JP2017221416A - Cognitive ability change prediction device, method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To predict a change in cognitive ability of a user and perform user management more appropriately.SOLUTION: Learning data is created beforehand, and is stored in learning data accumulation means 4. In this state, heartbeat interval data on an object user is received from data input means 2 in a time-series manner, and an HRV feature amount is calculated from the heartbeat interval data for each predetermined time section. Successively, an HRV change amount based on the HRV feature amount calculated for each time section is calculated. Then, the learning data stored in the learning data accumulation means 4 is referred to, and a future change amount of the cognitive ability of the object user is predicted based on the calculated HRV feature amount and the HRV change amount. Information indicating the predicted change mount of the cognitive ability is output to result output means 3, and presented to the object user, an administrator, etc.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、“Working Memory”や“Selective Attention”等、ユーザの認知的な情報処理能力(以下認知能力と呼称する)の変化を予測するための装置、方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to an apparatus, method, and program for predicting a change in a user's cognitive information processing ability (hereinafter referred to as cognitive ability) such as “Working Memory” and “Selective Attention”.

近年、例えば従業員の労務管理のために、就業中にユーザの認知能力を推定する技術が種々提案されている。例えば、非特許文献1には、Advanced Trail Making Test(以下ATMTと呼称する)のように、実行中の作業等を中断して数分程度のタスクを実行し、当該タスクの成績からユーザの認知能力を推定する手法が記載されている。また非特許文献2には、ユーザに心電センサを装着し、心電のR波ピーク間隔(以下RRIと呼称する)を測定し、このRRIから算出される複数の特徴量を用いて現時点での認知能力を推定する手法が記載されている。   In recent years, for example, various techniques for estimating a user's cognitive ability during work have been proposed in order to manage employee labor. For example, in Non-Patent Document 1, as in Advanced Trail Making Test (hereinafter referred to as ATMT), the work being executed is interrupted and a task of about several minutes is executed, and the user's recognition from the result of the task A method for estimating capacity is described. In Non-Patent Document 2, an electrocardiographic sensor is attached to a user, an electrocardiographic R wave peak interval (hereinafter referred to as RRI) is measured, and a plurality of feature amounts calculated from the RRI are used at the present time. A method for estimating the cognitive ability of a child is described.

K. Mizuno et al.: Utility of an Advanced Trail Making Test as a Neuropsychological Tool for an Objective Evaluation of Work Efficiency During Mental Fatigue, Fatigue Science for Human Health, pp.47-54, 2008.K. Mizuno et al .: Utility of an Advanced Trail Making Test as a Neuropsychological Tool for an Objective Evaluation of Work Efficiency During Mental Fatigue, Fatigue Science for Human Health, pp. 47-54, 2008. 角田ほか、「心拍変動を用いた認知能力逐次推定手法」、情報処理学会グループウェアとネットワークサービスワークショップ論文集、pp. 1-10, 2015.Tsunoda et al., “Sequential Estimation Method of Cognitive Ability Using Heart Rate Variability”, IPSJ Groupware and Network Service Workshop Proceedings, pp. 1-10, 2015.

ところが、非特許文献1、2に記載された技術は、何れも現時点でのユーザの認知能力を推定するものとなっている。このため、推定結果を労務管理に利用しようとした場合、認知能力が低下した時点でその人を休ませるといった対応は可能であるが、認知能力が低下する前に休ませるという対応は不可能だった。従って、生産性の低下は防げず、労務管理上改善が要望されていた。   However, the techniques described in Non-Patent Documents 1 and 2 both estimate the user's cognitive ability at the present time. For this reason, when trying to use the estimation results for labor management, it is possible to take a rest when the cognitive ability declines, but it is impossible to take a rest before the cognitive ability declines. It was. Therefore, productivity reduction cannot be prevented and improvement in labor management has been demanded.

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、認知能力の変化を予測できるようにしてユーザの管理をより適切に行えるようにする認知能力変化予測装置、方法およびプログラムを提供しようとするものである。   The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and the object of the present invention is to recognize a change in cognitive ability so that a change in cognitive ability can be predicted so that the user can be managed more appropriately. It is intended to provide a program.

上記課題を解決するためにこの発明の第1の態様は、予測対象ユーザの心拍間隔を表すデータを取得し、この取得された心拍間隔を表すデータをもとに心拍変動の特徴量を算出すると共に、当該算出された心拍変動の特徴量をもとにその変化量を算出する。そして、上記算出された心拍変動の特徴量およびその変化量と、予め記憶されている学習データとをもとに、上記予測対象ユーザの認知能力の変化を予測し、その予測結果を表す情報を出力するようにしたものである。   In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, data representing a heartbeat interval of a prediction target user is acquired, and a feature amount of heartbeat variability is calculated based on the acquired data indicating the heartbeat interval. At the same time, the change amount is calculated based on the calculated feature amount of the heartbeat variability. Then, based on the calculated feature value of heart rate variability and the amount of change thereof, and learning data stored in advance, a change in the cognitive ability of the prediction target user is predicted, and information representing the prediction result is obtained. It is designed to output.

この発明の第2の態様は、上記心拍変動の特徴量を算出する手段として、上記取得された心拍間隔を表すデータをもとに時間領域の特徴量を算出する手段と、上記取得された心拍間隔を表すデータをもとに周波数領域の特徴量を算出する手段とを備える。そして、上記時間領域の特徴量を算出する手段により、心拍間隔の平均値と、心拍間隔の標準偏差(SDNN)と、隣接した心拍間隔の差が50msecを超えた比率(pNN50)と、隣接した心拍間隔の差の二乗平均平方和(RMSSD)とのうちの少なくとも1つを算出し、上記周波数領域の特徴量を算出する手段により、心拍間隔をスペクトル解析した際の低周波成分(0.04~0.15Hz)の総パワー(LF)と、心拍間隔をスペクトル解析した際の高周波成分(0.15~0.40Hz)の総パワー(HF)と、上記低周波成分の総パワーLFと上記高周波成分の総パワーHFとの比率(LF/HF)とのうちの少なくとも1つを算出するようにしたものである。   According to a second aspect of the present invention, as means for calculating the feature quantity of the heartbeat variability, means for calculating a feature quantity in a time domain based on the data representing the acquired heartbeat interval, and the acquired heartbeat Means for calculating a feature quantity in the frequency domain based on data representing the interval. Then, by means of calculating the time domain feature amount, the average value of the heartbeat interval, the standard deviation of the heartbeat interval (SDNN), and the ratio (pNN50) in which the difference between adjacent heartbeat intervals exceeds 50 msec (pNN50) Calculates at least one of the root mean square difference (RMSSD) of the difference in heart rate interval, and the low frequency component (0.04 to 0.15) when the heart rate interval is spectrally analyzed by means of calculating the feature quantity in the frequency domain. Hz) total power (LF), the total power (HF) of the high frequency component (0.15 to 0.40 Hz) when the heartbeat interval is spectrally analyzed, the total power LF of the low frequency component and the total power HF of the high frequency component And at least one of the ratio (LF / HF).

この発明の第3の態様は、上記心拍変動の特徴量を算出する手段により、上記取得された心拍間隔を表すデータをもとにその異なる複数の時間区間において心拍変動の特徴量をそれぞれ算出し、上記心拍変動の特徴量の変化量を算出する手段により、上記異なる複数の時間区間において算出された各心拍変動の特徴量間の変化量または変化率と、上記各心拍変動の特徴量間の相関係数の変化量または変化率とのうちの何れかを算出するようにしたものである。   According to a third aspect of the present invention, the feature amount of the heart rate variability is calculated by the means for calculating the feature amount of the heart rate variability in each of a plurality of different time intervals based on the acquired data representing the heart rate interval. The means for calculating the amount of change in the feature value of heartbeat variability between the change amount or change rate between the feature values of heartbeat variability calculated in the plurality of different time intervals and the feature value of each heartbeat variability Either the change amount or the change rate of the correlation coefficient is calculated.

この発明の第4の態様は、上記心拍変動の特徴量の変化量を算出する際に、上記異なる複数の時間区間において算出された各心拍変動の特徴量に対し主成分の分析を行い、当該主成分の分析結果に基づいて、上記主成分の変化を示すT2 統計量と、次元圧縮の残差を示すQ統計量とをそれぞれ算出するようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, when calculating the amount of change in the feature value of the heartbeat variability, the principal component analysis is performed on the feature value of each heartbeat variability calculated in the plurality of different time intervals. Based on the analysis result of the main component, the T 2 statistic indicating the change of the main component and the Q statistic indicating the residual of dimensional compression are respectively calculated.

この発明の第5の態様は、上記認知能力の変化を予測する際に、Advanced Trail Making Testの成績として測定される情報を、上記認知能力の変化として予測するようにしたものである。   In the fifth aspect of the present invention, when the change in the cognitive ability is predicted, the information measured as the result of the Advanced Trail Making Test is predicted as the change in the cognitive ability.

この発明の第6の態様は、上記認知能力の変化を予測する手段として、上記学習データをもとに認知能力の変化を表す分類器を作成し、上記算出された心拍変動の特徴量とその変化量を上記分類器に入力することで、上記認知能力の変化を予測する手段と、上記学習データをもとに回帰モデルを作成し、上記算出された心拍変動の特徴量とその変化量を上記回帰モデルに入力することで、上記認知能力の変化量を予測する手段とのうちの何れか一方を備えるようにしたものである。   According to a sixth aspect of the present invention, as a means for predicting the change in the cognitive ability, a classifier representing the change in the cognitive ability is created based on the learning data, and the calculated feature value of the heart rate variability and its By inputting the amount of change into the classifier, a regression model is created based on the means for predicting the change in the cognitive ability and the learning data, and the calculated feature value of the heart rate variability and the amount of change are calculated. By inputting into the regression model, any one of the means for predicting the amount of change in the cognitive ability is provided.

この発明の第1の態様によれば、予測対象ユーザの認知能力の変化が予測されてその結果が表示される。このため、例えば認知能力が低下する以前に予測対象ユーザが自主的に休息を取ったり、管理者が予測対象ユーザに対し休息を与える等の対策を適切なタイミングで講じることが可能となる。その結果、タスクを実行中のユーザの作業効率や品質を高く維持することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, a change in the cognitive ability of the prediction target user is predicted and the result is displayed. For this reason, for example, the prediction target user can take a rest before the cognitive ability declines, or the administrator can take measures such as giving the rest to the prediction target user at an appropriate timing. As a result, it is possible to maintain high work efficiency and quality of the user who is executing the task.

この発明の第2の態様によれば、心拍変動の特徴量として、心拍間隔データをもとに時間領域の特徴量と周波数領域の特徴量がそれぞれ算出される。このため、ユーザの認知能力と関連性を持つ特徴量を確実に得ることが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, the time domain feature quantity and the frequency domain feature quantity are calculated based on the heartbeat interval data as the feature quantity of the heart rate variability. For this reason, it becomes possible to obtain the feature-value which has relevance with a user's cognitive ability reliably.

この発明の第3の態様によれば、心拍変動の特徴量の変化量として、異なる複数の時間区間において算出された各心拍変動特徴量間の変化量または変化率と、各心拍変動特徴量間の相関係数の変化量または変化率とのうちの何れかが算出される。このため、心拍変動の特徴量の変化量を時間区間単位で比較的簡易に算出することができる。   According to the third aspect of the present invention, as the amount of change in the feature value of heart rate variability, the change amount or change rate between the heart rate variability feature amounts calculated in a plurality of different time intervals, and between each heart rate variability feature amount One of the change amount or the change rate of the correlation coefficient is calculated. For this reason, it is possible to relatively easily calculate the amount of change in the feature amount of heartbeat variability in units of time intervals.

この発明の第4の態様によれば、心拍変動の特徴量の変化量として、心拍変動の特徴量の主成分の変化を示すT2 統計量と、次元圧縮の残差を示すQ統計量が算出される。このため、心拍変動の特徴量の変化量をより的確に算出することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, as the amount of change in the feature value of heart rate variability, the T 2 statistic indicating the change in the main component of the feature value of heart rate variability and the Q statistic indicating the residual of dimension compression are Calculated. For this reason, the amount of change in the feature amount of heartbeat variability can be calculated more accurately.

この発明の第5の態様によれば、Advanced Trail Making Testの成績として測定される情報を用いて認知能力の変化が予測される。このため、ユーザの認知能力の変化をユーザが把握しやすい形態で表すことが可能となる。   According to the fifth aspect of the present invention, a change in cognitive ability is predicted using information measured as the result of Advanced Trail Making Test. For this reason, it becomes possible to represent the change of a user's cognitive ability in the form which a user can grasp easily.

この発明の第6の態様は、ユーザの認知能力の変化を、認知能力の変化の有無として予測したり、認知能力の変化量として予測することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the change in the user's cognitive ability can be predicted as the presence or absence of the change in the cognitive ability, or can be predicted as the amount of change in the cognitive ability.

すなわちこの発明の各態様によれば、認知能力の変化を予測できるようにしてユーザの管理をより適切に行えるようにした認知能力変化予測装置、方法およびプログラムを提供することができる。   That is, according to each aspect of the present invention, it is possible to provide a cognitive ability change prediction apparatus, method, and program that can predict a change in cognitive ability so that the user can be managed more appropriately.

この発明の原理説明に使用する認知能力変化予測装置の機能構成を示すブロック図。The block diagram which shows the function structure of the cognitive ability change prediction apparatus used for the principle explanation of this invention. 図1に示した認知能力変化予測装置の処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and process content of the cognitive ability change prediction apparatus shown in FIG. この発明の第1の実施形態に係る認知能力変化予測装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the cognitive ability change prediction apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図3に示した認知能力変化予測装置による学習データ作成処理の処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and process content of the learning data creation process by the cognitive ability change prediction apparatus shown in FIG. 図3に示した認知能力変化予測装置による認知能力変化予測処理の処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and processing content of the cognitive ability change prediction process by the cognitive ability change prediction apparatus shown in FIG. この発明の第2の実施形態に係る認知能力変化予測装置による学習データ作成処理の処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and processing content of the learning data creation process by the cognitive ability change prediction apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. この発明の第2の実施形態に係る認知能力変化予測装置による認知能力変化予測処理の処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and processing content of the cognitive ability change prediction process by the cognitive ability change prediction apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施形態に係る認知能力変化予測装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the cognitive ability change prediction apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

[原理]
図1はこの発明の原理説明に使用するための図で、1は予測処理装置、2はデータ入力手段、3は結果出力手段、4は学習データ蓄積手段をそれぞれ示している。
データ入力手段2は、対象ユーザの心拍間隔データを予測処理装置1に入力するもので、例えばウェアラブル心拍センサ、脈波センサ、或いは心拍間隔データが蓄積されたデータベースからなる。結果出力手段3は、上記予測処理装置1により得られた認知能力の予測結果を出力するもので、例えばスマートフォンで使用されるアプリケーション・プログラムからなる。
[principle]
FIG. 1 is a diagram for use in explaining the principle of the present invention, wherein 1 is a prediction processing device, 2 is a data input means, 3 is a result output means, and 4 is a learning data storage means.
The data input means 2 inputs the target user's heartbeat interval data to the prediction processing device 1, and is composed of, for example, a wearable heartbeat sensor, a pulse wave sensor, or a database in which heartbeat interval data is accumulated. The result output means 3 outputs the prediction result of the cognitive ability obtained by the prediction processing device 1, and is composed of, for example, an application program used in a smartphone.

学習データ蓄積手段4には、予め測定された、予測対象となる複数のユーザの、作業中における心拍変動を示す特徴量と、当該ユーザの作業中における情報処理能力に関する情報とを、時刻が同じもの同士で対応付けた学習データが記憶される。より具体的には、ユーザの認知能力変化を示す値(以下認知能力変化値と呼称する)、HRV特徴量、およびHRV特徴量の変化量を表す情報が、学習データとして記憶される。   The learning data storage means 4 has the same time for the feature quantity indicating the heartbeat variability during the work of the plurality of users to be predicted, which is measured in advance, and the information regarding the information processing ability of the user during the work. Learning data associated with each other is stored. More specifically, a value indicating a change in the user's cognitive ability (hereinafter referred to as a cognitive ability change value), an HRV feature amount, and information indicating the change amount of the HRV feature amount are stored as learning data.

認知能力変化値としては、例えばATMT(Advanced Trail Making Test)の成績やその変化量が挙げられる。HRV特徴量としては、例えばRRIの平均値、RRIの標準偏差、またはRRIをスペクトル解析した際の高周波帯(0.15Hz〜0.40Hz)および低周波帯(0.04Hz〜0.15Hz)それぞれのパワースペクトルの比であるLF/HFが挙げられる。HRV特徴量の変動量としては、複数のHRV特徴量に対し主成分分析を適用した後に算出される、主成分得点の変動を示すT2統計量や特徴量間の相関関係の変動を示すQ統計量が挙げられる。 As a cognitive ability change value, the grade of ATMT (Advanced Trail Making Test) and its change amount are mentioned, for example. HRV features include, for example, the average value of RRI, the standard deviation of RRI, or the power spectrum of each of the high frequency band (0.15 Hz to 0.40 Hz) and low frequency band (0.04 Hz to 0.15 Hz) The ratio is LF / HF. As the amount of change in HRV feature value, a T 2 statistic indicating the change in the principal component score calculated after applying the principal component analysis to a plurality of HRV feature values, and Q indicating the change in correlation between the feature values Statistics are listed.

予測処理装置1は、この発明を実施するための処理機能として、特徴量算出手段11と、特徴量変化算出手段12と、認知能力変化予測手段13とを有する。
特徴量算出手段11は、上記データ入力手段2から入力された心拍間隔データから所定の時間区間ごとにHRV特徴量を算出する。特徴量変化算出手段12は、上記特徴量算出手段11により時間区間ごとに算出されたHRV特徴量をもとに、HRV特徴量の変化量(以下HRV変化量と呼称する)を算出する。認知能力変化予測手段13は、上記特徴量算出手段11により算出されたHRV特徴量および上記特徴量変化算出手段12により算出されたHRV変化量をもとに、上記学習データ蓄積手段4に記憶された学習データを参照して、認知能力の変化を予測する。
The prediction processing apparatus 1 includes a feature amount calculating unit 11, a feature amount change calculating unit 12, and a cognitive ability change predicting unit 13 as processing functions for carrying out the present invention.
The feature amount calculating unit 11 calculates an HRV feature amount for each predetermined time interval from the heartbeat interval data input from the data input unit 2. The feature amount change calculation unit 12 calculates a change amount of the HRV feature amount (hereinafter referred to as HRV change amount) based on the HRV feature amount calculated for each time interval by the feature amount calculation unit 11. The cognitive ability change prediction means 13 is stored in the learning data storage means 4 based on the HRV feature quantity calculated by the feature quantity calculation means 11 and the HRV change quantity calculated by the feature quantity change calculation means 12. Predict changes in cognitive ability with reference to learning data.

以上のような構成であるから、予測処理装置1は以下のように動作する。図2はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
予測処理装置1は、先ずステップS11において、データ入力手段2から対象ユーザの心拍間隔データを時系列で受け取り、当該心拍間隔データから所定の時間区間ごとにHRV特徴量を算出する。続いてステップS12において、上記ステップS11により時間区間ごとに算出されたHRV特徴量をもとにHRV変化量を算出する。次にステップS13において、上記ステップS11により算出されたHRV特徴量およびステップS12により算出されたHRV変化量をもとに、学習データ蓄積手段4に記憶された学習データを参照して対象ユーザの認知能力の変化量を予測する。そして、上記予測した認知能力の変化量を表す情報を結果出力手段3へ出力し、対象ユーザまたはその管理者等に提示する。
Since it is the above structures, the prediction processing apparatus 1 operate | moves as follows. FIG. 2 is a flowchart showing the processing procedure and processing contents.
First, in step S11, the prediction processing apparatus 1 receives the target user's heartbeat interval data from the data input means 2 in time series, and calculates an HRV feature amount for each predetermined time interval from the heartbeat interval data. Subsequently, in step S12, an HRV change amount is calculated based on the HRV feature amount calculated for each time interval in step S11. Next, in step S13, based on the HRV feature amount calculated in step S11 and the HRV change amount calculated in step S12, the learning data stored in the learning data storage unit 4 is referred to and the target user is recognized. Predict the amount of capacity change. Then, the information indicating the predicted change amount of the cognitive ability is output to the result output means 3 and presented to the target user or the administrator thereof.

従ってこの発明によれば、対象ユーザの認知能力の変化量の予測結果が提示されるので、例えばユーザの認知能力が低下する前に当該ユーザに対し休息を与えるといった、より適切な労務管理を行うことが可能となる。   Therefore, according to the present invention, since the prediction result of the change amount of the cognitive ability of the target user is presented, more appropriate labor management such as giving a rest to the user before the cognitive ability of the user is reduced is performed. It becomes possible.

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
(構成)
図3は、この発明の第1の実施形態に係る認知能力変化予測装置を含むシステムの構成を示すブロック図である。
このシステムは、認知能力変化予測装置10Aを中核とし、加えて脈波センサ21,22と、ATMT入力部23と、表示部30と、学習データベース(学習DB)40とを備えている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
(Constitution)
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a system including the cognitive ability change prediction device according to the first embodiment of the present invention.
This system includes the cognitive ability change prediction device 10A as a core, and further includes pulse wave sensors 21, 22, an ATMT input unit 23, a display unit 30, and a learning database (learning DB) 40.

脈波センサ21は、学習データ測定対象ユーザに装着される。そして、学習データ測定対象ユーザの脈波を計測し、当該脈波の計測データをもとに心拍間隔を表すデータを算出して、その算出データを例えば無線インタフェースを介して認知能力変化予測装置10Aへ送信する機能を備えている。   The pulse wave sensor 21 is attached to a learning data measurement target user. Then, the pulse wave of the learning data measurement target user is measured, data representing the heartbeat interval is calculated based on the measurement data of the pulse wave, and the calculated data is used as the cognitive ability change prediction device 10A via the wireless interface, for example. It has a function to send to.

脈波センサ22は、認知能力変化の予測対象ユーザに装着される。そして、認知能力変化の予測対象ユーザの脈波を計測し、当該脈波の計測データをもとに心拍間隔を表すデータを算出して、その算出データを例えば無線インタフェースを介して認知能力変化予測装置10Aへ送信する機能を備える。   The pulse wave sensor 22 is worn by a user who is predicted to change cognitive ability. Then, the pulse wave of the user who is to be predicted for cognitive ability change is measured, data representing the heartbeat interval is calculated based on the measured data of the pulse wave, and the calculated data is predicted, for example, through the wireless interface. A function of transmitting to the device 10A is provided.

上記各脈波センサ21,22が使用する無線インタフェースとしては、例えばBluetooth(登録商標)等の近距離無線データ通信規格を採用した無線インタフェースが使用される。なお、脈波センサ21,22は個別に用意せず、1台の脈波センサを学習データ作成用と認知能力変化予測用として共用するようにしてもよい。   As a wireless interface used by each of the pulse wave sensors 21 and 22, a wireless interface adopting a short-range wireless data communication standard such as Bluetooth (registered trademark) is used. The pulse wave sensors 21 and 22 may not be prepared individually, and one pulse wave sensor may be shared for learning data creation and for cognitive ability change prediction.

ATMT入力部23は、ATMTタスクの実施結果を表すデータを入力するためのインタフェースを備えた携帯端末(例えばノート型のパーソナルコンピュータやタブレット型端末、スマートフォン)からなる。そして、上記入力されたATMTタスクの実施結果を表すデータを、例えば無線インタフェースを介して認知能力変化予測装置10Aに向け送信する。   The ATMT input unit 23 includes a mobile terminal (for example, a notebook personal computer, a tablet terminal, or a smartphone) that includes an interface for inputting data representing the execution result of the ATMT task. And the data showing the implementation result of the said input ATMT task are transmitted toward the cognitive ability change prediction apparatus 10A via a wireless interface, for example.

表示部30は、認知能力変化予測結果を表示するためのアプリケーション・プログラムを備えた携帯端末(例えばウェアラブル端末やスマートフォン、タブレット型端末)からなる。そして、認知能力変化予測装置10Aから無線インタフェースを介して送られた認知能力変化の予測結果を表す情報を受信し、当該情報をディスプレイに表示する。   The display unit 30 includes a mobile terminal (for example, a wearable terminal, a smartphone, or a tablet terminal) that includes an application program for displaying the recognition ability change prediction result. And the information showing the prediction result of the cognitive ability change sent from 10 A of cognitive ability change prediction apparatuses via the wireless interface is received, and the said information is displayed on a display.

学習DB40は、例えばWeb上のサーバコンピュータまたはクラウドコンピュータに設けられ、認知能力変化予測装置10Aにより作成された学習データをネットワークを介して受信し記憶する。また、認知能力変化予測装置10Aから送られる参照要求に応じて、該当する学習データを要求元の認知能力変化予測装置10Aへ送信する。なお、学習DB40は、認知能力変化予測装置10A内に設けてもよい。   The learning DB 40 is provided, for example, in a server computer or cloud computer on the Web, and receives and stores learning data created by the cognitive ability change prediction device 10A via a network. Moreover, according to the reference request | requirement sent from 10 A of cognitive ability change prediction apparatuses, applicable learning data are transmitted to 10 A of cognitive ability change prediction apparatuses of request origin. Note that the learning DB 40 may be provided in the cognitive ability change prediction device 10A.

認知能力変化予測装置10Aは、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、記憶部、および無線インタフェース等の各種外部インタフェースを備えるパーソナルコンピュータまたはサーバコンピュータからなる。そして、本実施形態を実施するために必要な処理機能として、特徴量算出部101,104と、特徴量変化算出部102,105と、学習データ作成部103と、認知能力変化予測部106とを有している。これらの処理機能は何れも、上記記憶部に格納されたプログラムを上記プロセッサに実行させることにより実現される。   The cognitive ability change prediction device 10A includes a personal computer or a server computer including a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a storage unit, and various external interfaces such as a wireless interface. And as a processing function required in order to implement this embodiment, the feature-value calculation parts 101 and 104, the feature-value change calculation parts 102 and 105, the learning data creation part 103, and the cognitive ability change prediction part 106 are included. Have. All of these processing functions are realized by causing the processor to execute a program stored in the storage unit.

上記各処理機能のうち、特徴量算出部101、特徴量変化算出部102および学習データ作成部103は、学習データを作成するために用いられる。   Among the above processing functions, the feature amount calculation unit 101, the feature amount change calculation unit 102, and the learning data creation unit 103 are used to create learning data.

特徴量算出部101は、上記脈波センサ21から時系列で送信される、学習データ測定対象ユーザの心拍間隔データを受信し、この受信された心拍間隔データをもとに所定の時間区間ごとにHRV特徴量を算出する。   The feature amount calculation unit 101 receives heartbeat interval data of the learning data measurement target user transmitted in time series from the pulse wave sensor 21, and based on the received heartbeat interval data for each predetermined time interval. HRV feature value is calculated.

特徴量変化算出部102は、上記算出されたHRV特徴量をもとに、時間的に隣接する区間のT2統計量およびQ統計量を、HRV特徴量の変化量を表すデータとして算出する。そして、この算出されたT2統計量およびQ統計量を、上記特徴量算出部101により算出されたHRV特徴量と共に学習データ作成部103に渡す。なお、上記特徴量変化算出部102では、上記異なる複数の時間区間において算出された各心拍変動の特徴量間の変化量または変化率を算出する以外に、上記各心拍変動の特徴量間の相関係数の変化量または変化率を算出するようにしてもよい。 Based on the calculated HRV feature value, the feature value change calculation unit 102 calculates the T 2 statistic and the Q statistic of the temporally adjacent sections as data representing the change amount of the HRV feature value. Then, the calculated T 2 statistic and Q statistic are transferred to the learning data creation unit 103 together with the HRV feature amount calculated by the feature amount calculation unit 101. Note that the feature value change calculation unit 102 calculates the change amount or change rate between the feature values of each heart rate variability calculated in the plurality of different time intervals. The change amount or change rate of the number of relationships may be calculated.

学習データ作成部103は、上記特徴量変化算出部102から渡された、HRV特徴量、T2統計量およびQ統計量を説明変数、ATMT入力部23において学習データ測定対象ユーザが入力したATMTエラー率の増減を表すデータを被説明変数とする学習データを作成し、この作成した学習データを学習DB40へ送信し記憶させる。 The learning data creation unit 103 uses the HRV feature value, the T 2 statistic value, and the Q statistic value passed from the feature value change calculation unit 102 as explanatory variables, and the ATMT error input by the user to be learned data measurement in the ATMT input unit 23 Learning data is created using the data representing the rate increase / decrease as the explained variable, and the created learning data is transmitted to the learning DB 40 for storage.

一方、上記各処理機能のうち、特徴量算出部104、特徴量変化算出部105および認知能力変化予測部106は、予測対象ユーザの認知能力の変化を予測するために使用される。   On the other hand, among the processing functions described above, the feature amount calculation unit 104, the feature amount change calculation unit 105, and the cognitive ability change prediction unit 106 are used to predict a change in cognitive ability of the prediction target user.

特徴量算出部104は、脈波センサ22から時系列で送信される、予測対象ユーザの心拍間隔データを受信し、この受信された心拍間隔データをもとに所定の時間区間ごとにHRV特徴量を算出する。   The feature amount calculation unit 104 receives the heartbeat interval data of the prediction target user transmitted in time series from the pulse wave sensor 22, and based on the received heartbeat interval data, the HRV feature amount for each predetermined time interval Is calculated.

特徴量変化算出部105は、上記算出されたHRV特徴量をもとに、時間的に隣接する区間のT2統計量およびQ統計量を、HRV特徴量の変化量として算出する。そして、この算出されたT2統計量およびQ統計量を、上記特徴量算出部104により算出されたHRV特徴量と共に認知能力変化予測部106へ出力する。なお、上記特徴量変化算出部105では、上記異なる複数の時間区間において算出された各心拍変動の特徴量間の変化量または変化率を算出する以外に、上記各心拍変動の特徴量間の相関係数の変化量または変化率を算出するようにしてもよい。 Based on the calculated HRV feature value, the feature value change calculation unit 105 calculates the T 2 statistic value and the Q statistic value of the temporally adjacent sections as the HRV feature value change amount. Then, the calculated T 2 statistic and Q statistic are output to the cognitive ability change prediction unit 106 together with the HRV feature amount calculated by the feature amount calculation unit 104. Note that the feature value change calculation unit 105 calculates the change amount or change rate between the feature values of each heart rate variability calculated in the plurality of different time intervals. The change amount or change rate of the number of relationships may be calculated.

認知能力変化予測部106は、上記特徴量変化算出部105によりHRV変化量として算出されたT2統計量およびQ統計量と、学習DB40に記憶された学習データとをもとに、対象ユーザの認知能力の変化を予測する。そして、当該予測結果の表示データを生成し、表示部30へ送信する。 The cognitive ability change prediction unit 106 uses the T 2 statistic and Q statistic calculated as the HRV change amount by the feature amount change calculation unit 105 and the learning data stored in the learning DB 40 to determine the target user's change. Predict changes in cognitive ability. Then, display data of the prediction result is generated and transmitted to the display unit 30.

(動作)
次に、以上のように構成された認知能力変化予測装置10Aの動作を説明する。ここでは、予測する認知能力変化の増減を「増えたか」、「減ったか」のみの2値で予測する場合について説明を行う。
(Operation)
Next, operation | movement of 10 A of cognitive ability change prediction apparatuses comprised as mentioned above is demonstrated. Here, the case where the increase / decrease in the predicted change in cognitive ability is predicted with the binary values of “whether increased or decreased” will be described.

(1)学習データの作成
予測対象ユーザの認知能力変化の予測処理に先立ち、認知能力変化予測装置10Aは学習データの作成処理を以下のように実行する。図4はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
(1) Creation of learning data Prior to the prediction process of the change in cognitive ability of the prediction target user, the cognitive ability change prediction device 10A executes the process of creating learning data as follows. FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure and processing contents.

学習データの測定対象ユーザには脈波センサ21が装着される。脈波センサ21は測定対象ユーザの脈波を計測し、計測された脈波の波形データをもとに心拍間隔データを算出する。そして、算出された心拍間隔データを無線インタフェースを介して認知能力変化予測装置10Aに向け送信する。   A pulse wave sensor 21 is attached to a user to be measured for learning data. The pulse wave sensor 21 measures the pulse wave of the measurement target user, and calculates heartbeat interval data based on the measured pulse wave waveform data. Then, the calculated heartbeat interval data is transmitted to the cognitive ability change prediction device 10A via the wireless interface.

また、上記心拍間隔データの計測動作と並行して学習データの測定対象ユーザは、10分間隔でATMTのタスクを実施し、ATMTのエラー率と実施時刻を自身の認知能力を表すデータとしてATMT入力部23において入力する。ATMT入力部23は、上記ATMTエラー率と実施時刻が入力されるごとに、これらを無線インタフェースを介して認知能力変化予測装置10Aに向け送信する。   In parallel with the measurement operation of the heartbeat interval data, the user to be measured of the learning data performs the ATMT task at an interval of 10 minutes, and inputs the ATMT error rate and execution time as data representing his / her cognitive ability. This is input in the unit 23. Every time the ATMT error rate and the execution time are input, the ATMT input unit 23 transmits them to the cognitive ability change prediction device 10A via the wireless interface.

認知能力変化予測装置10Aは、先ず特徴量算出部101の制御の下、ステップS21により上記脈波センサ21から時系列的に送信される心拍間隔データを受信して取り込み、図示しない記憶部に順次保存する。またステップS22により、上記ATMT入力部23から送信されたATMTエラー率および実施時刻を受信し、この受信したATMTエラー率および実施時刻を学習データ作成部103に、また実施時刻を特徴量算出部101に入力する。   The cognitive ability change prediction device 10A first receives and takes in heartbeat interval data transmitted in time series from the pulse wave sensor 21 in step S21 under the control of the feature amount calculation unit 101, and sequentially stores it in a storage unit (not shown). save. In step S22, the ATMT error rate and execution time transmitted from the ATMT input unit 23 are received. The received ATMT error rate and execution time are received in the learning data creation unit 103, and the execution time is converted into the feature amount calculation unit 101. To enter.

続いて特徴量算出部101は、ステップS23において、上記記憶部に保存されている心拍間隔データを、上記ATMTタスクの実施時刻に同期して10分間隔(区間t (t =1,2,…,n)に分割する。そして、上記区間t ごとに、5分の時間窓を6秒のスライド幅でスライドさせながらそれぞれHRV特徴量を算出し、算出したHRV特徴量を特徴量変化算出部102に渡す。   Subsequently, in step S23, the feature amount calculation unit 101 synchronizes the heart rate interval data stored in the storage unit with a 10-minute interval (section t (t = 1, 2,...) In synchronization with the execution time of the ATMT task. , N), and for each interval t 1, HRV feature amounts are calculated while sliding a time window of 5 minutes with a slide width of 6 seconds, and the calculated HRV feature amounts are converted into a feature amount change calculation unit 102. To pass.

算出されるHRV特徴量には、時間領域の特徴量と周波数領域の特徴量がある。
時間領域の特徴量には、例えば
(1) 心拍間隔の平均値
(2) 心拍間隔の標準偏差(SDNN)
(3) 隣接した心拍間隔の差が50msecを超えた比率(pNN50)
(4) 隣接した心拍間隔の差の二乗平均平方和(RMSSD)
がある。
The calculated HRV feature value includes a time domain feature value and a frequency domain feature value.
Examples of time domain features include:
(1) Average heart rate interval
(2) Heartbeat interval standard deviation (SDNN)
(3) Ratio of difference between adjacent heartbeat intervals exceeding 50msec (pNN50)
(4) Root mean square (RMSSD) of the difference between adjacent heartbeat intervals
There is.

これに対し周波数領域の特徴量には、例えば
(5) 心拍間隔をスペクトル解析した際の低周波成分(0.04~0.15Hz)の総パワー(LF)
(6) 心拍間隔をスペクトル解析した際の高周波成分(0.15~0.40Hz)の総パワー(HF)
(7) 低周波成分の総パワーLFと、高周波成分の総パワーHFとの比率(LF/HF)
がある。
On the other hand, the frequency domain feature amount includes, for example,
(5) Total power (LF) of low frequency components (0.04 to 0.15 Hz) when the heartbeat interval is spectrally analyzed
(6) Total power (HF) of high frequency components (0.15 to 0.40Hz) when spectrum analysis of heartbeat interval
(7) Ratio of total power LF of low frequency components to total power HF of high frequency components (LF / HF)
There is.

特徴量算出部101は、HRV特徴量として、例えば上記時間領域の特徴量のうちのSDNNと、周波数領域の特徴量のうちのLF/HFを算出するが、時間領域の特徴量および周波数領域の特徴量のそれぞれにおいて他の特徴量を算出してもよく、また複数の特徴量を同時に算出してもよい。   The feature quantity calculation unit 101 calculates, for example, SDNN of the above-described time domain feature quantities and LF / HF of the frequency domain feature quantities as the HRV feature quantities. Other feature amounts may be calculated for each feature amount, or a plurality of feature amounts may be calculated simultaneously.

認知能力変化予測装置10Aは、次に特徴量変化算出部102の制御の下、ステップS24において、上記特徴量算出部101から渡されたHRV特徴量をもとに、区間t (t>1)ごとにHRV変化量を算出する。HRV変化量はT2 統計量およびQ統計量からなる。そして、この算出されたHRV変化量を、上記特徴量算出部101により算出されたHRV特徴量と共に、学習データ作成部103に渡す。 Next, the cognitive ability change prediction device 10A, under the control of the feature amount change calculation unit 102, in step S24, based on the HRV feature amount passed from the feature amount calculation unit 101, the interval t (t> 1). HRV change amount is calculated for each. The amount of change in HRV consists of T 2 statistics and Q statistics. Then, the calculated HRV change amount is transferred to the learning data creation unit 103 together with the HRV feature amount calculated by the feature amount calculation unit 101.

上記T2 統計量およびQ統計量の算出方法は以下の通りである。
Step1 ;区間t-1におけるHRV特徴量のベクトルX∈RA×B (A=窓数、B=特徴量数)に主成分数Rとして主成分分析を適用し、主成分得点ベクトルS∈RA×Bと主成分の負荷量行列VR を算出する。
The calculation method of the T 2 statistic and the Q statistic is as follows.
Step1: Apply principal component analysis as the principal component number R to the vector XεR A × B (A = number of windows, B = number of feature amounts) of the HRV feature amount in the section t−1 to obtain the principal component score vector SεR A × B and the principal component load matrix V R are calculated.

Step2 ;区間t におけるHRV特徴量のベクトルX′∈RA×Bに対し、Step1 により算出された負荷量行列VR を用いて主成分得点ベクトルS′∈RA×Bを算出する。 Step 2; The principal component score vector S′∈R A × B is calculated using the load matrix V R calculated in Step 1 for the vector X′∈R A × B of the HRV feature quantity in the section t.

Step3 ;主成分得点ベクトルS′における各主成分得点Srと、主成分得点ベクトルS′における各主成分得点S′rより、区間t のT2統計量を、
により算出する。なおσSrは主成分得点Srの標準偏差である。
Step 3; From each principal component score S r in the principal component score vector S ′ and each principal component score S ′ r in the principal component score vector S ′, T 2 statistics in the interval t are
Calculated by Σ Sr is the standard deviation of the principal component score S r .

Step4 ;主成分得点ベクトルS′および主成分の負荷量行列VRより、上記HRV特徴量のベクトルX′を主成分より再構成した再構成特徴量ベクトルX`′を、
X`′=S′VT R
により算出する。
Step4: Reconstructed feature vector X ′ ′ obtained by reconstructing HRV feature vector X ′ from the principal component from principal component score vector S ′ and principal component load matrix V R ,
X ` ′ = S′V T R
Calculated by

Step5 ;Q統計量を、次元圧縮の残差を示す値、つまり上記再構成特徴量ベクトルX`′と特徴量ベクトルX′との二乗誤差の総和として、
Q=Σ(X`′−X′)2
により算出する。
Step5: The Q statistic is a value indicating a residual of dimension compression, that is, the sum of square errors between the reconstructed feature vector X ′ ′ and the feature vector X ′.
Q = Σ (X ` ′ − X ′) 2
Calculated by

認知能力変化予測装置10Aは、最後に学習データ作成部103の制御の下、ステップS25において、区間t (1<t <n)ごとに、区間t ,t-1 におけるHRV特徴量と、区間t-1 をもとに算出された区間t におけるHRV変化量(T2統計量およびQ統計量)を説明変数とし、かつ区間t+1 と区間t のATMTエラー率の増減を被説明変数とする学習データを作成し、当該学習データを学習DB40に保存する。 Finally, the cognitive ability change prediction device 10A, under the control of the learning data creation unit 103, in step S25, for each interval t (1 <t <n), the HRV feature amount in the intervals t 1 and t−1, and the interval t HRV change amount (T 2 statistic and Q statistic) calculated in section t based on -1 is used as an explanatory variable, and increase / decrease in ATMT error rate in section t + 1 and section t is used as an explained variable Learning data is created, and the learning data is stored in the learning DB 40.

なお、以上述べた学習データの作成処理は、認知能力変化の予測対象となるユーザが複数の場合にはこれらの各ユーザについてそれぞれ行われる。   It should be noted that the learning data creation process described above is performed for each of these users when there are a plurality of users whose prediction ability is to be predicted.

なお、以上の説明では特定の一人の対象ユーザについて学習データを作成する場合を例にとって述べた。しかし、認知能力変化の予測対象として想定される複数のユーザについても同様に学習データを作成し、学習DB40に記憶する。   In the above description, the case where learning data is created for a specific target user has been described as an example. However, learning data is similarly created and stored in the learning DB 40 for a plurality of users that are assumed as prediction targets of cognitive ability change.

(2)ユーザの認知能力変化の予測処理
上記学習データの作成が終了すると、認知能力変化予測装置10Aは予測対象ユーザについて認知能力の変化を予測するための処理を以下のように実行する。図5はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
(2) Prediction process of user's cognitive ability change When the creation of the learning data is completed, the cognitive ability change prediction device 10A executes a process for predicting a change in cognitive ability for the prediction target user as follows. FIG. 5 is a flowchart showing the processing procedure and processing contents.

対象ユーザには脈波センサ22が装着される。脈波センサ22は対象ユーザの脈波を計測し、計測された脈波の波形データをもとに心拍間隔データを算出する。そして、算出された心拍間隔データを無線インタフェースを介して認知能力変化予測装置10Aに向け送信する。   The target user is equipped with a pulse wave sensor 22. The pulse wave sensor 22 measures the pulse wave of the target user, and calculates heartbeat interval data based on the measured pulse wave waveform data. Then, the calculated heartbeat interval data is transmitted to the cognitive ability change prediction device 10A via the wireless interface.

認知能力変化予測装置10Aは、先ず特徴量算出部104の制御の下、ステップS31により上記脈波センサ22から時系列的に送信される心拍間隔データを受信して取り込み、図示しない記憶部に一旦保存する。そして、先ず現時点から最新の10分間に上記脈波センサ22から受信される心拍間隔データについて、5分の時間窓を6秒のスライド幅でスライドさせながらそれぞれHRV特徴量を算出する。このとき算出されるHRV特徴量は、先に述べた学習データ作成時に特徴量算出部101で算出された(1) 〜(7) の値と同じである。そして、上記算出された最新の10分間のHRV特徴量を特徴量変化算出部105に渡す。以後、10分ごとに上記HRV特徴量の算出処理を繰り返す。   The cognitive ability change prediction device 10A first receives and takes in heartbeat interval data transmitted in time series from the pulse wave sensor 22 in step S31 under the control of the feature amount calculation unit 104, and temporarily stores it in a storage unit (not shown). save. First, for the heartbeat interval data received from the pulse wave sensor 22 in the latest 10 minutes from the present time, HRV feature amounts are calculated while sliding a time window of 5 minutes with a slide width of 6 seconds. The HRV feature value calculated at this time is the same as the values (1) to (7) calculated by the feature value calculation unit 101 at the time of learning data creation described above. Then, the calculated latest 10 minute HRV feature amount is passed to the feature amount change calculation unit 105. Thereafter, the HRV feature amount calculation process is repeated every 10 minutes.

認知能力変化予測装置10Aは、次に特徴量変化算出部105の制御の下、ステップS32によりHRV変化量を以下のように算出する。すなわち、上記特徴量算出部104から渡されたHRV特徴量を順次記憶部に保存する。そして、先ず現時点から10分前までの区間におけるHRV特徴量を上記記憶部から読み込み、10分前から20分前の区間に測定・算出されたHRV特徴量をもとに、HRV変化量を算出する。具体的には、上記10分前から20分前の区間に測定・算出されたHRV特徴量に主成分分析を適用した際の負荷量行列VRおよび主成分得点ベクトルS′より、上記現時点から10分前までのHRV特徴量を用いて、T2統計量およびQ統計量を算出する。 Next, under the control of the feature amount change calculation unit 105, the cognitive ability change prediction device 10A calculates the HRV change amount as follows in step S32. That is, the HRV feature values transferred from the feature amount calculation unit 104 are sequentially stored in the storage unit. First, the HRV feature amount in the section from 10 minutes before the current time is read from the storage unit, and the HRV change amount is calculated based on the HRV feature amount measured and calculated in the section from 10 minutes to 20 minutes ago. To do. Specifically, from the current time point based on the load matrix V R and the principal component score vector S ′ when the principal component analysis is applied to the HRV feature values measured and calculated in the interval from 10 minutes to 20 minutes ago. T 2 statistics and Q statistics are calculated using HRV features up to 10 minutes ago.

なお、各心拍変動の特徴量間の変化量または変化率を算出する以外に、前記各心拍変動の特徴量間の相関係数の変化量または変化率を算出するようにしてもよい。   In addition to calculating the change amount or rate of change between the feature values of each heart rate variability, the change amount or change rate of the correlation coefficient between the feature values of each heart rate variability may be calculated.

認知能力変化予測装置10Aは、最後に認知能力変化予測部106の制御の下、ステップS33において、先ず学習DB40からATMTエラー率の増減を表すデータを読み込んで、SVM(Support Vector Machine)により予測用回帰モデルの分類器を作成する。そして、上記特徴量変化算出部105により算出されたHRV特徴量と、その変化量(T2 統計量およびQ統計量)を上記分類器に入力することで、ATMTエラー率の増減、つまり「増えるか」または「減るか」を予測する。そして、当該予測結果を示す表示データを生成し、表示部30へ送信する。この結果、表示部30には、例えば「今後10分間は直前10分間に比べて認知能力が低下すると予測される」といったメッセージが表示される。 The cognitive ability change prediction device 10A finally reads data representing the increase / decrease in the ATMT error rate from the learning DB 40 in step S33 under the control of the cognitive ability change prediction unit 106, and uses SVM (Support Vector Machine) for prediction. Create a regression model classifier. Then, by inputting the HRV feature amount calculated by the feature amount change calculation unit 105 and the change amount (T 2 statistic and Q statistic) to the classifier, the ATMT error rate is increased or decreased, that is, “increases”. Predict "or" decrease ". Then, display data indicating the prediction result is generated and transmitted to the display unit 30. As a result, a message such as “cognitive ability is predicted to be reduced in the next 10 minutes compared to the previous 10 minutes” is displayed on the display unit 30.

(効果)
以上詳述したように第1の実施形態では、事前に学習データ作成部103において、区間t (1<t <n)ごとに、特徴量算出部101により算出された、区間t ,t-1 におけるHRV特徴量と、特徴量変化算出部102により算出された、区間t-1 をもとに算出された区間t におけるHRV変化量(T2統計量およびQ統計量)を説明変数とし、かつATMT入力部23により入力された、区間t+1 と区間t との間のATMTエラー率の増減を表す2値データを被説明変数とする学習データを作成し、学習DB40に保存する。そして、この状態で予測対象ユーザの心拍間隔データをもとに特徴量算出部104により所定の時間分ごとにHRV特徴量を算出し、当該HRV特徴量をもとに特徴量変化算出部105によりHRV変化量を示すT2統計量およびQ統計量を算出する。そして、認知能力変化予測部106により、学習DB40からATMTエラー率の増減を表すデータを読み込んで分類器を作成し、上記算出されたHRV特徴量と、その変化量(T2 統計量およびQ統計量)を上記分類器に入力することでATMTエラー率の増減を予測して、その結果を表示部30に表示するようにしている。
(effect)
As described above in detail, in the first embodiment, in the learning data creation unit 103 in advance, for each section t (1 <t <n), the section t 1, t−1 calculated by the feature amount calculation unit 101. And the HRV change amount (T 2 statistic and Q statistic) in the section t calculated based on the section t−1 calculated by the feature quantity change calculation unit 102 in FIG. Learning data having binary data representing the increase / decrease of the ATMT error rate between the interval t + 1 and the interval t input by the ATMT input unit 23 is created and stored in the learning DB 40. In this state, the feature amount calculation unit 104 calculates the HRV feature amount for each predetermined time based on the heartbeat interval data of the prediction target user, and the feature amount change calculation unit 105 based on the HRV feature amount. A T 2 statistic and a Q statistic indicating the HRV change amount are calculated. Then, the cognitive ability change prediction unit 106 reads the data representing the increase / decrease in the ATMT error rate from the learning DB 40 to create a classifier, and calculates the calculated HRV feature amount and its change amount (T 2 statistic and Q statistic). (Quantity) is input to the classifier, and an increase or decrease in the ATMT error rate is predicted, and the result is displayed on the display unit 30.

従って、予測対象ユーザの認知能力の変化が予測されてその結果が表示されることで、例えば認知能力が低下する前に予測対象ユーザが自主的に休息を取ったり、管理者が予測対象ユーザに対し休息を与える等の対策を適切なタイミングで講じることが可能となる。その結果、例えばパーソナルコンピュータを使用してタスクを実行しているユーザの作業効率や品質を高く維持することが可能となる。   Therefore, by predicting the change in the cognitive ability of the prediction target user and displaying the result, for example, the prediction target user can take a rest before the cognitive ability declines, or the administrator can It is possible to take measures such as giving a rest at an appropriate time. As a result, it is possible to maintain high work efficiency and quality of a user who is executing a task using, for example, a personal computer.

[第2の実施形態]
この発明の第2の実施形態は、予測する認知能力変化の増減を、2値ではなく連続値である増減量として予測するようにしたものである。
[Second Embodiment]
In the second embodiment of the present invention, an increase / decrease in cognitive ability change to be predicted is predicted as an increase / decrease amount that is not a binary value but a continuous value.

(1)学習データの作成
図6は、認知能力変化予測装置10Aによる学習データ作成処理の手順と処理内容を示すフローチャートである。なお、同図において前記図4と処理内容が同一のステップには同一符号を付して説明を行う。
(1) Creation of Learning Data FIG. 6 is a flowchart showing the procedure and content of learning data creation processing by the cognitive ability change prediction device 10A. In the figure, steps having the same processing contents as those in FIG.

第2の実施形態において前記第1の実施形態と異なるところは、ATMTエラー率の変化量を被説明変数として学習DB40に保存している点である。すなわち、認知能力変化予測装置10Aの学習データ作成部103は、学習データを作成する際に、ステップS26において、区間t (1<t <n)ごとに、区間t ,t-1 におけるHRV特徴量と、区間t-1 をもとに算出された区間t におけるHRV変化量(T2統計量およびQ統計量)を説明変数とし、かつ区間t+1 と区間t のATMTエラー率の変化量、つまりATMTエラー率そのものを被説明変数とする学習データを作成する。そして、この作成した学習データを学習DB40に保存する。 The second embodiment is different from the first embodiment in that the change amount of the ATMT error rate is stored in the learning DB 40 as an explained variable. That is, the learning data creation unit 103 of the cognitive ability change prediction device 10A creates HRV feature values in the sections t 1 and t−1 for each section t (1 <t <n) in step S26 when creating learning data. And HRV change (T 2 statistic and Q statistic) calculated in interval t 1 based on interval t-1 as explanatory variables, and change in ATMT error rate in interval t + 1 and interval t, That is, learning data is created using the ATMT error rate itself as the explained variable. Then, the created learning data is stored in the learning DB 40.

(2)ユーザの認知能力変化の予測処理
上記学習データの作成が終了すると、認知能力変化予測装置10Aは予測対象ユーザについて認知能力の変化を予測するための処理を以下のように実行する。図7はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。なお、同図において前記図5と処理内容が同一のステップには同一符号を付して説明を行う。
(2) Prediction process of user's cognitive ability change When the creation of the learning data is completed, the cognitive ability change prediction device 10A executes a process for predicting a change in cognitive ability for the prediction target user as follows. FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure and processing contents. In the figure, steps having the same processing contents as those in FIG.

認知能力変化予測装置10Aの認知能力変化予測部106は、ステップS34において、先ず学習DB40からATMTエラー率の変化量を表すデータを読み込み、SVR(Support Vector Regression)モデルによって推定用回帰モデルを作成する。そして、上記特徴量変化算出部105により算出されたHRV特徴量と、その変化量(T2 統計量およびQ統計量)を上記推定用回帰モデルに入力することでATMTエラー率の変化量を予測し、当該予測結果を示す表示データを生成して表示部30へ送信する。なお、推定に用いる回帰モデルとしては、SVRに限らず、PLS(Partial Least Square)回帰モデルなど他の重回帰モデルを用いてもよい。 In step S34, the cognitive ability change prediction unit 106 of the cognitive ability change prediction device 10A first reads data representing the amount of change in the ATMT error rate from the learning DB 40, and creates an estimation regression model using an SVR (Support Vector Regression) model. . Then, the change amount of the ATMT error rate is predicted by inputting the HRV feature amount calculated by the feature amount change calculation unit 105 and the change amount (T 2 statistic and Q statistic) into the estimation regression model. Then, display data indicating the prediction result is generated and transmitted to the display unit 30. The regression model used for estimation is not limited to SVR, and other multiple regression models such as a PLS (Partial Least Square) regression model may be used.

以上のような処理を実行することで、ATMTエラー率の増減に加え、その増加量または減少量を予測することができる。そして、当該予測結果を示す表示データを生成し、表示部30へ送信することで、表示部30に例えば「今後10分間は直前10分間に比べて認知能力が20%低下すると予測される」といったメッセージを表示することができる。従って、予測対象ユーザに対し、休息させるか否かに止まらず、どの程度の時間休息させればよいか、さらには適当な休息の種類(仮眠、体操、軽食等)を指示することが可能となる。   By executing the processing as described above, it is possible to predict the increase or decrease in addition to the increase or decrease in the ATMT error rate. And the display data which shows the said prediction result are produced | generated and transmitted to the display part 30, For example, "For the next 10 minutes, it is estimated that cognitive ability will reduce 20% compared with the last 10 minutes." A message can be displayed. Therefore, it is possible to instruct the prediction target user not only whether to rest, but how much time should be rested, and further, an appropriate rest type (nap, gymnastics, snacks, etc.). Become.

[第3の実施形態]
この発明の第3の実施形態は、対象ユーザの認知能力変化の予測処理後に、当該予測対象期間において実際に計測・算出されたHRV特徴量をもとに上記対象ユーザの認知能力変化を推定し、この認知能力変化の推定結果をもとに新たな学習データを作成して学習DBに追加するようにしたものである。
[Third Embodiment]
In the third embodiment of the present invention, after the target user's cognitive ability change prediction process, the target user's cognitive ability change is estimated based on the HRV feature values actually measured and calculated in the prediction target period. Based on the estimation result of the cognitive ability change, new learning data is created and added to the learning DB.

図8は、この発明の第3の実施形態に係る認知能力変化予測装置の構成を示すブロック図である。なお、同図において前記図3と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。   FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a cognitive ability change prediction apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.

本実施形態の認知能力変化予測装置10Bは、認知能力変化推定部107をさらに備えている。この認知能力変化推定部107は、対象ユーザの認知能力変化の予測処理後に、当該予測対象期間において特徴量算出部104により実際に算出されたHRV特徴量を読み込む。そして、この算出されたHRV特徴量をもとに上記予測対象期間における対象ユーザの認知能力を推定し、その推定結果を学習データ作成部103に渡して新たな学習データを作成させる。   The cognitive ability change prediction device 10 </ b> B of the present embodiment further includes a cognitive ability change estimation unit 107. The cognitive ability change estimation unit 107 reads the HRV feature quantity actually calculated by the feature quantity calculation unit 104 during the prediction target period after the target user's cognitive ability change prediction process. Then, the cognitive ability of the target user in the prediction target period is estimated based on the calculated HRV feature amount, and the estimation result is passed to the learning data generating unit 103 to generate new learning data.

このような構成であるから、認知能力変化予測装置10Bでは、認知能力変化予測部106により例えば今後10分間における対象ユーザの認知能力変化の予測処理が終了すると、続いて認知能力変化推定部107により上記今後10分間における実際の認知能力の推定が行われる。   With this configuration, in the cognitive ability change prediction device 10B, when the cognitive ability change prediction unit 106 finishes the prediction process of the target user's cognitive ability change in the next 10 minutes, for example, the cognitive ability change estimation unit 107 continues. The actual cognitive ability in the next 10 minutes is estimated.

この認知能力の推定処理は以下のように行われる。すなわち、先ず特徴量算出部により、脈波センサ22から受信した最新の10分間の心拍間隔データについて、5分の時間窓を6秒のスライド幅でスライドさせながらそれぞれHRV特徴量を算出する。次に認知能力変化推定部107により、上記算出されたHRV特徴量をもとに、上記10分間における対象ユーザの実際の認知能力変化を推定する。具体的には、認知能力変化の推定結果に基づくATMTエラー率の変化量を推定する。なお、上記HRV特徴量を用いた認知能力変化の推定処理法方については、非特許文献2に詳しく記載されている。   This cognitive ability estimation process is performed as follows. That is, first, the feature amount calculation unit calculates the HRV feature amounts of the latest 10-minute heartbeat interval data received from the pulse wave sensor 22 while sliding the 5-minute time window with the slide width of 6 seconds. Next, the cognitive ability change estimation unit 107 estimates the actual cognitive ability change of the target user for the 10 minutes based on the calculated HRV feature amount. Specifically, the change amount of the ATMT error rate based on the estimation result of the cognitive ability change is estimated. The method for estimating the cognitive ability change using the HRV feature amount is described in detail in Non-Patent Document 2.

認知能力変化推定部107は、上記算出されたATMTエラー率の変化量の推定結果を、認知能力変化の予測処理過程において特徴量算出部104および特徴量変化算出部105によりそれぞれ算出されたHRV特徴量およびHRV変化量(T2 統計量とQ統計量)と共に、学習データ作成部103に渡す。学習データ作成部103は、上記認知能力変化推定部107から渡された、HRV特徴量およびHRV変化量(T2 統計量とQ統計量)を説明変数とし、かつATMTエラー率の変化量の推定結果を被説明変数とする新たな学習データを作成し、この作成した学習データを学習DB40に書き込む。 The cognitive ability change estimation unit 107 calculates the estimated result of the change amount of the ATMT error rate calculated above by the feature amount calculation unit 104 and the feature amount change calculation unit 105 in the process of predicting the cognitive ability change, respectively. Along with the amount and HRV change amount (T 2 statistic and Q statistic), it is passed to the learning data creation unit 103. The learning data creation unit 103 uses the HRV feature value and the HRV change amount (T 2 statistic and Q statistic) passed from the cognitive ability change estimation unit 107 as explanatory variables, and estimates the change amount of the ATMT error rate. New learning data having the result as an explained variable is created, and the created learning data is written in the learning DB 40.

以上述べたように第3の実施形態では、対象ユーザの認知能力変化の予測処理後に、当該予測対象期間において実際に計測・算出されたHRV特徴量をもとに上記対象ユーザの認知能力変化を推定し、この認知能力変化の推定結果をもとに新たな学習データを作成して学習DBに追加するようにしている。従って、対象ユーザの最新の期間における認知能力変化の推定結果に基づく学習データを記憶することができ、これによりそれ以降の認知能力変化の予測をより一層精度良く行うことが可能となる。   As described above, in the third embodiment, after the target user's cognitive ability change prediction process, the target user's cognitive ability change is calculated based on the HRV feature values actually measured and calculated in the prediction target period. Based on the estimation result of the cognitive ability change, new learning data is created and added to the learning DB. Therefore, it is possible to store learning data based on the estimation result of the cognitive ability change in the latest period of the target user, and thereby it is possible to predict the cognitive ability change thereafter with higher accuracy.

[その他の実施形態]
認知能力の指標としては、ATMTのエラー率以外に、ATMTの正解数やエラー数を用いてもよく、さらにはタスク中のキーボードの打鍵数やアクティブウィンドウの切換数等のパーソナルコンピュータの操作ログを用いてもよい。
[Other Embodiments]
As an indicator of cognitive ability, in addition to the error rate of ATMT, the number of correct answers and the number of errors in ATMT may be used. It may be used.

また、前記各実施形態では認知能力変化予測装置をサーバコンピュータ等に設けた場合を例にとって説明したが、対象ユーザが所持するスマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末に設けてもよい。
その他、認知能力変化予測装置の構成や予測処理の手順、処理内容等については、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
In each of the above embodiments, the case where the cognitive ability change prediction apparatus is provided in a server computer or the like has been described as an example. However, the recognition ability change prediction apparatus may be provided in a mobile terminal such as a smartphone or a tablet terminal possessed by the target user.
In addition, the configuration of the cognitive ability change prediction device, the procedure of the prediction process, the processing content, and the like can be implemented with various modifications without departing from the gist of the present invention.

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   In short, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in each embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

1…処理装置、2…データ入力手段、3…結果出力手段と、4…学習データ蓄積手段、11…特徴量算出手段と、12…特徴量変化算出手段、13…認知能力変化予測手段と、21,22…脈波センサ、23…ATMT入力部、30…表示部、40…学習データベース、101,104…特徴量算出部、102,105…特徴量変化算出部、103…学習データ作成部、106…認知能力変化予測部、107…認知能力変化推定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing apparatus, 2 ... Data input means, 3 ... Result output means, 4 ... Learning data storage means, 11 ... Feature-value calculation means, 12 ... Feature-value change calculation means, 13 ... Cognitive ability change prediction means, 21, 22 ... Pulse wave sensor, 23 ... ATMT input unit, 30 ... Display unit, 40 ... Learning database, 101, 104 ... Feature quantity calculation unit, 102, 105 ... Feature quantity change calculation unit, 103 ... Learning data creation unit, 106: Cognitive ability change prediction unit, 107 ... Cognitive ability change estimation unit.

Claims (8)

予測対象ユーザの心拍間隔を表すデータを取得する手段と、
前記取得された心拍間隔を表すデータをもとに、心拍変動の特徴量を算出する手段と、
前記算出された心拍変動の特徴量をもとに、当該心拍変動の特徴量の変化量を算出する手段と、
前記算出された心拍変動の特徴量およびその変化量と、予め記憶されている学習データとをもとに、前記予測対象ユーザの認知能力の変化を予測する手段と、
前記予測対象ユーザの認知能力の変化の予測結果を表す情報を出力する手段と
を具備することを特徴とする認知能力変化予測装置。
Means for obtaining data representing a heartbeat interval of the prediction target user;
Means for calculating a characteristic amount of heartbeat variability based on the acquired data representing the heartbeat interval;
Means for calculating a change amount of the feature value of the heartbeat variability based on the calculated feature value of the heartbeat variability;
Means for predicting a change in the cognitive ability of the prediction target user based on the calculated feature amount of the heart rate variability and the amount of change thereof, and learning data stored in advance;
And a means for outputting information representing a prediction result of a change in the cognitive ability of the prediction target user.
前記心拍変動の特徴量を算出する手段は、
前記取得された心拍間隔を表すデータをもとに時間領域の特徴量を算出する手段と、
前記取得された心拍間隔を表すデータをもとに周波数領域の特徴量を算出する手段と
を備え、
前記時間領域の特徴量を算出する手段は、心拍間隔の平均値と、心拍間隔の標準偏差(SDNN)と、隣接した心拍間隔の差が50msecを超えた比率(pNN50)と、隣接した心拍間隔の差の二乗平均平方和(RMSSD)とのうちの少なくとも1つを算出し、
前記周波数領域の特徴量を算出する手段は、心拍間隔をスペクトル解析した際の低周波成分(0.04~0.15Hz)の総パワー(LF)と、心拍間隔をスペクトル解析した際の高周波成分(0.15~0.40Hz)の総パワー(HF)と、前記低周波成分の総パワーLFと前記高周波成分の総パワーHFとの比率(LF/HF)とのうちの少なくとも1つを算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の認知能力変化予測装置。
The means for calculating the feature value of the heart rate variability is:
Means for calculating a time-domain feature quantity based on the data representing the acquired heartbeat interval;
Means for calculating a characteristic quantity in the frequency domain based on the acquired data representing the heartbeat interval,
Means for calculating the time domain feature amount include an average value of heartbeat intervals, a standard deviation of heartbeat intervals (SDNN), a ratio in which a difference between adjacent heartbeat intervals exceeds 50 msec (pNN50), and an adjacent heartbeat interval. And at least one of the root mean square (RMSSD) of the difference between
The means for calculating the feature quantity of the frequency domain includes the total power (LF) of the low frequency component (0.04 to 0.15 Hz) when the heartbeat interval is spectrum-analyzed and the high frequency component (0.15 to At least one of a total power (HF) of 0.40 Hz) and a ratio (LF / HF) of the total power LF of the low-frequency component and the total power HF of the high-frequency component is calculated. The cognitive ability change prediction device according to claim 1.
前記心拍変動の特徴量を算出する手段は、前記取得された心拍間隔を表すデータをもとにその異なる複数の時間区間において心拍変動の特徴量をそれぞれ算出し、
前記心拍変動の特徴量の変化量を算出する手段は、前記異なる複数の時間区間において算出された各心拍変動の特徴量間の変化量または変化率と、前記各心拍変動の特徴量間の相関係数の変化量または変化率とのうちの何れかを算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の認知能力変化予測装置。
The means for calculating the feature value of the heart rate variability calculates the feature value of the heart rate variability in each of a plurality of different time intervals based on the data representing the acquired heart beat interval,
The means for calculating the change amount of the feature value of the heart rate variability includes a change amount or change rate between the feature values of the heart rate variability calculated in the different time intervals, and a phase between the feature values of the heart rate variability. The cognitive ability change prediction device according to claim 1, wherein one of a change amount and a change rate of the number of relationships is calculated.
前記心拍変動の特徴量の変化量を算出する手段は、前記異なる複数の時間区間において算出された各心拍変動の特徴量に対し主成分の分析を行い、当該主成分の分析結果に基づいて、前記主成分の変化を示すT2 統計量と、次元圧縮の残差を示すQ統計量とをそれぞれ算出することを特徴とする請求項3に記載の認知能力変化予測装置。 The means for calculating the change amount of the feature value of the heart rate variability performs a principal component analysis on the feature value of each heart rate variability calculated in the plurality of different time intervals, and based on the analysis result of the principal component, The cognitive ability change prediction apparatus according to claim 3, wherein a T 2 statistic indicating the change of the principal component and a Q statistic indicating a dimensional compression residual are respectively calculated. 認知能力の変化を予測する手段は、Advanced Trail Making Testの成績として測定される情報を、前記認知能力の変化として予測することを特徴とする請求項1に記載の認知能力変化予測装置。   The cognitive ability change prediction apparatus according to claim 1, wherein the means for predicting a change in cognitive ability predicts information measured as a result of Advanced Trail Making Test as the change in cognitive ability. 前記認知能力の変化を予測する手段は、
前記学習データをもとに認知能力の変化を表す分類器を作成し、前記算出された心拍変動の特徴量とその変化量を前記分類器に入力することで、前記認知能力の変化を予測する手段と、
前記学習データをもとに回帰モデルを作成し、前記算出された心拍変動の特徴量とその変化量を前記回帰モデルに入力することで、前記認知能力の変化量を予測する手段と
のうちの何れか一方を備えることを特徴とする請求項1に記載の認知能力変化予測装置。
The means for predicting the change in cognitive ability is:
A classifier representing a change in cognitive ability is created based on the learning data, and the change in the cognitive ability is predicted by inputting the calculated feature value of the heart rate variability and the change amount into the classifier. Means,
A regression model is created based on the learning data, and the calculated amount of heartbeat variability and its change amount are input to the regression model, thereby predicting the change amount of the cognitive ability. The cognitive ability change prediction device according to claim 1, comprising either one of them.
コンピュータを備える認知能力変化予測装置が実行する認知能力変化予測方法であって、
予測対象ユーザの心拍間隔を表すデータの入力を受け付ける過程と、
前記受け付けた心拍間隔を表すデータをもとに、心拍変動の特徴量を算出する過程と、
前記算出された心拍変動の特徴量をもとに、当該心拍変動の特徴量の変化量を算出する過程と、
前記算出された心拍変動の特徴量およびその変化量と、予め記憶されている学習データとをもとに、前記予測対象ユーザの認知能力の変化を予測する過程と、
前記予測対象ユーザの認知能力の変化の予測結果を表す情報を出力する過程と
を具備することを特徴とする認知能力変化予測方法。
A cognitive ability change prediction method executed by a cognitive ability change prediction apparatus including a computer,
Accepting input of data representing the heart rate interval of the prediction target user;
A process of calculating a feature value of heart rate variability based on the data representing the accepted heartbeat interval;
A process of calculating a change amount of the feature value of the heartbeat variability based on the calculated feature value of the heartbeat variability;
A process of predicting a change in the cognitive ability of the prediction target user based on the calculated feature value of the heart rate variability and its change amount and learning data stored in advance.
And a process of outputting information representing a prediction result of a change in the cognitive ability of the prediction target user.
請求項1乃至6の何れかに記載の認知能力変化予測装置の前記各手段としてコンピュータを機能させるプログラム。   The program which makes a computer function as said each means of the cognitive ability change prediction apparatus in any one of Claims 1 thru | or 6.
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