳内活動測定システム。5. The brain activity measurement system according to claim 1, wherein when the actual movement of the subject is earlier than the timing, a higher score is given to the subject as the difference between the two is smaller. And a score evaluation unit that feeds back to the subject at least one of a zero point and a penalty according to the delay when the actual movement of the subject is later than the timing. 請求項5に記載の脳内活動測定システムにおいて、前記得点評価手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と前記得点とを同時に見られる位置に前記得点を表示することを特徴とする脳内活動測定システム。6. The brain activity measurement system according to claim 5, wherein the score evaluation means displays the score at a position where the closed figure and the score can be viewed simultaneously without moving an eyeball. Measurement system. 請求項3から請求項6のいずれかに記載の脳内活動測定システムにおいて、前記進行具合報知手段は、眼球を動かさないで前記閉図形と測定の実行回数と残り回数とを同時に見られる位置に前記測定の実行回数と残り回数とを表示する測定回数表示手段であることを特徴とする脳内活動測定システム。In the brain activity measurement system according to any one of claims 3 to 6, the progress state notification means is provided at a position where the closed figure, the number of executions of the measurement, and the remaining number of times can be simultaneously viewed without moving an eyeball. A brain activity measurement system, characterized in that it is a measurement frequency display means for displaying the number of times the measurement has been performed and the remaining number of times.
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