CN109688918A - 脑律动频率调制装置 - Google Patents

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Abstract

脑律动频率调制装置是使脑律动的频率变化的脑律动频率调制装置，具备：调幅部，其生成调制信号，该调制信号为针对高于脑律动的对象频段的频率的载波信号，基于对象频段内的规定的频率进行调幅后的调制信号；电刺激输出部，其将基于由调幅部生成的调制信号的电刺激信号作为电刺激输出到可与受验者的头部连接的电极部。

Description

脑律动频率调制装置
技术领域
本发明涉及脑律动频率调制装置。
本申请基于2016年9月9日在日本申请的特愿2016－176669号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
近年来，为了使脑律动(例如，α波等脑波)变化，提案有在脑上施加希望频率的交流电刺激的方法(例如，参照非专利文献1)。利用该方法，例如使脑波的频率变化，而对脑的认知功能及知觉功能的影响进行确认的试验。
非专利文献1：Roberto C,Geraint R,Vincenzo R、“Individual Differences inAlpha Frequency Drive Crossmodal Illusory Perception”，Current Biology 25,231－235,January 19,2015
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在上述的现有的技术中，由于交流电刺激造成的假象(噪声)非常大，因此存在通过脑波(EEG：Electroencephalogram)或脑电图(MEG：Magnetoencephalogram)等不能对交流电刺激的对象频段的脑活动进行检测的问题。即，在上述的现有的技术中，存在如下问题：通过脑波(EEG)或脑电图(MEG)无法确认脑律动实际上已经变化为对象频率。
本发明是为了解决上述问题而开发的，其目的在于提供能够确认变化后的脑律动的频率的脑律动频率调制装置。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明的一个方面中，提供一种脑律动频率调制装置，是使脑律动的频率产生变化的脑律动频率调制装置，其中，具备调幅部，其生成调制信号，所述调制信号为针对高于所述脑律动的对象频段的频率的载波信号，基于所述对象频段内的规定的频率进行调幅后的调制信号；电刺激输出部，其将基于由所述调幅部生成的所述调制信号的电刺激信号作为电刺激向能够与受验者的头部连接的电极部输出。
另外，本发明的一个方面中，在上述脑律动频率调制装置中，其中，所述电刺激输出部基于所述调制信号生成所述电刺激信号，并输出生成的所述电刺激信号，其中，所述电刺激信号为将所述调制信号的最大振幅值变换为规定的电流值后的信号。
另外，本发明的一个方面中，上述脑律动频率调制装置，具备：修正部，修正所述电刺激信号，以使在所述受验者上检测出的所述脑律动的频率和所述规定的频率一致的方式。
另外，本发明的一个方面中，在所述脑律动频率调制装置中，其中，所述修正部修正用于对所述调制信号进行调幅的调制频率，以使所述脑律动的频率和所述规定的频率一致。
发明效果
根据本发明，能够确认变化后脑律动的频率。
附图说明
图1是表示第一实施方式的脑活动检测系统的一例的功能方框图；
图2是表示第一实施方式的电流刺激信号的一例的图；
图3是表示第一实施方式的脑律动频率调制装置的效果的图；
图4是表示第二实施方式的脑活动检测系统的一例的功能方框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明实施方式的脑律动频率调制装置进行说明。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的脑活动检测系统100的一例的功能方框图。
如图1所示，脑活动检测系统100具备脑律动频率调制装置1、脑律动检测装置40。
脑律动频率调制装置1是向连接于受验者头部HD1的电极部30输出电刺激信号(例如，交流的电流刺激信号)，使脑律动(例如，α波)的频率产生变化的装置。例如，脑律动频率调制装置1基于被输入的调制频率fα(规定的频率的一例)的值，经由电极部30向受验者头部HD1输出电流刺激信号S2，使受验者的脑律动的频率变化为输入的调制频率fα。
在此，脑律动是指周期性的脑的活动，例如是α波、β波等的脑波等。此外，在本实施方式中，作为脑律动的一例，对使α波的频率产生变化的情况进行说明。
α波指脑产生的脑波中的例如8Hz(赫兹)～13Hz的部分。以下的说明中，本实施方式中脑律动频率调制装置1的变化对象的频段即对象频段为8Hz～13Hz进行说明。
另外，脑律动频率调制装置1具备控制信号发生器10、电流刺激发生器20。
控制信号发生器10(调幅部的一例)生成控制信号S1(调制信号)，控制信号S1是基于对象频段内的规定频率，对高于脑律动的对象频段频率(例如，200Hz)的载波信号SC进行调幅(AM：Amplitude Modulation)得到的。此外，这里的脑律动的对象频段如上述是α波的频段(8Hz～13Hz)。另外，规定频率(调制频率fα)例如是8Hz～13Hz之间的频率。
另外，控制信号发生器10具备频率设定部11、调制波生成部12、载波信号生成部13、调幅处理部14。
频率设定部11取得表示所输入的调制频率fα值的频率信息，对取得的频率信息进行设定(保持)，并且向调制波生成部12输出该频率信息。此外，调制频率fα的值既可以基于在未施加电流刺激状态下的受验者的α波的频率进行设定，也可以设定为与该受验者的α波频率无关。例如，也可以将调制频率fα的值作为以未施加电流刺激状态下的受验者的α波频率为±1Hz、±2Hz等进行设定。
调制波生成部12取得由频率设定部11设定的频率信息(fα)，基于取得的频率信息，例如生成频率fα的调制波信号SM。在此，调制频率fα是α波的频段(8Hz～13Hz)内的频率，调制波信号SM例如是8Hz～13Hz之间的频率的正弦波信号。调制波生成部12向调幅处理部14输出生成的调制波信号SM。
载波信号生成部13例如是振荡电路，生成载波信号SC。
在此，载波信号SC是高于α波的频段(8Hz～13Hz)的频率的信号，以不影响α波的检测，例如是200Hz的正弦波信号(sin信号)。载波信号生成部13向调幅处理部14输出生成的载波信号SC。
调幅处理部14生成调幅后的控制信号S1(调制信号)，控制信号S1是基于由调制波生成部12生成的调制波信号SM，对由控制信号发生器10生成的载波信号SC进行调幅后的控制信号。在此，控制信号S1例如是将200Hz的载波信号SC的振幅基于调制波信号SM的频率fα(规定的频率)的正弦波调制的调制信号。调幅处理部14例如生成最大振幅为规定电压的调幅信号作为控制信号S1。另外，调幅处理部14向电流刺激发生器20输出生成的控制信号S1。
电流刺激发生器20(电刺激输出部的一例)例如是经颅交流刺激装置，向电极部30输出基于由控制信号发生器10生成的控制信号S1的电流刺激信号S2(电刺激信号的一例)。例如，电流刺激发生器20将控制信号S1变换为电流刺激信号S2，其中，控制信号S1是以规定的电压为最大振幅的方式基于调制频率fα进行了调幅的控制信号，电流刺激信号S2是以规定的电流值(例如，1mA(毫安))为最大振幅的方式，基于调制频率fα对电流进行了调幅的电流刺激信号。即、电流刺激发生器20基于控制信号S1生成例如图2所示的波形W1的电流刺激信号S2。
图2是表示本实施方式的电流刺激信号的一例的图。
图2中，横轴表示时间，纵轴表示电流。另外，波形W1表示上述的电流刺激信号S2的一例。
另外，电流刺激信号S2的载波频率fc(传送波频率)是载波信号SC的频率，例如为200Hz。另外，电流刺激信号S2的调制频率fα是输入到调制波生成部12的频率，是调制波信号SM的频率。另外，电流刺激信号S2的最大振幅值A1例如是1mA。最大振幅值A1以将该电流刺激信号S2施加在受验者头部HD1时，例如不使受验者有损健康的方式设定。
此外，控制信号发生器10生成的控制信号S1的波形除振幅为电压这一点外，与图2所示的波形W1同样。
电流刺激发生器20基于电压调幅的控制信号S1，生成电流调幅的电流刺激信号S2，将生成的电流刺激信号S2作为电刺激输出到电极部30。这样，电流刺激发生器20基于控制信号S1，生成作为电流刺激信号S2的，将控制信号S1的最大振幅值变换为规定的电流值(例如，1mA)的信号，并向电极部30输出生成的电流刺激信号S2。
电极部30例如是可与受验者的头部(受验者头部HD1)连接的头皮上电极。电极部30与受验者头部HD1电连接，向受验者头部HD1施加由电流刺激发生器20生成的电流刺激信号S2所产生的电刺激(例如，电流刺激)。
脑律动检测装置40是检测脑律动(例如，α波)的装置，例如是检测脑部电活动的脑波仪(EEG：Electroencephalograph)、检测由脑电活动生成的微弱磁场的脑磁仪(MEG：Magnetoencephalography)等。脑律动检测装置40对从脑律动频率调制装置1向电极部30输出电流刺激信号S2状态下的脑律动(例如，α波)的频率进行检测。
脑律动检测装置40通过检测受验者的α波的频率，对脑律动频率调制装置1产生的α波的频率变化(调制)进行确认。
接着，对本实施方式的脑律动频率调制装置1的动作进行说明。
脑律动频率调制装置1输入例如表示调制频率(fα＝10Hz)的信息时，控制信号发生器10的频率设定部11作为频率信息在内部设定，并且向调制波生成部12供给该频率信息。调制波生成部12取得由频率设定部11设定的频率信息(fα)，基于取得的频率信息，生成调制频率(fα＝10Hz)的调制波信号SM。调制波生成部12向调幅处理部14输出生成的10Hz的调制波信号SM。
另外，载波信号生成部13生成200Hz的载波信号SC。载波信号生成部13向调幅处理部14输出生成的载波信号SC。
接着，调幅处理部14在200Hz的载波信号SC上生成基于10Hz的调制波信号SM调幅后的控制信号S1。载波信号生成部13向电流刺激发生器20输出生成的控制信号S1。
电流刺激发生器20生成将控制信号发生器10生成的控制信号S1变换为最大振幅例如1mA的电流刺激信号S2。即电流刺激发生器20生成例如是图2的波形W1的波形的，调制频率fα为10Hz且电流的最大振幅值A1为1mA的电流刺激信号S2。电流刺激发生器20将生成的电流刺激信号S2经由电极部30向受验者头部HD1输出。由此，使受验者的α波变化为调制频率即10Hz。
接着，参照图3，对本实施方式的脑律动频率调制装置1的效果进行说明。
图3是表示本实施方式的脑律动频率调制装置1的效果的图。
图3所示的图形表示通过脑律动频率调制装置1向受验者头部HD1施加电流刺激时的脑电图(MEG)的变化。此外，在该图形中纵轴表示MEG振幅，横轴表示频率。
在图形中，波形W2表示施加脑律动频率调制装置1的电流刺激前的脑电图的检测结果。波形W2中，表示最大值的频率f1表示受验者的α波的频率(PAF：Peak alphaFrequency)。
另外，波形W3表示通过脑律动频率调制装置1以频率f1+1Hz的调制频率施加电流刺激时的脑电图的检测结果。在波形W3中，表示最大值的频率f2表示施加电流刺激的受验者的α波的频率，该频率f2表示因脑律动频率调制装置1的电流刺激相对于频率f1上升约1Hz。
另外，波形W4表示以频率f1－1Hz的调制频率，通过脑律动频率调制装置1施加电流刺激时的脑电图的检测结果。波形W4中，表示最大值的频率f3表示施加了电流刺激的受验者的α波的频率，该频率f3表示通过脑律动频率调制装置1的电流刺激，相对于频率f1下降约1Hz的情况。
这样，脑律动频率调制装置1通过变更调制频率fα，能够使受验者的α波的频率变化(调制)。
如以上说明，本实施方式的脑律动频率调制装置1是使脑律动(例如，α波)频率变化的脑律动频率调制装置，具备控制信号发生器10(调幅部)、电流刺激发生器20(电刺激输出部)。控制信号发生器10生成基于对象频段内的规定的频率(调制频率fα)对高于脑律动的对象频段(例如，α波的频率即8Hz～13Hz)的频率(例如，200Hz)的载波信号SC进行了调幅的控制信号S1(调制信号)。电流刺激发生器20(电刺激输出部)向可与受验者的头部(受验者头部HD1)连接的电极部30输出基于由控制信号发生器10生成的控制信号S1(调制信号)的电流刺激信号S2(电刺激信号，参照图2的波形W1))。
该情况下，电流刺激信号S2所包括的频率成分，在理论上为载波信号SC的频率fc(载波频率)、从载波信号SC的频率fc减去规定的频率(调制频率fα)的频率(fc－fα)、在载波信号SC的频率fc上加上规定的频率(调制频率fα)的频率(fc+fα)。例如如果将载波信号SC的频率fc设为200Hz，将规定的频率fα设为10Hz，则含有电流刺激信号S2的频率成分为200Hz、190Hz及200Hz。
这样，电流刺激信号S2所包括的频率成分为远离脑律动(例如，α波)频率的频率，因此本实施方式的脑律动频率调制装置1能够减少假象(噪声)。因此，本实施方式的脑律动频率调制装置1能够确认变化后的脑律动(例如，α波)的频率。
另外，由于能够确认通过脑律动频率调制装置1来变化的脑律动(例如，α波)频率，因此在解析脑律动(例如，α波)的频率和脑活动的关系时能够正确解析。例如α波的频率有可能对视觉等信息处理的认识功能及知觉功能等有影响。例如在解析α波的频率和视觉等信息处理的认识功能及知觉功能的关系时，本实施方式的脑律动频率调制装置1及脑活动检测系统100由于能够确认α波的频率，因此能够根据得到保障后的α波的频率正确地解析。
另外，在本实施方式中，电流刺激发生器20基于控制信号S1，将控制信号S1的最大振幅值变换为规定的电流值(例如，1mA)的信号生成为电流刺激信号S2，输出生成的电流刺激信号S2。在受验者头部HD1施加该电流刺激信号S2时，例如以受验者不损害健康的方式设定规定的电流值(例如，1mA)。
由此，本实施方式的脑律动频率调制装置1能够使脑律动(例如，α波)的频率变化而不损害健康。
[第二实施方式]
接着，参照图4，对第二实施方式的脑律动频率调制装置1a进行说明。
图4是表示第二实施方式的脑活动检测系统100a的一例的功能方框图。
如图4所示，脑活动检测系统100a具备脑律动频率调制装置1a、脑律动检测装置40。
脑律动频率调制装置1a具备控制信号发生器10a、电流刺激发生器20。
另外，控制信号发生器10a具备频率设定部11、调制波生成部12、载波信号生成部13、调幅处理部14、频率修正部15。
在本实施方式中，在控制信号发生器10a具备频率修正部15这一点上与第一实施方式不同。
此外，在图4中，在与图1相同的结构上附加相同的符号，省略其说明。
频率修正部15(修正部的一例)修正电流刺激信号S2，以使受验者上所检测出的脑律动的频率(例如，α波的频率)和规定的频率(调制频率fα)一致。频率修正部15修正对调制波信号SM进行调幅的调制频率，以使例如由脑律动检测装置40检测出的α波的频率与由频率设定部11设定的调制频率fα一致。频率修正部15将修正后的调制频率作为频率信息输出到调制波生成部12。
例如如果由脑律动检测装置40检测出的α波的频率大于由频率设定部11设定的调制频率fα，频率修正部15则进行降低频率信息的修正，向调制波生成部12输出降低后的频率信息。另外，例如如果由脑律动检测装置40检测出的α波的频率小于由频率设定部11设定的调制频率fα，频率修正部15则进行加大频率信息的修正，向调制波生成部12输出加大后的频率信息。频率修正部15保留修正后的频率信息的同时，保留修正后的频率信息并定期进行修正。
调制波生成部12从频率修正部15取得被修正的频率信息，基于取得的频率信息生成调制波信号SM。即、调制波生成部12生成频率信息所示的频率的调制波信号SM。调制波生成部12向调幅处理部14输出生成的调制波信号SM。
此外，本实施方式的载波信号生成部13、调幅处理部14及电流刺激发生器20的处理与第一实施方式同样，因此在此省略其说明。
如以上说明，本实施方式的脑律动频率调制装置1a具备控制信号发生器10a(调幅部)、电流刺激发生器20(电刺激输出部)。
由此，本实施方式的脑律动频率调制装置1a起到与第一实施方式同样的效果，能够确认变化后的脑律动(例如，α波)的频率。
另外，本实施方式的脑律动频率调制装置1a具备频率修正部15(修正部)。频率修正部15对电流刺激信号S2(电刺激信号)进行修正，以使在受验者上检测的脑律动(例如，α波)的频率、和规定的频率(调制频率fα)一致。
由此，本实施方式的脑律动频率调制装置1a基于检测出的脑律动(例如，α波)的频率，修正电流刺激信号S2，因此能够使脑律动(例如，α波)的频率高精度变化。
另外，在本实施方式中频率修正部15修正对控制信号S1(调制信号)进行调幅的调制频率(频率信息)，以使检测出的α波的频率和规定的频率(调制频率fα)一致。
由此，本实施方式的脑律动频率调制装置1a通过变更(修正)调制频率的这种简易的方法，能够生成恰当的控制信号S1(调制信号)。因此，本实施方式的脑律动频率调制装置1a通过简易的方法，能够使脑律动(例如，α波)的频率高精度变化。
另外，本发明不限定于上述的各实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可变更。
例如，在上述的各实施方式中，脑律动频率调制装置1(1a)作为脑律动的一例，对使α波的频率变化的例子进行了说明，但也可以是使β波、γ波等其它的使脑波的频率变化的例子。
另外，在上述的各实施方式中，脑律动频率调制装置1(1a)作为电刺激信号的一例，说明了生成电流刺激信号S2的例子，但不限定于此，只要是基于调制频率fα调幅的电刺激信号，则也可以是例如，电压刺激信号等其它的电流刺激信号。
另外，控制信号发生器10(10a)的结构不限定于上述的各实施方式，也可以通过模拟信号处理生成控制信号S1，也可以通过数字信号处理生成控制信号S1。即，控制信号发生器10(10a)将例如通过运算处理生成的控制信号S1的波形数据通过DAC(Digital toAnalog Converter)而变换生成为控制信号S1。
另外，在上述的各实施方式中，控制信号发生器10(10a)通过对200Hz的载波信号SC进行10Hz的调幅和对300Hz的载波信号SC进行20Hz的调幅的线性方程，对α波和β波同时进行调制等而调制多个脑律动频率。
另外，控制信号发生器10(10a)根据α波产生的位置(例如，后头部、侧头部、前头部等)，也可以变更佩戴电极部30的位置。另外，为了同时对多个位置的α波的频率进行调制，因此控制信号发生器10(10a)也可以具备多个电极部30。
另外，虽然在上述的各实施方式中，以脑律动频率调制装置1(1a)由控制信号发生器10(10a)、电流刺激发生器20两个装置构成为例进行了说明，但在控制信号发生器10(10a)中也可以构成为包括电流刺激发生器20，或者也可以构成为在电流刺激发生器20中包括控制信号发生器10(10a)的一部分或全部。另外，脑律动频率调制装置1(1a)也可以将控制信号发生器10(10a)和电流刺激发生器20构成为异体的装置。
上述的脑活动检测系统100(100a)及脑律动频率调制装置1(1a)内部具有计算机系统。而且，生成上述的电刺激信号的处理过程以程序的形式存储于计算机可读取的记录介质，计算机通过读出、执行该程序，进行上述处理。在此，计算机可读取的记录介质是指磁盘、磁光盘、CD－ROM、DVD－ROM、半导体存储器等。另外，通过通信线路向计算机发送该计算机程序，接收该发送的计算机也可以执行该程序。
另外，也可以将上述的功能的一部分或全部实现为LSI(LargeScaleIntegration)等集成电路。上述的各功能即可以单独处理器化，也可以部分或全部集成处理器化。另外，集成电路化的方式不限于LSI，也可以由专用电路、或通用处理器实现。另外，因半导体技术的进步，而出现代替LSI的集成电路化的技术的情况下，也可以使用基于该技术的集成电路。
符号说明
1，1a 脑律动频率调制装置
10、10a 控制信号发生器
11 频率设定部
12 调制波生成部
13 载波信号生成部
14 调幅处理部
15 频率修正部
20 电流刺激发生器
30 电极部
40 脑律动检测装置
100、100a 脑活动检测系统
HD1 受验者头部

Claims (4)

1.一种脑律动频率调制装置，使脑律动的频率变化，其特征在于，具备：
调幅部，生成调制信号，所述调制信号为针对高于所述脑律动的对象频段的频率的载波信号，基于所述对象频段内的规定的频率进行调幅后的调制信号；
电刺激输出部，将基于由所述调幅部生成的所述调制信号的电刺激信号输出到能够与受验者的头部连接的电极部。
2.根据权利要求1所述的脑律动频率调制装置，其特征在于，
所述电刺激输出部基于所述调制信号生成所述电刺激信号，并输出生成的所述电刺激信号，其中，所述电刺激信号为将所述调制信号的最大振幅值变换为规定的电流值后的信号。
3.根据权利要求1或2所述的脑律动频率调制装置，其特征在于，具备：
修正部，修正所述电刺激信号，以使在所述受验者上检测出的所述脑律动的频率和所述规定的频率一致。
4.根据权利要求3所述的脑律动频率调制装置，其特征在于，
所述修正部修正用于对所述调制信号进行调幅的调制频率，以使所述脑律动的频率和所述规定的频率一致。
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