JP2014079387A - Brain function measurement apparatus and brain function measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種の実験動物や人間(ヒト)などの被検体の様々な脳活動や脳機能を反映した脳機能関連情報を収集するための脳機能計測装置及び計測方法に関する。 The present invention relates to a brain function measuring apparatus and a measuring method for collecting brain function related information reflecting various brain activities and brain functions of subjects such as various experimental animals and humans (humans).
近年の脳科学や医療用計測技術の進展は目覚ましく、脳機能関連情報を収集するための各種のセンシングデバイスや新しい脳機能イメージング技術が実現されている。脳機能関連情報計測用のデバイスは、大別して侵襲型と非侵襲型とに区分される。侵襲型とは電極などを直接的に脳に接触させるために、被検体の頭皮や頭蓋骨の切開など、何らかの外科的手術をも伴うものである。これに対し、非侵襲型とは被検体の頭部の外側から間接的に(つまり頭皮や頭蓋骨などを通して)脳にアクセスし、何らかの脳機能関連情報を取得するものである。 Recent advances in brain science and medical measurement technologies have been remarkable, and various sensing devices and new brain function imaging technologies have been realized to collect information related to brain functions. Devices for measuring brain function-related information are roughly classified into invasive types and non-invasive types. The invasive type involves some kind of surgical operation such as incision of the scalp or skull of a subject in order to bring an electrode or the like into direct contact with the brain. On the other hand, the non-invasive type accesses the brain indirectly from the outside of the subject's head (that is, through the scalp, skull, etc.) and acquires some brain function related information.
非侵襲型脳機能計測としては、f−MRI(functional magnetic resonance imaging) や光トポグラフィなどの優れた計測技術が開発され、診断や研究の分野で大きな成果を挙げている。しかしながら、こうした計測はあくまでも間接的な計測であるという制約があるために、分解能や感度などの性能を高めるのが難しい。また、医療施設に備えられた非可搬型である大型の装置により計測を行うので、通常の活動を行っている状態の被検体に対し長時間に亘り計測を行うことはできない。そのため、高精度、高分解能の脳機能関連情報を得るため、或いは、通常の活動を行っている状態の被検体の脳機能関連情報を或る程度長期間に亘り取得するためには、少なくとも装置の一部を被検体の頭部に装着した侵襲型脳計測が必要である。 As noninvasive brain function measurement, excellent measurement techniques such as f-MRI (functional magnetic resonance imaging) and optical topography have been developed, and have achieved great results in the field of diagnosis and research. However, it is difficult to improve performance such as resolution and sensitivity because such measurement is limited to indirect measurement. In addition, since measurement is performed by a large non-portable device provided in a medical facility, measurement cannot be performed for a long time on a subject in a normal activity state. Therefore, in order to obtain brain function related information with high accuracy and high resolution, or to acquire brain function related information of a subject in a normal activity state for a certain long period of time, at least the device An invasive brain measurement in which a part of the head is attached to the subject's head is necessary.
従来の侵襲型脳機能計測デバイスとしては、大別して、脳表型計測を行うものと脳刺入型計測を行うものとがある。後者の脳刺入型のデバイスは文字通り、針状電極を脳内に刺入して脳内の比較的深い部分の電気信号を取得可能としたものであり、例えば米国ミシガン大学で開発されたいわゆるミシガン電極や、米国ユタ大学で開発されたいわゆるユタ電極(非特許文献1参照)といったものが古くから報告されている。こうした電極は、針状電極を高密度で配置した剣山状の構造をとることで、或る程度の広い範囲に亘る脳内の情報を収集することができる。しかしながら、脳刺入型は脳を傷付けるために脳に対するダメージが大きい。また、脳の免疫反応等により電極性能の経時劣化があるため、長期間に亘り安定的な計測を行うことは難しい。 Conventional invasive brain function measuring devices are roughly classified into those that perform brain surface type measurement and those that perform brain insertion type measurement. The latter type of brain insertion device literally has a needle electrode inserted into the brain and can acquire an electrical signal in a relatively deep part of the brain. For example, the so-called device developed at the University of Michigan in the United States Michigan electrodes and so-called Utah electrodes developed at the University of Utah (see Non-Patent Document 1) have been reported for a long time. Such an electrode has a sword mountain-like structure in which needle-like electrodes are arranged at a high density, whereby information in the brain over a certain wide range can be collected. However, since the brain insertion type damages the brain, damage to the brain is great. In addition, since electrode performance deteriorates with time due to an immune reaction of the brain, it is difficult to perform stable measurement over a long period of time.
一方、前者の脳表型デバイスとしてはいわゆるECoG電極と呼ばれるものが知られている。例えば、我が国において、てんかんなどの臨床治療用として認可されているユニークメディカル社の頭蓋内電極がある(非特許文献2参照)。また、ECoG電極を利用した長期間の計測技術としては非特許文献3に記載のものがある。こうした脳表型デバイスは脳刺入型と比べると空間分解能は劣るものの、脳に与えるダメージが少なく性能の経時劣化も小さくて済む。また、広範囲の計測にも向いている。こうしたことから、被検体の自由な活動を阻害せずに、比較的長期間に亘り安定した脳機能関連情報を取得するには、脳表型計測が有利である。
On the other hand, as the former brain surface type device, what is called an ECoG electrode is known. For example, there is a unique medical intracranial electrode approved for clinical treatment of epilepsy in Japan (see Non-Patent Document 2). Non-patent
上述したように被検体の自由な活動を阻害することなく比較的長期間計測を継続するには、被検体の体内と外部との接続は無線方式があることが望ましい。こうした観点から、本願発明者らは特許文献1において、脳内に刺入される電極が一体化された体内装着部で得られた電気信号を体外計測部に無線で送信する脳内情報計測装置を提案している。該文献では、故障が起こりにくく低コストな構成として体内装着部に能動的回路を有さないパッシブ型も提案しているが、高度な計測を行うためには、CMOS集積回路などの電気回路を体内装着部に内蔵したアクティブ型の構成とすることが必要になる。しかしながら、そうすると、故障が起こり易くなるし、また機能向上のためにCMOS集積回路などを交換する必要性が生じることもある。
As described above, in order to continue measurement for a relatively long period of time without hindering the free activity of the subject, it is desirable that the connection between the inside and outside of the subject be a wireless system. From this point of view, the inventors of this application disclosed in
特許文献1に記載の構成において、故障したり機能が古くなったりした体内装着部を交換する必要が生じた場合、頭蓋骨を切開する必要はないものの、頭蓋骨の貫通孔に挿通され脳内に刺入されている電極を抜かなければならない。そうなると、やはり被検体に対して大きな負担を与えることになり、感染症などのリスクも高くなる。
In the configuration described in
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、装着に大掛かりな外科的手術を必要とせず、長期間使用する場合でも被検体への負担や感染症のリスクの少ない簡単な手術で装置のメンテナンスが可能であり、被検体の自由な活動を妨げず長期間に亘り安定的な脳機能関連情報を収集することができる脳機能計測装置及び計測方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is that it does not require a large surgical operation for mounting, and even when used for a long period of time, the burden on the subject and the risk of infectious diseases are reduced. To provide a brain function measuring device and a measuring method capable of maintaining the device with a few simple operations and collecting stable brain function-related information over a long period of time without disturbing the free activity of a subject. It is in.
上記目的を達成するために成された本発明は、各種の実験動物やヒトを含む被検体の脳機能に関連した情報を収集するための脳機能計測装置であって、
a)被検体の頭蓋骨又は該頭蓋骨の一部に代えて被検体に装着される人工頭蓋骨に穿孔された貫通孔に挿設され、先端部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側に露出して脳又は脳を被覆する膜に接触する一方、基部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出してなる複数の電極と、
b)前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に着脱可能に固定され、該頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出している前記複数の電極の基部と接触するコンタクト部と、該コンタクト部を介して前記電極から得られた電気信号又は該コンタクト部を介して該電極へ与える電気信号を、無線で当該被検体の頭皮の外側に送信する又は外側から受信する信号中継部と、を含む頭蓋上ユニットと、
c)当該被検体の頭皮の外側に設けられ、前記頭蓋上ユニットの信号中継部から無線で送出される信号を受信する又は該信号中継部に無線で信号を送信する体外ユニットと、
を備えることを特徴としている。
The present invention made to achieve the above object is a brain function measuring device for collecting information related to brain functions of subjects including various experimental animals and humans,
a) It is inserted into a through-hole drilled in a skull of a subject or an artificial skull attached to the subject instead of a part of the skull, and a distal end portion is exposed to the inside of the skull or the artificial skull. A plurality of electrodes in contact with a membrane covering the brain, while a base is exposed to the outside of the skull or artificial skull;
b) a contact part that is detachably fixed to the outside of the skull or artificial skull and that is exposed to the outside of the skull or artificial skull; and a contact part that contacts the base part of the plurality of electrodes; A signal relay unit that wirelessly transmits the electrical signal obtained or the electrical signal applied to the electrode via the contact part to the outside of the subject's scalp, or receives from the outside, a skull unit,
c) an extracorporeal unit that is provided outside the scalp of the subject, receives a signal transmitted wirelessly from the signal relay unit of the above-cranial unit, or transmits a signal wirelessly to the signal relay unit;
It is characterized by having.
また、本発明に係る脳機能計測方法は、上述の脳機能計測装置を用い、各種の実験動物やヒトを含む被検体の脳機能に関連した情報を収集する脳機能計測方法であって、
a)被検体の頭蓋骨又は該頭蓋骨の一部に代えて被検体に装着される人工頭蓋骨に複数の貫通孔を穿孔し、各貫通孔にそれぞれ、先端部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側に露出して脳又は脳を被覆する膜に接触する一方、基部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出するように電極を挿設し、
b)さらに、前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出している前記複数の電極の基部とそれぞれ接触するコンタクト部と、該コンタクト部を介して前記電極から得られた電気信号又は該コンタクト部を介して該電極へ与える電気信号を、無線で当該被検体の頭皮の外側に送信する又は外側から受信する信号中継部と、を含む頭蓋上ユニットを、前記コンタクト部が前記複数の電極の基部とそれぞれ接触するように、前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に着脱可能に固定した上で、
被検体の脳又は脳を被覆する膜に前記先端部がそれぞれ接触した前記電極で得られる電気信号を、該電極の基部に接触した前記コンタクト部を介して前記頭蓋上ユニットの信号中継部へと送り、該信号中継部において無線で送出される信号を被検体の体外に設けられた体外ユニットにより受信することにより脳機能関連情報を取得するようにしたことを特徴としている。
A brain function measurement method according to the present invention is a brain function measurement method that collects information related to the brain function of a subject including various experimental animals and humans, using the above-described brain function measurement device,
a) A plurality of through holes are drilled in the skull of the subject or an artificial skull to be attached to the subject instead of a part of the skull, and the tip of each through hole is exposed inside the skull or the artificial skull. And the electrode is inserted so that the base is exposed to the outside of the skull or artificial skull while contacting the brain or the membrane covering the brain,
b) Further, contact portions that respectively contact the base portions of the plurality of electrodes that are exposed to the outside of the skull or the artificial skull, and electrical signals obtained from the electrodes via the contact portions or via the contact portions A signal relay unit that wirelessly transmits an electrical signal to be applied to the electrode to the outside of the subject's scalp or receives from the outside, and the contact unit is a base of the plurality of electrodes, respectively. After detachably fixing to the outside of the skull or artificial skull so as to contact,
An electrical signal obtained by the electrode whose tip is in contact with the subject's brain or a membrane covering the brain is transmitted to the signal relay unit of the above-cranial unit via the contact part in contact with the base of the electrode. The brain function-related information is acquired by receiving the signal transmitted wirelessly in the signal relay unit by an extracorporeal unit provided outside the subject's body.
本発明に係る脳機能計測装置及び計測方法では、その先端部が脳硬膜及びくも膜を貫通して脳に直接的に接触する(ただし、脳表面に張り付いている脳軟膜は貫通しない場合、脳軟膜を貫通して脳本体に刺入される場合、も含む)又は脳硬膜を貫通せずに脳に間接的に接触する導電性の電極と、該電極で得られた電気信号を無線で当該被検体の頭皮の外側に送信したり逆に外側から到来した制御信号などを受信したりする機能を有する頭蓋上ユニットとを、完全に別体とし、頭蓋上ユニットが備えるコンタクト部と、各電極の基部との間で、それぞれの電気的接触を確保する。 In the cerebral function measuring device and the measuring method according to the present invention, the tip of the cerebral dura mater and the arachnoid membrane directly contact the brain (however, the cerebral buffy coat attached to the brain surface does not penetrate, Including the case of penetrating into the brain body through the cerebral buffy coat) or the conductive signal that is indirectly in contact with the brain without penetrating the cerebral dura mater and the electrical signal obtained from the electrode wirelessly And the above-mentioned skull unit having a function of transmitting the outside of the subject's scalp or receiving the control signal etc. coming from the outside, completely separate, and the contact unit provided in the above-cranial unit; Each electrical contact is ensured with the base of each electrode.
複数の電極は、典型的には能動的な機能を持たない略細長形状の金属等の導電体からなる単一部材、又は導電体を基体とし、先端部や基部など周囲との間の導電性が要求される部位以外については基体の周囲を絶縁体で被覆した単一部材であり、頭蓋骨又は人工頭蓋骨にほぼ半永久的に固着される。電極の導電体は耐腐食性を有する安定的な金属が好ましく、例えばプラチナなどが好適である。また、頭蓋骨又は人工頭蓋骨に設けられた貫通孔は電極が挿通された状態で液封される、つまりは、貫通孔の内壁面と電極の外周面との間隙を通した液体の流通が充分に阻止されることが望ましい。他方、能動的機能を実現する電気回路等を含む頭蓋上ユニットは、頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に配置され、頭蓋骨又は人工頭蓋骨に対し着脱可能で、且つ電極とも単に接しているだけであるので、取り外しが容易である。 A plurality of electrodes typically have a single member made of a conductor such as a substantially elongated metal that does not have an active function, or a conductor as a base, and conductivity between the tip and the base, etc. Other than the required portion, a single member in which the periphery of the base is covered with an insulator and is almost permanently fixed to the skull or the artificial skull. The electrode conductor is preferably a stable metal having corrosion resistance, such as platinum. In addition, the through hole provided in the skull or artificial skull is liquid-sealed with the electrode inserted, that is, the flow of liquid through the gap between the inner wall surface of the through hole and the outer peripheral surface of the electrode is sufficient. It is desirable to be prevented. On the other hand, the supracranial unit including an electric circuit or the like that realizes an active function is disposed outside the skull or artificial skull, is detachable from the skull or artificial skull, and is simply in contact with the electrode. Easy to remove.
頭蓋上ユニットは電気回路等を内蔵しているため、比較的故障が起き易く、またバッテリを内蔵している場合にはバッテリ交換(又は本体自体の交換)も必要になるが、上述した構成であるために、被検体の頭皮さえ切開すれば簡単に取り外したり交換したりすることができる。一方、電極はほぼ半永久的に使用可能であるので、長期間に亘り脳機能関連情報を計測する場合でも、その期間中に被検体の頭皮を切開する外科的手術さえ行えばよく、被検体に大きな負担となり感染症等のリスクも高い頭蓋骨を切開したり穿孔したりする外科的手術を回避することができる。なお、上述したように電極の液封を充分にしておくことで、仮に頭蓋上ユニットが故障して有害な液状物質が該ユニットから漏出したとしても、そうした液状物質が頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側の脳にまで到達することを防止することができる。 Since the above-the-cranial unit has an electric circuit and the like, it is relatively easy to break down, and if it has a built-in battery, it is necessary to replace the battery (or replace the main body itself). For this reason, it is possible to easily remove or replace the subject by cutting the scalp of the subject. On the other hand, since the electrodes can be used almost semipermanently, even when measuring brain function-related information over a long period of time, it is only necessary to perform a surgical operation incising the scalp of the subject during that period. Surgical operations such as incising or perforating the skull with high burden and high risk of infection can be avoided. As described above, by sufficiently sealing the electrode, even if the above-cranial unit breaks down and a harmful liquid substance leaks out of the unit, such a liquid substance may be present inside the skull or artificial skull. Reaching the brain can be prevented.
また本発明に係る脳機能計測装置及び計測方法では、脳波などの電気的計測のみならず、光トポグラフィ(NIRS計測)、IOS計測、蛍光イメージング計測などの光学的計測を行えるようにすることが好ましい。 In addition, in the brain function measuring apparatus and the measuring method according to the present invention, it is preferable to be able to perform optical measurements such as optical topography (NIRS measurement), IOS measurement, fluorescence imaging measurement as well as electrical measurement such as brain waves. .
そこで、本発明に係る脳機能計測装置は、好ましくは、前記複数の電極と同様に、被検体の頭蓋骨又は人工頭蓋骨に穿孔された貫通孔に挿設され、先端部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側に露出して脳又は脳を被覆する膜に接触する一方、基部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出してなる導光体、をさらに備え、
前記頭蓋上ユニットは、前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出している前記導光体の基部と光学的に結合された光学結合部と、該光学結合部及び前記導光体を通して脳に光信号を与える発光部と、前記導光体及び前記光学結合部を経て得られた光信号を受光して電気信号に変換する受光部と、をさらに含む構成とするとよい。
Therefore, the brain function measuring apparatus according to the present invention is preferably inserted into a through-hole drilled in the skull or artificial skull of the subject, and the tip portion of the skull or artificial skull is similar to the plurality of electrodes. A light guide body that is exposed to the inside and contacts the brain or a membrane covering the brain, while a base is exposed to the outside of the skull or artificial skull, further comprising:
The upper skull unit includes an optical coupling unit optically coupled to a base of the light guide exposed outside the skull or the artificial skull, and an optical signal to the brain through the optical coupling unit and the light guide. And a light receiving unit that receives an optical signal obtained through the light guide and the optical coupling unit and converts it into an electrical signal.
即ち、頭蓋骨又は人工頭蓋骨を貫通するように設けられた導光体は、頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側と内側との間の光学窓の機能を果たし、例えば脳に照射した近赤外光に対し、脳表面近くで反射、散乱又は通過した光を効率的に捉えることができる。また、頭蓋上ユニットに内蔵したLEDなどの発光部からごく短距離の導光体を通して脳に光を照射することができるので、脳に対する強い光刺激を与えることができる。 That is, the light guide provided so as to penetrate the skull or artificial skull serves as an optical window between the outside and inside of the skull or artificial skull.For example, for near infrared light irradiated to the brain, Light reflected, scattered or passed near the brain surface can be efficiently captured. Moreover, since light can be irradiated to the brain from a light emitting part such as an LED built in the above-cranial unit through a light guide of a very short distance, strong light stimulation to the brain can be given.
こうした構成によれば、電気的情報のみならず、光学的情報も脳から取り出すことができる。さらにまた、逆に電極を利用して脳に電気的刺激を加えたり、導光体を通して脳に光学的刺激を加えたりすることができる。これを組み合わせることにより、光学的刺激を加えたときの脳波の変化などを電気的情報として取得したり、反対に、電気的刺激を加えたときの血流の変化などを光学的情報として取得したりすることもできる。 According to such a configuration, not only electrical information but also optical information can be extracted from the brain. Furthermore, conversely, electrical stimulation can be applied to the brain using the electrodes, or optical stimulation can be applied to the brain through the light guide. By combining this, it is possible to acquire changes in the electroencephalogram when an optical stimulus is applied as electrical information, and conversely, acquire changes in the blood flow when an electrical stimulus is applied as optical information. You can also.
また本発明に係る脳機能計測装置及び計測方法においては、脳の所定範囲に対する計測を行う場合に、適宜の密度で以て頭蓋骨又は人工頭蓋骨に電極や導光体を配置する必要があるが、頭蓋上ユニットのコンタクト部及び/又は光学結合部も当該ユニットの筐体の一面に2次元的に配置するようにし、1個の頭蓋上ユニットで適宜の2次元範囲内の電極や導光体との結合を行うようにするとよい。 Further, in the brain function measuring device and the measuring method according to the present invention, when measuring a predetermined range of the brain, it is necessary to dispose electrodes or light guides on the skull or artificial skull with an appropriate density. The contact part and / or the optical coupling part of the unit on the skull are arranged two-dimensionally on one surface of the casing of the unit, and an electrode or a light guide within an appropriate two-dimensional range can be obtained with one unit on the skull. It is recommended to perform the combination.
また、頭蓋骨又は人工頭蓋骨への頭蓋上ユニットの固定方法は脱着可能であれば特に問わないが、該ユニット自体をネジなどの固定用部材を用いて取り付けるのは煩わしく、また固定用部材の取付忘れや脱落などのおそれもある。そこで、本発明に係る脳機能計測装置及び計測方法では、被検体の頭蓋骨又は該被検体に装着される人工頭蓋骨の外側に、前記頭蓋上ユニットの筐体外形形状に応じた凹部を形成し、該凹部に頭蓋上ユニットを嵌着するとよい。 The method of fixing the upper skull unit to the skull or artificial skull is not particularly limited as long as it is detachable, but it is troublesome to attach the unit itself using a fixing member such as a screw, and forget to attach the fixing member. There is also a risk of falling off. Therefore, in the brain function measuring device and the measuring method according to the present invention, a concave portion corresponding to the outer shape of the case of the above-cranial unit is formed outside the skull of the subject or the artificial skull attached to the subject, A unit on the skull may be fitted into the recess.
具体的には、頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側の一部をその強度に問題がない程度に切削することで頭蓋上ユニットの筐体外形形状に応じた凹部を形成するとよい。或いは、被検体の頭蓋骨又は該被検体に装着される人工頭蓋骨の外側に、頭蓋上ユニットの筐体外形形状に応じた凹部を形成できるような枠部材を固定してもよい。いずれにしても、凹部に頭蓋上ユニットを嵌め込むことで該ユニットを取り付けることができ、逆に、凹部に嵌合されている頭蓋上ユニットを引き剥がすことで該ユニットを取り外すことができる。したがって、頭蓋上ユニットの交換や修理は容易である。 Specifically, it is preferable to form a recess according to the outer shape of the housing of the upper skull unit by cutting a part of the outer side of the skull or the artificial skull to such an extent that there is no problem in its strength. Or you may fix the frame member which can form the recessed part according to the housing | casing external shape of an upper skull unit in the outer side of the skull of a test subject, or the artificial skull with which this test subject is mounted | worn. In any case, the unit can be attached by fitting the upper skull unit in the recess, and conversely, the unit can be removed by peeling off the upper skull unit fitted in the recess. Therefore, replacement and repair of the skull unit is easy.
なお、本発明に係る脳機能計測方法において、脳の広い2次元範囲に亘る計測を行いたい場合には、被検体の頭蓋骨又は該被検体に装着される人工頭蓋骨の外側に頭蓋上ユニットを複数固定するとよい。特に、頭蓋骨又は人工頭蓋骨に取り付ける複数の電極や導光体の配置やピッチを予め規格化し、それに合わせて頭蓋上ユニットの形状やサイズも規格化しておくことで、使用する頭蓋上ユニットの数を増やして計測対象の範囲の拡大に対応することができる。 In the brain function measurement method according to the present invention, when it is desired to perform measurement over a wide two-dimensional range of the brain, a plurality of upper skull units are provided outside the skull of the subject or the artificial skull attached to the subject. It is good to fix. In particular, by standardizing the arrangement and pitch of multiple electrodes and light guides attached to the skull or artificial skull in advance, and by standardizing the shape and size of the skull unit accordingly, the number of skull units to be used can be reduced. It can be increased to cope with the expansion of the measurement target range.
本発明に係る脳機能計測装置及び計測方法によれば、次のような効果を達成することができる。
(1)長期間の使用の途中で交換や修理が必要となる可能性のある頭蓋上ユニットは被検体の頭蓋骨又は被検体に装着された人工頭蓋骨の外側に配置されており、しかも頭蓋骨や人工頭蓋骨を貫通している電極とは別体であるので、簡単な外科的手術によって頭蓋上ユニットを交換したり取り出したりすることができる。また、計測のために電極や導光体を被検体の頭蓋骨に装着する際にも、細長形状の電極や導光体が貫通可能な程度の細径の孔を頭蓋骨に穿設すればよいので、頭蓋骨を大きく切開するのに比べれば比較的簡単な外科的手術で済む。こうしたことから、長期に亘る計測の期間中にも、被検体に与える負担を軽減することができる。それにより、装着時における被検体の生体活動の円滑さを損ないにくく、計測の安定性、正確性が向上する。
According to the brain function measuring device and the measuring method according to the present invention, the following effects can be achieved.
(1) The cranial unit that may need to be replaced or repaired during long-term use is placed outside the skull of the subject or the artificial skull attached to the subject. Since it is a separate body from the electrode penetrating the skull, the supracranial unit can be exchanged or removed by a simple surgical operation. In addition, when attaching electrodes or light guides to the skull of the subject for measurement, it is only necessary to drill holes in the skull so that the elongated electrodes and light guides can penetrate. Compared to a large incision in the skull, a relatively simple surgical operation is sufficient. For this reason, the burden on the subject can be reduced even during a long-term measurement period. Thereby, it is difficult to impair the smoothness of the biological activity of the subject at the time of wearing, and the stability and accuracy of measurement are improved.
(2)被検体の頭蓋骨の内側には、電気配線や電気回路などのハイリスク因子が存在せず、そうしたリスク因子は頭蓋骨の外側に配設される。また、頭蓋骨や人工頭蓋骨を貫通する電極や導光体の液封を充分に行うことで、仮に頭蓋上ユニットに故障や破損が生じた場合でも、脳への直接的な影響を回避することができ、頭蓋上ユニットを交換するだけで計測を継続させることが可能となる。 (2) There are no high-risk factors such as electrical wiring or electrical circuits inside the skull of the subject, and such risk factors are arranged outside the skull. In addition, if the electrodes or light guides penetrating the skull or artificial skull are sufficiently sealed, even if the above-the-cranial unit breaks down or is damaged, the direct influence on the brain can be avoided. It is possible to continue measurement by simply replacing the skull unit.
(3)頭蓋上ユニットと体外ユニットとの間では無線による信号伝送が行われるため、被検体の行動の自由度が高く、そうした自由な行動の下での有意義な計測が可能となる。
(4)脳の計測範囲を広げたい場合には、頭蓋骨又は人工頭蓋骨に取り付ける電極や導光体を増やすともに外側に設ける頭蓋上ユニットを増やせばよいので、拡張性、柔軟性が高い。
(3) Since signal transmission by radio is performed between the skull unit and the extracorporeal unit, the subject has a high degree of freedom of action, and meaningful measurement under such free action is possible.
(4) In order to expand the measurement range of the brain, the number of electrodes and light guides attached to the skull or artificial skull can be increased, and the number of on-cranial units provided outside can be increased. Therefore, the expandability and flexibility are high.
以下、本発明に係る脳機能測装置及び計測方法の一実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は本実施例の脳機能計測装置の基本構成要素を示す外観斜視図、図2は本実施例の脳機能計測装置を実験動物等の被検体に装着した状態を示す概略断面図、図3は図1中の電極体の構造例を示す外観斜視図、図4は図1中の頭蓋上ユニット装着時の概略斜視図である。
Hereinafter, an embodiment of a brain function measuring device and a measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an external perspective view showing basic components of the brain function measuring apparatus of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing a state in which the brain function measuring apparatus of the present embodiment is mounted on a subject such as a laboratory animal. 3 is an external perspective view showing an example of the structure of the electrode body in FIG. 1, and FIG. 4 is a schematic perspective view when the upper skull unit in FIG. 1 is mounted.
本実施例による脳機能計測装置は、図1(a)に示すように、細長い略円柱形状の軸部11の一端に先端部12、他端に基部13が設けられた複数本の電極体1と、導電性である複数のコンタクト部21が扁平形状の筐体の一面に配設され、後述する電気回路部22が内蔵された頭蓋上ユニット2Aと、任意の形状の体外ユニット3と、を基本構成要素とする。図1(b)に示すように、電極体1に類似した形状の、軸部41、先端部42、基部43を有する導光体4が使用される場合もあり、そのときには、複数のコンタクト部21の一部が光学結合部23に置き換えられた頭蓋上ユニット2Bが使用される。
As shown in FIG. 1 (a), the brain function measuring apparatus according to the present embodiment has a plurality of
上記の基本構成要素のうち、電極体1及び導光体4は被検体100の頭蓋骨102(又は被検体100の頭蓋骨の一部に置換される人工頭蓋骨:なお、以下の説明では「頭蓋骨102」が明らかに人工頭蓋骨を含むことができる場合には、特に「人工頭蓋骨」と記載しない)を貫通するように設けられ、頭蓋上ユニット2A、2Bは被検体100の頭蓋骨102と頭皮101との間に配置され、体外ユニット3は被検体100の外部、つまり頭皮101のさらに外側、に配置される。
Among the above basic components, the
電極体1は基本的にはその全体が金属等の導電体、好ましくは、腐食しにくく且つ長期間に亘り安定的である金属、例えばプラチナなどから成る。そして、図3(a)に示すように、先端部12は後述するように軸部11よりやや径が大きい程度の孔に挿通される際(つまりは外側から荷重を受けている際)には内方に窪み、該孔から出て外側からの荷重がない状態では外側に拡がるばね性を有した構造を有する。ただし、外側に露出している部分で導電性が必要であるのは、先端部12の下部及び基部13の上部だけであるので、図3(b)に示すように、こうした導電性が必要である部分を除いて導電体の周囲を絶縁性被膜14で被覆した構造としてもよい。このような構造によれば、脳において目的とする部位以外の信号を拾いにくくなり、信号のSN比向上に有利である。
The
一方、導光体4は、石英ガラス等、長期間に亘り安定的に高い透明性が得られる材料からなる。また、導光体4は光ファイババンドルなどを用いてよい。また、先端部12や基部13をレンズ作用を有する構成とすることで、光の収集効率や集束性を高めるようにしてもよい。
On the other hand, the light guide 4 is made of a material such as quartz glass that can stably obtain high transparency over a long period of time. The light guide 4 may be an optical fiber bundle or the like. Further, the light collection efficiency and the convergence may be enhanced by configuring the
図2に示すように、電極体1はその軸部11が、被検体100の頭蓋骨(又は人工頭蓋骨)102を貫通して設けられた軸部11の外径よりも若干径が大きい程度の貫通孔に挿通され、先端部12は頭蓋骨(又は人工頭蓋骨)102の内側、基部13は頭蓋骨(又は人工頭蓋骨)102の外側に露出するように取り付けられる。図2の例では、先端部12は頭蓋骨102の内側に張り付いている脳硬膜103を貫通し、大脳皮質(厳密には脳軟膜)105を被覆しているくも膜104の表面に接しているが、先端部12は脳硬膜103を貫通することなく脳硬膜103の表面に接するようにしてもよい。或いは、先端部12がくも膜104及び脳軟膜を貫通し、大脳皮質105に刺入されるようにしてもよい。導光体4についても電極体1と同様である。また、上記のような電極体1及び導光体4を取り付ける際に、必要に応じて、人工硬膜や他の動物から採取した硬膜を利用してもよい。
As shown in FIG. 2, the
なお、図1〜図3では、電極体1や導光体4の軸部11、41を直線形状としており、それによって頭蓋骨102上に露出している先端部13、43の直下が計測対象又は刺激対象の部位となっているが、軸部11、41は適宜屈曲した形状であってもよい。つまり、頭蓋骨102に穿設する貫通孔の形状を屈曲形状とし、その形状に沿って電極体1や導光体4を挿通するようにしてもよい。この場合、頭蓋骨102上に露出している先端部13、43の直下が計測対象又は刺激対象の部位とはならないから、逆に、頭蓋上ユニット2A、2Bを装着することが困難である頭蓋骨102上の部位の直下の計測や刺激を行いたい場合に有用である。
In FIG. 1 to FIG. 3, the
また、被検体100が有する頭蓋骨102に電極体1や導光体4が取り付けられるのではなく、被検体100の頭蓋骨102の一部を置換するように該被検体100の頭部に装着される人工頭蓋骨に電極体1や導光体4が取り付けられるようにしてもよい。この場合、予め、つまりは人工頭蓋骨を被検体100の頭部に装着する前に、人工頭蓋骨に複数の電極体1や導光体4を取り付け、電極体1や導光体4が取り付けられた状態の人工頭蓋骨を外科的手術により被検体100の頭部に装着するようにしてもよいし、外科的手術により人工頭蓋骨を被検体100の頭部に装着したあとに該人工頭蓋骨に複数の電極体1や導光体4を取り付けるようにしてもよい。
In addition, the
また、頭蓋骨102に穿設された貫通孔に電極体1や導光体4を挿設した状態で、電極体1や導光体4の外周面と貫通孔の内周面との間が液密状態であることが好ましい。そこで、例えば電極体1や導光体4を挿通する際に間に無害なシール材を充填する等の方法によって、液密性を確保するとよい。これにより、例えば後述するように頭蓋上ユニット2A、2Bが故障して有害な液体が該ユニット2A、2Bから漏出した場合でも、貫通孔と電極体1や導光体4との間の間隙を通して有害な液体な頭蓋骨102内側に浸入することを防止することができる。
In addition, in a state where the
頭蓋上ユニット2A、2Bのコンタクト部21は、頭蓋骨102の外側に露出している複数の電極体1の基部13の位置に対応して2次元的に設けられ、また頭蓋上ユニット2Bの光学結合部23は、頭蓋骨102の外側に露出している複数の導光体4の基部43の位置に対応して2次元的に設けられている。したがって、図4に示すように、複数の電極体1が取り付けられている頭蓋骨102の外側の所定位置に頭蓋上ユニット2Aが取り付けられると、該頭蓋上ユニット2Aの各コンタクト部21は各電極体1の基部13にそれぞれ接触し、両者の間の電気的導通が確保される。また、複数の電極体1及び導光体4が取り付けられている頭蓋骨102の外側の所定位置に頭蓋上ユニット2Bが取り付けられると、該頭蓋上ユニット2Bの各コンタクト部21は各電極体1の基部13にそれぞれ接触して両者の間の電気的導通が確保されるとともに、各光学結合部23は各導光体4の基部43にそれぞれ密着し、両者の間の光学的結合、つまり光の相互伝搬が確保される。
The
図2の例では、ネジ25で頭蓋骨102外側に保持部材24が固定され、この保持部材24により形成された保持空間に頭蓋上ユニット2A、2Bを嵌め込むことで該ユニット2A、2Bは脱着容易に固定されている。もちろん、頭蓋骨102への頭蓋上ユニット2A、2Bの取付方法はこれに限らない。
In the example of FIG. 2, the holding
例えば取り付けるべき頭蓋上ユニット2A、2Bの数が少ない場合には、図7(a)に示すように、該ユニット2A、2Bの筐体に一体に形成されたフランジ26のネジ孔に挿入したネジ27を頭蓋骨102に螺入することで、該ユニット2A、2Bを固定するようにしてもよい。
For example, when the number of the
或いは、図7(b)に示すように、頭蓋骨102の外面の一部を切削加工して形成した凹部(又は保持空間)110に頭蓋上ユニット2A、2Bを嵌め込むことで固定するようにしてもよい。もちろん、頭蓋骨や人工頭蓋骨を切削加工する際には、その強度を大きく損なうことがないようにする必要がある。特に、頭蓋骨又は人工頭蓋骨自体を固定方法によれば、ネジなどの別部材を用いる必要がないので、取付け・取外しが容易なだけでなく、ネジが被検体の体内で脱落して例えば頭皮などを損傷したり、或いはネジを被検体の体内に置き忘れる等の作業ミスが発生したりすることを防止できる。
いずれにしても、頭蓋上ユニット2A、2Bが頭蓋骨又は人工頭蓋骨上で安定的に保持されつつ、必要な場合には簡単に交換や取外しが容易であるような取付方法を採用することが好ましい。
Alternatively, as shown in FIG. 7 (b), the
In any case, it is preferable to adopt an attachment method in which the
頭蓋上ユニット2A、2Bの筐体の平面形状が略六角形状で、図7(b)に示したように頭蓋骨102に形成された凹部110に頭蓋上ユニット2A、2Bを嵌め込んで取り付ける構成において、複数の頭蓋上ユニット2A、2Bを取り付けたい場合には、図8に示すように、略蜂の巣形状に凹部110を形成し、各凹部110にそれぞれ頭蓋上ユニット2A、2Bを嵌め込むようにするとよい。
In the structure in which the planar shape of the casings of the
図5は頭蓋上ユニット2Bに内蔵されている電気回路部22の概略ブロック構成図、図6は体外ユニット3に内蔵されている電気回路部の概略ブロック構成図である。
頭蓋上ユニット2Bの電気回路部22は、内蔵されたアンテナ220と、アンテナ駆動部221と、変調部222と、復調部223と、電力供給部224と、制御部225と、信号処理部226と、ID記憶部227と、LED228と、光センサ229と、を含む。複数の頭蓋上ユニット2Bはそれぞれ固有の識別情報(ID)を有しており、その識別情報がID記憶部227に予め格納されている。
FIG. 5 is a schematic block configuration diagram of the
The
なお、脳との間で光学的な刺激や情報のやり取りを行わない頭蓋上ユニット2Aの場合には、LED228、光センサ229を備えず、制御部225や信号処理部226がLED228の駆動制御や受光信号の処理などの機能を有さない点が異なるだけであり、それ以外の点は頭蓋上ユニット2Bと共通である。したがって、以下の説明の多くは、頭蓋上ユニット2Aにも適用可能である。
In the case of the
また、体外ユニット3は、アンテナ31と、アンテナ駆動部32と、変調部33と、復調部34と、電力供給部35と、制御部36と、信号処理部37と、を備える。
The
図2に示すように、電極体1、導光体4、及び頭蓋上ユニット2A、2Bが被検体100の内部に設置され、被検体100の外部で頭蓋上ユニット2A、2Bと通信可能な範囲に体外ユニット3が設置されている状態で、これら構成要素から成る脳機能計測装置は以下のような動作により、被検体100の脳の活動等を反映した脳機能関連情報を収集する。
As shown in FIG. 2, the
体外ユニット3において電力供給部35は、所定周波数の電磁波をアンテナ31から放射するように、アンテナ駆動部32を介してアンテナ31を駆動する。頭蓋上ユニット2A、2Bにおいて電力供給部224はアンテナ220を介して上記電磁波を受けて電力を生成し、これを回路各部に供給する。即ち、この例において頭蓋上ユニット2A、2Bはバッテリなどの電源を内蔵せず、外部からアンテナ220を介して受ける電磁波に基づいて必要な電力を生成する、いわゆるパッシブ型ICタグと同様の回路を有している。もちろん、頭蓋上ユニット2Bにバッテリを内蔵する構成としてもよい。
In the
体外ユニット3において、制御部36は例えば外部から与えられた指示に基づき、脳機能計測のための各種制御信号を生成する。この制御信号は変調部33で所定形式(アンテナ31、220を通した電波伝送に適した周波数帯域など)に変調され、アンテナ駆動部32を介してアンテナ31から送出される。頭蓋上ユニット2では、アンテナ220を介して上記信号を受信し、復調部223で復調を施すことで元の制御信号を抽出し、制御部225はこの制御信号に基づいて信号処理部226やID記憶部227などの動作を制御する。基本的には、ID記憶部227から読み出されたIDが変調部222により所定形式に変調され、アンテナ駆動部221を介してアンテナ220から送出される。
In the
上述したように被検体100の脳表面に接触する電極体1を通して脳に電気的刺激を与える場合には、制御部225から出力された刺激用の電流信号がコンタクト部21を経て電極体1に送られ、該電極体1の先端部12から脳に対して電流信号が流される。また、被検体100の脳表面に接触する導光体4を通して脳に光学的刺激を与える場合には、制御部225から出力された刺激用信号に応じてLED228が発光し、例えば近赤外光である発光光が光学結合部23を経て導光体4に送られ、該導光体4の先端部42から脳に対し近赤外光が照射される。
As described above, when an electrical stimulus is applied to the brain through the
一方、被検体100の脳表面に接触する1本の電極体1は、その接触部位付近の皮質フィールドポテンシャルや神経組織のアクションポテンシャルなどによる微弱な信号を拾う。この電気信号はコンタクト部21を経て頭蓋上ユニット2Bに入力される。また、被検体100の脳表面に接触する1本の導光体4は、例えば別の導光体4から上述したように照射された近赤外光に応じて脳表面や脳溝などで反射した光、散乱した光、或いは励起されることで放出された光を収集する。この光は導光体4中を案内され光学結合部23を経て、光センサ229に到達し、該光センサ229で光電変換されて受光強度に応じた電気信号が生成される。これら電気信号はいずれも信号処理部226で増幅され、必要に応じて周波数多重、時分割多重などの多重化が行われる。そして、変調部222により所定形式に変調され、アンテナ駆動部221を介してアンテナ220から送出される。
On the other hand, one
体外ユニット3では、上記のように頭蓋上ユニット2のアンテナ220から送出され、被検体100の頭皮101を通過して到来する電波をアンテナ31で受信する。そして、この受信信号を復調部34で復調した後に信号処理部37で処理して、頭蓋上ユニット2B固有のIDや、各電極体1でそれぞれ得られた電気信号や各導光体4で収集された光信号に由来する電気信号を分離して取り出す。2次元的に配置された多数の電極体1でそれぞれ得られた電気信号は、脳の活動に関する重要な情報を含む。また、例えば、上述したように脳表面に照射された近赤外光に応じて、2次元的に配置された多数の導光体4でそれぞれ得られた反射光や散乱光は、脳内の血流などに関する重要な情報を含む。したがって、本実施例の脳機能計測装置によれば、脳の2次元的な所定範囲に亘る脳波等の電気的情報の収集と光トポグラフィなどの光学的情報の収集とを並行してリアルタイムで行うことができる。もちろん、光学的計測を行うことなく、電気的計測のみを行うようにしてもよい。
In the
以上のように、本実施例の脳機能計測装置では、被検体100の外部の体外ユニットと無線で信号のやり取りを行う頭蓋上ユニット2A、2Bは頭蓋骨102の外側に着脱容易に取り付けられ、この頭蓋上ユニット2A、2Bと少なくとも一部が脳に接触する電極体1や導光体4とは単に接触等により電気信号や光信号のやり取りが行われる構成となっている。上述したように頭蓋上ユニット2A、2Bには複雑な電気回路部22が内蔵されており、故障が起こったり、或いは機能が古くなって更新が必要になったりすることがよくある。こうした場合に、被検体100の頭皮101を切開しさえすれば、頭蓋上ユニット2A、2Bを容易に交換したり取り外したりすることができる。一方、頭蓋骨102や人工頭蓋骨に埋め込まれた電極体1や導光体4は殆ど半永久的に使用可能であるから、頭蓋骨102を切開するような外科的手術は基本的に必要なく、被検者に与える負担を最小限に抑えるとともに感染症のリスクを抑えて、長期間に亘り安定的な計測が可能である。
As described above, in the brain function measuring apparatus according to the present embodiment, the
なお、ここでは、頭蓋上ユニット2A、2Bと体外ユニット3とを一対一で設けていたが、1個の体外ユニット3が複数の頭蓋上ユニット2A、2Bと相互通信を行って、制御信号や計測データのやり取りを行う構成としてもよい。即ち、多点の計測を行う場合でも、体外ユニット3は少なくとも一つあればよい。
Here, the
また、複数の頭蓋上ユニット2A、2B同士で相互に通信が可能な構成としておき、複数の頭蓋上ユニット2A、2Bが連携した計測を行えるようにしてもよい。例えば、全ての頭蓋上ユニット2A、2Bで同時に計測を行うほか、脳全体をカバーするように配置した多数の頭蓋上ユニット2A、2Bを所定のパターンで時間をずらして計測を行うようなことも可能である。このように複数の頭蓋上ユニット2A、2Bをネットワーク化した計測を行うことにより、従来のデバイスでは達成し得ない複雑で高度な計測が可能となる。
Moreover, it is set as the structure which can mutually communicate between
また、上記実施例は本発明の単なる一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正、又は追加を行っても、本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。 Further, the above-described embodiment is merely an example of the present invention, and it is apparent that the present invention is encompassed by the claims of the present application even if appropriate modifications, corrections, or additions are made within the scope of the present invention.
1…電極体
11…軸部
12…先端部
13…基部
14…絶縁性被膜
100…被検体
101…頭皮
102…頭蓋骨
103…脳硬膜
104…くも膜
105…大脳皮質
110…凹部
2A、2B…頭蓋上ユニット
21…コンタクト部
22…電気回路部
220…アンテナ
221…アンテナ駆動部
222…変調部
223…復調部
224…電力供給部
225…制御部
226…信号処理部
227…ID記憶部
228…LED
229…光センサ
23…光学結合部
24…保持部材
25、27…ネジ
26…フランジ
3…体外ユニット
31…アンテナ
32…アンテナ駆動部
33…変調部
34…復調部
35…電力供給部
36…制御部
37…信号処理部
4…導光体
41…軸部
42…先端部
43…基部
DESCRIPTION OF
229 ...
Claims (8)
a)被検体の頭蓋骨又は該頭蓋骨の一部に代えて被検体に装着される人工頭蓋骨に穿孔された貫通孔に挿設され、先端部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側に露出して脳又は脳を被覆する膜に接触する一方、基部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出してなる複数の電極と、
b)前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に着脱可能に固定され、該頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出している前記複数の電極の基部と接触するコンタクト部と、該コンタクト部を介して前記電極から得られた電気信号又は該コンタクト部を介して該電極へ与える電気信号を、無線で当該被検体の頭皮の外側に送信する又は外側から受信する信号中継部と、を含む頭蓋上ユニットと、
c)当該被検体の頭皮の外側に設けられ、前記頭蓋上ユニットの信号中継部から無線で送出される信号を受信する又は該信号中継部に無線で信号を送信する体外ユニットと、
を備えることを特徴とする脳機能計測装置。 A brain function measuring device for collecting information related to brain functions of subjects including various experimental animals and humans,
a) It is inserted into a through-hole drilled in a skull of a subject or an artificial skull attached to the subject instead of a part of the skull, and a distal end portion is exposed to the inside of the skull or the artificial skull. A plurality of electrodes in contact with a membrane covering the brain, while a base is exposed to the outside of the skull or artificial skull;
b) a contact part that is detachably fixed to the outside of the skull or artificial skull and that is exposed to the outside of the skull or artificial skull; and a contact part that contacts the base part of the plurality of electrodes; A signal relay unit that wirelessly transmits the electrical signal obtained or the electrical signal applied to the electrode via the contact part to the outside of the subject's scalp, or receives from the outside, a skull unit,
c) an extracorporeal unit that is provided outside the scalp of the subject, receives a signal transmitted wirelessly from the signal relay unit of the above-cranial unit, or transmits a signal wirelessly to the signal relay unit;
A brain function measuring device comprising:
前記複数の電極と同様に、被検体の頭蓋骨又は人工頭蓋骨に穿孔された貫通孔に挿設され、先端部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側に露出して脳又は脳を被覆する膜に接触する一方、基部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出してなる導光体、をさらに備え、
前記頭蓋上ユニットは、前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出している前記導光体の基部と光学的に結合された光学結合部と、該光学結合部及び前記導光体を通して脳に光信号を与える発光部と、前記導光体及び前記光学結合部を経て得られた光信号を受光して電気信号に変換する受光部と、をさらに含むことを特徴とする脳機能計測装置。 The brain function measuring device according to claim 1,
Similar to the plurality of electrodes, it is inserted into a through-hole drilled in the skull or artificial skull of the subject, and the tip is exposed to the inside of the skull or artificial skull to contact the brain or a membrane covering the brain On the other hand, a light guide formed by exposing a base portion to the outside of the skull or artificial skull,
The upper skull unit includes an optical coupling unit optically coupled to a base of the light guide exposed outside the skull or the artificial skull, and an optical signal to the brain through the optical coupling unit and the light guide. And a light receiving unit that receives an optical signal obtained through the light guide and the optical coupling unit and converts it into an electrical signal.
前記頭蓋上ユニットのコンタクト部及び/又は光学結合部は、当該ユニットの筐体の一面に2次元的に配置されてなることを特徴とする脳機能計測装置。 The brain function measuring device according to claim 1 or 2,
The brain function measuring device, wherein the contact part and / or the optical coupling part of the above-cranial unit are two-dimensionally arranged on one surface of the casing of the unit.
前記頭蓋上ユニットは、被検体の頭蓋骨又は該被検体に装着される人工頭蓋骨の外側に形成された凹部に嵌着されることを特徴とする脳機能測装置。 The brain function measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The brain function measuring device, wherein the upper skull unit is fitted into a concave portion formed outside a skull of a subject or an artificial skull attached to the subject.
a)被検体の頭蓋骨又は該頭蓋骨の一部に代えて被検体に装着される人工頭蓋骨に複数の貫通孔を穿孔し、各貫通孔にそれぞれ、先端部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側に露出して脳又は脳を被覆する膜に接触する一方、基部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出するように電極を挿設し、
b)さらに、前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出している前記複数の電極の基部とそれぞれ接触するコンタクト部と、該コンタクト部を介して前記電極から得られた電気信号又は該コンタクト部を介して該電極へ与える電気信号を、無線で当該被検体の頭皮の外側に送信する又は外側から受信する信号中継部と、を含む頭蓋上ユニットを、前記コンタクト部が前記複数の電極の基部とそれぞれ接触するように、前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に着脱可能に固定した上で、
被検体の脳又は脳を被覆する膜に前記先端部がそれぞれ接触した前記電極で得られる電気信号を、該電極の基部に接触した前記コンタクト部を介して前記頭蓋上ユニットの信号中継部へと送り、該信号中継部において無線で送出される信号を被検体の体外に設けられた体外ユニットにより受信することにより脳機能関連情報を取得するようにしたことを特徴とする脳機能計測方法。 A brain function measuring method for collecting information related to the brain function of subjects including various experimental animals and humans,
a) A plurality of through holes are drilled in the skull of the subject or an artificial skull to be attached to the subject instead of a part of the skull, and the tip of each through hole is exposed inside the skull or the artificial skull. And the electrode is inserted so that the base is exposed to the outside of the skull or artificial skull while contacting the brain or the membrane covering the brain,
b) Further, contact portions that respectively contact the base portions of the plurality of electrodes that are exposed to the outside of the skull or the artificial skull, and electrical signals obtained from the electrodes via the contact portions or via the contact portions A signal relay unit that wirelessly transmits an electrical signal to be applied to the electrode to the outside of the subject's scalp or receives from the outside, and the contact unit is a base of the plurality of electrodes, respectively. After detachably fixing to the outside of the skull or artificial skull so as to contact,
An electrical signal obtained by the electrode whose tip is in contact with the subject's brain or a membrane covering the brain is transmitted to the signal relay unit of the above-cranial unit via the contact part in contact with the base of the electrode. A brain function measuring method characterized in that the brain function related information is acquired by receiving a signal transmitted wirelessly in the signal relay unit by an extracorporeal unit provided outside the body of the subject.
前記複数の電極と同様に、被検体の頭蓋骨又は人工頭蓋骨に穿孔された貫通孔に、先端部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の内側に露出して脳又は脳を被覆する膜に接触する一方、基部が前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出するように導光体を挿設し、
前記頭蓋骨又は人工頭蓋骨の外側に露出している前記導光体の基部と光学的に結合された光学結合部と、該光学結合部及び前記導光体を通して脳に光信号を与える発光部と、前記導光体及び前記光学結合部を経て得られた光信号を受光して電気信号に変換する受光部と、をさらに含む前記頭蓋上ユニットにより、脳に対する光信号の刺激を与える、及び/又は、脳から光学情報を収集するようにしたことを特徴とする脳機能計測方法。 The brain function measuring method according to claim 5,
Similarly to the plurality of electrodes, the base portion is exposed to the inside of the skull or artificial skull and contacts the brain or a membrane covering the brain, in the through hole drilled in the skull or artificial skull of the subject. Inserted a light guide so that is exposed to the outside of the skull or artificial skull,
An optical coupling unit optically coupled to the base of the light guide exposed outside the skull or artificial skull, and a light emitting unit for providing an optical signal to the brain through the optical coupling unit and the light guide; A light receiving unit that receives an optical signal obtained through the light guide and the optical coupling unit and converts the received optical signal into an electrical signal, and provides stimulation of the optical signal to the brain, and / or The method for measuring brain function, characterized in that optical information is collected from the brain.
被検体の頭蓋骨又は該被検体に装着される人工頭蓋骨の外側に、前記頭蓋上ユニットの筐体外形形状に応じた凹部を形成し、該凹部に前記頭蓋上ユニットを嵌着するようにしたことを特徴とする脳機能計測方法。 The brain function measuring method according to claim 5 or 6,
A concave portion corresponding to the outer shape of the casing of the upper skull unit is formed outside the skull of the subject or the artificial skull attached to the subject, and the upper skull unit is fitted into the concave portion. A brain function measuring method characterized by the above.
被検体の頭蓋骨又は該被検体に装着される人工頭蓋骨の外側に前記頭蓋上ユニットを複数固定することで、脳機能関連情報を収集可能な範囲を拡大するようにしたことを特徴とする脳機能計測方法。 The brain function measuring method according to any one of claims 5 to 7,
A brain function characterized in that the range in which brain function-related information can be collected is expanded by fixing a plurality of the above-mentioned skull units on the outside of the skull of the subject or the artificial skull attached to the subject. Measurement method.
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