CN105007812A - 脑电波信号处理装置、脑电波信号处理方法、程序、及记录介质 - Google Patents

脑电波信号处理装置、脑电波信号处理方法、程序、及记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明具备：右瞬时相位确定部(12R)，逐次确定右脑电波信号XR的瞬时相位(f，t)；左瞬时相位确定部(12L)，逐次确定左脑电波信号XL的瞬时相位(f，t)；相位同步指数计算部(13)，逐次计算相位同步指数PSI(f，t)；视频信号生成部(14)，生成内容与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的视频的视频表达信号。

Description

脑电波信号处理装置、脑电波信号处理方法、程序、及记录介质
技术领域
本发明涉及处理脑电波信号的脑电波信号处理装置及脑电波信号处理方法。还涉及使计算机发挥该脑电波信号处理装置之功能的程序、以及记录有该程序的记录介质。
背景技术
脑中各部位的活动可以看成是振子运动，而脑高级功能可以看成是这些振子间的相位同步现象。例如，可以将在画面左上和右下配置有球体的第1图像、以及在画面右上和左下配置有球体的第2图像，以动画方式交替地给试验对象者看，由此确认相位同步现象(非专利文献1)。
实际上，若观察试验对象者看这些图像时的脑电波就可发现，试验对象者产生了“上下并排的2个球体以逆相方式水平移动”的感觉，同时还在表达右脑活动的脑电波(以下记作“右脑电波”)与表达左脑活动的脑电波(以下记作“左脑电波”)间发生了相位同步。这不容质疑地佐证了第1图像中配置在画面左上的球体(被右脑识别)与第2图像中配置在画面右上的球体(被左脑识别)看似同时存在的这种脑高级功能可通过上述相位同步现象来确认。
另外，在观察中风患者的脑电波时，同样也能确认相位同步现象。即，当观察脑高级功能发生了障碍的中风患者的脑电波时可知，与健康者的脑电波相比，中风患者的右脑电波与左脑电波间难以产生相位同步。另外，关于中风患者的右脑电波和左脑电波，有研究成果指出刚罹患脑疾后的相位易同步性与康复有效性之间存在有意义的相关性(非专利文献2)。
[现有技术文献]
非专利文献1：Michael Rose及其他1名；“Neural Coupling Binds VisualTokens to Moving Stimuli”；The Journal of Neuroscience；2005年11月2日,25(44),p.10101～10104
非专利文献2：Wenqing Wu及其它6名；“Impaired neuronal synchrony afterfocalischemic stroke in elderly patients”；Clinical Neurophysiology；ELSEVIER；2010年6月29日网络公开，122(2011),p.21～26
发明内容
[本发明要解决的问题]
非专利文献2报告的研究成果中指出，通过使右脑电波与左脑电波之间达到易发生相位同步的状态，能增进中风患者的康复效果。
然而，中风患者锻炼自己的脑来达成上述状态的方法却未知。另外，医疗人员锻炼中风患者的脑来达成上述状态的方法也未知。
本发明是鉴于上述问题而研发的，目的在于实现一种能用于锻炼脑来使右脑电波与左脑电波间易发生相位同步的脑电波信号处理装置。
这里，本发明的目的并不限增进中风患者的康复效果。即，使右脑电波与左脑电波间易发生相位同步的技术不仅能增进中风患者的康复效果，也有助于增进各种脑疾患者的康复效果。另外，还有助于强化健康者的脑高级功能。
[解决问题的技术方案]
为达成上述目的，本发明的脑电波信号处理装置具备：瞬时相位确定部，根据表达试验对象者右脑脑电波的右脑电波信号来逐次确定右瞬时相位，且根据表达试验对象者左脑脑电波的左脑电波信号来逐次确定左瞬时相位，其中，所述右瞬时相位为所述右脑电波信号的瞬时相位，所述左瞬时相位为所述左脑电波信号的瞬时相位；相位同步指数计算部，根据所述瞬时相位确定部所逐次确定出的右瞬时相位及左瞬时相位，逐次计算表达所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度的相位同步指数；信号生成部，根据所述相位同步指数计算部所逐次计算出的相位同步指数，生成为了向所述试验对象者施加与该相位同步指数相联动地变化的刺激而提供给刺激施加装置的信号。
为达成上述目的，本发明的脑电波信号处理方法包含：瞬时相位确定步骤，根据表达试验对象者右脑脑电波的右脑电波信号来逐次确定右瞬时相位，且根据表达试验对象者左脑脑电波的左脑电波信号来逐次确定左瞬时相位，其中，所述右瞬时相位为所述右脑电波信号的瞬时相位，所述左瞬时相位为所述左脑电波信号的瞬时相位；相位同步指数计算步骤，根据所述瞬时相位确定步骤中逐次确定出的右瞬时相位及左瞬时相位，逐次计算表达所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度的相位同步指数；信号生成步骤，根据所述相位同步指数计算步骤中逐次计算出的相位同步指数，生成为了向所述试验对象者施加与该相位同步指数相联动地变化的刺激而提供给刺激施加装置的信号。
[发明效果]
通过本发明，试验对象者能够锻炼自己的脑来使右脑电波与左脑电波间易发生相位同步。
附图说明
图1是本发明一实施方式的脑电波信号处理装置的结构框图。
图2是图1所示脑电波信号处理装置的一变形例的框图。
图3是图1所示脑电波信号处理装置所显示的视频内容的示意图。
图4是发挥图1所示脑电波信号处理装置之功能的计算机的结构框图。
<附图标记说明>
1          脑电波信号处理装置
11         脑电波信号取得部
12R        右瞬时相位确定部(瞬时相位确定部)
12L        左瞬时相位确定部(瞬时相位确定部)
13         相位同步指数计算部
14         视频信号生成部
100        计算机
140        辅助存储装置(记录介质)
XR         脑电波信号(右脑电波信号)
XL         脑电波信号(左脑电波信号)
φR(f,t)   瞬时相位(右瞬时相位)
φL(f,t)   瞬时相位(左瞬时相位)
PSI(f,t)   相位同步指数
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的脑电波信号处理装置的一实施方式。在以下的说明中，所谓2个量为“同等程度”，是指这2个量的数量级一致。换言之，是指较大方的量为较小方的量的10倍以下。
〔脑电波信号处理装置的结构〕
结合图1来说明本实施方式的脑电波信号处理装置1的结构。
图1是脑电波信号处理装置1的结构框图。如图1所示，脑电波信号处理装置1具备脑电波信号取得部11、右瞬时相位确定部12R、左瞬时相位确定部12L、相位同步指数计算部13、视频信号生成部14。
脑电波信号取得部11用以从与脑电波信号处理装置1相连的外部装置(脑电波计等)取得表达试验对象者右脑脑电波的脑电波信号XR、以及表达试验对象者左脑脑电波的脑电波信号XL。脑电波信号取得部11取得的脑电波信号XR及脑电波信号XL各自传送至右瞬时相位确定部12R及左瞬时相位确定部12L。
这里，关于脑电波信号XR的提供源，可例举贴在上述试验对象者头部右半部的电极。此时，脑电波信号取得部11按照预先所定的采样周期Δt，对上述外部装置检测到的该电极的电位进行采样，由此获得表达上述试验对象者右脑脑电波的脑电波信号XR。采样周期Δt例如可以设定成1m秒以上4m秒以下(本实施方式中，定为Δt＝1m秒)。以下，将在时刻t采样到的脑电波信号XR的值记作XR(t)。
另外，关于脑电波信号XL的提供源，可例举贴在上述试验对象者头部左半部的电极。此时，脑电波信号取得部11按照上述采样周期Δt，对上述外部装置检测到的该电极的电位进行采样，由此获得表达上述试验对象者左脑脑电波的脑电波信号XL。以下，将在时刻t采样到的脑电波信号XL的值记作XL(t)。
右瞬时相位确定部12R根据脑电波信号XR，逐次确定(实时确定)瞬时相位φR(f，t)。这里，瞬时相位φR(f，t)是指脑电波信号XR所含成分波当中的具有目标频率f的成分波XRf在时刻t的相位。该目标频率f是由操作人员等指定的频率。例如，若目标频率f被定为10Hz，则右瞬时相位确定部12R确定的瞬时相位φR(f，t)表达的就是上述试验对象者右脑α波的相位。如图1所示，右瞬时相位确定部12R确定的瞬时相位φR(f，t)传送给相位同步指数计算部13。
左瞬时相位确定部12L根据脑电波信号XR，逐次确定瞬时相位φL(f，t)。这里，瞬时相位φL(f，t)是指脑电波信号XL所含成分波当中的具有目标频率f的成分波XLf在时刻t的相位。如图1所示，左瞬时相位确定部12L确定的瞬时相位φL(f，t)被传送给相位同步指数计算部13。
这里，可以采用公知方法来确定瞬时相位φR(f，t)。关于能用来确定瞬时相位φR(f，t)的公知方法，可例举与莫莱小波(Morlet Wavelet)进行卷积积分的方法。与莫莱小波进行卷积积分时，右瞬时相位确定部12R为了确定瞬时相位φR(f，t)而参照自时刻t1(＝t－Δt×(M－1)/2)至时刻tM(＝t+Δt×(M－1)/2)的期间内的、在各采样时间点ti所采样到的M个脑电波信号XR值XR(t1)、……、XR(tM)(为简化理解，假定M为奇数)。因此，脑电波信号处理装置1具备用以保持至少M个脑电波信号XR值的未图示的缓存。脑电波信号XR介由该缓存而从脑电波信号取得部11提供至右瞬时相位确定部12R。关于瞬时相位φL(f，t)的确定方式，可以说也是同样的。
另外，若将用于确定瞬时相位φR(f，t)的窗幅(＝tM－t1＝Δt×(M－1))设为T，将根据XR(t1)、……、XR(tM)来计算瞬时相位φR(f，t)的所需计算时间设为τ，那么自采样完脑电波信号XR(t)时起，至确定完瞬时相位φR(f，t)时为止，至少要花费时间T/2+τ。这里，窗幅T一般被设定成目标频率f的对应周期(1/f)的3倍以上8倍以下。因此，例如若目标频率f为20Hz，则窗幅T为150m秒以上400m秒以下。
本实施方式中，右瞬时相位确定部12R以最短所需时间T/2+τ来确定瞬时相位φR(f，t)。即，自采样完脑电波信号XR(t)的值XR(t)时起，至确定完瞬时相位φR(f，t)时为止的迟延时间δ为最短所需时间T/2+τ。但需要阐明的是，自采样完脑电波信号XR(t)的值XR(t)时起，至确定完瞬时相位φR(f，t)时为止的迟延时间δ只要与最短所需时间T/2+τ为同等程度，即可充分达成本发明的目的。本说明书中，瞬时相位φR(f，t)的确定为逐次确定(实时确定)，这就意味着上述迟延时间δ与最短所需时间τ+T/2为同等程度。关于左瞬时相位确定部12L对瞬时相位φL(f，t)的确定方式，可以说也是同样的。
相位同步指数计算部13根据瞬时相位φR(f，t)及瞬时相位φL(f，t)，逐次计算(实时计算)相位同步指数PSI(f，t)。这里，相位同步指数PSI(f，t)的数值是表达脑电波信号XL(更准确而言，是脑电波信号XL的成分波XLf)与脑电波信号XR(更准确而言，是脑电波信号XR的成分波XRf)在时刻t处的相位同步程度的指标。如图1所示，相位同步指数计算部13算出的相位同步指数PSI(f，t)被传送至视频信号生成部14。
本实施方式中，相位同步指数计算部13为了计算由下式定义的相位同步指数PSI(f，t)，参照自时刻t’1(＝t－Δt×(N－1)/2)起至时刻t’N(＝t+Δt×(N－1)/2)的期间内的、与各采样时间点t’i分别对应的N对瞬时相位{φR(f，t’1)，φL(f，t’1)}、……、{φR(f，t’N)，φL(f，t’N)}(为简化理解，假定N为奇数)。下式中，θi(f，t’i)是由式子θi(f，t’i)＝φR(f，t’i)－φL(f，t’i)所定义的相位差。
P S I ( f , t ) = 1 N &Sigma; i = 1 N e i &theta; ( f , t 1 )
若按照上式来定义相位同步指数PSI(f，t)，那么当脑电波信号XR与脑电波信号XL的相位在时刻t完全同步时，则PSI(f，t)＝1，而当脑电波信号XR与脑电波信号XL的相位在时刻t完全非同步时，则PSI(f，t)＝0。因此，上式所定义的相位同步指数PSI(f，t)是表达脑电波信号XR与脑电波信号XL间的相位同步程度的恰当指标。
如上所述，相位同步指数计算部13为了计算时刻t处的相位同步指数PSI(f，t)，参照自时刻t’1(＝t－Δt×(N－1)/2)起至时刻t’N(＝t+Δt×(N－1)/2)的期间内的各采样定时t’i处的N对瞬时相位{φR(f，t’1)，φL(f，t’1)}、……、{φR(f，t’N)，φL(f，t’N)}。因此，脑电波信号处理装置1具有用以保持至少N个瞬时相位φR(f，t)的未图示的缓存。瞬时相位φL(f，t)介由该缓存而从右瞬时相位确定部12R被提供至相位同步指数计算部13。同样道理，脑电波信号处理装置1具有用以保持至少N个瞬时相位φL(f，t)的未图示的缓存。瞬时相位φL(f，t)介由该缓存而从左瞬时相位确定部12L被提供至相位同步指数计算部13。
另外，若将用于计算相位同步指数PSI(f，t)的窗幅(＝t’N－t’1＝Δt×(N－1))设为T’，将根据{φR(f，t’1)，φL(f，t’1)}、……、{φR(f，t’N)，φL(f，t’N)}来计算相位同步指数PSI(f，t)的所需计算时间设为τ’，那么自确定完瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)时起，至计算完相位同步指数PSI(f，t)时为止，至少要花费时间T’/2+τ’。这里，窗幅T’一般被设定成目标频率f的对应周期(1/f)的3倍以上8倍以下。因此，例如若目标频率f为20Hz，则窗幅T’为150m秒以上400m秒以下。
本实施方式中，相位同步指数计算部13以最短所需时间T/2+τ来计算相位同步指数PSI(f，t)。即，自确定完瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)时起，至计算完相位同步指数PSI(f，t)时为止的迟延时间δ’为最短所需时间T’/2+τ’。但需要阐明的是，自确定完瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)时起，至计算完相位同步指数PSI(f，t)时为止的迟延时间δ’只要与最短所需时间T’/2+τ’为同等程度，即可充分达成本发明的目的。本说明书中，相位同步指数PSI(f，t)的计算为逐次计算(实时计算)，这就意味着上述迟延时间δ’与最短所需时间T’/2+τ’为同等程度。
这里，相位同步指数计算部13可以针对每个Δt(采样周期)来进行相位同步指数PSI(f，t)的计算，也可以针对每个T’(窗幅)来进行相位同步指数PSI(f，t)的计算，还可以针对每二分之一个T’来进行相位同步指数PSI(f，t)的计算。通过采用针对每个T’或每二分之一个T’来计算相位同步指数PSI(f，t)的方案，能够减轻运算负担。
视频信号生成部14根据相位同步指数PSI(f，t)，生成内容与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的视频的视频表达信号。视频信号生成部14生成的视频信号被提供至与脑电波信号处理装置1相连或内置于脑电波信号处理装置1的显示器。这里，关于视频信号生成部14生成的视频信号所表达的视频内容，将在后文中结合其它附图来阐述。
连接或内置于脑电波信号处理装置1的显示器向试验对象者显示视频信号生成部14生成的视频信号所表达的视频，也就是内容与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的视频。换言之，该显示器作为刺激施加装置发挥功能，从而将与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的视觉刺激施加给试验对象者。由此，与试验对象者的左右脑同步状态相顺应的视觉刺激便被反馈给该试验对象者，如此形成实时的反馈循环。
这里，在脑电波信号处理装置1中，自采样完脑电波信号XR、XL的值XR(t)、XL(t)时起，至确定完瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)时为止的迟延时间δ为最短所需时间T/2+τ。另外，脑电波信号处理装置1中，自确定完瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)时起，至计算完相位同步指数PSI(f，t)时为止的迟延时间δ’亦即最短所需时间T’/2+τ’。因此，若忽略不计视频信号的生成及输出的所需时间，那么自脑电波信号XR与脑电波信号XL间的相位同步程度发生了变化时起，至该变化被反映到试验对象者所看的视频中为止的迟延时间(以下记作“脑电波信号处理装置1的响应时间”)便为T/2+τ+T’/2+τ’(若是按照序列来进行瞬时相位φR(f，t)的确定以及瞬时相位φL(f，t)的确定，则为T/2+2×τ+T’/2+τ’)。例如，在将窗幅T、T’设为T＝T’＝400m秒的情况下，若计算时间τ、τ’充分地比窗幅T、T’小，那么脑电波信号处理装置1的响应时间就为400m秒左右。
脑电波信号处理装置1的响应时间只要为5秒以下，试验对象者就能大致实时地得知自己脑电波的相位同步程度，因此能按自己的意识来控制自身脑电波的相位同步程度。所谓实时反馈，指的就是上述的意思(脑电波信号处理装置1的响应时间为5秒以下)。这里，脑电波信号处理装置1的响应时间越短，反馈的实时性就越高，于是试验对象者能容易地按自己的意识来控制自身脑电波的相位同步程度。因此，可将脑电波信号处理装置1的响应时间设定为例如4秒以下、3秒以下、2秒以下、或1秒以下，秒数约少，效果就越高。
〔变形例〕
虽然在图1所示的脑电波信号处理装置1中，采用了与莫莱小波进行卷积积分来确定瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)的方案，但本发明并不限定于此。即，例如也可采用在滤波后运用希尔伯特变换法生成解读信号来确定瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)的方案。
另外，虽然在图1所示的脑电波信号处理装置1中，采用了根据脑电波信号XR、XL所含的具有确定频率的成分波XRf、XLf的瞬时相位φR(f，t)、φL(f，t)来计算相位同步指数PSI(f，t)的方案，但本发明并不限定于此。即，也可以采用根据含全部频率成分的脑电波信号XR、XL本身的瞬时相位φR(t)、φL(t)来计算相位同步指数PSI(t)的方案。这里需要阐明的是，实施方式中所述的“脑电波信号的瞬时相位”既指瞬时相位φR(f，t)或φL(f，t)，也指瞬时相位φR(f，t)和φL(f，t)这两方，并不限解释为前者。
另外，虽然图1所示的脑电波信号处理装置1生成提供给刺激施加装置(例如显示装置)的视频信号，该刺激施加装置将与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的视觉刺激施加给试验对象者，但本发明并不限定于此。即，只要是生成用以提供给刺激施加装置(例如显示装置)的信号，该刺激施加装置将与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的视觉刺激施加给试验对象者，则可替换成任何方案。
例如，可以替换成如下方案：生成声音信号来提供给向试验对象者施加与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的听觉刺激的刺激施加装置。关于向试验对象者施加听觉刺激的刺激施加装置，可例举扬声器等。刺激施加装置施加给试验对象者的听觉刺激可以是音量与相位同步指数PSI(f，t)相联动的声音，也可以是音程与相位同步指数PSI(f，t)相联动的声音，还可以是音色与相位同步指数PSI(f，t)相联动的声音。即，脑电波信号处理装置1生成的声音信号可以是振幅与相位同步指数PSI(f，t)相联动的信号，也可以是周期与相位同步指数PSI(f，t)相联动的信号，还可以是波形与相位同步指数PSI(f，t)相联动的信号。
另外，还可以替换成如下方案：生成刺激信号来提供给向试验对象者施加与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的体感刺激的刺激施加装置。关于向试验对象者施加体感刺激的刺激施加装置，可例举通过电性手段来刺激试验对象者的体感的电性刺激装置、或通过机械性手段来刺激试验对象者的体感的机械性刺激装置等。帮助手腕弯曲的康复器具就是此类机械刺激装置的一个例子。由刺激施加装置施加给试验对象者的体感刺激既可以是强度与相位同步指数PSI(f，t)相联动的体感刺激，也可以是周期与相位同步指数PSI(f，t)相联动的体感刺激，还可以是动作模式与相位同步指数PSI(f，t)相联动的体感刺激。即，脑电波信号处理装置1生成的信号可以是振幅与相位同步指数PSI(f，t)相联动的信号，也可以是周期与相位同步指数PSI(f，t)相联动的信号，还可以是波形与相位同步指数PSI(f，t)相联动的信号。
进而言之，将施加与相位同步指数PSI(f，t)相对应的视觉刺激、听觉刺激或体感刺激的方案，替换成施加与相位同步指数PSI(f，t)相对应的嗅觉刺激或味觉刺激的方案也不是不可能。总之，只要是使试验对象者能够通过某种感觉来感知到相位同步指数PSI(f，t)，则采用任何方案均能达成本发明的目的。
另外，虽然图1所示的脑电波信号处理装置1中采用了根据1对脑电波信号{XR、XL}来计算相位同步指数PSI(f，t)的方案，但本发明并不限定于此。即，也可以采用根据n个脑电波信号{X1、X2、……、Xn}来计算相位同步指数PSI(f，t)的方案(n为偶数2m)。这里，脑电波信号X1、……、Xn是贴在试验对象者头部上不同地点处的电极的电位所表达的脑电波信号。
图2表示的是采用了上述方案的脑电波信号处理装置1的框图。与图1的脑电波信号处理装置1相比，图2所示脑电波信号处理装置1的区别在于具备了功能与图1的右瞬时相位确定部12R及左瞬时相位确定部12L同等的n个瞬时相位确定部12-1～12-n。另外，与图1的脑电波信号处理装置1相比，图2所示的脑电波信号处理装置1的区别还在于相位同步指数计算部13进行以下处理：(1)就1≤j≤m的范围内的各个j，根据瞬时相位φj(f，t)、φj+1(f，t)来计算PSIj(f，t)；(2)计算PSIj(f，t)的平均值{PSI1(f，t)+……+PSIm(f，t)}/m，将该平均值作为相位同步指数PSI(f，t)。至于其它方面，与图1的脑电波信号处理装置1相同。
这里，虽然在图2所示的方案中，以脑电波信号X1和脑电波信号X2为一组来求取它们间的相位同步指数PSI1(f，t)，以脑电波信号X3和脑电波信号X4为一组来求取它们间的相位同步指数PSI2(f，t)，……，以脑电波信号Xn－1和脑电波信号Xn为一组来求取它们间的相位同步指数PSIm(f，t)，但并不限定于此。即，用来求取相位同步指数的脑电波信号分组形式可以是任意的，允许存在n×(n－1)/2种的分组形式。但要求至少有1个组由贴在试验对象者右半头部某点上的电极的电位所表达的脑电波信号、和贴在试验对象者左半头部某点上的电极的电位所表达的脑电波信号所构成。
〔提供给试验对象者看的视频〕
以下，结合图3来说明脑电波信号处理装置1提供给试验对象者看的视频的例子。图3的(a)～(e)分别是脑电波信号处理装置1提供给试验对象者看的视频的例示图。
图3的(a)所示的视频中，画面中央含有长边与画面纵轴平行的长方形对象体21。该视频中，对象体21的长边长度L与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化。联动方式可任意，但这里使对象体21的长边长度L与相位同步指数PSI(f，t)构成正相关。具体而言，使对象体21的长边长度L与相位同步指数PSI(f，t)成正比。
将该视频提供给试验对象者看时，要求试验对象者意识性地增加对象体21的长边长度L。试验对象者通过意识性地增加对象体21的长边长度L来控制自己的大脑，从而促进右脑与左脑的同步。
图3的(b)所示的视频中，画面中央含有长边与画面横轴平行的长方形对象体22。该视频中，对象体22的长边长度L与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化。联动方式可任意，但这里使对象体22的长边长度L与相位同步指数PSI(f，t)构成正相关。具体而言，使对象体22的长边长度L与相位同步指数PSI(f，t)成正比。
将该视频提供给试验对象者看时，要求试验对象者意识性地增加对象体22的长边长度L。试验对象者通过意识性地增加对象体22的长边长度L来控制自己的大脑，从而促进右脑与左脑的同步。
图3的(c)所示的视频中，画面中央含有色温可变化的圆盘状的有色对象体23。该视频中，对象体23的色温与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化。联动方式可任意，但这里使对象体23的色温与相位同步指数PSI(f，t)构成负相关。具体而言，使对象体23的色温与相位同步指数PSI(f，t)成反比。
将该视频提供给试验对象者看时，要求试验对象者意识性地使对象体23的颜色变为暖色调(冷色调)。试验对象者通过意识性地使对象体23的颜色变为暖色调来控制自己的大脑，从而促进右脑与左脑的同步。
图3的(d)所示的视频中，画面中央含有灰阶可变化的灰度标照片24(图3的(d)例示的是灰阶为2的灰度标照片，即黑白照片)。该视频中，灰度标照片24的灰阶与相位同步指数PSI(f，t)相联动地在2～256的范围内变化。联动方式可任意，但这里使照片24的灰阶与相位同步指数PSI(f，t)构成正相关。具体而言，使照片24的灰阶与相位同步指数PSI(f，t)成正比。
将该视频提供给试验对象者看时，例如要求试验对象者确定被摄体是何物。试验对象者通过意识性地增加照片24的灰阶来确定被摄体，控制自己的大脑，以促进右脑与左脑的同步。
图3的(e)所示的视频是(e)中的上侧画面和(e)中的下侧画面进行交互显示而构成的动画，其中，上侧画面的左上和右下处配置有2个球体，下侧画面的右上和左下处也配置有2个球体。该动画中，2个球体在画面横轴方向上的间隔d与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化。联动方式可任意，但这里使相位同步指数PSI(f，t)与两球体间隔d构成负相关。
该动画中，有时会感觉为左右排列的2个球体以逆相方式上下振动，也有时会感觉为上下排列的2个球体以逆相方式左右振动。若试验对象者感到的是后者情况，该试验对象者左右脑间的相位处于同步状态的可能性就较高。另外，试验对象者左右脑间的相位处于同步状态时，该试验对象者感觉为后者情况的可能性就较高。之所以试验对象者会感觉为后者情况，是由于左右脑的协同工作使得图3的(e)中上侧画面的左上所配置的球体与图3的(e)中下侧画面的右上所配置的球体看似同时存在的缘故。
将该动画提供给试验对象者看时，例如可以询问试验对象者“是否看到上下排列的2个球体以逆相方式左右振动？”。试验对象者通过意识性地将该动画感觉成上述询问内容来控制自己的大脑，以促进右脑与左脑的同步。
〔脑电波信号处理装置的结构例〕
脑电波信号处理装置1例如可以通过计算机(电子计算机)来构成。图4是能够用于脑电波信号处理装置1的计算机100的例示框图。
如图4所示，计算机100具备介由总线110而相互连接的运算装置120、主存储装置130、辅助存储装置140、以及输入输出接口150。能够用作运算装置120的器件例如有CPU(Central Processing Unit)。另外，能够用作主存储装置130的器件例如有半导体RAM(random access memory)。另外，能够用作辅助存储装置140的器件例如有硬盘驱动器。
如图4所示，输入装置200及输出装置300连接至输入输出接口150。连接至该输入输出接口150的输入装置200例如是用以检测脑电波信号XR、XL的脑电波计、或用以设定目标频率f的键盘等。另外，连接至该输入输出接口150的输出装置300例如是显示器，该显示器用以显示内容与相位同步指数PSI(f，t)相联动地变化的视频。
辅助存储装置140中存储有令计算机100作为脑电波信号处理装置1来工作的各种程序。具体而言，存储有脑电波信号取得程序、右瞬时相位确定程序、左瞬时相位确定程序、相位同步指数计算程序、以及视频信号生成程序。这些程序也可以是包含在MATLAB(注册商标)等数值运算库中的模块。
运算装置120将辅助存储装置140中存储的上述各程序展开到主存储装置130，并执行展开到主存储装置130的上述各程序所含的命令，由此使计算机100作为脑电波信号取得部11、右瞬时相位确定部12R、左瞬时相位确定部12L、相位同步指数计算部13、以及视频信号生成部14来发挥功能。主存储装置130还可作为供保持脑电波信号XR值的缓存、以及供保持瞬时相位φR(f，t)和φL(f，t)的缓存来发挥功能。
这里，虽然以上说明的方案是利用存储在内部记录介质即辅助存储装置140内的上述各程序来使计算机100作为脑电波信号处理装置1发挥功能的，但本发明并不限定于此。即，也可以利用存储在外部记录介质内的程序来使计算机100作为脑电波信号处理装置1发挥功能。作为外部记录介质，可以使用计算机所能读取的“非临时性有形介质”，例如有存储带、存储盘、存储卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。
另外，也可以将计算机100设计成能够接入通信网络，并经由通信网络将上述各程序提供给计算机100。该通信网络只要能供传送程序，则无特别限定。这里，即使上述程序的形态是利用电性传输而得到体现的载置于载波中的数据信号，本发明也能得以实现。
〔脑电波信号处理装置的用途〕
关于脑电波信号处理装置1的某一用途，例如可用于中风等脑疾患者的康复。
中风患者的PSI有低于健康者PSI的倾向。这正说明了中风患者的右脑与左脑未能顺利地协同工作。这里，有研究发现中风患者的PSI下降倾向并非取决于中风的损伤部位。例如，本领域中已知道损伤部位即便是右脑的一部分，PSI也会下降。
另外，关于中风患者的康复，近年的研究中已明确发现康复前测定的PSI与康复效果之间存在着相关性。即，已明确发现相比于PSI较低的中风患者的康复，PSI较高的中风患者的康复具有表现出更好效果的倾向。
该倾向启示了若在中风患者的康复疗程中编入用于提高PSI的锻炼内容，就有可能增进康复效果。脑电波信号处理装置1能够用作供实施此类锻炼的锻炼装置。当然，即使将脑电波信号处理装置1用于中风以外的脑疾患者的康复，也能期待同样的效果。
〔总结〕
为达成上述目的，如上所述，本实施方式的脑电波信号处理装置具备：瞬时相位确定部，根据表达试验对象者右脑脑电波的右脑电波信号来逐次确定右瞬时相位，且根据表达试验对象者左脑脑电波的左脑电波信号来逐次确定左瞬时相位，其中，所述右瞬时相位为所述右脑电波信号的瞬时相位，所述左瞬时相位为所述左脑电波信号的瞬时相位；相位同步指数计算部，根据所述瞬时相位确定部所逐次确定出的右瞬时相位及左瞬时相位，逐次计算表达所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度的相位同步指数；信号生成部，根据所述相位同步指数计算部所逐次计算出的相位同步指数，生成为了向所述试验对象者施加与该相位同步指数相联动地变化的刺激而提供给刺激施加装置的信号。
通过上述方案，能将上述试验对象者的右脑电波与左脑电波间的相位同步程度实时地反馈给该试验对象者。由此，上述试验对象者能够按照自己的意识来控制自己的脑，以提高右脑电波与左脑电波间的相位同步程度。而通过反复进行该控制，上述试验对象者就能锻炼自己的脑来使右脑电波与左脑电波间易发生相位同步。
本实施方式的脑电波信号处理装置中，作为优选，自所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度发生了变化时起，至该变化被反映到由所述刺激施加装置向所述试验对象者施加的刺激中为止的迟延时间为5秒以下。
通过上述方案，能进而实时地进行上述反馈。由此，能提高上述锻炼的效果。
本实施方式的脑电波信号处理装置中，作为优选，在将所述瞬时相位确定部为了确定右瞬时相位及左瞬时相位而用的窗幅设为T，且将所述瞬时相位确定部为了计算右瞬时相位及左瞬时相位而需的各计算时间设为τ的情况下，自采样完时刻t处的右脑电波信号及左脑电波信号的值时起，至确定完时刻t处的右瞬时相位及左瞬时相位时为止的迟延时间与T/2+τ或T/2+2×τ为同等程度。
通过上述方案，自右脑电波与左脑电波间的相位同步程度发生了变化时起，至该变化反映到上述试验对象者所被提示的信息中为止的响应时间能得以缩短。即，能进而实时地进行上述反馈。由此，能提高上述锻炼的效果。
本实施方式的脑电波信号处理装置中，作为优选，在将所述相位同步指数计算部为了计算相位同步指数而用的窗幅设为T’，且将所述相位同步指数计算部为了计算相位同步指数而需的计算时间设为τ’的情况下，自确定完时刻t处的右瞬时相位及左瞬时相位时起，至计算完时刻t处的相位同步指数时为止的迟延时间与T’/2+τ’为同等程度。
通过上述方案，自右脑电波与左脑电波间的相位同步程度发生了变化时起，至该变化反映到上述试验对象者所被提示的信息中为止的响应时间能得以缩短。即，能进而实时地进行上述反馈。由此，能提高上述锻炼的效果。
本实施方式的脑电波信号处理装置中，作为优选，所述刺激施加装置是显示器；所述信号生成部生成：为了向所述试验对象者施加与所述相位同步指数相联动地变化的视觉刺激而提供给所述显示器的视频信号。
通过上述方案，能将上述试验对象者的右脑电波与左脑电波间的相位同步程度，以视觉刺激(视频)的方式反馈给该试验对象者。
本实施方式的脑电波信号处理装置中，作为优选，所述刺激施加装置是扬声器；所述信号生成部生成：为了向所述试验对象者施加与所述相位同步指数相联动地变化的听觉刺激而提供给所述扬声器的声音信号。
通过上述方案，能将上述试验对象者的右脑电波与左脑电波间的相位同步程度，以听觉刺激(声音)的方式反馈给该试验对象者。
本实施方式的脑电波信号处理装置中，作为优选，所述刺激施加装置是电性刺激装置或机械性刺激装置；所述信号生成部生成：为了向所述试验对象者施加与所述相位同步指数相联动地变化的体感刺激而提供给所述电性刺激装置或所述机械性刺激装置的信号。
通过上述方案，能将上述试验对象者的右脑电波与左脑电波间的相位同步程度，以体感刺激的方式反馈给该试验对象者。
本实施方式的脑电波信号处理装置例如可以作为锻炼装置来发挥功能，该锻炼装置帮助脑疾患者锻炼自己的脑，以使右脑电波与左脑电波间易发生相位同步。
通过将本实施方式的脑电波信号处理装置用于上述的用途，能够增进上述脑疾患者的康复效果。
另外，为达成上述目的，如上所述，本实施方式的脑电波信号处理方法包含：瞬时相位确定步骤，根据表达试验对象者右脑脑电波的右脑电波信号来逐次确定右瞬时相位，且根据表达试验对象者左脑脑电波的左脑电波信号来逐次确定左瞬时相位，其中，所述右瞬时相位为所述右脑电波信号的瞬时相位，所述左瞬时相位为所述左脑电波信号的瞬时相位；相位同步指数计算步骤，根据所述瞬时相位确定步骤中逐次确定出的右瞬时相位及左瞬时相位，逐次计算表达所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度的相位同步指数；信号生成步骤，根据所述相位同步指数计算步骤中逐次计算出的相位同步指数，生成为了向所述试验对象者施加与该相位同步指数相联动地变化的刺激而提供给刺激施加装置的信号。
通过上述方案，能将上述试验对象者的右脑电波与左脑电波间的相位同步程度实时地反馈给该试验对象者。由此，上述试验对象者能够按照自己的意识来控制自己的脑，以提高右脑电波与左脑电波间的相位同步程度。而通过反复进行该控制，上述试验对象者就能锻炼自己的脑，以使右脑电波与左脑电波间易发生相位同步。
本实施方式的脑电波信号处理装置也可以通过计算机来实现，此时，使计算机作为上述脑电波信号处理装置具备的各处理部来发挥功能，从而借助计算机来实现上述脑电波信号处理装置的控制程序、以及记录有该程序的能由计算机读取的记录介质也包含在本发明的范畴内。
〔附记事项〕
本发明并不限于上述各实施方式，可以在权利要求所示的范围内进行各种变更，适当地组合不同实施方式中披露的技术方案而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。此外，通过组合各实施方式中披露的技术方案，能够构成新的技术特征。
[产业上的可利用性]
本发明的脑电波信号处理装置能较好地用作锻炼装置来增进脑疾患者的康复效果。能用在各种强化脑高级功能的目的之中，还能用于游戏机等。

Claims (11)

1.一种脑电波信号处理装置，其特征在于，具备：
瞬时相位确定部，根据表达试验对象者右脑脑电波的右脑电波信号来逐次确定右瞬时相位，且根据表达试验对象者左脑脑电波的左脑电波信号来逐次确定左瞬时相位，其中，所述右瞬时相位为所述右脑电波信号的瞬时相位，所述左瞬时相位为所述左脑电波信号的瞬时相位；
相位同步指数计算部，根据所述瞬时相位确定部所逐次确定出的右瞬时相位及左瞬时相位，逐次计算表达所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度的相位同步指数；以及
信号生成部，根据所述相位同步指数计算部所逐次计算出的相位同步指数，生成为了向所述试验对象者施加与该相位同步指数相联动地变化的刺激而提供给刺激施加装置的信号。
2.根据权利要求1所述的脑电波信号处理装置，其特征在于：
自所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度发生了变化时起，至该变化被反映到由所述刺激施加装置向所述试验对象者施加的刺激中为止的迟延时间为5秒以下。
3.根据权利要求1或2所述的脑电波信号处理装置，其特征在于：
在将所述瞬时相位确定部为了确定右瞬时相位及左瞬时相位而用的窗幅设为T，且将所述瞬时相位确定部为了计算右瞬时相位及左瞬时相位而需的各计算时间设为τ的情况下，
自采样完时刻t处的右脑电波信号及左脑电波信号的值时起，至确定完时刻t处的右瞬时相位及左瞬时相位时为止的迟延时间与T/2+τ或T/2+2×τ为同等程度。
4.根据权利要求1或2所述的脑电波信号处理装置，其特征在于：
在将所述相位同步指数计算部为了计算相位同步指数而用的窗幅设为T’，且将所述相位同步指数计算部为了计算相位同步指数而需的计算时间设为τ’的情况下，
自确定完时刻t处的右瞬时相位及左瞬时相位时起，至计算完时刻t处的相位同步指数时为止的迟延时间与T’/2+τ’为同等程度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的脑电波信号处理装置，其特征在于：
所述刺激施加装置是显示器；
所述信号生成部生成：为了向所述试验对象者施加与所述相位同步指数相联动地变化的视觉刺激而提供给所述显示器的视频信号。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的脑电波信号处理装置，其特征在于：
所述刺激施加装置是扬声器；
所述信号生成部生成：为了向所述试验对象者施加与所述相位同步指数相联动地变化的听觉刺激而提供给所述扬声器的声音信号。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的脑电波信号处理装置，其特征在于：
所述刺激施加装置是电性刺激装置或机械性刺激装置；
所述信号生成部生成：为了向所述试验对象者施加与所述相位同步指数相联动地变化的体感刺激而提供给所述电性刺激装置或所述机械性刺激装置的信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的脑电波信号处理装置，其特征在于：
其作为锻炼装置来发挥功能，该锻炼装置帮助脑疾患者锻炼自己的脑，以使右脑电波与左脑电波间易发生相位同步。
9.一种脑电波信号处理方法，其特征在于，包含：
瞬时相位确定步骤，根据表达试验对象者右脑脑电波的右脑电波信号来逐次确定右瞬时相位，且根据表达试验对象者左脑脑电波的左脑电波信号来逐次确定左瞬时相位，其中，所述右瞬时相位为所述右脑电波信号的瞬时相位，所述左瞬时相位为所述左脑电波信号的瞬时相位；
相位同步指数计算步骤，根据所述瞬时相位确定步骤中逐次确定出的右瞬时相位及左瞬时相位，逐次计算表达所述右脑电波信号与所述左脑电波信号间的相位同步程度的相位同步指数；以及
信号生成步骤，根据所述相位同步指数计算步骤中逐次计算出的相位同步指数，生成为了向所述试验对象者施加与该相位同步指数相联动地变化的刺激而提供给刺激施加装置的信号。
10.一种程序，其使计算机发挥权利要求1至8中任一项所述的脑电波信号处理装置的功能，并使计算机作为所述的脑电波信号处理装置中的各处理部来发挥功能。
11.一种记录介质，是记录有权利要求10所述的程序的能由计算机读取的记录介质。
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