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JP7136264B2 - STRESS DETERMINATION DEVICE, PROGRAM AND METHOD - Google Patents
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Description

本発明は、ストレス判定装置、プログラム及び方法に関し、特に脳電位に基づいてストレス状態を判定するストレス判定装置及び方法に関する。 The present invention relates to a stress determination device, program and method, and more particularly to a stress determination device and method for determining a stress state based on brain potential.

従来、労務管理等の現場で従業員の精神的ストレスを推定する方法としては、問診票によりチェックする方法が主に用いられてきた。しかしながら、問診票によるチェックは主観的要素が強いため、被験者の打算によりストレス被害を装う場合やストレス被害を隠蔽する場合には、誤った判断がなされるという問題があり、より客観的な評価方法や判定方法の開発が望まれている。 Conventionally, as a method of estimating the mental stress of employees in the field of labor management, etc., a method of checking with a questionnaire has been mainly used. However, since the check using the questionnaire has a strong subjective element, there is a problem that an erroneous judgment is made when the stress damage is disguised or concealed due to the calculation of the subject, and it is a more objective evaluation method. and the development of determination methods are desired.

脳が悲しみや恐怖といった精神的ストレスを受けると、情動の中枢である大脳辺縁系に大きな影響が及ぶが、一次的な情動反応は、主として、扁桃体部分で生成されると考えられる。例えば、非特許文献1には、ペットを亡くした20名の被験者に当該ペットに関連する言語的タスクを課してfMRIで活動部位を調査した結果、悲しみや忌避に対応して扁桃体を中心とした部分に優位な活性が観測されることが開示されている。この一次的な神経活動は、同じく大脳辺縁系の中にある視床下部の神経核に働きかけ、交換神経及び副交感神経からなる自律神経系を介して、二次的な生理反応(例えば血圧や、脈拍、瞳孔反応等)を惹き起こすことが知られている。また二次的な反応は前頭部にもおよび、側坐核を中心とした「喜びの中枢」としての自己報酬系の活動を抑制することが知られている。更には、精神疾患により喜びの感情が低下した被験者では、側坐核の活動低下とともに、前帯状皮質の脳波(EEG)のδ成分が増加することが知られている(非特許文献2)。 When the brain receives mental stress such as sadness or fear, the limbic system, which is the emotional center, is greatly affected, but the primary emotional response is thought to be generated mainly in the amygdala. For example, in Non-Patent Document 1, 20 subjects who lost a pet were given a verbal task related to the pet and investigated the active site with fMRI. It is disclosed that the dominant activity is observed in the portion where the This primary neural activity acts on the nucleus of the hypothalamus, which is also in the limbic system, and passes through the autonomic nervous system, which consists of sympathetic nerves and parasympathetic nerves, to secondary physiological responses (such as blood pressure, pulse, pupillary response, etc.). It is also known that the secondary response extends to the frontal region and suppresses the activity of the self-reward system, which is the nucleus accumbens and is the center of pleasure. Furthermore, it is known that, in subjects whose feelings of joy are reduced due to mental illness, the activity of the nucleus accumbens is reduced and the delta component of the electroencephalogram (EEG) of the anterior cingulate cortex is increased (Non-Patent Document 2).

このような、ストレスに関係した脳内活動の生理学的な変化をPETやfMRI法で観測すれば、ストレスの客観的評価がより正確に行えるものと期待される。しかし同位元素を使ったPETでは、装置が大がかりなことのみならず、測定に放射線被曝を伴うため、繰り返しの測定が必要なストレス検査には不向きである。また、fMRI法では、強磁場および高周波電磁界に被験者をさらすため、ペースメーカや、金属製補綴材等を体内に有する被験者には使用できないのみならず、強磁場発生のための大がかりな装置が必要であり、使用環境が大幅に限定される。これらの測定法の代わりに用いることができるMEG(Magneto-encephalogram)法においても、強固な磁気シールドが必要であるのみならず、超電導を実現するための冷却装置を必要とするなど、大規模かつ高価な測定装置が必要である。 If such physiological changes in stress-related brain activity are observed by PET or fMRI, it is expected that stress can be objectively evaluated more accurately. However, PET using an isotope is not suitable for stress testing that requires repeated measurements because not only is the apparatus bulky, but radiation exposure is involved in the measurement. In addition, since the fMRI method exposes the subject to a strong magnetic field and a high-frequency electromagnetic field, it cannot be used for subjects who have a pacemaker or metal prosthesis, etc., and requires a large-scale device to generate a strong magnetic field. This greatly limits the usage environment. The MEG (Magneto-encephalogram) method, which can be used instead of these measurement methods, not only requires a strong magnetic shield, but also requires a cooling device to realize superconductivity. Expensive measuring equipment is required.

これに対して、頭皮上から観測される脳電位(脳波)による脳内活動の生理学的な変化の測定は、大がかりな装置を必要としないため、広く臨床現場で使用されてきた。 On the other hand, measurement of physiological changes in brain activity by electroencephalogram (electroencephalogram) observed from the scalp has been widely used in clinical practice because it does not require large-scale equipment.

頭皮上の電位分布を多数の電極によって観測する一般的な臨床現場では、国際10-20法における19個の電極を用いて観測される脳電位を、ペンレコーダあるいはコンピュータ内のメモリに記録することが行われてきた。例えば、頭皮上で観測される脳電位を脳内部に仮定した等価ダイポール電源によって生成されるものと仮定し、頭皮上の脳電位分布から、等価ダイポール電源の位置、方向、電流値を逆推定する「ダイポール推定法」によって等価表現する方式が開発されてきた(非特許文献3)。しかしながら、この方法においては、頭皮上の電位分布から脳内部のダイポールを逆推定するため、多次元空間内での探索作業を伴う大規模な演算を必要とするのみならず、安定な解を得るために多数の電極数を必要としていた。 In general clinical practice, where the electrical potential distribution on the scalp is observed with a large number of electrodes, brain electrical potentials observed using 19 electrodes in the international 10-20 method should be recorded in a pen recorder or computer memory. has been done. For example, assuming that the brain potential observed on the scalp is generated by an equivalent dipole power source assumed inside the brain, the position, direction, and current value of the equivalent dipole power source are inversely estimated from the brain potential distribution on the scalp. An equivalent expression method has been developed by the "dipole estimation method" (Non-Patent Document 3). However, in this method, in order to inversely estimate the dipoles inside the brain from the electric potential distribution on the scalp, not only does this method require large-scale calculations accompanied by search work in multidimensional space, but it also obtains a stable solution. Therefore, a large number of electrodes were required.

他方、頭皮上に配置した10個の電極から観測される脳電位を用いて、被験者の感性状態を推定する方法も行われてきた(非特許文献4、5)。具体的には、各2電極間で観測される電位間の相関を102=45個の相互相関関数で評価し、更にこれを脳電位のθ、α、βのそれぞれの帯域ごとに評価し、合計45×3=135個のパラメータで表現する方式が用いられてきた。しかしながら、この方法においても、最低10個の電極を必要とするため、計測中に電極の接触を安定に保つことが困難であった。 On the other hand, a method of estimating the emotional state of a subject using brain potentials observed from 10 electrodes placed on the scalp has also been performed (Non-Patent Documents 4 and 5). Specifically, the correlation between the potentials observed between each two electrodes is evaluated using 10 C 2 = 45 cross-correlation functions, which are then evaluated for each band of brain potential θ, α, and β. , and a method of expressing with a total of 45×3=135 parameters has been used. However, even in this method, since at least ten electrodes are required, it is difficult to maintain stable electrode contact during measurement.

Peter J. Freed, Ted K.Yanagihara, Joy Hirsch, and J. John Mann,“Neural mechanism of grief regulation”, Biol. Psychiatry, vol.66, no.1,pp.33-40, July 2009.Peter J. Freed, Ted K.Yanagihara, Joy Hirsch, and J. John Mann,“Neural mechanism of grief regulation”, Biol. Psychiatry, vol.66, no.1,pp.33-40, July 2009. Jan Wacker, Daniel G. Dillon, Diego A. Pissagalli, “The role of thenucleus accumbens and rostral anterior cingulate cortex in anhedonia:Integration of resting EEG, fMRI, and Volumetric Techniques, Neuroimage,vol.46, no.1, pp.327-337, May 2009.Jan Wacker, Daniel G. Dillon, Diego A. Pissagalli, “The role of the nucleus accumbens and rostral anterior cingulate cortex in anhedonia: Integration of resting EEG, fMRI, and Volumetric Techniques, Neuroimage, vol.46, no.1, pp. 327-337, May 2009. J. Hara, W. R. Shankle and T. Musha, Cortical Atrophy in Alzheimer'sDisease Unmasks Electrically Silent Sulci and Lowers EEG Dipolarity, IEEETrans. Biomed. Eng., vol.46, no.8, 905-910, 1999.J. Hara, W. R. Shankle and T. Musha, Cortical Atrophy in Alzheimer'sDisease Unmasks Electrically Silent Sulci and Lowers EEG Dipolarity, IEEETrans. Biomed. Eng., vol.46, no.8, 905-910, 1999. 武者利光「「こころ」を測る」日経サイエンス 4月号 20-29(1996)Toshimitsu Musha, "Measuring 'Kokoro'," Nikkei Science, April 20-29 (1996) T. Musha, Y. Terasaki, H. A. Haque, and G. A. Ivamitsky, “Featureextraction from EEGs associated with emotions,” Artif. Life Robot., 1(1):15-19, 1997.T. Musha, Y. Terasaki, H. A. Haque, and G. A. Ivamitsky, “Featureextraction from EEGs associated with emotions,” Artif. Life Robot., 1(1):15-19, 1997.

このように精神的なストレス状態を判定(評価)する装置としては、比較的簡易に構成可能な脳電位に基づいてストレス状態を判定する装置が好ましいが、上記のアプローチは、いずれも頭皮上に多数の電極を必要とするものであり、被験者への大きい負担となっていた。 As a device for judging (evaluating) a mental stress state in this way, a device for judging a stress state based on brain potentials that can be constructed relatively easily is preferable. It required a large number of electrodes, which was a heavy burden on the subject.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、被験者への負担をより低減させつつ、ストレスを定量的に判定することが可能なストレス判定装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and the main purpose thereof is to provide a stress determination device capable of quantitatively determining stress while further reducing the burden on the subject. and

上記の目的を達成するために、本発明の一態様としてのストレス判定装置は、被験者の前頭部又は側頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられたセンサを用いて該被験者の脳電位信号を取得する脳電位信号取得手段と、上記取得された脳電位信号のそれぞれから脳深部の活動に起因する特定の周波数帯の時系列データをそれぞれ抽出し、該それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて上記取得された脳電位信号のそれぞれの相関関係を示す相関値を算出し、該相関値に基づいて上記被験者のストレス状態を判定する演算手段と、を備え、上記演算手段は、上記取り付けられたセンサA、B及びCごとに抽出された時系列データをVA(t)、VB(t)及びVC(t)とした場合、所定時間内に抽出されたVA(t)それぞれに対して、該時系列データが抽出されたサンプリング周期の所定値以下の整数倍に等しい時間である任意の時間τ1及びτ2だけ異なる時間に抽出されたVB(t-τ1)及びVC(t-τ2)を、上記所定時間内の時刻TにおけるVA(T)とVB(T-τ1)とVC(T-τ2)とが同符号になる場合のτ1及びτ2の組み合わせのみ掛け合わせ、得られたそれぞれの値を加算した値を用いて相関値を算出し、3重相関値分布の疑似3次元表示によって示された格子縞の間隔の標準偏差に基づいて、又は、上記時間τ1及びτ2を軸とする座標における上記相関値が算出された領域の間の距離の上記τ1軸方向及び上記τ2軸方向それぞれの標準偏差に基づいて指標値を算出し、上記被験者の脈拍信号を取得する脈拍信号取得手段を更に備え、上記演算手段は、上記脈拍信号から生成される脈拍間隔データに対してフーリエ変換を行うことで周波数スペクトルを算出し、該周波数スペクトルにおける第1の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値の、該第1の周波数帯域より高い周波数帯域であって該第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値に対する比率を算出し、上記指標値にデータ遅延をつけ、該比率及び上記指標値に基づいて、一方の軸(横軸)を上記比率、他方の軸(縦軸)を上記指標値とした2次元座標において、上記被験者の高いストレス状態と低いストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a stress determination device as one aspect of the present invention measures the brain potential of a subject using sensors attached to three different positions on the surface of the subject's frontal region or temporal region. a brain potential signal acquisition means for acquiring a signal; time series data in a specific frequency band caused by deep brain activity from each of the acquired brain potential signals; computing means for calculating a correlation value indicating the correlation between the acquired brain potential signals based on the phase relationship, and determining the stress state of the subject based on the correlation value, wherein the computing means , where VA(t), VB(t), and VC(t) are the time-series data extracted from each of the attached sensors A, B, and C, VA(t) extracted within a predetermined time are , VB (t-τ1) and VC (t- τ2) is multiplied only by combinations of τ1 and τ2 when VA (T), VB (T-τ1) and VC (T-τ2) at time T within the predetermined time have the same sign, and obtained Calculate the correlation value using the value obtained by adding each value, based on the standard deviation of the lattice fringe interval shown by the pseudo three-dimensional display of the triple correlation value distribution, or with the time τ1 and τ2 as the axis pulse signal acquiring means for acquiring the pulse signal of the subject by calculating an index value based on the standard deviation in each of the τ1-axis direction and the τ2-axis direction of the distance between the regions for which the correlation value is calculated in the coordinates wherein the calculating means calculates a frequency spectrum by performing a Fourier transform on the pulse interval data generated from the pulse signal, and the spectrum intensity of each frequency within the first frequency band in the frequency spectrum Calculate the ratio of the total value of the spectral intensity of each frequency in a second frequency band higher than the first frequency band and different from the first frequency band to the total value of the above index A data delay is attached to the value, and based on the ratio and the index value, one axis (horizontal axis) is the ratio and the other axis (vertical axis) is the index value. It is characterized in that the stress state is determined by separating the regions in the stress state and the low stress state.

また、本発明において好ましくは、上記演算手段は、上記取り付けられたセンサA、B及びCごとに抽出された時系列データをVA(t)、VB(t)及びVC(t)とした場合、所定時間内に抽出されたVA(t)それぞれに対して、該時系列データが抽出されたサンプリング周期の所定値以下の整数倍に等しい時間である任意の時間τ1及びτ2だけ異なる時間に抽出されたVB(t-τ1)及びVC(t-τ2)を、上記所定時間内の時刻TにおけるVA(T)とVB(T-τ1)とVC(T-τ2)とが同符号になる場合のτ1及びτ2の組み合わせのみ掛け合わせ、得られたそれぞれの値を加算した値を用いて相関値を算出する。 Further, preferably in the present invention, the computing means, when the time-series data extracted for each of the attached sensors A, B, and C are VA(t), VB(t), and VC(t), Each VA(t) extracted within a predetermined time is extracted at different times by arbitrary times τ1 and τ2, which are times equal to an integer multiple of a predetermined value or less of the sampling period at which the time-series data was extracted. VB (t-τ1) and VC (t-τ2) obtained when VA (T), VB (T-τ1) and VC (T-τ2) at time T within the predetermined time have the same sign A correlation value is calculated using a value obtained by multiplying only the combination of τ1 and τ2 and adding the obtained values.

また、本発明において好ましくは、上記演算手段は、算出される上記相関値の時間的なばらつきに基づいて指標値を算出し、上記相関値及び上記指標値の少なくとも一方に基づいてストレス状態を判定する。 Further, in the present invention, preferably, the calculating means calculates an index value based on a temporal variation of the calculated correlation value, and determines the stress state based on at least one of the correlation value and the index value. do.

また、本発明において好ましくは、上記演算手段は、上記時間τ1及びτ2を軸とする座標における相関値が算出された領域の間の距離の上記τ1軸方向及び上記τ2軸方向それぞれの標準偏差に基づいて指標値を算出し、上記相関値及び上記指標値の少なくとも一方に基づいてストレス状態を判定する。 Further, in the present invention, preferably, the computing means computes the standard deviation of the distance between the regions for which the correlation values are calculated in the coordinates with the times τ1 and τ2 as the axes in the τ1-axis direction and the τ2-axis direction. An index value is calculated based on the correlation value and the stress state is determined based on at least one of the correlation value and the index value.

また、本発明において好ましくは、上記ストレス判定装置は、上記被験者の脈拍信号を取得する脈拍信号取得手段を更に備え、上記演算手段は、上記脈拍信号から生成される脈拍間隔データに対してフーリエ変換を行うことで周波数スペクトルを算出し、該周波数スペクトルにおける第1の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値の、該第1の周波数帯域より高い周波数帯域であって該第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値に対する比率を算出し、該比率及び上記指標値に基づいてストレス状態を判定する。 In the present invention, preferably, the stress determination device further includes pulse signal acquisition means for acquiring the pulse signal of the subject, and the computing means performs Fourier transform on pulse interval data generated from the pulse signal. A frequency spectrum is calculated by performing, and the total value of the spectral intensity of each frequency in the first frequency band in the frequency spectrum is a frequency band higher than the first frequency band and the first frequency band A ratio to the total value of the spectrum intensity of each frequency in a second frequency band different from the frequency band is calculated, and the stress state is determined based on the ratio and the index value.

また、本発明において好ましくは、上記ストレス判定装置は、上記被験者の脈拍信号を取得する脈拍信号取得手段を更に備え、上記演算手段は、上記脈拍信号に基づいて生成される脈拍間隔データから脈拍間隔値ごとの出現頻度を示す脈拍ヒストグラムを生成し、該脈拍ヒストグラムにおいて、脈拍間隔が大きい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値の、脈拍間隔が小さい方から順に抽出された該所定量のデータの分散の合計値に対する比率を算出し、該比率及び上記指標値に基づいてストレス状態を判定する。 Further, in the present invention, preferably, the stress determination device further includes pulse signal acquisition means for acquiring the pulse signal of the subject, and the calculation means calculates the pulse interval from pulse interval data generated based on the pulse signal. A pulse histogram indicating the frequency of appearance of each value is generated, and the total value of the variance of a predetermined amount of data extracted in order from the largest pulse interval in the pulse histogram is extracted in order from the smallest pulse interval. A ratio of a predetermined amount of data to the total value of variance is calculated, and the stress state is determined based on the ratio and the index value.

また、本発明において好ましくは、上記脳電位信号取得手段は、上記被験者の側頭部又は後頭部の表面の3つの異なる位置に更に取り付けられたセンサを用いて上記被験者の脳電位信号を更に取得し、上記演算手段は、上記更に取得された脳電位信号のそれぞれから扁桃体の活動に起因する特定の周波数帯の時系列データをそれぞれ抽出し、該それぞれ抽出された時系列データに対して主成分分析を行うことにより第1主成分寄与率を算出し、該第1主成分寄与率及び上記指標値に基づいてストレス状態を判定する。 In the present invention, preferably, the brain potential signal acquisition means further acquires the brain potential signal of the subject using sensors further attached to three different positions on the surface of the temporal region or the occipital region of the subject. , the computing means extracts time-series data in a specific frequency band caused by activity of the amygdala from each of the further acquired brain potential signals, and performs principal component analysis on the extracted time-series data. to calculate the first principal component contribution rate, and determine the stress state based on the first principal component contribution rate and the index value.

また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様としてのプログラムは、被験者の前頭部又は側頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられたセンサを用いて取得される該被験者の脳電位信号と上記被験者の脈拍信号を取得する脈拍センサを用いて取得される脈拍信号によりストレスを判定するためのプログラムであって、コンピュータに、上記取得された脳電位信号のそれぞれから脳深部の活動に起因する特定の周波数帯の時系列データをそれぞれ抽出するステップと、上記それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて上記取得された脳電位信号のそれぞれの相関関係を示す相関値を算出するステップと、上記相関値に基づいて上記被験者のストレス状態を判定するステップと、を含み、上記相関値を算出するステップが、上記取り付けられたセンサA、B及びCごとに抽出された時系列データをVA(t)、VB(t)及びVC(t)とした場合、所定時間内に抽出されたVA(t)それぞれに対して、該時系列データが抽出されたサンプリング周期の所定値以下の整数倍に等しい時間である任意の時間τ1及びτ2だけ異なる時間に抽出されたVB(t-τ1)及びVC(t-τ2)を、上記所定時間内の時刻TにおけるVA(T)とVB(T-τ1)とVC(T-τ2)とが同符号になる場合のτ1及びτ2の組み合わせのみ掛け合わせ、得られたそれぞれの値を加算した値を用いて相関値を算出し、上記ストレス状態を判定するステップが、3重相関値分布の疑似3次元表示によって示された格子縞の間隔の標準偏差に基づいて、又は、上記時間τ1及びτ2を軸とする座標における相関値が算出された領域の間の距離の上記τ1軸方向及び前記τ2軸方向それぞれの標準偏差に基づいて指標値を算出し、上記脈拍信号から生成される脈拍間隔データに対してフーリエ変換を行うことで周波数スペクトルを算出し、該周波数スペクトルにおける第1の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値の、該第1の周波数帯域より高い周波数帯域であって該第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値に対する比率を算出し、上記指標値にデータ遅延をつけ、該比率及び上記指標値に基づいて、一方の軸(横軸)を上記比率、他方の軸(縦軸)を上記指標値とした2次元座標において、上記被験者の高いストレス状態と低いストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定することを実行させることを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the program as one aspect of the present invention includes: and a pulse signal acquired using a pulse sensor that acquires the brain potential signal of the subject and the pulse signal of the subject, the program for determining stress from each of the acquired brain potential signals to a computer, deep brain a step of extracting time-series data of specific frequency bands caused by the activity of each; and determining the stress state of the subject based on the correlation values, wherein the step of calculating the correlation values is extracted for each of the attached sensors A, B, and C. When the time-series data are VA(t), VB(t), and VC(t), for each VA(t) extracted within a predetermined time, a predetermined sampling period at which the time-series data was extracted VB(t-τ1) and VC(t-τ2) extracted at times different by arbitrary times τ1 and τ2, which are times equal to integral multiples less than or equal to VA(T) at time T within the predetermined time and VB (T-τ1) and VC (T-τ2) are multiplied only by combinations of τ1 and τ2 when they have the same sign, and the obtained values are added to calculate the correlation value, In the step of determining the stress state, the correlation value is calculated based on the standard deviation of the intervals of the lattice fringes indicated by the pseudo-three-dimensional representation of the triple correlation value distribution, or the coordinates having the time τ1 and τ2 as axes. An index value is calculated based on the standard deviation in the τ1-axis direction and the τ2-axis direction, respectively, of the distance between the calculated regions, and Fourier transform is performed on the pulse interval data generated from the pulse signal to obtain the frequency A spectrum is calculated, and a second frequency band higher than the first frequency band and different from the first frequency band of the total value of the spectral intensity of each frequency in the first frequency band in the frequency spectrum Calculate the ratio to the total value of the spectral intensity of each frequency within the frequency band, add the data delay to the index value, and based on the ratio and the index value, one axis (horizontal axis) is the ratio, the other In the two-dimensional coordinates with the axis (vertical axis) as the index value, the areas in the high stress state and low stress state of the subject are Determining the stress state is performed by separating.

また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様としての方法は、被験者の前頭部又は側頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられたセンサを用いて取得される該被験者の脳電位信号と上記被験者の脈拍信号を取得する脈拍センサを用いて取得される脈拍信号によりストレスを判定するための方法であって、上記取得された脳電位信号のそれぞれから脳深部の活動に起因する特定の周波数帯の時系列データをそれぞれ抽出するステップと、上記それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて上記取得された脳電位信号のそれぞれの相関関係を示す相関値を算出するステップと、上記相関値に基づいて上記被験者のストレス状態を判定するステップと、を含み、上記相関値を算出するステップが、上記取り付けられたセンサA、B及びCごとに抽出された時系列データをVA(t)、VB(t)及びVC(t)とした場合、所定時間内に抽出されたVA(t)それぞれに対して、該時系列データが抽出されたサンプリング周期の所定値以下の整数倍に等しい時間である任意の時間τ1及びτ2だけ異なる時間に抽出されたVB(t-τ1)及びVC(t-τ2)を、上記所定時間内の時刻TにおけるVA(T)とVB(T-τ1)とVC(T-τ2)とが同符号になる場合のτ1及びτ2の組み合わせのみ掛け合わせ、得られたそれぞれの値を加算した値を用いて相関値を算出し、上記ストレス状態を判定するステップが、3重相関値分布の疑似3次元表示によって示された格子縞の間隔の標準偏差に基づいて、又は、上記時間τ1及びτ2を軸とする座標における相関値が算出された領域の間の距離の上記τ1軸方向及び上記τ2軸方向それぞれの標準偏差に基づいて指標値を算出し、上記脈拍信号から生成される脈拍間隔データに対してフーリエ変換を行うことで周波数スペクトルを算出し、該周波数スペクトルにおける第1の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値の、該第1の周波数帯域より高い周波数帯域であって該第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値に対する比率を算出し、上記指標値にデータ遅延をつけ、該比率及び前記指標値に基づいて、一方の軸(横軸)を前記比率、他方の軸(縦軸)を上記指標値とした2次元座標において、上記被験者の高いストレス状態と低いストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定すること含むことを特徴とする。 Further, to achieve the above object, a method as one aspect of the present invention provides a subject's frontal or temporal surface acquired using sensors attached to three different positions on the subject's frontal or temporal region. and a pulse signal acquired using a pulse sensor that acquires the brain potential signal of the subject and the pulse signal of the subject, wherein the activity of the deep brain is derived from each of the acquired brain potential signals. a step of extracting time-series data of specific frequency bands that are the cause of the above; and determining the stress state of the subject based on the correlation value, wherein the step of calculating the correlation value is time-series data extracted for each of the attached sensors A, B, and C. are VA(t), VB(t), and VC(t), for each VA(t) extracted within a predetermined time, VA(T) and VB( T-τ1) and VC (T-τ2) are multiplied only by the combination of τ1 and τ2 when they have the same sign, and the obtained values are added to calculate the correlation value, and the stress state is based on the standard deviation of the intervals of the lattice fringes indicated by the pseudo-three-dimensional display of the triple correlation value distribution, or the region in which the correlation values in the coordinates with the time τ1 and τ2 as the axes are calculated An index value is calculated based on the standard deviation in each of the τ1-axis direction and the τ2-axis direction of the distance between and a second frequency band higher than the first frequency band and different from the first frequency band of the total value of the spectral intensity of each frequency in the first frequency band in the frequency spectrum Calculate the ratio to the total value of the spectral intensity of each frequency within, add the data delay to the index value, and based on the ratio and the index value, one axis (horizontal axis) is the ratio, the other axis ( The stress condition is determined by separating the regions in the high stress state and the low stress state of the subject in the two-dimensional coordinates with the vertical axis) as the index value. It is characterized by including determining the state.

本発明によれば、被験者への負担をより低減させつつ、ストレスを定量的に判定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, stress can be determined quantitatively, reducing the burden on a test subject.

本発明の実施形態によるストレス判定装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a stress determination device according to an embodiment of the present invention; FIG. 中心部にダイポール電流源を持つ均一球モデル表面の電位を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the potential on the surface of a uniform sphere model with a dipole current source in the center. 中心部にダイポール電流源を持つ均一球モデル表面の電位を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the potential on the surface of a uniform sphere model with a dipole current source in the center. 中心部にダイポール電流源を持つ均一球モデル表面の電位を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the potential on the surface of a uniform sphere model with a dipole current source in the center. 中心部にダイポール電流源を持つ均一球モデル表面の電位を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the potential on the surface of a uniform sphere model with a dipole current source in the center. 遅延パラメータ空間上のプロットを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing plots on the delay parameter space; 中心部にダイポール電流源を持つ均一球モデル表面における各電極A、B、Cの電位の時間発展を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the time evolution of the potential of each electrode A, B, C on a uniform sphere model surface with a dipole current source in the center. 本発明の実施形態による脳電位センサの電極の取り付け位置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing attachment positions of electrodes of the brain potential sensor according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるストレス判定装置の機能ブロック図である。1 is a functional block diagram of a stress determination device according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態による電子装置が3重相関値Sを算出する情報処理を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing information processing for calculating a triple correlation value S by the electronic device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による電子装置により作成された、2つの遅延パラメータ(τ1、τ2)が形成する特徴空間上における被験者Aの3重相関値分布の疑似3次元表示を示す図である。Fig. 3 shows a pseudo-three-dimensional representation of the triple correlation value distribution of subject A on the feature space formed by two delay parameters (τ1, τ2), produced by an electronic device according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態による電子装置により作成された、2つの遅延パラメータ(τ1、τ2)が形成する特徴空間上における被験者Bの3重相関値分布の疑似3次元表示を示す図である。Fig. 3 shows a pseudo three-dimensional representation of the triple correlation value distribution of subject B on the feature space formed by two delay parameters (τ1, τ2), produced by an electronic device according to an embodiment of the present invention; 図11の3次元表示の図を上から見た図であって、3つの信号が同符号をとる領域を白で表し、3つの信号のいずれか1つの符号が異なる領域を黒で表した図である。FIG. 12 is a top view of the three-dimensional representation of FIG. 11 , where regions where the three signals have the same sign are represented in white, and regions where the sign of any one of the three signals is different are represented in black. is. 図12の3次元表示の図を上から見た図であって、3つの信号が同符号をとる領域を白で表し、3つの信号のいずれか1つの符号が異なる領域を黒で表した図である。FIG. 13 is a top view of the three-dimensional representation of FIG. 12, with regions where the three signals have the same sign represented in white and regions where the sign of any one of the three signals differs, represented in black. is. 図13、図14より指標SDを算出するときの白の四角形の領域間の縦横方向の各距離dxi(i=1、2、…、m)、dyj(j=1、2、…、n)を説明する図である。Vertical and horizontal distances dxi (i=1, 2, . . . , m) and dyj (j=1, 2, . It is a figure explaining. 第1の実施形態のストレス判定装置を用いて得られた、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における指標値SD/3重相関値Sの平均値と標準偏差を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing average values and standard deviations of index values SD/triple correlation values S in high stress states and low stress states of 18 subjects obtained using the stress determination device of the first embodiment; 第1の実施形態のストレス判定装置を用いて得られた、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における3重相関値Sと指標値SDをプロットした2次元座標を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing two-dimensional coordinates obtained by plotting triple correlation values S and index values SD in the high stress state and low stress state of 18 subjects using the stress determination device of the first embodiment. 本発明の第1の実施形態の他の実施例によるストレス判定装置の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a stress determination device according to another example of the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施形態の他の実施例によるストレス判定装置の帽子装着型電極の外観概要図である。FIG. 10 is a schematic external view of cap-mounted electrodes of the stress determination device according to another example of the first embodiment of the present invention; 図19に示すストレス判定装置の基準電位測定用の導電性ゴム電極概要図を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a schematic diagram of a conductive rubber electrode for reference potential measurement of the stress determination device shown in FIG. 19; 本発明の第2の実施形態のストレス判定装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the stress determination device of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態のストレス判定装置のデータ処理ブロック図である。It is a data processing block diagram of the stress determination device of the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態のストレス判定装置を用いて得られた、低ストレス状態において脈拍信号から生成された脈拍間隔データを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing pulse interval data generated from a pulse signal in a low stress state, obtained using the stress determination device of the second embodiment; 第2の実施形態のストレス判定装置を用いて得られた、高ストレス状態において脈拍信号から生成された脈拍間隔データを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing pulse interval data generated from a pulse signal in a high stress state, obtained using the stress determination device of the second embodiment; 図23の脈拍間隔データに対して離散フーリエ変換を行うことにより生成された周波数スペクトルを示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a frequency spectrum generated by performing a discrete Fourier transform on the pulse interval data of FIG. 23; 図24の脈拍間隔データに対して離散フーリエ変換を行うことにより生成された周波数スペクトルを示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a frequency spectrum generated by performing a discrete Fourier transform on the pulse interval data of FIG. 24; 第2の実施形態のストレス判定装置を用いて得られた、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における第1のストレス指標値(SD/S)と第2のストレス指標値(LF/HF)をプロットした2次元座標を示す図である。The first stress index value (SD/S) and the second stress index value (LF/HF) in the high stress state and low stress state of 18 subjects obtained using the stress determination device of the second embodiment ) are plotted two-dimensional coordinates. 本発明の第3の実施形態のストレス判定装置のデータ処理ブロック図である。It is a data processing block diagram of the stress determination device of the 3rd Embodiment of this invention. 第3のストレス指標値(PCAθ)と主観評価の相関関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a correlation between a third stress index value (PCAθ) and subjective evaluation; 第3の実施形態のストレス判定装置を用いて得られた、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における第1のストレス指標値(SD/S)と第3のストレス指標値(PCAθ)をプロットした2次元座標を示す図である。The first stress index value (SD/S) and the third stress index value (PCAθ) in the high stress state and low stress state of 18 subjects obtained using the stress determination device of the third embodiment are It is a figure which shows the plotted two-dimensional coordinate.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態によるストレス判定装置について説明する。本発明の実施形態によるストレス判定装置100の技術的特徴の1つは、脳の深部の状態を観測することでストレスに伴う脳内活性をより的確に捉え、被験者のストレス状態の判定(評価)を行うことである。最初に測定原理について説明し、その後、ストレス判定装置100の装置構成及び情報処理について説明する。 A stress determination device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. One of the technical features of the stress determination device 100 according to the embodiment of the present invention is that it observes the state of the deep part of the brain to more accurately capture the brain activity associated with stress and determine (evaluate) the stress state of the subject. is to do First, the measurement principle will be described, and then the device configuration and information processing of the stress determination device 100 will be described.

[測定原理]
本実施形態における測定においては、脳深部に等価ダイポール電源を仮定している。ここで、このダイポール電位活動を解析するための電位分布測定を、頭皮上に配置した3つの異なる場所に配置された電極に限定して行う場合を考える。脳深部に電源がある場合には、これら3つの電極で観測される電位波形には強い位相関係が存在するという事実に基づいて、この位相関係を評価する。このようにして、脳深部に仮定した等価ダイポール電源の時間的な挙動を近似的に推定する。これは、地震波に例えれば、表層に震源を持つ地震波が観測地点ごとに大きく異なるのに比し、深部に震源を持つ地震波では、近い距離をおいて配置された地震計ではほぼ同じ振幅・位相のP波が観測されることと同等な現象である。
[Measurement principle]
In the measurement in this embodiment, an equivalent dipole power source is assumed in the deep brain. Now consider the case where potential distribution measurements for analyzing this dipole potential activity are limited to electrodes placed at three different locations on the scalp. This phase relationship is evaluated based on the fact that there is a strong phase relationship between the potential waveforms observed at these three electrodes when the power source is deep in the brain. In this way, the temporal behavior of the equivalent dipole power assumed in the deep brain is approximately estimated. If we compare this to seismic waves, seismic waves with epicenters in the surface layer differ greatly from observation point to observation point, whereas seismic waves with epicenters in deep areas have almost the same amplitude and phase for seismometers placed at a short distance. This phenomenon is equivalent to the observation of the P-wave of .

本実施形態における測定においては、脳深部の活動に基づいて表面に現れる電位波形は近い距離離れた表面においてはほぼ同位相であることから、3つの電位の符号が同一であるデータのみを加算する方式を定義する。すなわち同一符号のデータのみを演算の対象とすることで、相関を有するデータを抽出することができる。ただし、すべてのデータを演算の対象とすることもできる。 In the measurement in this embodiment, since the potential waveforms appearing on the surface based on the activity in the deep part of the brain are almost in phase on the surface at a short distance, only the data with the same sign of the three potentials are added. Define a method. That is, by subjecting only the data of the same code to the calculation target, it is possible to extract correlated data. However, all data can also be the object of calculation.

具体的な情報処理としては、まず3つの電位信号が入力されると、3つの電位が同符号の信号を選択する。1つの例では、電位の符号を判定する際の基準電位は皮質活動を直接反映しない耳朶が用いられる。他の例では、帯域フィルタやデジタルフィルタで直流分が遮断される場合、それぞれの電極ごとの時間平均から見た正負の符号により判定する。 As a specific information processing, first, when three potential signals are input, three potential signals having the same sign are selected. In one example, the ear lobe is used as a reference potential in determining the sign of the potential, which does not directly reflect cortical activity. In another example, when a DC component is blocked by a band-pass filter or a digital filter, determination is made based on the positive/negative sign as viewed from the time average for each electrode.

続いて3重相関値を算出する。3重相関値は、3つの電極からの特定の周波帯域(例えばδ波帯域)の電位信号をそれぞれEVA(t)、EVB(t)、EVC(t)としたとき、1つの電極の電位信号に対し、τ1、τ2の時間ずれのある信号との積を使用する。以下に示す式1は3重相関値Stの1つの例示である。ここでTは3重相関値の演算対象時間であり、Δtは各電位信号のデータサンプリング周期であり、Nは規格化するための定数であって、例えば3つの信号の積の計算回数である。

Figure 0007136264000001
Subsequently, a triple correlation value is calculated. The triple correlation value is the potential signal of one electrode when the potential signals of a specific frequency band (e.g., delta wave band) from the three electrodes are EVA(t), EVB(t), and EVC(t) respectively. , the product of signals with time shifts of τ1 and τ2 is used. Equation 1 shown below is one example of the triple correlation value St. Here, T is the calculation target time of the triple correlation value, Δt is the data sampling period of each potential signal, and N is a constant for normalization, for example, the number of calculations of the product of the three signals. .
Figure 0007136264000001

ここで、上述の演算で得られる遅延パラメータ空間上の3重相関プロットが、脳深部の等価ダイポール電源の挙動とどのような関係にあるかを、均一媒質からなる球状モデルを用いて説明する。以下では、説明の便宜上、球モデル各部の呼称を地球になぞらえ、北極(NP)、南極(SP)、赤道等と記載する。 Here, the relationship between the triple correlation plot on the delay parameter space obtained by the above calculation and the behavior of the equivalent dipole power source in the deep brain will be explained using a spherical model made of a uniform medium. Hereinafter, for convenience of explanation, each part of the spherical model will be referred to as the North Pole (NP), the South Pole (SP), the equator, etc., likened to the Earth.

脳深部の活動は、等価的に、深部に微小電流源があるように脳の表面上で観測されることから、球の中心部に、南極から北極に向かう方向に微小電流源を仮定する。この電流源が球表面上につくる電位分布は、図2に示すように、北半球では+、南半球では-、赤道上ではゼロ電位となる。また、この電流源は、赤道上180度経度の異なる点P1、P2と、NP、SPを含む面内で、周期T秒で時計方向に回転する。回転角度90度ごとに各時点での球表面電位分布は、図3、図4、図5のように逐次変化する。この電位変化を球の表面上に、面P1、NP、P2、SPに平行な三角形の頂点に、3つの電極A、B、Cを配置する。各電極から測定された電位波形は、式1により相関値が計算され、計算結果が図6の遅延パラメータ空間上にプロットされる。 Since deep brain activity is equivalently observed on the surface of the brain as if there is a deep microcurrent source, we hypothesize a microcurrent source in the center of the sphere in the direction from the South Pole to the North Pole. The potential distribution produced by this current source on the surface of the sphere is + in the northern hemisphere, - in the southern hemisphere, and zero potential on the equator, as shown in FIG. In addition, this current source rotates clockwise with a cycle of T seconds in a plane including points P1 and P2, which are 180 degrees longitude different from each other on the equator, and NP and SP. The spherical surface potential distribution at each point in time for every 90 degree rotation angle changes sequentially as shown in FIGS. Three electrodes A, B and C are placed on the vertices of a triangle parallel to the planes P1, NP, P2 and SP on the surface of the sphere. Correlation values of potential waveforms measured from each electrode are calculated by Equation 1, and the calculation results are plotted on the delay parameter space of FIG.

A、B、Cの各電極の電位の時間発展は図7のグラフのようになり、各電極は位相差1/3Tの関係で周期Tの正弦波で変化をする。電極Aを基準にみるとこれらの電極の符号が最も一致するτ1、τ2の値はそれぞれ1/3+kと2/3+k(kは整数)であり、結果として図6における縦横方向に黒丸のプロットで示されるような、周期Tでピークを持つ特性が得られる。またこれらのピークからいずれかの電極が半周期ずれるような位置は、1つの電極が必ず他の2つの電極と逆位相になるため電極の符号が一致することはない。そのため白丸のプロットで示されるような位置は値がプロットされない。 The time evolution of the potential of each electrode of A, B, and C is shown in the graph of FIG. 7, and each electrode changes with a sine wave of period T with a phase difference of 1/3T. When the electrode A is used as a reference, the values of τ1 and τ2 where the signs of these electrodes most match are 1/3+k and 2/3+k (k is an integer), respectively. A characteristic with a peak at period T is obtained, as shown. At positions where one of the electrodes is shifted by half a cycle from these peaks, the signs of the electrodes do not match because one electrode is always in the opposite phase to the other two electrodes. Therefore, no values are plotted at positions indicated by plotted white circles.

上述のように、脳深部の等価ダイポール電源の回転を2次元の遅延パラメータ空間上のプロットとして観測することができる。図7などは、単一の等価ダイポール電源が球状の脳深部で滑らかに回転した場合について記載する。しかしながら、ダイポールが複数ある場合や回転が滑らかでない場合には、図6上のプロットは、同符号条件を満たす個々のケースが複雑に分布し、遅延パラメータ空間上に細かい凹凸となって現れる。 As described above, the rotation of the equivalent dipole power source in the deep brain can be observed as a plot on a two-dimensional delay parameter space. FIG. 7 and others describe the case where a single equivalent dipole source is smoothly rotated in the spherical deep brain. However, when there are multiple dipoles or when the rotation is not smooth, the plots in FIG. 6 show individual cases that satisfy the same sign condition in a complicated distribution, and appear as fine irregularities in the delay parameter space.

[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態のストレス判定装置100は、前頭部に配置した3つの電極により自己報酬系の抑制を表すδ波(例えば2~4Hz)を取得し、3つの時系列データの相関関係から脳の深部の状態を定量的に観測するための値を算出する。ストレス判定装置100は、算出された値をストレス指標値として定め、これにより被験者のストレス状態を判定する。
[First Embodiment]
The stress determination device 100 of the first embodiment of the present invention acquires δ waves (for example, 2 to 4 Hz) representing inhibition of the self-reward system by three electrodes placed on the forehead, and generates three time-series data. A value for quantitatively observing the state of the deep part of the brain is calculated from the correlation. The stress determination device 100 determines the calculated value as the stress index value, and determines the stress state of the subject.

<装置概要>
図1は、本発明の第1の実施形態のストレス判定装置100の概略構成図である。ストレス判定装置100は、脳電位センサ110と、電子装置120と、を含む。
<Equipment overview>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a stress determination device 100 according to a first embodiment of the present invention. Stress determination device 100 includes brain potential sensor 110 and electronic device 120 .

脳電位センサ110は、3つの電極111と、電極111で測定された脳電位信号(脳波データ)を電子装置120へ送信する通信部(図示せず)とを含む。電極111は、頭部に接触して取り付けられ、脳活動に基づく脳電位信号を測定する。脳電位センサ110は、基準電極(図示せず)を更に含む。基準電極は不感電極として使用され、例えば耳朶に取り付けられる電極である。通信部は、3つの電極111のそれぞれから取得された脳電位信号と、基準電極から得られた信号とを電子装置120へ送信し、電子装置120が3つの電極111のそれぞれと基準電極との差分を計算し、3つの脳電位信号の入力とする。或いは、通信部は、3つの電極111のそれぞれと基準電極との差分の信号3つを脳電位信号として電子装置120へ送信するように構成してもよい。なお、電極111は、被験者の脳電位を測定することが可能なあらゆるセンサとすることができる。 Brain potential sensor 110 includes three electrodes 111 and a communication unit (not shown) that transmits brain potential signals (brain wave data) measured by electrodes 111 to electronic device 120 . Electrodes 111 are attached in contact with the head to measure brain potential signals based on brain activity. Brain potential sensor 110 further includes a reference electrode (not shown). The reference electrode is used as a dead electrode, for example an electrode attached to the earlobe. The communication unit transmits a brain potential signal obtained from each of the three electrodes 111 and a signal obtained from the reference electrode to the electronic device 120, and the electronic device 120 communicates between each of the three electrodes 111 and the reference electrode. Calculate the difference and use it as an input for the three brain potential signals. Alternatively, the communication unit may be configured to transmit three difference signals between each of the three electrodes 111 and the reference electrode to the electronic device 120 as brain potential signals. It should be noted that the electrodes 111 can be any sensor capable of measuring brain potentials of the subject.

電極111は、被験者が頭部に脳電位センサ110を装着した場合に、図8に示すような国際10-20法の電極配置にFpz(Fp1、Fp2の中間点として定義)、Oz(O1、O2の中間点として定義)を加えた電極配置のうちのいずれかの位置に配置されるように脳電位センサ110に取り付けられる。 When the subject wears the brain potential sensor 110 on the head, the electrodes 111 are arranged in accordance with the international 10-20 method as shown in FIG. (defined as the midpoint of O2) is attached to the electroencephalogram sensor 110 so as to be placed at any position of the electrode arrangement.

1つの例では、脳電位センサ110は、前頭葉深部のδ波を観測するための3電極を用いるため、被験者により装着された場合に、該被験者の前頭部又は側頭部に3つの電極111が配置されるように構成される。この場合、好ましくは、3つの電極111は国際10-20法におけるF7、F8、T3の部位に配置される。 In one example, the electroencephalogram sensor 110 uses three electrodes for observing delta waves in the deep part of the frontal lobe. are arranged. In this case, the three electrodes 111 are preferably placed at positions F7, F8 and T3 in the International 10-20 method.

好ましくは、脳電位センサ110は、図1に示すように、被験者が頭部に装着したときに前頭部に電極111が当接するように予め電極111が取り付けられたヘッドギア型の脳電位センサである。脳電位センサ110は、予め電極111が配置されたキャップやヘルメット型等であってもよい。1つの例では、脳電位センサ110は、図1に示すように、被験者が頭部に装着したときにF7、F8、T3の部位に電極111が当接するように予め電極111が取り付けられたヘッドギア型の脳電位センサである。ただし、脳電位センサ110は、3つ以上の電極110を有し、ストレス判定装置100は、選択的に3つの電極110から取得された脳電位信号を用いるように構成されてもよい。 Preferably, the brain potential sensor 110 is a headgear-type brain potential sensor to which the electrodes 111 are attached in advance so that the electrodes 111 come into contact with the forehead when the subject wears it on the head, as shown in FIG. be. The electroencephalogram sensor 110 may be a cap or helmet type in which electrodes 111 are arranged in advance. In one example, as shown in FIG. 1, the brain potential sensor 110 is a headgear to which the electrodes 111 are attached in advance so that the electrodes 111 come into contact with the regions F7, F8, and T3 when the subject wears the headgear. type brain potential sensor. However, the brain potential sensor 110 may have three or more electrodes 110 and the stress determination device 100 may be configured to selectively use brain potential signals obtained from the three electrodes 110 .

通信部は無線通信を行い、電極111で取得された脳電位信号を電子装置120へ送信する。ただし、イーサネット(登録商標)ケーブル、USBケーブル等を用いた有線通信を行うこともできる。脳電位センサ110は複数の電極111を有し、そのうちの1つの電極111で測定された脳電位信号を、通信部が電子装置120へ送信するように構成することもできる。 The communication unit performs wireless communication and transmits brain potential signals acquired by the electrodes 111 to the electronic device 120 . However, wired communication using an Ethernet (registered trademark) cable, a USB cable, or the like can also be performed. Brain potential sensor 110 may have a plurality of electrodes 111 , and the communication unit may be configured to transmit a brain potential signal measured by one of electrodes 111 to electronic device 120 .

電子装置120は処理部121、表示部122、入力部123、記憶部124、及び通信部125を備える。これらの各構成部はバス126によって接続されるが、それぞれが必要に応じて個別に接続される形態であってもかまわない。 The electronic device 120 includes a processing section 121 , a display section 122 , an input section 123 , a storage section 124 and a communication section 125 . These components are connected by a bus 126, but they may be individually connected as needed.

電子装置120は、好ましくはスマートフォンであるが、一般的なコンピュータやタブレット型コンピュータなどとすることもできる。 Electronic device 120 is preferably a smart phone, but can also be a general computer, tablet computer, or the like.

処理部121は、電子装置120が備える各部を制御するプロセッサ(例えばCPU)を備えており、記憶部124(例えばメインメモリ)をワーク領域として各種処理を行う。表示部122は、処理部121の制御に従って、ユーザに対して画面を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイから構成される。 The processing unit 121 includes a processor (for example, CPU) that controls each unit included in the electronic device 120, and performs various processes using the storage unit 124 (for example, main memory) as a work area. The display unit 122 displays a screen to the user under the control of the processing unit 121, and is composed of, for example, a liquid crystal display.

入力部123は、電子装置に対するユーザからの入力を受け付けるものであり、例えば、タッチパネル、タッチパッド、キーボード、又はマウスである。記憶部124は、ハードディスク、メインメモリ、及びバッファメモリを含む。ハードディスクにはプログラムが記憶される。ただしハードディスクは、情報を格納できるものであればいかなる不揮発性ストレージ又は不揮発性メモリであってもよく、着脱可能なものであっても構わない。また例えば電子装置120がスマートフォンである場合はROM及びRAMを含む。記憶部124には、プログラムや当該プログラムの実行に伴って参照され得る各種のデータが記憶される。 The input unit 123 receives input from the user to the electronic device, and is, for example, a touch panel, a touch pad, a keyboard, or a mouse. Storage unit 124 includes a hard disk, a main memory, and a buffer memory. Programs are stored on the hard disk. However, the hard disk may be any non-volatile storage or non-volatile memory as long as it can store information, and it may be removable. Also, for example, if the electronic device 120 is a smart phone, it includes ROM and RAM. The storage unit 124 stores programs and various types of data that can be referred to as the programs are executed.

通信部125は無線通信を行い、脳電位センサ110からの脳電位信号を受信し、記憶部124に格納する。ただし、イーサネット(登録商標)ケーブル、USBケーブル等を用いた有線通信を行うこともできる。 The communication unit 125 performs wireless communication, receives brain potential signals from the brain potential sensor 110 , and stores them in the storage unit 124 . However, wired communication using an Ethernet (registered trademark) cable, a USB cable, or the like can also be performed.

図9は本発明の第1の実施形態のストレス判定装置100の機能ブロック図である。ストレス判定装置100は、脳電位信号取得手段201と、演算手段202とを備える。 FIG. 9 is a functional block diagram of the stress determination device 100 of the first embodiment of the invention. The stress determination device 100 includes brain potential signal acquisition means 201 and calculation means 202 .

脳電位信号取得手段201は、被験者の前頭部又は側頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられた電極111を用いて脳電位信号を取得する機能を有するものであり、脳電位センサ110は1つの例示である。脳電位信号取得手段201は、好ましくは、被験者の国際10-20法におけるF7、F8、T3の部位の頭部表面に取り付けられた3つの電極から脳電位信号を取得する機能を有する。 The brain potential signal acquisition means 201 has a function of acquiring brain potential signals using electrodes 111 attached to three different positions on the frontal or temporal region of the subject. is one example. The electroencephalogram signal acquisition means 201 preferably has a function of acquiring electroencephalogram signals from three electrodes attached to the head surface of the subject's F7, F8, and T3 regions according to the International 10-20 method.

演算手段202は、それぞれの電極111において取得された3つの脳電位信号から脳深部の活動に起因する特定の周波数帯(好ましくはδ波帯域)の脳電位データをそれぞれ抽出し、抽出された3つの時系列データの位相関係に基づいてそれぞれの電極111において取得された脳電位信号の相関関係を示す相関値を算出し、該相関値に基づいて被験者のストレス状態を判定する。 The computing means 202 extracts brain potential data in a specific frequency band (preferably the delta wave band) caused by deep brain activity from the three brain potential signals acquired at each electrode 111, and extracts the extracted three brain potential data. A correlation value indicating the correlation between the brain potential signals obtained at the respective electrodes 111 is calculated based on the phase relationship of the two time-series data, and the subject's stress state is determined based on the correlation value.

演算手段202は、プログラムを電子装置120に実行させることで実現される。例えば電子装置120がスマートフォンである場合、プログラムである専用のアプリがダウンロードされて起動されると、演算手段202の機能が実現される。本実施形態では、演算手段202は、以下の情報処理を行うことにより、ストレス状態を判定する。 The computing means 202 is implemented by causing the electronic device 120 to execute a program. For example, if the electronic device 120 is a smart phone, the functions of the computing means 202 are implemented when a dedicated application, which is a program, is downloaded and activated. In this embodiment, the computing means 202 determines the stress state by performing the following information processing.

<情報処理>
頭部に取り付けられた3つの電極をEA、EB、ECとすると、演算手段202(電子装置120)は、各電極111から取得される脳電位信号と、基準電極との差として、電位信号VA(t)、VB(t)、VC(t)を取得する。続いて、演算手段202は、デジタルフィルタ等のバンドパスフィルタによりδ波帯域の周波数帯(2~4Hz)を抽出する。演算手段202は、抽出された電位信号に対して、図10のフローチャートに示す情報処理を実行する。ただし、演算手段202は、δ波帯域以外の特定の周波数帯を抽出することもできる。
<Information processing>
Assuming that the three electrodes attached to the head are EA, EB, and EC, the computing means 202 (electronic device 120) calculates the potential signal VA as the difference between the brain potential signal obtained from each electrode 111 and the reference electrode. (t), VB(t), and VC(t). Subsequently, the computing means 202 extracts the frequency band (2 to 4 Hz) of the delta wave band using a bandpass filter such as a digital filter. The computing means 202 executes the information processing shown in the flowchart of FIG. 10 on the extracted potential signal. However, the computing means 202 can also extract a specific frequency band other than the delta wave band.

図10は、本実施形態による演算手段202が3重相関値Sを算出する情報処理を示すフローチャートである。図10は、i秒からi+1秒における3重相関値Si(i=1、2、…、T)を算出する処理のフローチャートを示す。なお本フローチャートは、趣旨を逸脱しない範囲において変更することができる。 FIG. 10 is a flow chart showing information processing for calculating the triple correlation value S by the calculating means 202 according to this embodiment. FIG. 10 shows a flowchart of processing for calculating the triple correlation value Si (i=1, 2, . . . , T) from the i second to the i+1 second. Note that this flowchart can be modified without departing from the scope of the invention.

ステップ1001において3つの信号が入力されると、ステップ1002において、それぞれの電極111の電位ごとに標準偏差(σA、σB、σC)で割って規格化(EVA(t)=VA(t)/σA、EVB(t)=VB(t)/σB、EVC(t)=VC(t)/σC)する。この規格化処理は1秒ごとに行うのが好ましいが、これに限定されない。また上記3つの信号は、電極EAに対し、電極EBはτ1、電極ECはτ2の時間のずれを有している。 When three signals are input in step 1001, in step 1002, the potential of each electrode 111 is divided by the standard deviation (σ A , σ B , σ C ) and normalized (EVA(t)=VA(t )/σ A , EVB(t)=VB(t)/σ B , EVC(t)=VC(t)/σ C ). This normalization process is preferably performed every second, but is not limited to this. The three signals have a time lag of τ1 for electrode E B and τ2 for electrode E C with respect to electrode E A .

なお前述の周波数抽出処理は、規格化処理後に行われてもよい。また規格化処理の前には、ノイズ処理を行うのが好ましい。ノイズ処理は、例えば、1)±100μV以上のセグメントを除く、2)フラットな電位(25msec以上一定の電位だった場合)を除く、3)±1μV以内の電位が1秒以上続く場合は除く、という処理から構成される。 Note that the frequency extraction processing described above may be performed after the normalization processing. Also, it is preferable to perform noise processing before the normalization processing. Noise processing, for example, 1) excluding segments of ±100 μV or more, 2) excluding flat potentials (when the potential was constant for 25 msec or more), 3) excluding cases where the potential within ±1 μV lasts for 1 second or more, It consists of the process of

続いてステップ1003において、3つの信号の符号がすべて正(EVA(t)>0、EVB(t-τ1)>0、EVC(t-τ2)>0)、又はすべて負(EVA(t)<0、EVB(t-τ1)<0、EVC(t-τ2)<0)の信号のみを計算対象とする処理をする。 Then in step 1003, the signs of the three signals are all positive (EVA(t)>0, EVB(t-τ1)>0, EVC(t-τ2)>0) or all negative (EVA(t)< 0, EVB(t-τ1) < 0, EVC(t-τ2) < 0) signals are subject to calculation.

ステップ1004において、時間ずれのある3つの電位信号の積を加算することで、3重相関値(3重相関値の1要素)を算出する。3重相関値の算出は、tがt=i+1秒となるまでΔt秒ずつずらして行う(S1006,S1007)。例えば、電位データサンプリング周波数をfs(Hz)とすると、fs=200Hzの場合はΔt=1/fs=0.005秒ずつずらして、3つの電位信号の積を算出する。本フローチャートにおいては3重相関値を算出するとともに3つの信号が正または負になった時の回数Nを求め(S1005)、最後に割る(S1008)。 In step 1004, a triple correlation value (one element of the triple correlation value) is calculated by adding products of three potential signals with time lag. The calculation of the triple correlation value is performed by shifting Δt seconds until t reaches t=i+1 seconds (S1006, S1007). For example, if the potential data sampling frequency is fs (Hz), when fs=200 Hz, the product of three potential signals is calculated with a shift of Δt=1/fs=0.005 seconds. In this flowchart, the triple correlation value is calculated, and the number of times N when the three signals become positive or negative is obtained (S1005), and finally divided (S1008).

ステップ1003~ステップ1007では、3つの信号の符号がすべて同符号である場合のtについて、以下に示す式2を計算することにより、3重相関値Siを算出する。

Figure 0007136264000002
(i=1、2、…、T、τ1=Δt、2Δt、…、1(秒)、τ2=Δt、2Δt、…、1(秒)) In steps 1003 to 1007, the triple correlation value Si is calculated by calculating Equation 2 shown below for t when all three signals have the same sign.
Figure 0007136264000002
(i = 1, 2, ..., T, τ1 = Δt, 2Δt, ..., 1 (second), τ2 = Δt, 2Δt, ..., 1 (second))

このようにして、1秒ごとにSiを全データT秒まで算出する(S1、S2、・・・、ST)。T(秒)は好ましくは10(秒)である。上記のとおり、3重相関値は、全データ(T秒)について一度に算出されるのではなく、所定時間ごとに、例えば図10に示すように1秒ごとに算出される。最終的に算出される3重相関値Sは、T個の3重相関値Siの平均値である。 In this way, Si is calculated every second up to T seconds of all data (S 1 , S 2 , . . . , S T ). T (seconds) is preferably 10 (seconds). As described above, the triple correlation value is not calculated for all data (T seconds) at once, but is calculated every predetermined time, for example, every second as shown in FIG. The finally calculated triple correlation value S is the average value of the T triple correlation values Si.

時間ずれτ1、τ2についても、Δt秒ずつずらして3重相関値Sを算出する。τ1及びτ2の取りうる値はΔtの整数倍に等しい1秒以下の時間であるが、これらの値の大きさの最大値は1秒に限定されない。なお3重相関値は、3つの信号の符号判定を行わずに、式2によって算出することもできる。 Also for the time shifts τ1 and τ2, the triple correlation value S is calculated by shifting by Δt seconds. Possible values of τ1 and τ2 are times equal to integral multiples of Δt and less than 1 second, but the maximum magnitude of these values is not limited to 1 second. Note that the triple correlation value can also be calculated by Equation 2 without performing sign determination of the three signals.

更に演算手段202は、遅延時間τ1、τ2をそれぞれ、Δt秒、2Δt秒、…、1秒ずつずらして算出された3重相関値Sを、2つの遅延パラメータ(τ1、τ2)が形成する特徴空間上にプロットする機能を有する。これにより、2つの遅延パラメータ(τ1、τ2)が形成する特徴空間上にプロットされた3重相関値分布の疑似3次元表示をすることができる。 Furthermore, the calculating means 202 is characterized in that the two delay parameters (τ1, τ2) form the triple correlation value S calculated by shifting the delay times τ1 and τ2 by Δt seconds, 2Δt seconds, . It has the function of plotting in space. As a result, a pseudo three-dimensional representation of the triple correlation value distribution plotted on the feature space formed by the two delay parameters (.tau.1, .tau.2) can be obtained.

図11は、一の被験者(被験者A)から取得される脳電位信号に基づく3重相関値分布の疑似3次元表示であるが、相関を有しないデータの影響を排除するため、予め定められたtの値、例えばt=i+1、においてEVA(t)、EVB(t-τ1)及びEVC(t-τ2)のすべてが同符号であったSi(τ1,τ2)のみをプロットしたものである。プロットするSiをこのように限定することにより、ノイズを除去し、より良い精度で3重相関値分布の疑似3次元表示を示すことができる。 FIG. 11 is a pseudo three-dimensional display of the triple correlation value distribution based on the brain potential signal acquired from one subject (subject A). Only Si(τ1, τ2) where EVA(t), EVB(t−τ1) and EVC(t−τ2) all had the same sign at a value of t, eg t=i+1, is plotted. By limiting the plotted Si in this way, noise can be removed and a pseudo-three-dimensional representation of the triple correlation value distribution can be shown with better accuracy.

図12は、図11と同様にして、他の一の被験者(被験者B)から取得される脳電位信号に基づく3重相関値分布の疑似3次元表示である。図11の特徴空間内の3重相関分布は滑らかであるのに対して、図12の特徴空間内の3重相関分布は細かいピークが複雑に分布する場合が多いことが確認できる。 FIG. 12, like FIG. 11, is a pseudo three-dimensional representation of triple correlation value distribution based on brain potential signals acquired from another subject (subject B). While the triple correlation distribution in the feature space of FIG. 11 is smooth, it can be confirmed that the triple correlation distribution in the feature space of FIG. 12 often has complex distributions of fine peaks.

更に演算手段202は、上記の3重相関値分布の疑似3次元表示を用いて、指標値SDを算出する機能を有する。図11及び図12で示したように、2つの遅延時間パラメータ空間内で、被験者Aのデータでは樹木状の分布が規則的に並ぶのに対し、被験者Bのデータでは樹木状の分布の不規則性が大きい。この差を定量的に表現するために、図13に示すように、樹木の列がτ1、τ2軸に平行となるように、座標軸を回転する。図13は、図11に示す3次元表示を上から見た図で、3つの波形が同符号をとる領域を白で表示し、3信号のどれか1つ符号が異なる領域を黒で表す。このような表示をすると、被験者Aの場合には規則的な格子縞となるのに対して、被験者Bの場合には、図14に示すように、格子縞が乱れることが確認できる。この乱れを定量化した指標が指標値SDである。 Further, the calculation means 202 has a function of calculating the index value SD using the pseudo three-dimensional representation of the triple correlation value distribution. As shown in FIGS. 11 and 12, within the two delay time parameter spaces, subject A's data has a regular dendritic distribution, whereas subject B's data has an irregular dendritic distribution. sexuality is great. In order to express this difference quantitatively, as shown in FIG. 13, the coordinate axes are rotated so that the rows of trees are parallel to the τ1 and τ2 axes. FIG. 13 is a top view of the three-dimensional display shown in FIG. 11. Regions where the three waveforms have the same sign are shown in white, and regions where one of the three signals has a different sign are shown in black. When such a display is performed, it can be confirmed that the checkered pattern of the subject A is regular, while the checkered pattern of the subject B is disordered as shown in FIG. 14 . An index that quantifies this disturbance is the index value SD.

図13及び図14に示すように白い四角形の領域は、隣接する白い四角形の領域と、縦横方向にそれぞれ間隔を有する。その間隔を図15に示すように、dxi(i=1,2、…、m)、dyj(j=1,2、…、n)とする。このdxiとdyjがτ1方向とτ2方向において、それぞれ白い四角形の縦横が均等に並んでいるか、又は白い四角形が乱れて並んでいるかを判断することで乱れ具合を定量化することができる。 As shown in FIGS. 13 and 14, each white square area is spaced vertically and horizontally from adjacent white square areas. As shown in FIG. 15, the intervals are dxi (i=1, 2, . . . , m) and dyj (j=1, 2, . . . , n). It is possible to quantify the degree of disorder by determining whether the white squares are aligned vertically and horizontally in the τ1 direction and the τ2 direction of dxi and dyj, respectively, or whether the white squares are disorderly aligned.

具体的には式3、式4に示すように、m個のdxiの標準偏差Std_dxとn個のdyjの標準偏差Std_dyを算出する。

Figure 0007136264000003
Specifically, as shown in Equations 3 and 4, the standard deviation Std_dx of m dxi and the standard deviation Std_dy of n dyj are calculated.
Figure 0007136264000003

指標値SDは、式5に示すように、2つの標準偏差の平均値である。

Figure 0007136264000004
The index value SD is the average value of two standard deviations, as shown in Equation 5.
Figure 0007136264000004

上述したように、演算手段202(ストレス判定装置100)は、3重相関値S及び指標値SDを用いて脳深部の状態をストレス指標値(第1のストレス指標値)として定量化して観測し、これにより被験者のストレス状態を判定する。ここで、3重相関値Sは、3つの脳電位信号の相関(位相関係)を示すものであり、一方、指標値SDは、乱れ具合、ばらつき具合を示すものである。 As described above, the calculation means 202 (stress determination device 100) quantifies and observes the state of the deep brain as a stress index value (first stress index value) using the triple correlation value S and the index value SD. , thereby determining the stress state of the subject. Here, the triple correlation value S indicates the correlation (phase relationship) of the three brain potential signals, while the index value SD indicates the degree of disturbance and variation.

1つの例では、演算手段202は、指標値SDを3重相関値Sで割ることにより算出される値をストレス指標値として定め、ストレス指標値により被験者のストレス状態を判定する。この場合、演算手段202は、ストレス指標値SD/Sが大きいほど被験者のストレスが大きいと判断する。1つの例では、ストレス指標値SD/Sが9以上の場合、被験者は高ストレス状態であると判断する。 In one example, the computing means 202 determines the value calculated by dividing the index value SD by the triple correlation value S as the stress index value, and determines the stress state of the subject based on the stress index value. In this case, the computing means 202 determines that the greater the stress index value SD/S, the greater the stress of the subject. In one example, when the stress index value SD/S is 9 or more, it is determined that the subject is in a high stress state.

他の例では、演算手段202は、3重相関値Sをストレス指標値として定める。この場合、3重相関値Sが小さいほど被験者のストレスが大きいと判断する。同様にして、他の例では、演算手段202は、指標値SDをストレス指標値として定める。この場合、指標値SDが大きいほど被験者のストレスが大きいと判断する。 In another example, the computing means 202 determines the triple correlation value S as the stress index value. In this case, it is determined that the smaller the triple correlation value S, the greater the subject's stress. Similarly, in another example, the computing means 202 determines the index value SD as the stress index value. In this case, it is determined that the greater the index value SD, the greater the subject's stress.

<実施例>
以下の実験結果により、第1の実施形態のストレス判定装置100を用いて、ストレス状態を判定できることを説明する。
<Example>
Based on the following experimental results, it will be explained that the stress condition can be determined using the stress determination device 100 of the first embodiment.

本実験においては、被験者18名のそれぞれに対し、安静開眼(120s)、タスク(380s)の状態に順次なってもらい、それぞれの状態における脳電位信号を取得した。このとき被験者に対しては図2に示す21電極を頭皮上に設置し、21電極から脳電位信号を取得した。本実験において用いた電極は、ストレス判定装置100における電極111と同等のものである。 In this experiment, each of the 18 subjects was asked to undergo a resting eye-opening (120 s) state and a task (380 s) state in sequence, and brain potential signals were acquired in each state. At this time, 21 electrodes shown in FIG. 2 were placed on the scalp of the subject, and brain potential signals were obtained from the 21 electrodes. The electrodes used in this experiment are equivalent to the electrodes 111 in the stress determination device 100 .

ここで、タスク(漢字)とは、被験者が監視者の前で難読な漢字を大声で読むことを強制された状態(高ストレス状態)であり、安静開眼とは、被験者が目を開けて安静にしている状態(低ストレス状態)である。 Here, the task (kanji) is a state in which the subject is forced to read obfuscated kanji out loud in front of the supervisor (high stress state). It is a state (low stress state) where

なお、取得された脳電位信号には(特に前頭部の電極から取得される脳電位信号には)瞬き等による脳波以外の過大生体ノイズが混入するため、脳電位信号の解析を行う前に、これらのノイズを除去し、更に2~4Hzの周波数帯域(δ波帯域)を抽出した。 It should be noted that the acquired EEG signal (particularly EEG signal acquired from the frontal electrodes) contains excessive biological noise other than EEG due to blinking, etc. Therefore, before analyzing the EEG signal, , these noises were removed, and a frequency band of 2 to 4 Hz (delta wave band) was extracted.

以下では、F7、F8、T3の部位に取り付けられた電極111から取得された脳電位信号の解析について、例えばストレス指標値の算出について、説明する。 Analysis of brain potential signals acquired from electrodes 111 attached to sites F7, F8, and T3, for example, calculation of stress index values, will be described below.

図16は、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における指標値SD/3重相関値Sの平均値と標準偏差を示す図である。図に示すとおり、算出されるストレス指標値SD/Sが大きいほど被験者のストレスが大きい。1つの例では、被験者のストレス指標値SD/Sが9以上であるとき、被験者はストレスを感じていると判定することができる。 FIG. 16 is a diagram showing the average value and standard deviation of the index value SD/triple correlation value S in the high stress state and low stress state of 18 subjects. As shown in the figure, the greater the calculated stress index value SD/S, the greater the subject's stress. In one example, when the subject's stress index value SD/S is 9 or more, it can be determined that the subject is feeling stress.

図17は、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における3重相関値Sと指標値SDをプロットした図であり、一方の軸(横軸)を3重相関値S、他方の軸(縦軸)を指標値SDとした2次元座標を示す。図に示すとおり、当該2次元座標において、被験者の高ストレス状態と低ストレス状態における領域を分離することにより、ストレス状態を判定することができる。 FIG. 17 is a diagram plotting the triple correlation value S and the index value SD in the high stress state and low stress state of 18 subjects, one axis (horizontal axis) the triple correlation value S, the other axis ( 2-dimensional coordinates with the vertical axis) as the index value SD. As shown in the figure, the stress state can be determined by separating regions in the subject's high stress state and low stress state in the two-dimensional coordinates.

なお本実験では、F7、F8、T3の部位に取り付けられた電極111から取得された脳電位信号を用いた解析について説明した。これは、この場合が、ストレス状態と安静状態で最も大きな差が得られたためである。ただし、これらの3つの部位以外に取り付けられた電極111から取得された脳電位信号を用いた場合であっても、同様の結果を得られる場合がある。 In this experiment, the analysis using brain potential signals obtained from the electrodes 111 attached to the sites F7, F8, and T3 was explained. This is because in this case the largest difference was obtained between the stressed state and the resting state. However, similar results may be obtained even when brain potential signals obtained from electrodes 111 attached to sites other than these three sites are used.

<作用効果>
このような構成とすることにより、本実施形態では、前頭部又は側頭部に取り付けられた3つの電極111より取得される脳電位信号から3重相関値及び指標値を算出することにより、被験者のストレス状態を判定する。これにより、被験者はストレス状態を判定したい場合に、後頭部よりも電極が取り付けやすい前頭部又は側頭部に電極111を3つ取り付ければよいので、被験者への負担をより低減させることが可能となる。また、脳深部の状態に基づいた定量的なストレス判定を行うことが可能となる。
<Effect>
With such a configuration, in this embodiment, by calculating the triple correlation value and the index value from the brain potential signals acquired from the three electrodes 111 attached to the frontal region or the temporal region, Determine the stress state of the subject. As a result, when the subject wants to determine the stress state, the three electrodes 111 can be attached to the forehead or temporal region, which is easier to attach than the occipital region, so that the burden on the subject can be further reduced. Become. Moreover, it becomes possible to perform quantitative stress determination based on the state of the deep part of the brain.

<他の実施例>
図18は、本発明の第1の実施形態の他の実施例によるストレス判定装置100の概略構成図である。ストレス判定装置100は、3つの電極111及び基準電極112を含む頭部装着部113と、3つの電極111と信号ケーブルで接続された3ch増幅器・帯域フィルタ130と、3ch増幅器・帯域フィルタ130と信号ケーブルで接続された電子装置120と、を有する。
<Other Examples>
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a stress determination device 100 according to another example of the first embodiment of the present invention. The stress determination device 100 includes a head-mounted part 113 including three electrodes 111 and a reference electrode 112, a 3-channel amplifier/band-pass filter 130 connected to the three electrodes 111 with a signal cable, and a 3-channel amplifier/band-pass filter 130 and a signal and an electronic device 120 connected by a cable.

基準電極112は、基準電位測定用の電極であり、不感電極として使用され、好ましくは耳朶接続用クリップ電極である。基準電極112は、3ch増幅器・帯域フィルタ130に接続される。 The reference electrode 112 is an electrode for reference potential measurement, is used as an insensitive electrode, and is preferably an earlobe-connecting clip electrode. The reference electrode 112 is connected to a 3ch amplifier/bandpass filter 130 .

3つの電極111は、固定具114によって固定される。頭部装着部113は、3つの電極111を固定する固定具114を含む。頭部装着部113は、例えばヘルメットから切り出したブーメラン状プラスティック製の装着部であってもよいし、図1に示すようなヘッドギア形状の装着部であってもよい。頭部装着部113は、好ましくは、被験者が頭部装着部113を装着した場合に、3つの電極が国際10-20法におけるFp1、Fp2、F8の部位に当接するように電極が配置されている。電極111は、好ましくは生理食塩水を含んだ多孔質ファイバー電極であり、電極111上部は導線接続用金属円筒で構成される。 The three electrodes 111 are fixed by fixtures 114 . The head-mounted part 113 includes fixtures 114 that fix the three electrodes 111 . The head mounting portion 113 may be, for example, a boomerang-shaped plastic mounting portion cut out from a helmet, or may be a headgear-shaped mounting portion as shown in FIG. The head-mounted part 113 preferably has electrodes arranged so that when the subject wears the head-mounted part 113, the three electrodes come into contact with the regions Fp1, Fp2, and F8 according to the International 10-20 method. there is The electrode 111 is preferably a porous fiber electrode containing physiological saline, and the upper portion of the electrode 111 is composed of a metal cylinder for wire connection.

図19は、他の実施例によるストレス判定装置100の帽子装着型電極の外観概要図である。図20は、基準電位測定用の導電性ゴム電極の外観概要図である。頭部装着部113は、メッシュ状帽子に測定用の電極111が3つ取り付けられたものである。電極111はプリアンプ115と接続されたシールドケーブル116と接続され、好ましくは食塩水を含んだ多孔質導電性ゴムが使用される。 FIG. 19 is a schematic external view of cap-mounted electrodes of the stress determination device 100 according to another embodiment. FIG. 20 is a schematic external view of a conductive rubber electrode for reference potential measurement. The head-mounted part 113 is a mesh hat to which three measurement electrodes 111 are attached. The electrode 111 is connected to a shielded cable 116 which is connected to a preamplifier 115, preferably using porous conductive rubber containing saline.

プリアンプ115は、3ch増幅器・帯域フィルタ130の増幅器の機能を有するものであり、帯域フィルタを経由して電子装置120に接続される。基準電極112は、プリアンプ115と電気的に接続された導電性ゴム電極117であり、これによって耳朶接続用クリップ電極は不要となる。ここで、導電性ゴム状の電位均一化と、プリアンプ115からのケーブル接続の際の接触抵抗の低減を図るため、円周状の導電性ゴム電極117と帽子の間には金属フィルム118が設置される。 The preamplifier 115 has the amplifier function of the 3ch amplifier/bandpass filter 130 and is connected to the electronic device 120 via the bandpass filter. The reference electrode 112 is a conductive rubber electrode 117 electrically connected to the preamplifier 115, thereby eliminating the need for earlobe-connecting clip electrodes. A metal film 118 is placed between the circumferential conductive rubber electrode 117 and the cap in order to equalize the potential of the conductive rubber and reduce the contact resistance when connecting the cable from the preamplifier 115 . be done.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態のストレス判定装置100は、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様の構成を有し、被験者の脈拍を測定する脈拍センサを更に備えたものである。
[Second embodiment]
The stress determination device 100 of the second embodiment of the present invention has the same configuration as the stress determination device 100 of the first embodiment, and further includes a pulse sensor for measuring the subject's pulse.

生体がストレスを受けると、一次的には情動の発現を司る扁桃体の活動が活発になるが、その結果は、2次的な反応として、前頭深部に位置する側坐核を中心として自己報酬系への抑制がもたらされる。これと並行して、扁桃体の活動は、情動の発現機構の一つである視床下部に位置する自律神経系にも働きかけ、心拍数や血圧にも影響が及ぼされる。特に、心拍数については、ストレスの少ない生体については、呼吸や精神活動に伴い、通常数%の心拍ゆらぎが見られ、自律神経系が正常に働いていることの証とも考えられている。第2の実施形態のストレス判定装置100は、ストレス状態をより精度よく判定するために、脈拍データを更に用いてストレス状態を判定する。 When the body receives stress, the activity of the amygdala, which governs the expression of emotions, becomes active primarily, but as a result of this, as a secondary reaction, the self-reward system centered on the nucleus accumbens located in the deep frontal region is activated. restraint on In parallel with this, the activity of the amygdala also affects the autonomic nervous system located in the hypothalamus, which is one of the expression mechanisms of emotion, and affects heart rate and blood pressure. In particular, heart rate fluctuates by several percent due to respiration and mental activity in a less stressed living body, which is considered to be proof that the autonomic nervous system is functioning normally. The stress determination device 100 of the second embodiment further uses pulse data to determine the stress state in order to determine the stress state more accurately.

第2の実施形態のストレス判定装置100においても、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様にして、3重相関値Sや指標値SDを用いる。本実施形態において、3重相関値Sの算出や指標値SDの算出など、脳深部の状態の観測に関しては第1の実施形態と同様であるため、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。 The stress determination device 100 of the second embodiment also uses the triple correlation value S and the index value SD in the same manner as the stress determination device 100 of the first embodiment. In this embodiment, the observation of the state of the deep part of the brain, such as the calculation of the triple correlation value S and the index value SD, is the same as in the first embodiment. explain.

第2の実施形態のストレス判定装置100は、脳電位センサ110と、電子装置120と、脈拍センサ(図示せず)を含む。脈拍センサは、被験者の脈拍データを取得することが可能なあらゆるセンサとすることができる。脈拍センサは、脈拍データを脈拍信号として電子装置120へ送信する通信部(図示せず)を含む。通信部は無線通信を行い、脈拍センサで取得された脈拍データを電子装置120へ送信する。ただし、イーサネット(登録商標)ケーブル、USBケーブル等を用いた有線通信を行うこともできる。 A stress determination device 100 of the second embodiment includes a brain potential sensor 110, an electronic device 120, and a pulse sensor (not shown). A pulse sensor can be any sensor capable of obtaining pulse data of a subject. The pulse sensor includes a communication unit (not shown) that transmits pulse data as a pulse signal to electronic device 120 . The communication unit performs wireless communication and transmits pulse data acquired by the pulse sensor to the electronic device 120 . However, wired communication using an Ethernet (registered trademark) cable, a USB cable, or the like can also be performed.

図21は本発明の第2の実施形態のストレス判定装置100の機能ブロック図である。ストレス判定装置100は、脳電位信号取得手段201と、演算手段202と、脈拍信号取得手段203とを備える。脳電位信号取得手段201及び演算手段202は、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様の機能を有する。以下では、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。 FIG. 21 is a functional block diagram of the stress determination device 100 of the second embodiment of the invention. The stress determination device 100 includes brain potential signal acquisition means 201 , calculation means 202 , and pulse signal acquisition means 203 . The brain potential signal acquisition means 201 and the calculation means 202 have the same functions as the stress determination device 100 of the first embodiment. Differences from the first embodiment will be mainly described below.

脈拍信号取得手段203は、被験者の脈拍信号(脈拍データ)を取得する機能を有するものであり、脈拍センサは1つの例示である。本実施形態では、演算手段202は、以下の情報処理を行うことにより、ストレス状態を判定する。 The pulse signal acquisition means 203 has a function of acquiring a pulse signal (pulse data) of a subject, and a pulse sensor is one example. In this embodiment, the computing means 202 determines the stress state by performing the following information processing.

図22は、本発明の第2の実施形態のストレス判定装置100のデータ処理ブロック図である。図に示すように、演算手段202(ストレス判定装置100)は、脳電位データを取得し(S2201)、例えばSD/Sなどのストレス指標値(第1のストレス指標値)を算出する(S2202)。当該情報処理は、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様である。上記処理とは別に、演算手段202は、脈拍データを取得し(S2211)、脈拍データに基づいてストレス指標値(第2のストレス指標値)を算出する(S2
212)。演算手段202は、上記のとおり算出された2つの指標値を用いて、被験者のストレス状態を判定する(S2221)。
FIG. 22 is a data processing block diagram of the stress determination device 100 of the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the computing means 202 (stress determination device 100) acquires brain potential data (S2201), and calculates a stress index value (first stress index value) such as SD/S (S2202). . The information processing is the same as that of the stress determination device 100 of the first embodiment. Separately from the above process, the computing means 202 acquires pulse data (S2211) and calculates a stress index value (second stress index value) based on the pulse data (S2211).
212). The calculating means 202 determines the subject's stress state using the two index values calculated as described above (S2221).

このとき、同じ時間に取得される脳電位データ及び脈拍データに基づいた2つの指標値により判定を行うため、演算手段202は、好ましくは、第1のストレス指標値にデータ遅延をつける(S2203)。これはストレス状態を判定するための脈拍データの取得は数分、例えば2~3分、程度必要であることから、第2のストレス指標値の算出は、脳波から直接観測して算出される第1のストレス指標値の算出よりも時間を要するためである。ただし、データ遅延の処理は、ステップ2221のデータ演算と同時に実行してもよい。 At this time, since two index values based on brain potential data and pulse data acquired at the same time are used for determination, the calculation means 202 preferably adds a data delay to the first stress index value (S2203). . This is because it takes several minutes, for example, 2 to 3 minutes to acquire pulse data for determining the stress state. This is because it takes more time than calculation of the stress index value of 1. However, the data delay processing may be performed simultaneously with the data calculation in step 2221 .

次に、ステップ2212における第2のストレス指標値の算出処理について説明する。演算手段202は、脈拍信号から脈拍のRR間隔の時系列データである脈拍間隔データを生成する。 Next, the process of calculating the second stress index value in step 2212 will be described. The calculating means 202 generates pulse interval data, which is time-series data of RR intervals of the pulse, from the pulse signal.

演算手段202は、脈拍間隔データに対して離散フーリエ変換を行うことで周波数スペクトルを算出する。演算手段202は、周波数スペクトルにおける低周波数成分である第1の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値の、第1の周波数帯域より高い周波数帯域であって第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の各周波数のスペクトル強度の合計値に対する比率を算出する。例えば、周波数スペクトルは、0~1Hzの周波数帯域で算出し、第1の周波数帯域は0.05~0.15Hz、第2の周波数帯域は0.15~0.40Hzである。 The calculating means 202 calculates a frequency spectrum by performing a discrete Fourier transform on the pulse interval data. The calculating means 202 calculates the total value of the spectral intensity of each frequency in the first frequency band, which is the low frequency component in the frequency spectrum, in a frequency band higher than the first frequency band and different from the first frequency band. A ratio of the spectral intensity of each frequency in the second frequency band to the total value is calculated. For example, the frequency spectrum is calculated in a frequency band of 0-1 Hz, the first frequency band being 0.05-0.15 Hz and the second frequency band being 0.15-0.40 Hz.

演算手段202は、算出された比率を第2のストレス指標値として定め、第1のストレス指標値及び第2のストレス指標値に基づいてストレス状態を判定する。1つの例では、一方の軸(横軸)を第2のストレス指標値、他方の軸(縦軸)を第1のストレス指標値とした2次元座標において、被験者の高ストレス状態と低ストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定することができる。 The calculating means 202 determines the calculated ratio as the second stress index value, and determines the stress state based on the first stress index value and the second stress index value. In one example, the subject's high stress state and low stress state are shown in two-dimensional coordinates in which one axis (horizontal axis) is the second stress index value and the other axis (vertical axis) is the first stress index value. The stress state can be determined by isolating the regions in .

第2の実施形態の他の実施例においては、演算手段202は、脈拍間隔データから脈拍間隔値ごとの出現頻度を示す脈拍ヒストグラムを生成する。演算手段202は、脈拍ヒストグラムにおける、脈拍間隔が大きい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値の、脈拍間隔が小さい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値に対する比率を算出する。1つの例では、演算手段202は、脈拍ヒストグラムにおいて、脈拍間隔が大きい方から順に抽出された複数のデータであって該脈拍ヒストグラムを構成するデータのうちの7%に相当する量のデータの分散の合計値の、脈拍間隔が大きい方から順に抽出された当該7%に相当する量のデータの分散の合計値に対する比率を算出する。 In another example of the second embodiment, the computing means 202 generates a pulse histogram showing the frequency of appearance for each pulse interval value from the pulse interval data. The calculating means 202 compares the sum of the variances of the predetermined amount of data extracted in order from the shortest pulse interval in the pulse histogram to the sum of the variances of the predetermined amount of data extracted in order from the shortest pulse interval. Calculate the ratio. In one example, the calculating means 202 calculates the variance of the data corresponding to 7% of the data constituting the pulse histogram, which are a plurality of data extracted in order from the longest pulse interval in the pulse histogram. to the sum of the variances of the data corresponding to the 7% extracted in descending order of the pulse interval.

演算手段202は、算出された比率を第2のストレス指標値として定め、第1のストレス指標値及び第2のストレス指標値に基づいてストレス状態を判定する。1つの例では、一方の軸(横軸)を第2のストレス指標値、他方の軸(縦軸)を第1のストレス指標値とした2次元座標において、被験者の高ストレス状態と低ストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定することができる。 The calculating means 202 determines the calculated ratio as the second stress index value, and determines the stress state based on the first stress index value and the second stress index value. In one example, the subject's high stress state and low stress state are shown in two-dimensional coordinates in which one axis (horizontal axis) is the second stress index value and the other axis (vertical axis) is the first stress index value. The stress state can be determined by isolating the regions in .

<実施例>
以下の実験結果により、第2の実施形態のストレス判定装置100を用いて、ストレス状態を判定できることを説明する。実験の条件は、第1の実施形態の場合と同様であるが、本実験においては、第1のストレス指標値算出のためにF7、F8、T3から脳電位信号を取得するとともに、第2のストレス指標値算出のために被験者18名それぞれから脈拍信号を取得した。図23は、低ストレス状態において脈拍信号から生成された脈拍間隔
データを示し、図24は、高ストレス状態において脈拍信号から生成された脈拍間隔データを示す。
<Example>
Based on the following experimental results, it will be described that the stress state can be determined using the stress determination device 100 of the second embodiment. The experimental conditions were the same as in the first embodiment. A pulse signal was obtained from each of the 18 subjects to calculate the stress index value. FIG. 23 shows pulse interval data generated from the pulse signal in a low stress state, and FIG. 24 shows pulse interval data generated from the pulse signal in a high stress state.

図25は、図23の脈拍間隔データに対して離散フーリエ変換を行うことにより生成された周波数スペクトルを示し、図26は、図24の脈拍間隔データに対して離散フーリエ変換を行うことにより生成された周波数スペクトルを示す。ここで、各被験者の低ストレス状態と高ストレス状態のそれぞれにおいて、低周波数帯域(0.05~0.15Hz)のスペクトル強度の、高周波数帯域(0.15~0.40Hz)のスペクトル強度に対する比率(LF/HF)を算出し、第2のストレス指標値とする。 25 shows the frequency spectrum generated by performing the discrete Fourier transform on the pulse interval data of FIG. 23, and FIG. 26 illustrates the frequency spectrum generated by performing the discrete Fourier transform on the pulse interval data of FIG. shows the frequency spectrum. Here, in each subject's low stress state and high stress state, the spectral intensity of the low frequency band (0.05 to 0.15 Hz) relative to the spectral intensity of the high frequency band (0.15 to 0.40 Hz) A ratio (LF/HF) is calculated and used as a second stress index value.

図27は、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における第1のストレス指標値(SD/S)と第2のストレス指標値(LF/HF)をプロットした図であり、一方の軸(横軸)をLF/HF、他方の軸(縦軸)をSD/Sとした2次元座標を示す。図に示すとおり、当該2次元座標において、被験者の高ストレス状態と低ストレス状態における領域を分離することにより、ストレス状態を判定することができる。1つの例では、F1=3(LF/HF)+SD/S-12.5と定め、F1>0であれば高ストレス状態であると判定し、F1≦0であれば低ストレス状態と判定する。ただし、F1の示す式は一例であって、これに限定されない。 FIG. 27 is a diagram plotting the first stress index value (SD/S) and the second stress index value (LF/HF) in the high stress state and low stress state of 18 subjects, one axis ( LF/HF on the horizontal axis) and SD/S on the other axis (vertical axis). As shown in the figure, the stress state can be determined by separating regions in the subject's high stress state and low stress state in the two-dimensional coordinates. In one example, F1=3(LF/HF)+SD/S-12.5, and if F1>0, it is determined to be in a high stress state, and if F1≦0, it is determined to be in a low stress state. . However, the formula indicated by F1 is an example, and is not limited to this.

<作用効果>
このような構成とすることにより、本実施形態では、前頭部又は側頭部に取り付けられた3つの電極111より取得される脳電位信号から第1のストレス指標値を算出するとともに、脈拍センサから取得される脈拍信号から第2のストレス指標値を算出することにより、被験者のストレス状態を判定する。これにより、被験者はストレス状態を判定したい場合に、後頭部よりも電極が取り付けやすい前頭部又は側頭部に電極111を3つ取り付け、更に脈拍信号を測定すればよいため、被験者への負担をより低減させることが可能となる。また、脳深部の状態及び脈拍の状態に基づいた定量的なストレス判定を行うことが可能となる。
<Effect>
With such a configuration, in this embodiment, the first stress index value is calculated from brain potential signals acquired from the three electrodes 111 attached to the frontal region or the temporal region, and the pulse sensor The stress state of the subject is determined by calculating a second stress index value from the pulse signal acquired from the . Accordingly, when the subject wants to determine the stress state, the three electrodes 111 can be attached to the forehead or temporal region, which is easier to attach than the occipital region, and the pulse signal can be measured, thereby reducing the burden on the subject. It is possible to further reduce it. Moreover, it is possible to perform quantitative stress determination based on the state of the deep part of the brain and the state of the pulse.

[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態のストレス判定装置100は、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様の構成を有するとともに、更に3つの電極111を用いて特定の周波数帯(好ましくはθ波帯域)の脳電位信号を取得する構成を有するものである。
[Third Embodiment]
The stress determination device 100 of the third embodiment of the present invention has a configuration similar to that of the stress determination device 100 of the first embodiment, and uses three electrodes 111 to specify a specific frequency band (preferably θ wave It has a configuration for acquiring the brain potential signal of the band).

生体がストレスを受けると、側頭葉内側の奥に存在する扁桃体の活動が活発になるが、その結果として、側頭葉近傍の脳波に影響が出現していると考えられ、すなわち側頭から後頭に跨る3電極(T3、C3、T5)間の波形のコヒーレンスは高くなっていることが予想される。コヒーレンスの度合いは、ここでは3電極の波形の主成分分析の第一主成分相対寄与度(PCA)により表すことができる。第3の実施形態のストレス判定装置100は、ストレス状態をより精度よく判定するために、PCAを更に用いてストレス状態を判定する。 When the body receives stress, the activity of the amygdala located deep inside the temporal lobe becomes active. It is expected that the coherence of the waveform between the three electrodes (T3, C3, T5) straddling the occiput is high. The degree of coherence can be represented here by the first principal component relative contribution (PCA) of the principal component analysis of the three-electrode waveforms. The stress determination device 100 of the third embodiment further uses PCA to determine the stress state in order to determine the stress state more accurately.

第3の実施形態のストレス判定装置100においても、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様にして、3重相関値Sや指標値SDを用いる。本実施形態において、3重相関値Sの算出や指標値SDの算出など、脳深部の状態の観測に関しては第1の実施形態と同じであるため、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。 The stress determination device 100 of the third embodiment also uses the triple correlation value S and the index value SD in the same manner as the stress determination device 100 of the first embodiment. In this embodiment, the observation of the state of the deep part of the brain, such as the calculation of the triple correlation value S and the index value SD, is the same as in the first embodiment. explain.

本発明の第3の実施形態のストレス判定装置100の機能ブロック図は第1の実施形態のストレス判定装置100と同様である。ストレス判定装置100は、脳電位信号取得手段201と、演算手段202とを備える。脳電位信号取得手段201及び演算手段202
は、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様の機能を有する。
A functional block diagram of the stress determination device 100 of the third embodiment of the present invention is the same as that of the stress determination device 100 of the first embodiment. The stress determination device 100 includes brain potential signal acquisition means 201 and calculation means 202 . Brain potential signal acquisition means 201 and calculation means 202
has the same function as the stress determination device 100 of the first embodiment.

本実施形態においては、脳電位信号取得手段201は、第1の実施形態における電極111の位置とは異なる、被験者の側頭部又は後頭部の表面に更に取り付けられた3つの電極111を用いて被験者の脳電位信号を更に取得する。3つの電極は、被験者の側頭部又は後頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられたものである。脳電位信号取得手段201は、好ましくは、被験者の国際10-20法におけるT3、C3、T5の部位の頭部表面に取り付けられた3つの電極から脳電位信号を取得する機能を有する。本実施形態では、演算手段202は、以下の情報処理を行うことにより、ストレス状態を判定する。 In this embodiment, the brain potential signal acquisition means 201 uses three electrodes 111 further attached to the surface of the temporal or occipital region of the subject, which are different from the positions of the electrodes 111 in the first embodiment. brain potential signals are further acquired. The three electrodes were attached to the subject's temporal or occipital surface at three different locations. The electroencephalogram signal acquisition means 201 preferably has a function of acquiring electroencephalogram signals from three electrodes attached to the head surface of the subject at T3, C3, and T5 in the International 10-20 method. In this embodiment, the computing means 202 determines the stress state by performing the following information processing.

図28は、本発明の第3の実施形態のストレス判定装置100のデータ処理ブロック図を示す。図に示すように、演算手段202(ストレス判定装置100)は、脳電位データを取得し(S3101)、取得された3つの脳電位信号から脳深部の活動に起因する特定の周波数帯(好ましくはδ波帯域)の脳電位データをそれぞれ抽出し(S3102)、例えばSD/Sなどの第1のストレス指標値を算出する(S3103)。当該情報処理は、第1の実施形態のストレス判定装置100と同様である。上記処理とは別に、演算手段202は、ステップ3101において脳電位データを取得する位置とは異なる被験者の頭部表面から脳電位データを取得し(S3111)、取得された3つの脳電位信号から扁桃体の活動に起因する特定の周波数帯(好ましくはθ波帯域、例えば5~8Hz)の脳電位データをそれぞれ抽出し(S3112)、ストレス指標値(第3のストレス指標値)を算出する(S3113)。演算手段202は、上記のとおり算出された2つの指標値を用いて、被験者のストレス状態を判定する(S3121)。 FIG. 28 shows a data processing block diagram of the stress determination device 100 of the third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the computing means 202 (stress determination device 100) acquires brain potential data (S3101), and from the acquired three brain potential signals, a specific frequency band (preferably delta wave band) are extracted (S3102), and a first stress index value such as SD/S is calculated (S3103). The information processing is the same as that of the stress determination device 100 of the first embodiment. Separately from the above processing, the computing means 202 acquires brain potential data from the subject's head surface different from the position where the brain potential data is acquired in step 3101 (S3111), and from the acquired three brain potential signals, the amygdala Brain potential data in a specific frequency band (preferably θ wave band, for example 5 to 8 Hz) resulting from the activity of each is extracted (S3112), and a stress index value (third stress index value) is calculated (S3113). . The computing means 202 determines the stress state of the subject using the two index values calculated as described above (S3121).

次に、ステップ3113における第3のストレス指標値の算出処理について説明する。演算手段202は、ステップ3112においてそれぞれ抽出された扁桃体の活動に起因する特定の周波数帯(好ましくはθ波帯域)の3つの時系列データに対して主成分分析を行う。当該主成分分析においては、3つの脳電位データの値が変数である。演算手段202は、主成分分析を行うことにより、第1主成分寄与率(比率)を算出する。 Next, calculation processing of the third stress index value in step 3113 will be described. The computing means 202 performs principal component analysis on the three time-series data in the specific frequency band (preferably the θ wave band) caused by the activity of the amygdala extracted in step 3112 . In the principal component analysis, three brain potential data values are variables. The calculating means 202 calculates the first principal component contribution rate (ratio) by performing principal component analysis.

演算手段202は、第1主成分寄与率を第3のストレス指標値として定め、第1のストレス指標値及び第3のストレス指標値に基づいてストレス状態を判定する。1つの例では、一方の軸(横軸)を第3のストレス指標値、他方の軸(縦軸)を第1のストレス指標値とした2次元座標において、被験者の高ストレス状態と低ストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定することができる。 The calculating means 202 determines the first principal component contribution rate as the third stress index value, and determines the stress state based on the first stress index value and the third stress index value. In one example, the subject's high stress state and low stress state are shown in two-dimensional coordinates in which one axis (horizontal axis) is the third stress index value and the other axis (vertical axis) is the first stress index value. The stress state can be determined by isolating the regions in .

ここで第3の実施形態のストレス判定装置100の実施例を説明する前に、θ波帯域の脳電位に基づいて算出されたPCA(PCAθ)と主観評価の相関関係を示す実験について説明する。 Here, before describing an example of the stress determination device 100 of the third embodiment, an experiment showing the correlation between PCA (PCA θ) calculated based on brain potential in the θ wave band and subjective evaluation will be described.

図29は、恐怖画像、リラックス画像、喜び画像、及び悲しみ画像を被験者5名に見せたときのアンケートのうち、高ストレス状態と考えられる「イライラした」とその対極の「リラックスした」の項目の点数と、PCAとの相関係数の関係を示す図である。図から、「イライラした」とPCAは、5名中4名が正の相関、「リラックスした」とPCAは、5名全員が負の相関となっていることが分かる。またPCAは、高ストレス状態では高い数値に、低ストレス状態では低い数値になる傾向があることが分かる。 FIG. 29 shows the results of the questionnaire when five subjects were shown a fear image, a relaxation image, a joy image, and a sadness image. It is a figure which shows the score and the relationship of the correlation coefficient with PCA. From the figure, it can be seen that 4 out of 5 people had a positive correlation between "irritated" and PCA, and all 5 people had a negative correlation with "relaxed" and PCA. It can also be seen that PCA tends to have a high value under high stress conditions and a low value under low stress conditions.

<実施例>
以下の実験結果により、第3の実施形態のストレス判定装置100を用いて、ストレス状態を判定できることを説明する。実験の条件は、第1の実施形態の場合と同様であるが、本実験においては、第1のストレス指標値算出のためにF7、F8、T3の部位の頭部
表面から脳電位信号を取得するとともに、第3のストレス指標値算出のためにT3、C3、T5の部位の頭部表面から脳電位信号を取得した。ここで、各被験者の低ストレス状態と高ストレス状態のそれぞれにおいて、扁桃体の活動に起因するθ波帯域(5~8Hz)の3つの時系列データに対して主成分分析を行うことで第1主成分寄与率(比率)を算出し、第3のストレス指標値とする。
<Example>
Based on the following experimental results, it will be described that the stress state can be determined using the stress determination device 100 of the third embodiment. The experimental conditions were the same as in the first embodiment, but in this experiment, brain potential signals were obtained from the head surface of the regions F7, F8, and T3 in order to calculate the first stress index value. At the same time, brain potential signals were obtained from the head surface of the T3, C3, and T5 regions for the calculation of the third stress index value. Here, in each subject's low stress state and high stress state, the first principal component analysis was performed on three time-series data in the θ wave band (5 to 8 Hz) due to the activity of the amygdala. A component contribution rate (ratio) is calculated and used as a third stress index value.

図30は、被験者18名の高ストレス状態と低ストレス状態における第1のストレス指標値(SD/S)と第3のストレス指標値(PCAθ)をプロットした図であり、一方の軸(横軸)をPCAθ、他方の軸(縦軸)をSD/Sとした2次元座標を示す。図に示すとおり、当該2次元座標において、被験者の高ストレス状態と低ストレス状態における領域を分離することにより、ストレス状態を判定することができる。1つの例では、F3=12.4*PCAθ+SD/S-20と定め、F3>0であれば高ストレス状態であると判定し、F3≦0であれば低ストレス状態と判定する。ただし、F3の示す式は一例であって、これに限定されない。 FIG. 30 is a diagram plotting the first stress index value (SD/S) and the third stress index value (PCA θ) in the high stress state and low stress state of 18 subjects, one axis (horizontal axis ) is PCA θ and the other axis (vertical axis) is SD/S. As shown in the figure, the stress state can be determined by separating regions in the subject's high stress state and low stress state in the two-dimensional coordinates. In one example, F3=12.4*PCA.theta.+SD/S-20, and if F3>0, it is determined to be in a high stress state, and if F3.ltoreq.0, it is determined to be in a low stress state. However, the formula indicated by F3 is an example and is not limited to this.

<作用効果>
このような構成とすることにより、本実施形態では、前頭部又は側頭部に取り付けられた3つの電極111より取得される脳電位信号から第1のストレス指標値を算出するとともに、側頭部又は後頭部に取り付けられた3つの電極111より取得される脳電位信号から第3のストレス指標値を算出することにより、被験者のストレス状態を判定する。これにより、被験者はストレス状態を判定したい場合に、電極111を6つ取り付ければよいため、被験者への負担をより低減させることが可能となる。また、脳深部の状態及び扁桃体の状態に基づいた定量的なストレス判定を行うことが可能となる。
<Effect>
With such a configuration, in the present embodiment, the first stress index value is calculated from the brain potential signals acquired from the three electrodes 111 attached to the frontal region or the temporal region. The stress state of the subject is determined by calculating the third stress index value from brain potential signals acquired from the three electrodes 111 attached to the head or back of the head. As a result, when the subject wants to determine the stress state, it is sufficient to attach six electrodes 111, so that the burden on the subject can be further reduced. Moreover, it is possible to perform quantitative stress determination based on the state of the deep brain and the state of the amygdala.

以上に説明した処理又は動作において、矛盾が生じない限りにおいて、処理、動作及び組み合わせを自由に変更することができる。また以上に説明してきた各実施例又は実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらの実施例又は実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 In the processes or operations described above, the processes, operations, and combinations can be freely changed as long as there is no contradiction. Moreover, each example or embodiment described above is an illustration for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these examples or embodiments. The present invention can be embodied in various forms without departing from the gist thereof. Moreover, the effects described in the present embodiment are merely enumerations of preferred effects produced by the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the present embodiment.

100 ストレス判定装置
110 脳電位センサ
111 電極
112 基準電極
113 頭部装着部
114 固定具
115 プリアンプ
116 シールドケーブル
117 導電性ゴム電極
118 金属フィルム
120 電子装置
121 処理部
122 表示部
123 入力部
124 記憶部
125 通信部
126 バス
130 3ch増幅器・帯域フィルタ
201 脳電位信号取得手段
202 演算手段
203 脈拍信号取得手段
100 Stress determination device 110 Brain potential sensor 111 Electrode 112 Reference electrode 113 Head mounted part 114 Fixture 115 Preamplifier 116 Shielded cable 117 Conductive rubber electrode 118 Metal film 120 Electronic device 121 Processing unit 122 Display unit 123 Input unit 124 Storage unit 125 communication unit 126 bus 130 3ch amplifier/band filter 201 brain potential signal acquisition means 202 calculation means 203 pulse signal acquisition means

Claims (3)

被験者の前頭部又は側頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられたセンサを用いて該被験者の脳電位信号を取得する脳電位信号取得手段と、
前記取得された脳電位信号のそれぞれから脳深部の活動に起因する特定の周波数帯の時系列データをそれぞれ抽出し、該それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて前記取得された脳電位信号のそれぞれの相関関係を示す相関値を算出し、該相関値に基づいて前記被験者のストレス状態を判定する演算手段と、を備え、
前記演算手段は、前記取り付けられたセンサA、B及びCごとに抽出された時系列データをVA(t)、VB(t)及びVC(t)とした場合、所定時間内に抽出されたVA(t)それぞれに対して、該時系列データが抽出されたサンプリング周期の所定値以下の整数倍に等しい時間である任意の時間τ1及びτ2だけ異なる時間に抽出されたVB(t-τ1)及びVC(t-τ2)を、前記所定時間内の時刻TにおけるVA(T)とVB(T-τ1)とVC(T-τ2)とが同符号になる場合のτ1及びτ2の組み合わせのみ掛け合わせ、得られたそれぞれの値を加算した値を用いて相関値を算出し、
3重相関値分布の疑似3次元表示によって示された格子縞の間隔の標準偏差に基づいて、又は、
前記時間τ1及びτ2を軸とする座標における相関値が算出された領域の間の距離の前記τ1軸方向及び前記τ2軸方向それぞれの標準偏差に基づいて指標値を算出し、
前記被験者の脈拍信号を取得する脈拍信号取得手段を更に備え、
前記演算手段は、前記脈拍信号から生成される脈拍間隔データから脈拍間隔値ごとの出現頻度を示す脈拍ヒストグラムを生成し、前記脈拍ヒストグラムにおける、脈拍間隔が大きい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値の、前記脈拍間隔が小さい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値に対する比率を算出し、前記指標値にデータ遅延をつけ、
該比率及び前記指標値に基づいて、一方の軸(横軸)を前記比率、他方の軸(縦軸)を前記指標値として2次元座標において、前記被験者の高いストレス状態と低いストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定するストレス判定装置。
brain potential signal acquisition means for acquiring brain potential signals of the subject using sensors attached to three different positions on the frontal or temporal surface of the subject;
Extracting time-series data in a specific frequency band caused by deep brain activity from each of the acquired brain potential signals, and extracting the acquired brain potential based on the phase relationship of the extracted time-series data computing means for calculating a correlation value indicating the correlation of each signal and determining the stress state of the subject based on the correlation value;
The computing means calculates VA extracted within a predetermined time, where VA(t), VB(t), and VC(t) are the time-series data extracted for each of the attached sensors A, B, and C. (t) VB(t−τ1) and VB(t−τ1) extracted at times different from each other by arbitrary times τ1 and τ2, which are times equal to integral multiples of a predetermined value or less of the sampling period at which the time-series data was extracted, respectively VC (t-τ2) is multiplied only by combinations of τ1 and τ2 when VA (T), VB (T-τ1) and VC (T-τ2) at time T within the predetermined time have the same sign , Calculate the correlation value using the value obtained by adding each value obtained,
based on the standard deviation of the grid spacing indicated by the pseudo-three-dimensional representation of the triple correlation value distribution, or
calculating an index value based on the standard deviation in each of the τ1-axis direction and the τ2-axis direction of the distance between the regions for which the correlation value was calculated in the coordinates with the time τ1 and τ2 as the axes;
Further comprising pulse signal acquisition means for acquiring the pulse signal of the subject,
The calculating means generates a pulse histogram indicating the frequency of occurrence of each pulse interval value from the pulse interval data generated from the pulse signal, and a predetermined amount of data extracted in order from the pulse interval in the pulse histogram. calculating the ratio of the total value of the variances to the total value of the variances of the predetermined amount of data extracted in order from the shortest pulse interval, and adding a data delay to the index value;
Based on the ratio and the index value, the area in the high stress state and the low stress state of the subject in two-dimensional coordinates with one axis (horizontal axis) as the ratio and the other axis (vertical axis) as the index value. A stress determination device that determines the stress state by separating the
被験者の前頭部又は側頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられたセンサを用いて取得される該被験者の脳電位信号と前記被験者の脈拍信号を取得する脈拍センサを用いて取得される脈拍信号によりストレスを判定するためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記取得された脳電位信号のそれぞれから脳深部の活動に起因する特定の周波数帯の時系列データをそれぞれ抽出するステップと、
前記それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて前記取得された脳電位信号のそれぞれの相関関係を示す相関値を算出するステップと、
前記相関値に基づいて前記被験者のストレス状態を判定するステップと、を含み、
前記相関値を算出するステップが、
前記取り付けられたセンサA、B及びCごとに抽出された時系列データをVA(t)、VB(t)及びVC(t)とした場合、所定時間内に抽出されたVA(t)それぞれに対して、該時系列データが抽出されたサンプリング周期の所定値以下の整数倍に等しい時間である任意の時間τ1及びτ2だけ異なる時間に抽出されたVB(t-τ1)及びVC(t-τ2)を、前記所定時間内の時刻TにおけるVA(T)とVB(T-τ1)とVC(T-τ2)とが同符号になる場合のτ1及びτ2の組み合わせのみ掛け合わせ、得られたそれぞれの値を加算した値を用いて相関値を算出し、
前記ストレス状態を判定するステップが、3重相関値分布の疑似3次元表示によって示された格子縞の間隔の標準偏差に基づいて、又は、
前記時間τ1及びτ2を軸とする座標における相関値が算出された領域の間の距離の前記τ1軸方向及び前記τ2軸方向それぞれの標準偏差に基づいて指標値を算出し、
前記脈拍信号から生成される脈拍間隔データから脈拍間隔値ごとの出現頻度を示す脈拍ヒストグラムを生成し、前記脈拍ヒストグラムにおける、脈拍間隔が大きい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値の、前記脈拍間隔が小さい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値に対する比率を算出し、前記指標値にデータ遅延をつけ、
該比率及び前記指標値に基づいて、一方の軸(横軸)を前記比率、他方の軸(縦軸)を前記指標値として2次元座標において、前記被験者の高いストレス状態と低いストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定することを実行させるプログラム。
EEG signals of the subject acquired using sensors attached to three different locations on the frontal or temporal surface of the subject and pulse sensors acquiring pulse signals of the subject. A program for determining stress from a pulse signal,
to the computer,
a step of extracting time-series data of a specific frequency band resulting from deep brain activity from each of the acquired brain potential signals;
a step of calculating a correlation value indicating the correlation of each of the acquired brain potential signals based on the phase relationship of the extracted time-series data;
determining the stress state of the subject based on the correlation value;
The step of calculating the correlation value comprises:
When the time-series data extracted for each of the attached sensors A, B, and C are VA(t), VB(t), and VC(t), each VA(t) extracted within a predetermined time is On the other hand, VB (t-τ1) and VC (t-τ2 ) is multiplied only by combinations of τ1 and τ2 when VA (T), VB (T-τ1) and VC (T-τ2) at time T within the predetermined time have the same sign, and each obtained Calculate the correlation value using the value obtained by adding the value of
wherein the step of determining the stress state is based on the standard deviation of grid spacing indicated by a pseudo-three-dimensional representation of a triple correlation value distribution; or
calculating an index value based on the standard deviation in each of the τ1-axis direction and the τ2-axis direction of the distance between the regions for which the correlation value was calculated in the coordinates with the time τ1 and τ2 as the axes;
generating a pulse histogram indicating the appearance frequency of each pulse interval value from the pulse interval data generated from the pulse signal, and summing variances of a predetermined amount of data extracted in descending order of the pulse interval in the pulse histogram; of the predetermined amount of data extracted in order from the shortest pulse interval to the total value of the variances , and adding a data delay to the index value,
Based on the ratio and the index value, the area in the high stress state and the low stress state of the subject in two-dimensional coordinates with one axis (horizontal axis) as the ratio and the other axis (vertical axis) as the index value. A program to determine the stress state by isolating the .
被験者の前頭部又は側頭部の表面の3つの異なる位置に取り付けられたセンサを用いて取得される該被験者の脳電位信号と前記被験者の脈拍信号を取得する脈拍センサを用いて取得される脈拍信号によりストレスを判定するための方法であって、
コンピュータ
前記取得された脳電位信号のそれぞれから脳深部の活動に起因する特定の周波数帯の時系列データをそれぞれ抽出するステップと、
前記それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて前記取得された脳電位信号のそれぞれの相関関係を示す相関値を算出するステップと、
前記相関値に基づいて前記被験者のストレス状態を判定するステップと、を含む各ステップを実行し
前記相関値を算出するステップが、
前記取り付けられたセンサA、B及びCごとに抽出された時系列データをVA(t)、VB(t)及びVC(t)とした場合、所定時間内に抽出されたVA(t)それぞれに対して、該時系列データが抽出されたサンプリング周期の所定値以下の整数倍に等しい時間である任意の時間τ1及びτ2だけ異なる時間に抽出されたVB(t-τ1)及びVC(t-τ2)を、前記所定時間内の時刻TにおけるVA(T)とVB(T-τ1)とVC(T-τ2)とが同符号になる場合のτ1及びτ2の組み合わせのみ掛け合わせ、得られたそれぞれの値を加算した値を用いて相関値を算出し、
前記ストレス状態を判定するステップが、3重相関値分布の疑似3次元表示によって示された格子縞の間隔の標準偏差に基づいて、又は、
前記時間τ1及びτ2を軸とする座標における相関値が算出された領域の間の距離の前記τ1軸方向及び前記τ2軸方向それぞれの標準偏差に基づいて指標値を算出し、
前記脈拍信号から生成される脈拍間隔データから脈拍間隔値ごとの出現頻度を示す脈拍ヒストグラムを生成し、前記脈拍ヒストグラムにおける、脈拍間隔が大きい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値の、前記脈拍間隔が小さい方から順に抽出された所定量のデータの分散の合計値に対する比率を算出し、前記指標値にデータ遅延をつけ、
該比率及び前記指標値に基づいて、一方の軸(横軸)を前記比率、他方の軸(縦軸)を前記指標値として2次元座標において、前記被験者の高いストレス状態と低いストレス状態における領域を分離することによりストレス状態を判定することを含む方法。
EEG signals of the subject acquired using sensors attached to three different locations on the frontal or temporal surface of the subject and pulse sensors acquiring pulse signals of the subject. A method for determining stress from a pulse signal, comprising:
the computer
a step of extracting time-series data of a specific frequency band resulting from deep brain activity from each of the acquired brain potential signals;
a step of calculating a correlation value indicating the correlation of each of the acquired brain potential signals based on the phase relationship of the extracted time-series data;
determining the stress state of the subject based on the correlation value;
The step of calculating the correlation value comprises:
When the time-series data extracted for each of the attached sensors A, B, and C are VA(t), VB(t), and VC(t), each VA(t) extracted within a predetermined time is On the other hand, VB (t-τ1) and VC (t-τ2 ) is multiplied only by combinations of τ1 and τ2 when VA (T), VB (T-τ1) and VC (T-τ2) at time T within the predetermined time have the same sign, and each obtained Calculate the correlation value using the value obtained by adding the value of
wherein the step of determining the stress state is based on the standard deviation of grid spacing indicated by a pseudo-three-dimensional representation of a triple correlation value distribution; or
calculating an index value based on the standard deviation in each of the τ1-axis direction and the τ2-axis direction of the distance between the regions for which the correlation value was calculated in the coordinates with the time τ1 and τ2 as the axes;
generating a pulse histogram indicating the appearance frequency of each pulse interval value from the pulse interval data generated from the pulse signal, and summing variances of a predetermined amount of data extracted in descending order of the pulse interval in the pulse histogram; of the predetermined amount of data extracted in order from the shortest pulse interval to the total value of the variances , and adding a data delay to the index value,
Based on the ratio and the index value, the area in the high stress state and the low stress state of the subject in two-dimensional coordinates with one axis (horizontal axis) as the ratio and the other axis (vertical axis) as the index value. determining a stress condition by isolating the .
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