CN112533672A - 基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置和方法以及改善、预防或增强脑功能的装置 - Google Patents

基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置和方法以及改善、预防或增强脑功能的装置 Download PDF

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Abstract

提供一种基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置和方法、以及脑功能的改善、预防或增强装置，所述光刺激是以常亮或特定的点亮熄灭频率照射紫色光等特定波长的光来形成的。通过所述基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置来解决上述课题，该装置是以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射特定波长的光来进行脑波控制或细胞活性控制的装置，该装置的特征在于，具有：光源，其以常亮或特定的点亮熄灭频率照射所述特定波长的光；以及控制部，其对光进行发光控制，用以将接受到所述光的所述受试者的脑波诱导成与所述光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与所述光的照射状态不同的特定的脑波。此时，优选的是，光为紫色光，光的照射状态为常亮或0Hz～150Hz的点亮熄灭频率。

Description

基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置和方法以及改善、预 防或增强脑功能的装置
技术领域
本发明涉及一种基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置和方法以及改善、预防或增强脑功能的装置，所述光刺激是以特定的点亮熄灭频率照射紫色光等特定波长的光来形成的。
背景技术
近年，从各种观点出发对光对人体的影响进行研究，并基于新的见解报告了该影响。例如，报告了通过沐浴太阳光来改善昼夜节律(非专利文献1)、LED照明或者从将LED用于背光灯的液晶显示器等发出的光较大地影响身心(非专利文献2)、紫色光预防近视并抑制近视的发病(专利文献1)等。特别是最近，本发明的发明人们进行了对紫色光给眼睛带来的影响感兴趣的报告，例如在专利文献1和非专利文献7中提出了特定波长的光在预防近视和抑制近视方面是有效的，在近视人口依然全球性增加的近年，被寄予了很大的期待。
另外，各种治疗技术的研究开发也很活跃，特别是在研究开发一种能够不使用药物或减少使用药物来减轻给身体造成的负荷的治疗技术。本发明的发明人们在进行将紫色光等特定波长的光应用于治疗的研究开发。作为研究开发的一例，提出了一种非侵入性角膜巩膜强化装置及方法，解决了以往的侵入性角膜交联中的在剥离角膜上皮的同时以高辐射照度进行UVA照射的课题，即使不在医疗机构以限制于固定时间的状态接受处置，也能够不用剥离角膜上皮而在日常生活中进行处置(未公开专利)。
此外，在专利文献2和非专利文献4中报告了以下内容：在使用患有阿尔茨海默病的老鼠的研究中，当在脑内恢复伽马波振荡的调谐时，脑内蓄积的β淀粉样蛋白质被去除。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：羽鸟惠、坪田一男，アンチ·エイジング医学－日本抗加齢医学会雑誌，Vol.11，No.3，065(385)-072(392)，(2015)
非专利文献2：坪田一男，「ブルーライト体内時計への脅威」，集英社，2013年11月20日发行
非专利文献3：Hidemasa Torii et al.，EBioMedicine，“DOI：http://dx.doi.org/10.1016/j.ebiom.2016.12.007”
非专利文献4：NATURE，Vol.540，8，DECEMBER 2016，p.231～235
专利文献
专利文献1：WO2015/186723A1
专利文献2：US2017/0304584A1
发明内容
发明要解决的问题
发明人们发现以点亮熄灭频率照射紫色光对脑波产生影响，本发明是基于该见解进一步研究所获得的成果，本发明的目的在于提供一种基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置和方法，所述光刺激是以常亮或特定的点亮熄灭频率照射紫色光等特定波长的光来形成的。
另外，本发明的目的在于提供一种以常亮或特定的点亮熄灭频率照射紫色光或白色光来改善或预防抑郁、抑制或预防压力、改善或增加集中力、改善或预防阿尔茨海默病、改善或预防认知功能的装置，换言之，提供一种改善、预防或增强脑功能的装置。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置是以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射特定波长的光来进行脑波控制或细胞活性控制的装置，所述基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置的特征在于，具有：光源，其以常亮或特定的点亮熄灭频率照射所述特定波长的光；以及控制部，其对光进行发光控制，用以将接受到所述光的所述受试者的脑波诱导成与所述光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与所述光的照射状态不同的特定的脑波。
根据本发明，接受到光的受试者的脑波与光的照射状态(常亮或特定的点亮熄灭频率)相同或大致相同，因此能够通过控制光的照射状态，来对脑提供各种刺激，或者提高体内的细胞活性。特别是在照射了点亮熄灭频率等的情况下，能够诱导成与所照射的光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与所照射的光的照射状态不同的特定的脑波，因此能够控制对脑的刺激状态，能够应用于由此引起的各种身心改善效果和治疗效果。
在本发明所涉及的脑波及细胞活性控制装置中，所述光是紫色光。根据本发明，能够对受试者照射可见光范围外波长的紫色光，因此能够不会感到像白色光那样的闪烁及晃眼地诱导成与光的点亮熄灭频率相同或大致相同的脑波，或与光的点亮熄灭频率不同的特定的脑波。此外，紫色光是360nm～400nm的波长光，该波长光是视觉灵敏度比白色光的视觉灵敏度低、从而受试者不会感到不协调感或不易感到不协调感的波长范围。
在本发明所涉及的脑波及细胞活性控制装置中，所述光的照射状态为常亮或0Hz～150Hz的点亮熄灭频率。根据本发明，能够诱导成与这样的照射状态相同或大致相同的脑波、或与这样的照射状态不同的特定的脑波。
在本发明所涉及的脑波及细胞活性控制装置中，在0.5μW/cm2～1000μW/cm2的辐射照度的范围内照射所述光。根据本发明，能够在上述辐射照度的范围内照射紫色光等，因此能够任意地控制脑波的频率及其产生部位。特别是确认出了即使是微量的弱光(光灵敏度弱的光)也会产生上述特征性现象，能够期待对脑的影响或对细胞活性的应用(还包括基因表达控制。)。
在本发明所涉及的脑波及细胞活性控制装置中，所述控制部通过与便携终端等隔离控制器之间的发送接收来变更所述光的照射状态(包括常亮或点亮熄灭频率。)、辐射照度、照射时间、照射开始时间、照射结束时间、常亮或点亮熄灭频率等照射条件并执行所述照射条件。根据本发明，对上述的各种照射条件进行隔离控制，因此能够任意地设定为适于产生期望的脑波或细胞活性的照射条件，从而能够得到期望的效果。并且，能够对以特定波长光的点亮熄灭频率等进行的照射如何影响脑波或细胞活性、对身心的影响为何种程度进行测定评估，从而应用到实际使用中。
在本发明所涉及的脑波及细胞活性控制装置中，优选的是，所述光源是带光源的眼镜、桌面光源、佩戴式移动体终端光源等面前设置型或附近设置型的光源。根据本发明，能够从容易佩戴且日常无违和感的带光源的眼镜等面前设置型或附近设置型的光源照射特定的光，因此实用性高，在各种场合或环境下均能够始终照射。
在本发明所涉及的脑波及细胞活性控制装置中，所述光源也可以设为便携光源等非设置型光源、或室内照明、桌面台灯、专用装置等设置型光源。根据本发明，能够根据使用环境设为各种光源形式的装置。
(2)本发明所涉及的基于光刺激的脑波功能控制方法是以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射特定波长的光来进行脑波控制或细胞活性控制的方法，所述基于光刺激的脑波功能控制方法的特征在于，对光进行发光控制，用以将接受到所述光的所述受试者的脑波诱导成与所述常亮或特定的点亮熄灭频率相同或大致相同的脑波、或与所述常亮或特定的点亮熄灭频率不同的特定的脑波。
(3)本发明所涉及的脑功能的改善、预防或增强装置是以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射紫色光或白色光来改善、预防或增强脑功能的装置，所述脑功能的改善、预防或增强装置的特征在于，具备：光源，其发出所述紫色光或白色光；发光周期控制部，其将所述紫色光或白色光设为常亮或特定的点亮熄灭频率；以及发光时间控制部，其用于以特定的时间或在特定的期间照射所述紫色光或白色光，所述脑功能的改善、预防或增强装置是在从抑郁的改善或预防、压力的抑制或预防、集中力的改善或增加、阿尔茨海默病的改善或预防以及睡眠改善等中选择出的任一个或两个以上的目的下使用的装置。
(4)本发明所涉及的脑功能的改善或预防装置是对受试者照射紫色光或白色光的常亮光来改善或预防认知功能的装置，所述脑功能的改善或预防装置的特征在于，具备：光源，其发出所述紫色光或白色光；以及发光时间控制部，其用于以特定的时间或在特定的期间照射所述紫色光或白色光。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种脑波及细胞活性控制装置和方法，以常亮或特定的点亮熄灭频率照射紫色光等特定波长的光，来使受试者产生与所述光的照射状态相同或大致相同的波、或与所述光的照射状态不同的特定的脑波。特别是，在能够将接受到光的受试者的脑波诱导成与光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与光的照射状态不同的特定的脑波这一点上具有特征，能够对身心和脑提供各种刺激。
根据本发明，能够通过用于对受试者照射紫色光或白色光的装置，来进行抑郁的改善或预防、压力的抑制或预防、集中力的改善或增加、阿尔茨海默病的改善或预防、认知功能的改善或预防以及睡眠改善等。
附图说明
图1是脑的各部的说明图。
图2的(A)是通过照射10Hz的点亮熄灭频率的紫色光而在枕叶产生10Hz波的结果，图2的(B)是通过照射60Hz的点亮熄灭频率的紫色光而在枕叶产生60Hz波的结果。
图3的(A)是通过照射10Hz的点亮熄灭频率的紫色光而在额叶产生10Hz波的结果，图3的(B)是通过照射60Hz的点亮熄灭频率的紫色光而在额叶产生60Hz波的结果。
图4的(A)是通过照射10Hz的点亮熄灭频率的紫色光而在额叶不产生60Hz波的结果，图4的(B)是通过照射60Hz的点亮熄灭频率的紫色光而在额叶不产生10Hz波的结果。
图5是照射紫色光的紫色光眼镜的一例。
图6是表示紫色荧光灯的光的分光辐射照度与波长之间的关系的曲线图。
图7是峰波长为375nm的LED的光谱。
图8是普通的脑波的说明图。
图9是有助于酣睡度的要素的分析结果。
图10是使酣睡度减少的要素的分析结果。
图11是有助于酣睡度的其它要素的分析结果。
图12的(A)是使用脂多糖诱导抑郁和通过VL的40Hz频率刺激改善抑郁的评估结果，图12的(B)是使用CUMS诱导抑郁和通过VL的常亮或VL的40Hz频率刺激改善抑郁的评估结果。
图13的(A)是作为测量部位的左侧前额叶Fp1(国际10-20法)的说明图，图13的(B)是将测量时间设为30分钟(1800秒)并将测量时间的前后1分钟设为安静时间的说明图。
图14是功率谱的显著性差异的检验结果。
图15是示出基于40Hz的频率刺激的压力的抑制效果的结果。
图16是示出相对于在各条件下的刺激的压力值的平均值的图表。
图17是基于40Hz频率刺激的磷酸化tau的减少结果。
图18是与图17同样的基于40Hz频率刺激的磷酸化tau的减少结果。
图19是在CFC测试中进行的恐惧记忆的评估结果。
图20是在提供了白色光常亮刺激或VL常亮刺激之后、通过巴恩斯迷宫(Barnesmaze)评估空间记忆所得到的结果。
图21是在提供VL常亮刺激之后、使用跑轮(running wheel)评估活动量所得到的结果。
图22是示出VL常亮刺激所带来的基因表达的变化的图表。
图23是示出VL常亮刺激所带来的另一基因表达的变化的图表。
图24是示出VL常亮刺激所带来的又一基因表达的变化的图表。
具体实施方式
参照附图来说明本发明所涉及的基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置和方法、以及脑功能的改善、预防或增强装置。本发明不限定于下面的实施方式和实施例的内容，在包含本发明的宗旨的范围内包括各种变形例和应用例。
[基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置]
本发明所涉及的基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置是以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射特定波长的光来进行脑波控制或细胞活性控制的装置，所述基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置的特征在于，具有：光源，其以常亮或特定的点亮熄灭频率照射所述特定波长的光；以及控制部，其对光进行发光控制，用以将接受到所述光的所述受试者的脑波诱导成与所述光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与所述光的照射状态不同的特定的脑波。另外，关于基于光刺激的脑波功能控制方法，是也以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射特定波长的光来进行脑波控制或细胞活性控制的方法，所述基于光刺激的脑波功能控制方法的特征也在于，对光进行发光控制，用以将接受到所述光的所述受试者的脑波诱导成与所述光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与所述光的照射状态不同的特定的脑波。
该脑波及细胞活性控制装置将接受到光的受试者的脑波诱导成与光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与光的照射状态不同的特定的脑波，因此能够通过控制光的照射状态来对脑提供各种刺激，或者提高体内的细胞活性。特别是在照射了点亮熄灭频率等的情况下，能够产生与所照射的光的照射状态相同或大致相同的状态的脑波、或与所照射的光的照射状态不同的特定的脑波，因此能够控制对脑的刺激状态，能够应用于由此引起的各种身心改善效果和治疗效果。此外，在照射这样的点亮熄灭频率等照射状态的光的同时，也能够一并提供声音、振荡、磁场、电场等，从而能够产生两者的复合作用。
图8示出通常理解的脑波分类。在脑中经由神经回路产生电振荡(脑波)，这样的脑波一般分为约4Hz以下的德尔塔(δ)波、约4Hz～7Hz的西塔(θ)波、约8Hz～13Hz的阿尔法(α)波、约14Hz～30Hz的贝塔(β)波、约30Hz以上的伽马(γ)波。
在后述的实验中，以10Hz和60Hz的点亮熄灭频率为例进行实验，能够将该范围说成阿尔法波和伽马波的范围。通常，阿尔法波被认为是在身心放松时产生的脑波，伽马波被认为是在兴奋时产生的脑波。在本发明中，能够使受试者产生与照射了这种脑波的光的点亮熄灭频率相同或大致相同的频率的脑波。另外，也能够诱导成不同的特定的脑波。
在本发明中，在能够诱导成与照射光的点亮熄灭频率相同或大致相同的频率的脑波、或者与照射光的点亮熄灭频率不同的特定频率的脑波这一点上具有显著的特征，通过根据光照射条件来控制这样的脑波的产生，能够基于上述的脑波对受试者提供身心作用，例如感情、热情、记忆、集中、放松、高涨、清醒、睡眠、睡不醒、睡眠导入、做梦等。当前，通过对人的实验在睡眠改善、放松、做梦(梦对于即将进入深度睡眠之前的记忆形成有效)等各方面取得了结果。并且，非常期待基于脑波对细胞活性的作用及对疾病的作用，例如对脑内传达物质的变动、体内分泌的变动、对蛋白质的影响、阿尔茨海默病、脑功能障碍、视网膜的老年黄斑变性、依存症、抑郁症、解离性障碍、强迫性障碍、睡眠障碍、摄食障碍、双相障碍(躁郁症)、适应障碍、精神分裂症、痴呆症、人格障碍、发展障碍、惊恐障碍、PTSD、性身份障碍、癫痫等、细胞活性发挥作用，期待对各种身心或身体作用(包括治疗效果。)产生影响。
[基于光刺激的脑波的产生]
图2～图4是对点亮熄灭地照射光时的脑波进行测定而得到的图。如图2的(A)和图3的(A)所示，得到如下结果：通过以10Hz的点亮熄灭频率照射紫色光，在枕叶和额叶产生10Hz波。另外，如图2的(B)和图3的(B)所示，得到如下结果：通过以60Hz的点亮熄灭频率照射紫色光，在枕叶和额叶产生60Hz波。另一方面，在图4中，在以10Hz的点亮熄灭频率照射紫色光时，在额叶不产生60Hz波，在以60Hz的点亮熄灭频率照射紫色光时，在额叶也不产生10Hz波。这些结果示出产生与照射光的点亮熄灭频率相同或大致相同的频率的脑波这个非常令人震惊的现象。而且，在该实验中获得如下结果：由于点亮熄灭地照射光弱(低辐射照度)而不晃眼从而干扰感比白色光小的紫色光，因此没有在白色光等可见光的情况下经常发生的晃眼、干扰感、闪烁感，特别是将点亮熄灭频率提高到不会注意到点亮熄灭的程度，由此具备能够在日常生活中使用的实用性。
下面，说明在图2～图4的测定中使用的光源、照射条件、脑波测定等。
在图2～图4的实验例中，光源使用在框架上安装有最大输出为310μW/cm2的辐射照度的375nmLED的眼镜(参照图5)。该LED示出图7所示的光谱波长，发出以360nm～400nm定义的紫色光。该光源具有能够在上述最大输出以下的范围内进行输出调整的控制部(电子电路部)。另外，具备还能够任意地改变点亮熄灭频率的功能，能够在0Hz(“常亮”。直流光)～150Hz的范围内发出紫色光。关于该实验中的照射条件，将点亮熄灭频率设为10Hz和60Hz来进行。此外，在所使用的光源中，点亮熄灭频率的占空比为50％。
在检查方法中，按照以下顺序进行安静清醒闭眼时(Awakerecord)的睁眼闭眼试验。(1)取得未佩戴带光源的眼镜(下面简称为“眼镜”。)且处于安静时的闭眼时和眨眼时的肌电图，并调查哪个是脑波。(2)之后，在未佩戴眼镜且还自然地进行眨眼的通常状态下测定5分钟的脑波。(3)之后，佩戴眼镜，一边向眼睛照射5分钟的点亮熄灭频率为10Hz的紫色光一边测定脑波。(4)之后，一边向眼睛照射5分钟的点亮熄灭频率被变更为60Hz的紫色光一边测定脑波。此外，利用脑电图仪(日本光电工业株式会社生产，EEG-1200系列型号)来进行脑波测定。
从图2～图4的结果来看，当将紫色光的频率从10Hz变为60Hz时，脑波追随变更也从10Hz变为60Hz。另外，知道了不仅在枕叶发生脑波对光频率的追随，在额叶也发生脑波对光频率的追随，知道了通过照射紫色光而产生的脑波具有频率依赖性。
此外，图9～图11是本发明人根据需要佩戴具有光源的眼镜(图5)来度过日常生活的情况下的应用软件中的数据。图9和图11是显示以10Hz、40Hz、60Hz的点亮熄灭频率照射紫色光的情况下有助于酣睡度的比例的图，图10是显示酣睡度减少的比例的图。能够确认，由于以点亮熄灭频率照射紫色光而产生与紫色光的点亮熄灭频率相同或大致相同的脑波，因此这样产生的脑波对酣睡度产生固定的影响。
在该实验中，所使用的光是波长为360nm～400nm的紫色光范围的光，还是在10Hz、40Hz、60Hz的频率下的结果，但期待以其它的频率(例如9Hz、30Hz、60Hz以上)也产生脑波依赖于照射光的点亮熄灭频率的同样现象。另外，在此使用的光的波长是紫色光范围，但是，即使是其它波长范围的光也能够期待产生与所照射的光的点亮熄灭频率相同或大致相同的脑波。而且，已知脑波对感情、热情、记忆、集中、放松、高涨、清醒等身心作用产生影响，从而能够设为能够产生这样的身心作用的装置。并且，还能够期待基于脑波的对细胞活性及疾病的作用。
(光源)
对光源发出的光的波长没有特别地限定，在上述实验中使用了以360nm～400nm定义的紫色光。除了紫色光以外，即使是其它波长也能够期待具有同样的效果，还能够与紫色光一起一并使用。另外，关于白色光，如后述的结果所示，也示出固定的效果，因此对于白色光也是，既可以设为从光源发出的光，也可以设为光的一部分。
能够优选应用能够在0Hz(常亮、直流光)～150Hz设定振荡频率的光源。能够通过控制部的设定来以0.5Hz为单位或1Hz为单位调整频率，从而能够产生任意的点亮熄灭频率的光。如果增加点亮熄灭频率，则还具有虽然存在个体差异，但是会变得注意不到点亮熄灭这样的优点。点亮熄灭频率不限定于在实验例中使用的10Hz或60Hz。
来自光源的辐射照度既可以是可变的，也可以是固定值。在上述实验中，使用了最大输出为310μW/cm2的辐射照度，但不限定于此。能够任意地构成为例如1μW/cm2(0.01W/cm2)～1000μW/cm2(10W/cm2)的范围内的辐射照度、例如0.5μW/cm2(0.005W/cm2)～500μW/cm2(5W/cm2)的范围内的辐射照度、0.5μW/cm2～1000μW/cm2的范围内的辐射照度等。由于在低辐射照度下也会产生与点亮熄灭频率相同或大致相同的脑波的产生，因此无论在睁眼时还是闭眼时均能够通过照射点亮熄灭频率来产生规定的脑波。并且，如果是这样的辐射照度的光源，则也能够容易地应用于眼镜及其它便携式照射装置，因此在日常生活中也能够佩戴。特别是确认了即使是微量的弱光(光灵敏度弱的光)也会产生上述特征性现象，从而能够期待在对脑的影响或细胞活性(在还包含基因表达控制的意义下使用。)上的应用。
也可以利用相对视见度来确定光。由于即使在低的相对视见度下也能够实现本发明的特征，因此能够在低相对视见度下进行用于产生脑波刺激的紫色光的点亮熄灭照射，从而能够不给受试者造成负担地刺激期望的部位。
优选根据其目的任意地设定光的照射时间，既可以是短时间也可以是长时间。光还能够设为任意地间歇性(固定间隔或不定期间隔)的光或连续的光。
优选光源为带光源的眼镜。这样的眼镜是在易于佩戴且日常没有违和感的眼镜上安装发出点亮熄灭频率的光源的眼镜，因此实用性高，在各种场合和环境下均能够始终佩戴。另外，光源既可以是桌面光源、佩戴式移动体终端光源等面前设置型或附近设置型的光源，也可以是便携光源等非设置型光源或室内照明、桌面台灯、专用装置等设置型光源，能够根据使用环境设为各种光源形式的装置。
(控制部)
控制部是控制来自光源的光的照射状态(常亮或点亮熄灭频率)的部分。控制部可以具备用于向光源供给电力的电源(未图示)，这样的电源既可以是电池，也可以是利用线缆引到安装于其它位置的电池而得到的。另外，在一个部位处不动的情况下，也可以是与家庭用电源等连接的形式。
优选的是，控制部通过与便携终端等隔离控制器之间的发送接收，来执行光的点亮熄灭频率、辐射照度、照射时间、照射开始时间、照射结束时间、点亮熄灭频率等照射条件的变更。这样的控制部对上述的各种照射条件进行隔离控制，因此能够任意地设定为适于产生期望的脑波和细胞活性的照射条件，从而能够得到期望的效果。并且，能够对以点亮熄灭频率照射特定波长光如何影响脑波或细胞活性、对身心的影响为何种程度进行测定评估，从而应用到实际使用中。
控制部也可以还具备光源的控制器或定时器功能。对于控制器能够列举出使频率和辐射照度可变的功能或者设定照射时间的功能等。另外，对于定时器功能能够列举出能够设定光的辐射照度时间的功能。这样的控制器或定时器功能既可以与器具一体地设置，也可以设为不同构件。
如以上说明的那样，本发明所涉及的基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置能够以常亮或特定的点亮熄灭频率照射紫色光等特定波长的光，来使受试者产生与所照射的光的照射状态相同或大致相同的脑波，或者将受试者的脑波诱导成与所照射的光的照射状态不同的特定的脑波。特别是能够将接受到光的受试者的脑波诱导成与光的点亮熄灭频率相同或大致相同的脑波、或与光的点亮熄灭频率不同的特定的脑波，从而能够对身心和脑提供各种刺激。
[脑功能改善或增强装置]
在本发明中，还对基于紫色光或白色光的光刺激的影响进行了研究。其结果了解到：能够期待通过照射紫色光或白色光引起的光刺激来改善或预防抑郁、抑制或预防压力、改善或增加集中力、改善或预防阿尔茨海默病、改善或预防认知功能等。通过基于紫色光或白色光的光刺激而产生的这种效果是首次被发现，是前所未有的见解，促成了本发明所涉及的改善、预防或增强脑功能的装置。
本发明所涉及的脑功能的改善、预防或增强装置是以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射紫色光或白色光来改善、预防或增强脑功能的装置，所述脑功能的改善、预防或增强装置的特征在于，具备：光源，其发出所述紫色光或白色光；发光周期控制部，其将所述紫色光或白色光设为常亮或特定的点亮熄灭频率；以及发光时间控制部，其用于以特定的时间或在特定的期间照射所述紫色光或白色光，所述脑功能的改善、预防或增强装置是在从抑郁的改善或预防、压力的抑制或预防、集中力的改善或增加、阿尔茨海默病的改善或预防、睡眠改善中选择出的任一个或两个以上的目的下使用的装置。
另外，本发明所涉及的脑功能的改善或预防装置是对受试者照射紫色光或白色光的常亮光来改善或预防认知功能的装置，所述脑功能的改善或预防装置的特征在于，具备：光源，其发出所述紫色光或白色光；以及发光时间控制部，其用于以特定的时间或在特定的期间照射所述紫色光或白色光。
依次说明这些脑功能的改善或增强。下面，用“VL”表示紫色光。
(抑郁的改善)
向不同的老鼠照射白色光常亮刺激(WL，连续)、VL常亮刺激(VL，连续)以及VL的40Hz频率刺激(VL，40Hz)，来提供光刺激。老鼠使用8～13周周龄的C57BL/6老鼠。
抑郁的评估方法有悬尾实验(tail suspension test)(TST，https://www.jove.com/video/3769/？language＝Japanese)和强迫游泳实验(forced swim test)(FST，https://www.jove.com/video/3638/the-mouse-forced-swim-test)，在悬尾实验中，抓住老鼠的尾巴将老鼠悬吊起来，并对老鼠以何种程度挣扎进行定量，在强迫游泳实验中，强制地使老鼠在小的水池中游泳并对其挣扎程度进行测定，本次采用TST进行评估。此外，关于抑郁状态，到什么程度“放弃”为抑郁的指标，作为与抑郁状态的评估有关的非专利文献，能够列举出“Journal of Visualized Experiments January 2012，59，e3638，Page1of 5”、“Journal of Visualized Experiments January 2012，59，e3769，Page1 of 5”、“Neuron 53，337&#8211；351，February 1，2007a2007 Elsevier Inc.337”。
图12的(A)是使用脂多糖(LPS/Lipopolysaccharide)诱导抑郁和通过VL的40Hz频率刺激改善抑郁的评估结果。向老鼠投放LPS，来诱发急性炎症性抑郁状态。在LPS投放前和投放当天的共计8天的时间进行VL的40Hz频率刺激，并通过Tail suspension test(TST/尾悬实验)对抑郁进行评估。使用LPS诱导抑郁的诱导实验使用的参考文献是https://www.nature.com/articles/s41598-019-42286-8。如图12的(A)所示，通过VL的40Hz频率刺激观察到了抑郁症状的降低。利用ANY-maze(Video Tracking System：视频跟踪系统/室町机械株式会社)来测量TST的不动时间，并利用GraphPad Prism 8.0软件来检验控制组、LPS组、LPS+40Hz频率刺激组之间的统计学上的显著性差异，示出在图12中。此外，“*”为p<0.05，“**”为p<0.01。
图12的(B)是使用CUMS(Chronic unpredictable mild stress/慢性温和不可预知应激)诱导抑郁和通过VL的常亮或VL的40Hz频率刺激改善抑郁的评估结果。利用CUMS诱导抑郁的实验使用的参考文献是https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0149763418304378？via％3Dihub。对老鼠长时间(7周)地每日提供不同的比较轻微的各种压力，来诱发慢性心理性抑郁状态。在此期间，进行VL常亮刺激或VL的40Hz频率刺激，并通过TST评估抑郁。如图12的(B)所示，通过VL常亮刺激或VL的40Hz频率刺激改善了抑郁症状。
(压力的抑制、集中力的增加)
对基于VL的压力的抑制和集中力的增加进行分析。采用“Sensors 2018，18(12)，4477”(https://doi.org/10.3390/s18124477、https://www.mdpi.com/1424-8220/18/12/4477/htm)中记载的非专利文献所记载的方法作为脑波(electroencephalogram；EEG)的测定方法及其评估方法来对压力的数据进行分析。
实验使用VL和白色光，并以点亮熄灭和始终点亮(称为“常亮”。)的方式进行光刺激。在对测量出的脑波的分析中，进行作为预处理的滤波，通过FFT(快速傅立叶变换)来计算功率谱，并基于计算的结果来进行显著性差异检验。受试者数总计为162名，测量部位设为图13的(A)所示的左侧前额叶Fp1(国际10-20法)，如图13的(B)所示，将测量时间设为30分钟(1800秒)，并将测量时间的前后1分钟设为安静时间。作为测量时的光刺激，设为白色光常亮刺激、白色光频率刺激、VL常亮刺激、VL频率刺激。利用图5所示的VL眼镜进行VL刺激，以40Hz的频率刺激来进行白色光刺激。测量设备使用简易脑电图仪(采样频率：512Hz，MindWave mobile BMD version，Neurosky Inc.)。
按照以下过程进行分析。针对VL刺激81人和白色光刺激81人，以8种条件(光刺激各7种条件和熄灭这1个条件)进行光刺激来测量脑波。如图13的(B)所示，光刺激时间设为30分钟(1800秒)。对所得到的测量数据进行去噪(使1Hz～70Hz有效的滤波)、功率谱计算(希尔伯特变换、样条插值)，来计算单边功率谱。将该过程设为标准过程来进行。
进行显著性差异的检验，以对光刺激所影响的脑波的频率成分进行分析。具体地说，以双侧双样本t检验(显著性水平：5％)对健康男女进行显著性差异的检验。对各频率刺激及常亮刺激的7个条件与始终熄灭下的1Hz的功率谱(受试者的平均)进行比较，来进行显著性差异检验。此外，针对功率谱的2Hz～45Hz也进行了比较。图14示出了功率谱的显著性差异检验结果(光刺激时vs熄灭时)。如图14的结果所示，在10Hz、12Hz、13Hz、15Hz、40Hz、60Hz的频率刺激中，在40Hz的频率刺激的情况下，功率谱在16Hz、38Hz、44Hz处显著地大(显著水平：5％)。另一方面，在10Hz、12Hz、13Hz、15Hz、60Hz的频率刺激中没有确认到显著性差异。另外，在始终点亮时，3Hz的功率谱显著地小。
接着，对基于40Hz的频率刺激的压力的抑制进行了研究。对工作前、工作中、工作后的健康男女提供白色光的40Hz频率刺激、VL的40Hz频率刺激。对使用简易脑电图仪测量出的脑波进行去噪和功率谱分析，来检验并计算压力值(％)。分析手段是基于https://www.mdpi.com/1424-8220/18/12/4477来进行的。在图13中示出其结果。图15的(A)是无刺激的情况下的前后的压力值，图15的(B)是VL的40Hz的频率刺激前后的压力值，图15的(C)是白色光的40Hz频率刺激前后的压力值。知道了通过40Hz的频率刺激，压力与刺激前及无刺激的工作后相比较减小。
图16是示出相对于各条件下的刺激的压力值的平均值的图表(“*”为p<0.05)。对健康男女提供10Hz、12Hz、13Hz、15Hz、40Hz、60Hz的各VL频率刺激和常亮刺激。对使用简易脑电图仪测量得到的脑波进行去噪和功率谱分析，来检验压力值(％)。从其结果来说，通过10Hz和40Hz的频率刺激使得压力减少。
针对受试者来分5个阶段评估是否能够很好地理解光刺激实验中的论文，并调查提高知识生产力的可能性。其结果，在VL的频率刺激下，“非常好地理解：5.9％”、“很好地理解：41.2％”、“一般：47.1％”、“不太理解：5.9％”、“完全没有理解：0％”。另一方面，在白色光的频率刺激下，“非常好地理解：0％”、“很好地理解：5.9％”、“一般：70.6％”、“不太理解：23.5％”、“完全没有理解：0％”。
(阿尔茨海默病的改善)
对老鼠分别提供白色光常亮刺激(WL连续)、白色光的40Hz频率刺激(WL40Hz)、VL常亮刺激(VL连续)、VL的40Hz频率刺激(VL 40Hz)来评估阿尔茨海默病的改善效果。
关于阿尔茨海默病，作为人的阿尔茨海默病的致病基因已知有Tau(日语：タウ)。已知当该基因变异时使阿尔茨海默病发病，1999年，tau的基因变异S301P作为帕金森病或额颞叶痴呆症的家族性遗传病的变异被发现。在实验中，使用携带人类的S301P tau的老鼠来进行评估，实际上，Tau被磷酸化成为阿尔茨海默病的诊断依据，使用AT8(pSer202/Thr205)这个抗体来进行检测。使用S301P老鼠来评估为阿尔茨海默病的第一篇论文是https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17270732，在本次的实验中应用该论文。
图17和图18是基于40Hz频率刺激的磷酸化tau的减少结果。在图17和图18中，(A)是与DAPI、p-Tau、GFAP有关的测定图像，(B)是对该图像进行分析得到的GFAP的面积％的图表。对3个月月龄的S301P变异老鼠提供白色光常亮刺激、白色光的40Hz频率刺激、VL的40Hz频率刺激分别4周。使用AT8抗体来检测磷酸化tau(Ser202，Thr205)。通过VL的40Hz频率刺激，使海马体(Hippocampus)的磷酸化tau(图17的(B)的左侧的图表)的蓄积减少，CA3区域的磷酸化tau(图18的(B)的图表)的蓄积减少，星形胶质细胞的GFAP(图17的(B)的右侧的图表)增加。
(认知功能的改善)
对老鼠分别提供白色光常亮刺激(WL连续)、白色光的40Hz频率刺激(WL40Hz)、VL常亮刺激(VL连续)、VL的40Hz频率刺激(VL 40Hz)来评估高龄老鼠的认知功能的改善效果。
针对认知记忆实验，以恐惧记忆和空间记忆这两种记忆来评估记忆，以提供电击后发生冻结而停止活动的时间来评估恐惧记忆。在刚被提供电刺激后会发生冻结，如果第二天被放入提供电击的机械中而不记得前一天的事情，则冻结的时间减少(参考文献：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK5223/)。另一方面，关于空间记忆，当将老鼠放在白色圆盘上后照射强光时，夜行性的老鼠会试图逃到黑暗的地方。在圆盘上有20个洞，19个洞被堵住，只能逃到1个洞中。老鼠接受6天的记住该1个洞的位置的训练。设为在一天后、一周后评估对该洞的位置的记忆程度的方法(参考文献：https://www.nature.com/protocolexchange/protocols/349Reiserer)。
通过CFC测试(Contextual fear conditional test：场景恐惧条件测试)来进行恐惧记忆的评估。在对64周周龄的高龄老鼠提供7周的白色光常亮刺激或VL常亮刺激之后，通过CFC来评估恐惧记忆。如图19所示，确认了通过VL常亮刺激改善了CFC的冻结(Freezing)的得分。
进行巴恩斯迷宫测试(Barnes maze test)。在对64周周龄的高龄老鼠提供11周的白色光常亮刺激或VL常亮刺激之后，通过巴恩斯迷宫(Barnes maze)来评估空间记忆。通过6天的训练使老鼠记忆迷宫(maze)，在7天后进行探索(probe)(记忆试验)来测定长期记忆。其结果，如图20所示，通过VL常亮刺激改善了老龄老鼠的得分。通过双因素方差分析(two-way ANOVA)来进行检验，P值<0.05。
评估活动量(Activity)。在对75周周龄的高龄老鼠提供12周的VL常亮刺激后，使用跑轮(running wheel)来评估活动量。如图21所示，在白色光的40Hz频率刺激、VL常亮刺激、VL的40Hz频率刺激下，分别改善了老龄老鼠的活动量得分。
调查VL常亮刺激所带来的基因表达的变化，在图22～图24中示出该变化。对67周周龄的老龄老鼠提供13周的VL常亮刺激。将该老鼠与15周周龄的低龄老鼠(young)及67周周龄的老龄老鼠(aged)中的在白色光常亮条件下的老鼠的基因表达变化进行比较。“*”为p<0.05，“**”为p<0.01，“***”为p<0.001。
如图22～图24所示，通过VL常亮刺激，opn5基因表达上升(参照图22的(A))，细胞凋亡相关基因Bax上升(参照图22的(B))，Bcl2的基因表达上升(参照图22的(C))，细胞凋亡相关基因Caspase3上升(参照图23的(A))，Caspase9的基因表达上升(参照图23的(B))，作为氧化应激及线粒体相关基因的谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase)及PGC1α的基因表达上升(参照图24的(A)、(B))，细胞周期及细胞老化相关的p21基因表达上升(参照图24的(C))。
关于VL刺激以何种原理对脑功能和细胞的活性化起作用，目前考察是通过被称为OPN5的VL特化光感受器(Neuropsin)。作为示出OPN5是VL的神经视蛋白(Neuropsin)且处于视网膜的参考文献，有https://journals.plos.org/plosone/article？id＝10.1371/journal.pone.0026388。但是，上述的本发明中的光刺激不一定通过眼睛，也考虑为贯通头盖骨直接对脑起作用(参照：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(14)00603-4)。在本发明中，根据上述的图22的结果也认为是通过照射VL使得OPN5的基因表达上升。
如以上的结果所示，根据本发明所涉及的脑功能改善或增强装置，能够通过用于对受试者照射紫色光或白色光的装置，来进行抑郁的改善或预防、压力的抑制或预防、集中力的改善或增加、阿尔茨海默病的改善或预防、认知功能的改善或预防以及睡眠改善等。

Claims (10)

1.一种基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置，以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射特定波长的光来进行脑波控制或细胞活性控制，所述基于光刺激的脑波及细胞活性控制装置的特征在于，具有：
光源，其以常亮或特定的点亮熄灭频率照射所述特定波长的光；以及
控制部，其对光进行发光控制，用以将接受到所述光的所述受试者的脑波诱导成与所述光的照射状态相同或大致相同的脑波、或与所述光的照射状态不同的特定的脑波。
2.根据权利要求1所述的脑波及细胞活性控制装置，其特征在于，
所述光是紫色光。
3.根据权利要求1或2所述的脑波及细胞活性控制装置，其特征在于，
所述光的照射状态是常亮或0Hz～150Hz的点亮熄灭频率。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的脑波及细胞活性控制装置，其特征在于，
在0.5μW/cm2～1000μW/cm2的辐射照度的范围内照射所述光。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的脑波及细胞活性控制装置，其特征在于，
所述控制部通过与便携终端等隔离控制器之间的发送接收来变更包括常亮或点亮熄灭频率的所述光的照射状态、辐射照度、照射时间、照射开始时间、照射结束时间、常亮或点亮熄灭频率等照射条件并执行所述照射条件。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的脑波及细胞活性控制装置，其特征在于，
所述光源是带光源的眼镜、桌面光源、佩戴式移动体终端光源等面前设置型或附近设置型的光源。
7.根据权利要求1～5中的任一项所述的脑波及细胞活性控制装置，其特征在于，
所述光源是便携光源等非设置型光源、或室内照明、桌面台灯、专用装置等设置型光源。
8.一种基于光刺激的脑波及细胞活性控制方法，以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射特定波长的光来进行脑波控制或细胞活性控制，所述基于光刺激的脑波及细胞活性控制方法的特征在于，
对光进行发光控制，用以将接受到所述光的所述受试者的脑波诱导成与所述常亮或特定的点亮熄灭频率相同或大致相同的脑波、或与所述常亮或特定的点亮熄灭频率不同的特定的脑波。
9.一种脑功能改善、预防或增强装置，以常亮或特定的点亮熄灭频率对受试者照射紫色光或白色光来改善、预防或增强脑功能，所述脑功能改善、预防或增强装置的特征在于，具备：
光源，其发出所述紫色光或白色光；
发光周期控制部，其将所述紫色光或白色光设为常亮或特定的点亮熄灭频率；以及
发光时间控制部，其用于以特定的时间或在特定的期间照射所述紫色光或白色光，
所述脑功能改善、预防或增强装置是在从抑郁的改善或预防、压力的抑制或预防、集中力的改善或增加、阿尔茨海默病的改善或预防以及睡眠改善等中选择出的任一个或两个以上的目的下使用的装置。
10.一种脑功能改善或预防装置，对受试者照射紫色光或白色光的常亮光来改善或预防认知功能，所述脑功能改善或预防装置的特征在于，具备：
光源，其发出所述紫色光或白色光；以及
发光时间控制部，其用于以特定的时间或在特定的期间照射所述紫色光或白色光。
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