CN110215220A - 脑活动推测装置 - Google Patents

Abstract

脑活动推测装置(10)包括脸部皮肤温度获取单元(20)和脑活动推测单元(30)。脸部皮肤温度获取单元(20)对人的脸部的至少一部分的皮肤温度进行检测，以时间序列获取包含检测到的温度数据和该检测部位的位置数据的脸部皮肤温度数据。脑活动推测单元(30)基于由脸部皮肤温度获取单元(20)获取到的脸部皮肤温度数据，推测人的脑活动。脑活动推测单元(30)利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析将脸部皮肤温度数据分解成多个成分。脑活动推测单元(30)将多个成分中该成分波形的振幅与脑的安静时间和脑的激活时间的变化存在相关关系的成分提取作为判定用成分。脑活动推测单元(30)基于人的脸部的规定部位中温度变化的有无，对判定用成分是否与人的脑活动相关联进行判定。

Description

脑活动推测装置

本发明专利申请是国际申请号为PCT/JP2015/074535，国际申请日为2015年8月28日，进入中国国家阶段的申请号为201580046526.6，名称为“脑活动推测装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于推测人的脑活动的脑活动推测装置。

背景技术

以往，如专利文献1(日本专利特开2013－176406号公报)中公开的那样，利用由脑波测量法(EEG)、磁共振成像法(fMRI:functional Magnetic Resonance Imaging-功能性磁共振成像)、或者近红外线分光法(NIRS)检测出的数据，来尝试推测人的脑活动。

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在采用脑波测量法、近红外线分光法作为检测方法的情况下，需要对被检测者安装需要预处理的电极、探针。此外，在采用磁共振成像法作为检测方法的情况下，必须在MRI室进行测量。即，在采用脑波测量法、磁共振成像法和近红外线分光法中任一个检测方法来检测数据的情况下，存在其准备阶段中所需要的操作复杂、检测时的条件被限制这样的问题。

因此，本发明的课题是提供一种能简便地推测人的脑活动的脑活动推测装置。

解决技术问题的技术方案

本发明的第一方面所涉及的脑活动推测装置包括脸部皮肤温度获取单元和脑活动推测单元。脸部皮肤温度获取单元对人的脸部的至少一部分的皮肤温度进行检测。脸部皮肤温度获取单元以时间序列获取包含检测到的温度数据和该检测部位的位置数据的脸部皮肤温度数据。脑活动推测单元基于由脸部皮肤温度获取单元获取到的脸部皮肤温度数据，对人的脑活动进行推测。此外，脑活动推测单元利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析将脸部皮肤温度数据分解成多个成分。而且，脑活动推测单元从多个成分中提取作为判定用成分的成分，所述判定用成分是多个成分中成分波形的振幅与脑的安静时间和脑的激活时间的变化存在相关关系的成分。而且，脑活动推测单元基于人的脸部的规定部位中温度变化的有无，对判定用成分是否与人的脑活动相关联进行判定。

本发明的第一方面所涉及的脑活动推测装置基于通过脸部皮肤温度获取单元获取到的时间序列的脸部皮肤温度数据，推测人的脑活动。因此，在该脑活动推测装置中，即使在安装脑波电极、探针等之前不安装处理所必须的传感器，也能基于脸部的皮肤温度推测人的脑活动。因而，与利用脑波测量法、磁共振成像法、以及近红外线分光法等以往的检测方法的情况相比，能简便地推测人的脑活动。

本发明的第二方面所涉及的脑活动推测装置是在第一方面的脑活动推测装置中，脸部皮肤温度数据中包含有对人可提供脑活动激活任务的期间的数据。脑活动推测单元将未对人提供脑活动激活任务的期间设为脑的安静时间。脑活动推测单元将对人提供脑活动激活任务的期间设为脑的激活时间。并且脑活动推测单元对多个成分评价其是否存在相关关系。而且，脑活动推测单元将多个成分中评价为存在相关关系的成分提起作为判定用成分。因此，在该脑活动推测装置中，通过对人提供脑活动激活任务或者不提供脑活动激活任务，来实际地制造或使人脑被激活或使人脑安静的状况，基于该状况评价相关关系并抽出判定用成分。因而能减少从多个成分中提取出与人的脑活动相关性较低的成分作为提取用成分的可能性。

本发明的第三方面所涉及的脑活动推测装置是在第一方面或第二方面的脑活动推测装置中，脑活动推测单元生成脸部皮肤温度数据，该脸部皮肤温度数据是将获取到的每隔规定时间的脸部皮肤温度数据中所包含的温度数据换算为相对的温度数据。而且，脑活动推测单元利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析，将获取到的脸部皮肤温度数据和生成的脸部皮肤温度数据分别分解成多个成分。

此处，有时会由于空调的冷气、暖气或太阳光等与人的脸部接触使脸部的皮肤温度发生变化，从而使检测到的脸部的皮肤温度发生变化。在上述的情况下，与脑活动无关联的外部原因引起的脸部皮肤温度的变化(噪音)混入脸部皮肤温度数据。

在本发明的第三方面所涉及的脑活动推测装置中，根据利用脸部皮肤温度获取单元检测到的温度数据所对应的每隔规定时间的脸部皮肤温度数据，生成换算为相对的温度数据的脸部皮肤温度数据。而且，利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析，不仅将检测到的温度数据所对应的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，而且将换算为相对的温度数据的脸部皮肤温度数据也分解成多个成分。即，在该脑活动推测装置中，能通过生成换算为相对的温度数据的脸部皮肤温度数据，捕捉每隔规定时间的脸部皮肤温度的相对变化。因此，能对与脑活动无关联的外部原因引起的脸部皮肤温度的变化进行检测。

本发明的第四方面所涉及的脑活动推测装置是在从第一方面至第三方面中的任一项的脑活动推测装置中，脸部皮肤温度获取单元是红外热成像装置。在该脑活动推测装置中，通过红外热成像装置检测脸部的皮肤温度，因此与在脸部安装传感器等来检测脸部的皮肤温度相比，能减轻作为检测对象的人的负担。

本发明的第五方面所涉及的脑活动推测装置是在从第一方面至第四方面中的任一项的脑活动推测装置中，规定部位是鼻窦周围以及/或者前额部。

此处，在脑中，存在被称为选择性脑冷却系统(Selective Brain CoolingSystem)的、独立于体温，使脑冷却的构造。作为选择性脑冷却系统已知是用前额部以及鼻窦周围对由脑活动所产生的热量进行排热。

本发明的第五方面所涉及的脑活动推测装置，对于与脑的安静时间以及脑的激活时间的变化存在相关关系的判定用成分，基于鼻窦周围以及/或者前额部的温度变化的有无来判定该判定用成分是否是与人的脑活动相关联的成分由此，能够高精度地确定与人的脑活动相关联的成分。

本发明的第六方面所涉及的脑活动推测方法包括脸部皮肤温度获取步骤和脑活动推测步骤。脸部皮肤温度获取步骤对人的脸部的至少一部分的皮肤温度进行检测，以时间序列获取包含检测到的温度数据和该检测部位的位置数据的脸部皮肤温度数据。脑活动推测步骤基于在脸部皮肤温度获取步骤中获取到的脸部皮肤温度数据，对人的脑活动进行推测。此外，脑活动推测步骤包括分解步骤、提取步骤、以及判定步骤。在分解步骤中，利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析将脸部皮肤温度数据分解成多个成分。在提取步骤中，从在分解步骤中分解的多个成分中提取作为判定用成分的成分，该判定用成分是所述多个成分中成分波形的振幅与脑的安静时间和脑的激活时间的变化存在相关关系的成分。在判定步骤中，基于人的脸部的规定部位中温度变化的有无，对在提取步骤中提取到的判定用成分是否与人的脑活动相关联进行判定。

本发明的第六方面所涉及的脑活动推测方法基于在脸部皮肤温度获取步骤中获取到的时间序列的脸部皮肤温度数据，对人的脑的活动进行推测。因此，与使用脑波测量法、磁共振成像法、以及近红外线分光法等以往的检测方法的情况相比，能简便地对人的脑活动进行推测。

发明效果

本发明的第一方面所涉及的脑活动推测装置能简便地推测人的脑活动。

本发明的第二方面所涉及的脑活动推测装置能减少从多个成分中提取出与人的脑活动关联性较低的成分作为提取用成分的可能性。

本发明的第三方面所涉及的脑活动推测装置能检测与脑活动无关的外部原因引起的脸部皮肤温度的变化。

本发明的第四方面所涉及的脑活动推测装置能减轻作为检测对象的人的负担。

本发明的第五方面所涉及的脑活动推测装置能高精度地确定与人的脑活动相关联的成分。

本发明的第六方面所涉及的脑活动推测装置能简便地推测人的脑活动。

附图说明

图1是表示脸部皮肤温度数据中的温度与时间的关系一个示例的图。

图2是表示对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。

图3是表示对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。

图4是表示对相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。

图5是表示对相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。

图6是表示成分2的成分波形的振幅、以及测定到的脑波中的β波的振幅的图。

图7是表示成分3的成分波形的振幅、以及测定到的脑波中的β波的振幅的图。

图8是表示对在对照实验中所得到的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。

图9是本发明的实施方式所涉及的脑活动推测装置的示意图。

图10是表示在脑活动推测装置中对确定示出反映了脑功能的皮肤温度的变化的成分时的处理流程的流程图。

具体实施方式

在说明本发明的实施方式前，首先，对作为本发明人实现本发明时的重要基础的、本发明人的见解进行说明。

(1)本发明人的见解的要点

已知在人的脑活动中，反映人的智力活动(认知活动等)和情感活动(愉快/不愉快等活动)。而且，以往试图推测人的脑活动，在该情况下，多数利用通过脑波测量法、磁共振成像法以及近红外线分光法中的任一种方法检测到的数据。

然而，例如在采用脑波检测法作为检测方法的情况下，需要对被检测者安装脑波电极。而且，在安装脑波电极时需要减小皮肤与电极之间的电阻，因此需要进行磨皮的处理、或者对电极涂布糊料等操作。此外，在采用磁共振成像法的情况下，无法在MRI室以外进行测量，并且有不能将金属带入测定室内等测定条件的限制。而且，在采用近红外线分光法的情况下，需要对被检测者安装探针，但是由于长时间安装探针会使被检测者感到疼痛，或者由于被检测者的头发与探针接触的状况造成不能正确地进行检测。由此，为了测定人的脑活动而采用以往的检测方法的情况下，在安装脑波电极、探针等时需要预处理，或测量条件被限制等，给被检测者带来的负担较大。

因而，需要开发能减轻被检测者的负担、并且能简便地推测人的脑活动的方法。

然而，在脑中，存在选择性脑冷却系统(Selective Brain Cooling System)这样的、独立于体温，对脑进行冷却的构造。已知选择性脑冷却系统是利用前额部和鼻窦周围对由脑活动所产生的热量进行排热。由此，伴随脑活动的脸部皮肤温度的变化出现在前额部以及/或者鼻窦周围(眉心以及鼻部周围)。

因此，本发明人考虑到若能捕捉由该选择性脑冷却系统引起的人脸部的皮肤温度的变化，即使不进行脑波测定等也能推测脑活动。而且，若是人的脸部的皮肤温度，则能以时间序列获取该数据而不用安装需要预处理的传感器。

然而，已知人的脸部的皮肤温度受到外界温度以及/或者自主神经的活动等各种因素的影响而进行变化。因此，若要基于脸部的皮肤温度数据推测脑活动，则判断检测到的脸部的皮肤温度是否仅反映脑活动是非常困难的。

本发明人进行了深入研究的结果如下：对脸部的皮肤温度进行检测，使用奇异值分解法、主成分分析法、或者独立成分分析法将包含检测到的温度数据和检测部位的位置数据(坐标数据)的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，对分解后的多个成分进行利用了选择性脑冷却系统的分析等，从而能确定示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分。即，可知在要基于脸部皮肤温度数据推测人的脑活动的情况下，利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析将脸部皮肤温度数据分解成多个成分是有效的。而且，本发明人通过着眼于这一点，使本发明实现了即使不安装在安装脑波电极、探针等之前需要进行处理的传感器，也能推测人的脑活动的效果。

(2)脸部皮肤温度数据的获取方法、以及脸部皮肤温度数据的分析方法

图1(a)是表示获取到的脸部皮肤温度数据中的温度与时间的关系一个示例的图。图1(b)是示出将包含在图1(a)所示的每隔规定时间的脸部皮肤温度数据中的温度数据换算成相对的温度数据来生成的脸部皮肤温度数据中的温度与时间的关系的一个示例的图。

接着，对于在本发明人获得上述的见解时所使用的脸部皮肤温度数据的获取方法、以及脸部皮肤温度数据的分析方法进行说明。

在本次试验中，从6名被检测者获取了脸部皮肤温度数据。具体而言，使被检测者坐在将室温维持在25℃的人工气候室内所设置的椅子上，使用红外热成像装置，从被检测者的脸部整体获取了脸部皮肤温度数据。红外热成像装置是能利用红外线摄像机检测从对象物发出的红外线辐射能量，将检测到的红外线辐射能量转换成对象物表面的温度(本实施方式中为摄氏的温度)，并将该温度分布显示为脸部皮肤温度数据(例如表示了温度分布的图像数据)，进行存储的装置。另外，在本次试验中，作为红外热成像装置，使用了日本电气Avio红外科技股份公司(NEC Avio赤外線テクノロジー株式会社)制的R300。此外，红外线摄像机设置于被检测者的正面、离开被检测者1.5m的地方。而且，脸部皮肤数据获取了30分钟。

此外，在本次的试验中，在获取脸部皮肤温度数据的期间，对被检测者提供了脑功能激活任务。由此，获取了脑安静时间的脸部皮肤温度数据和脑激活时间的脸部皮肤温度数据。

此处，作为脑功能激活任务，可列举出被检测者基于显示于显示装置等的视频，进行计算或者识别数值、形状以及颜色、或者记忆符号、文字以及语言等心理性的作业。在本次的试验中，采用“乘法心算”作为脑功能激活任务，对被检测者布置如下作业：对以笔算形式显示于显示装置的数字进行计算，并用键盘输入该答案。另外，在本次试验中，从开始获取脸部皮肤温度数据经过5分钟后，持续10分钟对被检测者提供脑功能激活任务。

作为脸部皮肤温度数据的分析，将获取到的脸部皮肤温度数据为对象，使用MATLAB(注册商标)的SVD(Singular Value Decomposition：奇异值分解)作为分析工具来进行奇异值分解。在奇异值分解中，将以时间序列获取到的全部的脸部皮肤温度数据(30分钟的数据)作为对象，将主要因素设为每隔30秒的时间数据(30分钟内有60个时点(timepoint))，将量度设为该期间(30秒)中的脸部皮肤温度数据(240×320像素(pixels))。而且，利用奇异值分解，将脸部皮肤温度数据X分解成多个成分，计算出了各个成分的时间分布V、空间分布U、和表示各成分的大小的奇异值S。另外，上述的关系用以下的数学式表示。此外，V’是将V的行与列交换后得到的矩阵。

[数学式1]

X＝(U*V)*V’

而且，将利用奇异值分解求得的各成分的时间分布V和空间分布U绘制为曲线图，生成各成分的成分波形图和温度分布图。

而且，对于生成的各成分的成分波形图和温度分布图，进行用于确定示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分的分析。

针对各成分的成分波形图，对其成分波形的振幅与脑安静时间和脑激活时间有无相关关系进行分析。具体而言，对各成分的成分波形图中所示的振幅、与脑的安静期间/脑的激活期间是否存在相关关系进行了评价。在本次的试验中，获取脸部皮肤温度数据的期间中，将对被检测者不提供脑功能激活任务的期间即从数据获取开始时刻到经过了5分钟的时刻为止的5分钟期间、以及从数据获取开始时刻经过了15分钟的时刻到数据获取结束时刻为止的15分钟期间设为脑安静时间，将对被检测者提供脑功能激活任务的期间即从数据获取开始时间经过了5分钟的时刻到经过了10分钟的时刻为止的10分钟期间设为脑激活时间。而且，对各成分的成分波形图中所示出的振幅、与脑安静时间和脑激活时间有无相关关系进行分析。另外，对有无相关关系进行统计性的相关分析，在显著性水平(α)为0.05以下时，判断为存在相关性。

针对各成分的温度分布图，对脸部的规定部位的温度有无变化进行了分析。具体而言，在各成分的温度分布图中，对鼻窦周围和前额部的温度是否变化进行了评价。另外，对于温度分布图中的鼻窦周围和前额部的温度有无变化的基准为：肉眼观察(visualinspection)有无温度变化，或者鼻窦周围和前额部的温度是否与测定数据整体的平均温度存在1个标准偏差(SD)以上的不同。

另外，由空间分布U、奇异值S及时间分布V的值的关系决定脸部皮肤温度数据X的极性(正负)，因此在各成分的成分波形图和温度分布图中有时会出现极性反转。因此，关于成分波形图和温度分布图的评价，不将极性作为评价对象。

此处，在该红外热成像装置中，如上所述，将从对象物检测到的红外线辐射能量转换成温度，将该温度分布作为脸部皮肤温度数据。然而，在以人为对象利用红外热成像装置来获取脸部的皮肤温度的情况下，还将脸部的动作以及/或者自主神经的活动等各种与脑活动无关联的温度变化(所谓的噪音)获取为脸部皮肤温度数据(参照图1(a))。因此，为了检测出上述的与脑活动无关联的温度变化，生成将每隔30秒的脸部皮肤温度数据中所包含的温度数据的全体平均值设为“0”的相对的脸部皮肤温度数据，对生成的脸部皮肤温度数据也使用MATLAB(注册商标)的SVD作为分析工具来进行奇异值分解，生成与奇异值S对应的各成分的成分波形图与温度分布图，进行了用于确定示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分的分析。

另外，以下为了方便说明，将利用红外热成像装置获取到的脸部皮肤温度数据称为“温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据”，将每隔规定时间(本次试验中为每隔30秒)的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据中所包含的温度数据的全体平均值设为“0”的相对的脸部皮肤温度数据称为“相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据”。

此外，针对6名被检测者中的1人，除了利用红外热成像装置检测脸部皮肤温度以外，还在被检测者的头皮上连接电极测定脑波，对作为在觉醒时、意识紧张时出现的波形而公知的β波(14～30Hz的频率的脑波)的振幅、与成分波形图的振幅之间的相关关系也进行了评价。另外，在脑波测定中，基于国际标准10－20法，在6个部位(F3、F4,C3、C4、Cz、Pz)配置了电极。

然而，考虑到对被检测者提供脑功能激活任务的期间，被检测者的头部上下运动。由此，被检测者的脸部相对于红外线摄像机的位置会发生变化。为了验证该脸部的位置变化是否影响皮肤温度的变化，对1名被检测者进行了对照试验。在用于对获取脸部皮肤温度数据时的被检测者的动作的影响进行验证的对照试验中，与上述试验同样地使用红外热成像装置来获取被检测者的脸部皮肤温度数据，但是在不提供脑功能激活任务的期间(即脑的安静时间)还在随机时刻对被检测者布置了按键盘的作业。针对由该对照实验获得的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据以及相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据，也使用MATLAB(注册商标)的SVD作为分析工具进行奇异值分解，生成与奇异值S对应的各成分的成分波形图和温度分布图，进行了用于确定示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分的分析。

(3)脸部皮肤温度数据的分析结果

图2和图3是表示对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。图2(a)示出了被检测者1的成分2的成分波形图。图2(b)示出了被检测者1的成分2的温度分布图。图3(a)示出了被检测者1的成分3的成分波形图。图3(b)示出了被检测者1的成分3的温度分布图。图4和图5是表示对相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。图4(a)示出了被检测者1的成分2的成分波形图。图4(b)示出了被检测者1的成分2的温度分布图。图5(a)示出了被检测者1的成分3的成分波形图。图5(b)示出了被检测者1的成分3的温度分布图。图6和图7是表示成分波形的振幅、与脑波的关系的图。图6是表示被检测者1的成分2的成分波形的振幅、与测定的脑波中的β波的振幅的图。图7是表示被检测者1的成分3的成分波形的振幅、与测定的脑波中的β波的振幅的图。图8是表示对在对照实验中所得到的脸部皮肤温度数据进行分析的结果的一部分的图。图8(a)示出了成分3的成分波形图。图8(b)示出了成分3的温度分布图。

表1示出了针对各被检测者的脸部皮肤温度数据的分析结果。

根据由上述的脸部皮肤温度数据的分析所得到的结果，确认了利用奇异值分解将时间序列的脸部皮肤温度数据分解得到的多个成分中，成分2以及/或者成分3与人的脑活动之间存在显著的相关性。

[表1]

此外，如图6和图7所示，根据脑波分析的结果，确认了成分2和成分3的各成分波形的振幅、与脑波的β波的振幅之间有显著的相关性。

而且，在对照实验中，即使在获取脸部皮肤温度数据期间中被检测者有动作的状态下，在成分3与人的脑活动之间也存在显著的相关性(参照图8)。由此可知，对于多个成分中的成分3，获取脸部皮肤温度数据时的被检测者的动作不产生影响。

根据上述结果，本发明人得出以下结论。

利用奇异值分解将从被检测者获取到的时间序列的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，从对分解后的各成分进行分析的结果可知，多个成分中的成分3是与脑活动相关联的成分。即，可知利用奇异值分解将时间序列的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，从分解的多个成分中提取出与脑的安静/激活相关联的成分，对提取出的成分进行利用了选择性脑冷却系统的分析，由此能够从多个成分中确定示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分。由此，本发明人得出的结论为：基于人的脸部的皮肤温度能推测脑活动。

(4)脑活动推测装置

接着，基于上述说明的结论，对本发明人完成的本发明的一个实施方式所涉及的脑活动推测装置进行说明。此外，本发明所涉及的脑活动推测装置不限于以下的实施方式，在不脱离主旨的范围内可进行适当地变更。

图9是本发明的实施方式所涉及的脑活动推测装置10的示意图。图10是表示在脑活动推测装置10中对确定示出反映了脑功能的皮肤温度的变化的成分的处理流程的流程图。

脑活动推测装置10是用于根据个人(被检测者)的脸部的皮肤温度推测个人的脑活动的装置。如图9所示，脑活动推测装置10包括脸部皮肤温度获取单元20和脑活动推测单元30。

脸部皮肤温度获取单元20对个人的脸部的至少一部分的皮肤温度进行检测，以时间序列获取包含检测到的温度数据和该检测部位的位置数据的脸部皮肤温度数据。另外，本实施方式的脸部皮肤温度获取单元20是红外热成像装置，如图9所示，具有红外线摄像机21和处理部22。红外线摄像机21用于对从个人的脸部发出的红外线辐射能量进行检测。而且，在本实施方式中，红外线摄像机21从个人的脸部整体检测红外线辐射能量。处理部22将通过红外线摄像机21检测到的红外线辐射能量转换成温度作为温度数据，生成将检测到红外线辐射能量的部位设为位置数据(坐标数据)的脸部整体的脸部皮肤温度的温度分布图，将生成的温度分布图处理为与温度换算数据对应的脸部皮肤温度数据。温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据存储在处理部22具有的存储部(未图示)中。

此处，本实施方式中，在处理部22中生成了脸部整体的脸部皮肤温度的温度分布图，但是并不限于此，也可以生成至少包含鼻窦周围以及/或者前额部的脸部皮肤温度的温度分布图，作为与温度换算数据对应的脸部皮肤温度数据。

此外，在本实施方式中，在利用脸部皮肤温度获取单元20获取温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据期间，以一定期间对个人提供脑功能激活任务。即，在利用脸部皮肤温度获取单元20获取的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据中，包含对个人可提供脑功能激活任务的期间的数据。另外，作为可对个人提供的脑功能激活任务，只要能推测脑为激活状态则不特别限定，例如可以构成为根据脑活动推测装置10的使用目的适当决定其内容。

脑活动推测装置30基于利用脸部皮肤温度获取单元20获取到的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据，推测人的脑活动。具体而言，如图9所示，脑活动推测单元30具有换算部31、分析部32、以及推测部33。

换算部31将与温度换算数据对应的脸部皮肤温度数据中所包含的温度数据换算成相对的温度数据，生成基于换算后的相对的温度数据的脸部皮肤温度数据即相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据(步骤S2)。具体而言，换算部31以每隔规定时间(例如30秒)的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据中所包含的温度数据的平均值作为基准值，将该温度数据换算成相对的温度数据。而且，换算部31利用换算后的相对的温度数据和位置数据，生成相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据。

分析部32利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析将时间序列的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据以及相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据分别分解成多个成分(步骤S3)。在本实施方式中，分析部32将获取到的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据和换算后的相对温度数据所对应的脸部皮肤温度数据分别作为对象，利用MATLAB(注册商标)的SVD作为分析工具进行奇异值分解。针对以时间序列获取到的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据以及相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据，将主要因素设为每隔规定时间(例如30秒)的时间数据，将量度设为该期间中的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据和相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据来进行奇异值分解。而且，利用奇异值分解，将温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据和相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据分别分解成多个成分，对示出时间分布、空间分布、各成分大小的奇异值进行计算。

此外，为了从利用奇异值分解分解得到的多个成分中确定示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分，分析部32对各成分是否满足第一条件和第二条件进行判定(步骤S4a、步骤S4b、步骤S5a、以及步骤S5b)。另外，本实施方式中，在分析部32中，首先针对基于温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据的各成分，判定其是否满足第一条件(步骤S4a)，针对基于在步骤S4a中判定为满足第一条件的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据的成分，判定其是否满足第二条件(步骤S4b)。

而且，与在基于相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据的各成分中、仅针对与在步骤S4a和步骤S4b中判定为满足第一条件和第二条件的成分相一致的成分，判定其是否满足第一条件(步骤S5a)，之后针对基于在步骤S5a中判定为满足第一条件的、相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据的成分，判定其是否满足第二条件(步骤S5b)。然而，分析部32中该判定的顺序并不限于本实施方式，例如也可以针对基于温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据的各成分、以及基于相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据的各成分，分别判定其是否满足第一条件和第二条件，最终提取出判定结果一致的成分。

第一条件是指：利用奇异值分解而分解得到的成分的成分波形的振幅、与脑的安静时间和脑的激活时间的变化存在相关关系。分析部32将多个成分中满足第一条件的成分提取作为判定用成分。此外，本实施方式中，在获取温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据期间，对个人可提供脑功能激活任务的期间为固定期间。分析部32将对个人不提供脑功能激活任务的期间设为脑的安静时间，将对个人提供脑功能激活任务的期间设为脑的激活时间，将提供脑功能激活任务的期间和不提供脑功能激活任务的期间与各成分的成分波形进行比较分析。分析部32利用基于成分波形数据的比较分析结果，对各成分的成分波形与脑的安静时间和脑的激活时间是否存在相关关系进行评价，将多个成分中、评价为存在相关关系的成分提取作为满足第一条件的判定用成分。另一方面，分析部32将多个成分中、评价为不存在相关关系的成分判定为不满足第一条件、未示出反映了人的脑活动的温度变化的成分(步骤S6)。

此处，本实施方式中，在获取温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据时以一定期间对个人提供脑功能激活任务，基于此分析部32提取出判定用成分，但第一条件的内容、即分析部32的判定用成分的提取方法并不限于此。例如，在通过预先进行实验，确定了多个成分中的、示出与脑的安静时间和脑的激活时间存在相关关系的成分波形的成分的情况下，分析部32从多个成分中提取出确定的该成分作为判定用成分。此外，在脑活动推测装置中检测到眼球运动或者眨眼等已知与脑的激活/安静相关联的人的动作的情况下，分析部32也可以通过对该检测结果与各成分的成分波形进行比较分析和评价，从多个成分中提取出判定用成分。另外，分析部32中判定是否满足第一条件的基准可根据脑活动推测装置10的使用目的等，利用模拟、实验、书面运算等来适当决定。

第二条件是指：在提取出的判定用成分中，存在人的脸部的规定部位的温度变化。分析部32将判定用成分中满足第二条件的成分判定为与人的脑活动相关联的可能性较高的成分，并提取作为候选成分。即，分析部32基于人的脸部的规定部位的温度变化的有无，来对判定用成分是否与人的脑活动相关联进行判定。具体而言，分析部32基于提取出的判定用成分的温度分布数据，对在鼻窦周围以及/或者前额部是否产生温度变化进行判定，在产生温度变化的情况下，将该判定用成分判定为是满足第二条件的、与人的脑活动相关联的可能性较高的成分，并提取作为候选成分。另一方面，分析部32在鼻窦周围以及/或者前额部未产生温度变化的情况下，判定为：该判定用成分是不满足第二条件的、未示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分(步骤S6)。另外，分析部32中判定是否满足第二条件的基准根据脑活动推测装置10的利用目的等，利用模拟、实验、书面运算等来适当决定。

而且，分析部32将在步骤S5b中判定为满足第二条件的成分，确定为示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分(步骤S7)。即，在步骤S7中确定为示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分的成分是在下述两者之间相一致的成分：通过利用奇异值分解将温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分解并分析从而提取出的候选成分、和通过利用奇异值分解将相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行分解并分析从而提取出的候选成分。另外，对于在两个分析中不一致的候选成分在步骤S6中判定其不是示出反映了皮肤温度的变化的成分。

推测部33基于在分析部32中确定为示出反映了人的脑活动的皮肤温度的变化的成分的成分，对人的脑活动进行推测。具体而言，推测部33基于在分析部32中确定的成分的成分波形数据，在获取脸部皮肤温度数据时，推测个人的脑处在活动状态、或者未活动状态。

通过上述的结构，该脑活动推测装置10能基于脸部的皮肤温度，推测人的脑活动。而且，通过将推测部33的推测结果显示于显示器等，从而能获知个人的脑是处在活动的状态、或者未活动的状态。

此外，也可以在分析部32中确定示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分之后，进一步利用脸部皮肤温度获取单元20获取脸部皮肤温度数据的情况下，在脑活动推测装置10中，利用奇异值分解将进一步获取到的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，仅对所确定的成分进行分析，从而推测在获取该脸部皮肤温度数据时该个人的脑处在活动状态、或者未活动的状态。通过利用上述的脑活动推测装置10来控制空调等设备，从而能接近适合该个人的室内环境。

(5)特征

(5-1)

在为了推测人的脑活动，利用脑波测量法、磁共振成像法以及近红外分光法中的任一种方法检测到的数据的情况下，必须使用在安装脑波电极、探针等之前需要进行处理的传感器，或者对测量地点产生限制。此外，上述检测方法所使用的设备非常昂贵，因此若要制造具备这些设备的脑活动推测装置，制造成本会增大。

在本实施方式中，基于利用脸部皮肤温度获取单元20获取到的时间序列的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据，推测人的脑活动。因此，即使不安装在安装脑波电极、探针等之前需要进行处理的传感器，也能基于脸部的皮肤温度推测人的脑活动。因而，与利用脑波测量法、磁共振成像法、以及近红外线分光法等以往的检测方法的情况相比，能简便地对人的脑活动进行推测。

此外，在本实施方式中，对脸部的至少一部分的皮肤温度进行检测即可，因此与具备以往的检测方法所使用的设备的脑活动推测装置相比，能抑制制造成本。

然而，作为现有的研究，进行如下的平均值法：对利用脸部皮肤温度获取单元20获取到的时间序列的脸部皮肤温度数据中所包含的全部温度数据的平均值进行计算，通过对计算出的平均值所对应的脸部皮肤温度数据进行分析，来推测人的脑活动。然而，在脸部皮肤温度数据中包含了反映实际的脑活动以外的噪音，由于分析身体的一部分的温度数据导致噪音的影响变大，因此平均值法不能准确地推测脑活动。

因此，本发明人深入研究后的结果为考虑进行成分分析法：利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析将利用脸部皮肤温度获取单元20获取到的时间序列的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，从分解后的多个成分中确定与脑活动相关联的成分。成分分析法对全部的温度数据进行分解，因此能去除包含噪音的成分，与平均值法相比，其结果能准确地对脑活动进行推测。

并且，通过使用本发明的脑活动推测装置10，能简便地进行痴呆症的早期确诊等医疗诊断。此外，能将本发明的脑活动推测装置10用于客观的舒适性的评价、也能应用于学习效果的评价、兴趣的客观评价、以及测谎仪装置等。并且，在脑活动推测装置中，分析部32将眼球运动或者眨眼等已知与脑的激活/安静相关联的人的动作的检测结果与各成分的成分波形进行比较分析和评价，从而从多个成分中提取出判定用成分的情况下，能将该脑活动推测装置用于汽车驾驶时的睡意的评价。

(5-2)

然而，在获取时间序列的脸部皮肤温度数据时，通过对人实际地提供或不提供脑功能激活任务，来制造使人的脑激活或者安静的状况时，各成分的成分波形与脑的激活时间和安静时间之间存在相关关系的成分可以说是示出反映了脑活动的皮肤温度的变化的成分的可能性较高的成分。

本实施方式中，在利用脸部皮肤温度获取单元20获取温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据期间，以一定期间对个人提供脑功能激活任务。即，本实施方式中，对个人实际地提供或不提供脑功能激活任务，来制造使人的脑激活或者安静的状况。而且，利用奇异值分解将如上所述获取到的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，针对各成分评价其成分波形与脑激活时间和安静时间的相关关系，从多个成分中提取出存在相关关系的成分作为判定用成分。因此，例如，与从多个成分中提取出预先通过实验确定的规定的成分作为提取用成分的情况相比，能减少从多个成分中提取出与人的脑活动相关性较低的成分作为提取用成分的可能性。

(5-3)

有时由于空调的冷气、暖气或者太阳光等与人的脸部接触，使脸部的皮肤温度发生变化，检测到的脸部的皮肤温度也会发生变化由此，由于与脑活动无关联的外部原因导致的脸部皮肤温度的变化(噪音)可能会混入脸部皮肤温度数据。

在本实施方式中，生成与相对温度换算数据对应的脸部皮肤温度数据，该相对温度换算数据是基于根据温度换算数据所对应的每隔规定时间的脸部皮肤温度数据换算为相对的温度数据的温度数据。通过生成与相对温度换算数据对应的脸部皮肤温度数据，能捕捉每隔规定时间的脸部的皮肤温度的相对变化。因此，能对由与脑活动无关联的外部因素所引起的脸部皮肤温度的变化进行检测。

此外，在本实施方式中，利用奇异值分解，不仅将利用脸部皮肤温度获取单元20获取到的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，而且将基于换算成相对的温度数据的温度数据的相对温度数据所对应的脸部皮肤温度数据也分解成多个成分，并对各成分进行分析。因此，能将包含与脑活动无关联的外部因素所引起的脸部皮肤温度的变化的成分作为噪音成分去除由此，能够高精度地确定与人的脑活动相关联的成分。

(5-4)

本实施方式中的脸部皮肤温度获取单元20是红外热成像装置。因此，能在与作为对象的个人不接触的状态下即非接触的状态下，获取脸部皮肤温度数据。因而，与将传感器安装在脸部检测脸部的皮肤的温度数据的情况相比，能减轻作为对象的个人的负担。

(5-5)

在脑中，存在称为选择性脑冷却系统的、独立于体温，对脑进行冷却的构造。已知选择性脑冷却系统利用前额部以及鼻窦周围将由脑活动所产生的热量进行排热。由此，伴随有脑活动的脸部皮肤温度的变化出现在前额部以及/或者鼻窦周围(眉心以及鼻部周围)。

在本实施方式中，对于该成分波形与脑的安静时间以及脑的激活时间相关联的判定用成分，判定其在鼻窦周围以及/或者前额部是否产生温度变化。因此，能够高精度地判定提取作为判定用成分的成分是否是与人的脑活动相关联的成分。

(6)变形例

(6-1)变形例A

在上述的实施方式中，脑活动推测单元30具有换算部31，利用换算部31生成与相对温度换算数据对应的脸部皮肤温度数据。而且，分析部32利用奇异值分解不仅将利用脸部皮肤温度获取单元20获取到的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据分解成多个成分，而且将基于换算成相对的温度数据的温度数据的相对温度数据所对应的脸部皮肤温度数据也分解成多个成分，并对各成分进行分析。

取而代之，脑活动推测单元30也可以不具有换算部31。在该情况下，能省去以下处理：生成与相对温度换算数据对应的脸部皮肤温度数据、基于相对温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据进行的数据的分析。

但是，为了高精度地确定与人的脑活动相关联的成分，优选为如上述实施方式那样脑活动推测单元30具有换算部31，由分析部32利用奇异值分解，不仅将利用脸部皮肤温度获取单元20获取到的温度换算数据所对应的脸部皮肤温度数据分解为多个成分，而且将基于换算成相对的温度数据的温度数据的相对温度数据所对应的脸部皮肤温度数据也分解成多个成分，并对各成分进行分析。

(6-2)变形例B

上述实施方式中的脸部皮肤温度获取单元20是能在与对象物不接触的状态下，获取温度数据的红外热成像装置。

然而，只要能对个人的脸部的至少一部分的皮肤温度进行检测，以时间序列获取包含检测到的温度数据和该检测部位的位置数据的脸部皮肤温度数据，则脸部皮肤温度获取单元不限于红外热成像装置。

例如，脸部皮肤温度获取单元可以是包含温度传感器的装置。具体而言，可以将温度传感器安装于个人的脸部的规定部位，基于通过温度传感器检测到的温度数据、安装了温度传感器的部位的位置数据，来获取时间序列的脸部皮肤温度数据。由此，即使在利用温度传感器与作为对象的个人接触的状态下获取脸部皮肤温度数据的情况下，由于温度传感器不需要像脑波电极等那样进行安装前的处理，因此与脑波测量法、磁共振成像法、以及近红外线分光法等以往的检测方法相比，能简便地获得数据。由此，能够简便地推测人的脑活动。

工业上的实用性

本发明能简便地推测人的脑活动，因此可有效应用于需要推测人的脑活动的装置。

标号说明

10 脑活动推测装置

20 脸部皮肤温度获取单元

30 脑活动推测单元

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-176406号公报。

Claims (5)

1.一种脑活动推测装置，其特征在于，包括：

脸部皮肤温度获取单元，该脸部皮肤温度获取单元以时间序列获取包括人的脸部的至少鼻窦周围和/或前额部的脸部皮肤温度数据；

脑功能激活单元，该脑功能激活单元对所述人给予脑功能激活任务；

脑功能激活识别单元，该脑功能激活识别单元识别由所述脑功能激活单元对所述人给予了所述脑功能激活任务；以及

脑活动推测单元，该脑活动推测单元基于所述脑功能激活单元对所述人给予了所述脑功能激活任务时或者所述脑功能激活识别单元识别出对所述人给予了所述脑功能激活任务时的、所述脸部皮肤温度获取单元所获取的包括人的脸部的至少鼻窦周围和/或前额部的脸部皮肤温度数据，推测所述人的脑活动。

2.如权利要求1所述的脑活动推测装置，其特征在于，

所述脑活动推测单元利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析，将所述脸部皮肤温度数据分解成多个成分。

3.如权利要求2所述的脑活动推测装置，其特征在于，

所述脑活动推测单元生成脸部皮肤温度数据，该脸部皮肤温度数据是将获取到的每隔规定时间的所述脸部皮肤温度数据中所包含的所述温度数据换算为相对的温度数据，

利用奇异值分解、主成分分析或者独立成分分析，将获取到的所述脸部皮肤温度数据和生成的脸部皮肤温度数据分别分解成多个成分。

4.如权利要求1至3中任一项的所述的脑活动推测装置，其特征在于，

所述脸部皮肤温度获取单元是红外热成像装置。

5.一种脑活动推测方法，其特征在于，包括：

脸部皮肤温度获取步骤，该脸部皮肤温度获取步骤以时间序列获取包括人的脸部的至少鼻窦周围和/或前额部的脸部皮肤温度数据；

脑功能激活步骤，该脑功能激活步骤对所述人给予脑功能激活任务；

脑功能激活识别步骤，该脑功能激活识别步骤识别在所述脑功能激活步骤中对所述人给予了所述脑功能激活任务；以及

脑活动推测步骤，该脑活动推测步骤基于在所述脑功能激活步骤中对所述人给予了所述脑功能激活任务时或者在所述脑功能激活识别步骤中识别出对所述人给予了所述脑功能激活任务时的、在所述脸部皮肤温度获取步骤中所获取的包括人的脸部的至少鼻窦周围和/或前额部的脸部皮肤温度数据，推测所述人的脑活动。