JP2001061801A - Device and method of wink act analysis - Google Patents

Device and method of wink act analysis

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JP2001061801A
JP2001061801A JP23857799A JP23857799A JP2001061801A JP 2001061801 A JP2001061801 A JP 2001061801A JP 23857799 A JP23857799 A JP 23857799A JP 23857799 A JP23857799 A JP 23857799A JP 2001061801 A JP2001061801 A JP 2001061801A
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electroencephalogram
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To analyze a wink act of a subject's eye from brain wave signals. SOLUTION: The time series original (raw) data of brain waves measured by an electroencephalograph are taken in (S100). The data are wavelet-converted using a spline 4 function for the mother wavelet (S102), and resolved into wavelets to the level (-4) with the data themselves as the level 0 (S104). Then the low frequency component f as the result of the resolution to the level (-4) is extracted as a wink waveform (S106), and whether the component satisfies a wink judgement condition or not is judged (S108). Based on the result of the judgement, the occurrence, frequency, etc., of wink acts are found and displayed together with the waveform of brain waves.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、脳波信号から瞬目
動作を検出し、解析するための装置及び方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for detecting and analyzing a blink action from an electroencephalogram signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】人間の集中度合いを測定するための技術
として、例えば特開平9-262216号公報記載の「集中度推
定装置」がある。この装置では、被験者の神経活動から
測定しようするもので、複数の生体情報を測定し、その
測定情報と集中度設定ルール情報か集中度を推測する。
また、特開平11-137530公報号記載の「特徴脳電磁波検
出装置」では、脈波、眼球運動、瞬目などが原因で生じ
た特徴波が混在した脳電磁波をウェーブレット解析し、
分解された脳電磁波データと生体情報時系列データを比
較することで前記特徴波の成分を判定している。この装
置は、脳波判読者、医者など、脳波を判読する者の負担
軽減を目指すものであり、脈波や眼球運動、瞬目などを
検出するための検出手段を脳波計以外に設け、この検出
手段の検出信号に基づいて特徴波を判定している。さら
に、特開平11-65422号公報記載の「作業者の心身状態評
価方法、機器を用いた作業の作業内容制御方法及び作業
内容制御システム」では、皮膚インピーダンスセンサや
瞬きセンサの検出信号を用いて、作業者の心身状態を判
定している。瞬きセンサからは瞬目頻度を測定してい
る。
2. Description of the Related Art As a technique for measuring the degree of concentration of a person, for example, there is a "concentration degree estimating apparatus" described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-262216. In this apparatus, a plurality of biological information are measured from the nerve activity of the subject, and the measurement information and the concentration setting rule information are used to estimate the concentration.
In addition, in the `` characteristic brain electromagnetic wave detection device '' described in JP-A-11-137530, a pulse wave, eye movement, a brain electromagnetic wave in which characteristic waves generated due to blinks and the like are mixed by wavelet analysis,
The component of the characteristic wave is determined by comparing the decomposed brain electromagnetic wave data with the biological information time-series data. This device aims to reduce the burden on EEG readers, doctors, and other people who read EEG, and provides detection means other than EEG to detect pulse waves, eye movements, and blinks. The characteristic wave is determined based on the detection signal of the means. Further, in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11-65422, "Method of evaluating physical and mental state of worker, method of controlling work content of work using device and work content control system" use detection signals of skin impedance sensor and blink sensor. , The mental and physical condition of the worker is determined. The blink sensor measures the blink frequency.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】パーソナルコンピュー
ターなどのディスプレイに向かって作業しているときな
どでは、集中度や関心が増すにつれて作業者の瞬目回数
が減ると言われている。このように、瞬目動作に関する
情報は人間の精神活動を知る上で重要な要素となる。
When working toward a display such as a personal computer, it is said that the number of blinks of the worker decreases as the degree of concentration and interest increases. Thus, the information on the blinking action is an important factor in knowing the mental activity of a human.

【0004】ところで、人間の脳内活動を観察する手法
として、脳波計測が広く行われている。この脳波計測と
同時に瞬目動作情報を検出し、脳波と他の生体情報とで
複合解析を行おうとする場合、従来は脳波計の他に、瞬
きセンサなどのセンサを被験者に装着する必要があり、
被験者の負担が大きかった。また、脳波計と瞬きセンサ
とが干渉するおそれがあり、測定データの信用性を落と
す可能性があった。
As a technique for observing human brain activity, brain wave measurement is widely used. In order to detect the blinking information at the same time as this EEG measurement and to perform complex analysis with EEG and other biological information, it is necessary to attach a sensor such as a blink sensor to the subject in addition to the EEG meter. ,
Subject burden was heavy. Further, there is a possibility that the electroencephalograph and the blink sensor may interfere with each other, so that the reliability of the measurement data may be reduced.

【0005】また、上記の特開平11-137530公報号記載
の技術は、脳波と同時に、別のセンサで脈波や瞬目など
の生体情報を検出しているが、このとき検出される脳波
以外の生体情報は脳波における特徴波の特定に用いられ
ているのみであり、この生体情報を解析して瞬目等の生
体現象についての解析を行っているわけではなかった。
In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-137530, another sensor detects biological information such as a pulse wave and blinks simultaneously with an electroencephalogram. This biological information is only used to specify characteristic waves in brain waves, and this biological information is not analyzed to analyze biological phenomena such as blinks.

【0006】本発明は、このような状況に鑑みなされた
ものであり、被験者の負担を増すことなく、脳波と同時
に瞬目に関する情報を得るための装置及び方法と提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an apparatus and a method for obtaining information about blinks simultaneously with brain waves without increasing the burden on a subject.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明では、ウェーブレット解析によって脳波の時
系列データを分解して瞬目波形のデータと通常の脳波の
データに分離する。この分離した瞬目波形データを利用
することで、瞬目確認情報を得る。
In order to solve the above problem, in the present invention, time-series data of brain waves are decomposed by wavelet analysis and separated into blink waveform data and normal brain wave data. The blink confirmation information is obtained by using the separated blink waveform data.

【0008】本発明に係る瞬目動作解析装置は、脳波検
出手段と、前記脳波検出手段で検出した脳波の時系列デ
ータを所定の分解レベルまでウェーブレット分解する分
解手段と、前記分解手段で求めた前記所定分解レベルの
分解結果における低周波成分から、瞬目動作に関する情
報を求める瞬目解析手段とを有する。
According to the present invention, there is provided a blink motion analyzing apparatus, comprising: an electroencephalogram detecting means; a decomposing means for performing a wavelet decomposition of the time series data of the electroencephalogram detected by the electroencephalogram detecting means to a predetermined decomposition level; Blink analysis means for obtaining information on blink operation from a low-frequency component in the decomposition result of the predetermined decomposition level.

【0009】例えば好適な態様では、前記所定分解レベ
ルの分解結果における低周波成分の傾きが負で、かつ該
低周波成分の値が前記脳波時系列データの負値の平均の
α倍(αは定数)より小さい値となることを瞬目判定条
件として、瞬目動作の有無を判定する。
For example, in a preferred aspect, the slope of the low frequency component in the decomposition result of the predetermined decomposition level is negative, and the value of the low frequency component is α times the average of the negative values of the brain wave time series data (α is The presence / absence of a blinking operation is determined based on the fact that the value becomes smaller than a constant).

【0010】例えばウェーブレット分解は、マザーウェ
ーブレットとしてスプライン4関数を用い、前記所定分
解レベルとしてレベル(−4)まで分解する。
For example, in wavelet decomposition, a spline 4 function is used as a mother wavelet, and the predetermined decomposition level is decomposed to level (−4).

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】発明者は、本実施形態の装置の開
発のための予備実験として、被験者の眼の周りに瞬目セ
ンサの電極を装着して瞬目動作を検出すると共に、これ
と並行して脳波計による脳波計測を行った。そして、瞬
目動作をしたときの脳波計の検出結果と瞬目センサの検
出結果とを照らし合わせて、脳波時系列データが瞬目動
作によってどのように変化するかを調べた。このときに
被験者に瞬目動作をさまざまな時間間隔で行ってもらう
ことで、いろいろなタイプの瞬目動作によって変化する
脳波時系列データを記録した。この予備実験から、脳波
波形に混在する瞬目由来成分の特徴をとらえた。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a preliminary experiment for the development of the device of the present embodiment, the inventor installed a blink sensor electrode around a subject's eye to detect blink behavior, and In parallel, the electroencephalogram was measured with an electroencephalograph. Then, by comparing the detection result of the electroencephalograph and the detection result of the blink sensor when the blink operation was performed, it was examined how the brain wave time-series data was changed by the blink operation. At this time, the subject was asked to perform the blinking operation at various time intervals, so that the electroencephalogram time-series data changed by various types of blinking operation was recorded. From this preliminary experiment, the characteristics of blink-derived components mixed in the EEG waveform were captured.

【0012】この実験で瞬目による波形が混在している
とわかった脳波時系列データに対してウェーブレット変
換した。ウェーブレット変換自体は公知の技術であり、
例えば、数理科学ウェーブレットビギナーズガイド、榊
原進著 東京電機大学出版局、1995年などが詳し
い。以下、本実施形態で用いるウェーブレット変換処理
について簡単に説明する。
In this experiment, wavelet transform was performed on the electroencephalogram time-series data in which it was found that waveforms caused by blinks were mixed. The wavelet transform itself is a known technique,
For example, detailed information on Mathematical Science Wavelet Beginner's Guide, Susumu Sakakibara, Tokyo Denki University Press, 1995, etc. is available. Hereinafter, the wavelet transform processing used in the present embodiment will be briefly described.

【0013】時刻tで計測された脳波時系列データをf
(t)とすると、波形f(t)に対するウェーブレット変換の
展開係数は
The time series data of the electroencephalogram measured at time t is expressed as f
(t), the expansion coefficient of the wavelet transform for the waveform f (t) is

【数1】 となる。ここで、Ψは、マザーウェーブレット(Mother
Wavelet)関数と呼ばれ、ハール(Haar)、ドーベシィ(Dau
bechies)、メキシカンハット(MexicanHat)等様々なもの
が知られている。この例では、周波数分解能が高いとい
われるスプライン4(Spline4)関数をマザーウェーブレ
ット関数に用いてウェーブレット変換を行う。式(1)
において、aはマザーウェーブレット関数の時間軸方向
についての伸縮に関するパラメータであり、周波数成分
の情報に対応する。またbはマザーウェーブレット関数
を時間軸方向の平行移動に関するパラメータである。こ
の変換を、離散的にサンプリングされたデータに適用で
きるよう、パラメータa,bを、
(Equation 1) Becomes Where Ψ is the mother wavelet
Wavelet) function, Haar, Daubesy (Dau
Various things such as bechies) and Mexican hats (MexicanHat) are known. In this example, a wavelet transform is performed using a Spline4 function, which is said to have a high frequency resolution, as a mother wavelet function. Equation (1)
In a, a is a parameter related to expansion and contraction of the mother wavelet function in the time axis direction, and corresponds to information on frequency components. Also, b is a parameter relating to the parallel translation of the mother wavelet function in the time axis direction. To apply this transformation to discretely sampled data, parameters a and b are

【数2】 と定義する。すると式(1)は、(Equation 2) Is defined. Then, equation (1) becomes

【数3】 と書け、この逆変換は、(Equation 3) And this inverse transformation is

【数4】 と表せる。次に式(4)は、(Equation 4) Can be expressed as Next, equation (4) is

【数5】 を使って、脳波時系列データf(t)を原データf0(t)と見
ることで
(Equation 5) By using the EEG time series data f (t) as the original data f 0 (t)

【数6】 と書ける。ここで、(Equation 6) I can write here,

【数7】 としたとき、このjは分解レベルを表していて、jの値
が小さいほどサンプリング間隔が大きくなることに対応
し、低周波成分を検出できるようになる。式(7)から
明らかなように、fj(t)は次のように分解できる。
(Equation 7) Where j represents the decomposition level, and the smaller the value of j, the longer the sampling interval becomes, so that low frequency components can be detected. As is clear from equation (7), f j (t) can be decomposed as follows.

【0014】[0014]

【数8】 これがウエーブレット分解であり、この式(8)の右辺
第2項がウェーブレット展開係数、すなわち高周波成分
を表し、右辺第1項が元の信号(左辺)から高周波成分
を取り除いて得た低周波成分を表す。この分解操作によ
り得られた低周波成分fj-1に再び同じ式(8)を適用
し、これを繰り返すことにより分解を進めていく。
(Equation 8) This is the wavelet decomposition. The second term on the right side of this equation (8) represents a wavelet expansion coefficient, that is, a high-frequency component, and the first term on the right side is a low-frequency component obtained by removing the high-frequency component from the original signal (left side). Represents The same equation (8) is applied again to the low frequency component f j-1 obtained by this decomposition operation, and this is repeated to proceed with the decomposition.

【0015】発明者らは、瞬目動作による波形成分が入
っていることを確認している脳波時系列データを多数用
意し、これらに対してマザーウェーブレットにスプライ
ン4関数を用いて上記のウェーブレット分解操作を施
し、各分解レベルでの低周波成分fjと高周波成分gjの信
号を調べた。その結果、レベル(−4)まで分解するこ
とにより、ほとんどのケースで瞬目動作による波形成分
を抽出できることを発見した。
The inventors have prepared a large number of electroencephalogram time-series data, which have been confirmed to contain waveform components due to the blinking action, and used the above wavelet decomposition by using a spline 4 function as a mother wavelet. operation alms to examine a low frequency signal f j and the high-frequency components g j at each decomposition level. As a result, it has been found that in most cases, the waveform component due to the blinking operation can be extracted by decomposing the level to the level (−4).

【0016】すなわち、That is,

【数9】 と分解することで、f-4に瞬目動作による脳波成分をと
らえることができることが実験により確認できた。
(Equation 9) It was confirmed by experiments that the brain wave component due to the blink action can be captured in f- 4 by decomposing.

【0017】図1に、実験に用いたオリジナルの脳波信
号f0の波形を示す。この波形は、符号1に示す範囲に、
脳内活動による通常の脳波成分の他に、瞬目動作による
脳波成分が重畳されている。図2は、図1に示した信号
f0を分解して得た、レベル(−1)の低周波成分f-1
高周波成分g-1の波形を示し、図3はf-1を分解して得た
レベル(−2)の低周波成分f-2、高周波成分g-2の波形
を示す。同様に図4はレベル(−3)の、図5はレベル
(−4)の、各成分(すなわちf-3、g-3、f-4、g-4)の
波形を示す。この図5の(a)に示すレベル(−4)の
低周波成分f-4の波形は、図1のオリジナルの信号の符
号1の範囲に該当する部分が十分滑らかになっており、
これが瞬目動作による脳波成分の波形を表している。
[0017] FIG. 1 shows the original waveform of the brain wave signal f 0 used in the experiment. This waveform is in the range shown by reference numeral 1,
In addition to a normal brain wave component due to activity in the brain, a brain wave component due to blinking action is superimposed. FIG. 2 shows the signal shown in FIG.
low frequency component f −1 of level (−1) obtained by decomposing f 0 ,
FIG. 3 shows a waveform of the high-frequency component g -1 and FIG. 3 shows a waveform of the low-frequency component f -2 and the high-frequency component g -2 of the level (-2) obtained by decomposing f -1 . Similarly, FIG. 4 shows the waveform of each component (that is, f -3 , g -3 , f -4 , g -4 ) at the level (-3), and FIG. 5 shows the waveform at the level (-4). The waveform of the low-frequency component f- 4 of the level (-4) shown in FIG. 5A has a sufficiently smooth portion corresponding to the range of code 1 of the original signal in FIG.
This represents the waveform of the brain wave component due to the blinking action.

【0018】以上説明したように、予備実験により、前
頭極の任意の位置に装着した電極から計測した脳波時系
列データに対して、マザーウェーブレットにスプライン
4関数を用い、レベル(−4)まで分解することで、瞬
目動作により生じた脳波成分を抽出できることが分かっ
た。前頭極の電極の信号には、瞬目成分が現れやすい。
As described above, in the preliminary experiment, the brain wave time series data measured from the electrode attached to an arbitrary position of the frontal pole was decomposed to the level (-4) using the spline 4 function for the mother wavelet. By doing so, it was found that the electroencephalogram component generated by the blinking action can be extracted. Blink components tend to appear in the signal of the frontal electrode.

【0019】図6は、図5の(a)に示したf-4の波形
のうち、瞬目動作による波形部分を模式的に示した図で
ある。図6に示すように、一般的に、瞬目時には、f-4
成分は、一般的に鋭く正の方へ立ちあがり、次に負の方
向へ落ち込み、また正の方向へ立ちあがってから徐々に
落ち着く軌跡を描く。実験では、用いた様々な脳波につ
いて、負の方向への落ち込みは瞬目一回につき一度しか
ないことを確認した。したがって、図6にて符号2で示
す負の方向へ落ち込む部分を検出することで、瞬目情報
を得ることが考えられる。実験では、瞬目動作が短期間
に連続すると、瞬目波形の形が図6のような典型的な波
形から崩れることがあるが、負の方向へは瞬目一回につ
き一度しかないという原則は崩れないことも確認した。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a waveform portion caused by the blinking operation in the waveform of f- 4 shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 6, generally, at the time of blinking, f -4
The component generally rises sharply in the positive direction, then falls in the negative direction, and then draws a trajectory that rises in the positive direction and then gradually calms down. In the experiment, it was confirmed that there was only one negative drop in each of the blinks for the various EEGs used. Therefore, it is conceivable that blink information is obtained by detecting a portion that falls in the negative direction indicated by reference numeral 2 in FIG. In the experiment, if the blinking action is continued for a short period of time, the shape of the blinking waveform may be distorted from the typical waveform as shown in Fig. 6, but there is only one blink per negative direction. Has not collapsed.

【0020】また、瞬目による脳波成分の振幅は、(瞬
目以外の)通常の脳内活動による脳波の振幅より大きい
ことも実験で確認した。
Experiments have also confirmed that the amplitude of brain wave components due to blinks is larger than the amplitude of brain waves due to normal brain activity (other than blinks).

【0021】すなわち、図7に示すように、f-4成分に
おける1回の瞬目に対応する部分5は、必ず1カ所の下
り勾配部4を持ち、かつf-4成分が負に振れた箇所で
は、そのピークの絶対値は、脳波信号の負値の平均レベ
ル3の絶対値よりも大きくなっている。
That is, as shown in FIG. 7, the portion 5 corresponding to one blink in the f- 4 component always has one downgraded portion 4, and the f- 4 component swings negatively. At the point, the absolute value of the peak is larger than the absolute value of the average level 3 of the negative value of the electroencephalogram signal.

【0022】これらから、本実施形態では、レベル(−
4)のウェーブレット分解結果の低周波成分f-4の傾き
が負で、かつf-4の絶対値が脳波振幅の平均より所定割
合α以上大きくなった時点をもって、瞬目動作が起こっ
たと判定するようにした。所定割合以上としたのは、誤
判定を防ぐための余裕を考慮したためである。
From these, in this embodiment, the level (-
When the slope of the low-frequency component f- 4 of the result of the wavelet decomposition in 4) is negative and the absolute value of f- 4 becomes larger than the average of the brain wave amplitude by a predetermined ratio α or more, it is determined that the blinking operation has occurred. I did it. The reason why the ratio is set to the predetermined ratio or more is because margin for preventing erroneous determination is considered.

【0023】このため、まず前頭極に装着した電極で検
出した脳波の時系列データX(i)(iは時刻)のう
ち、X(i)<0を満たす値Xの平均を求める。
For this reason, the average of the value X satisfying X (i) <0 is first obtained from the time series data X (i) (i is time) of the electroencephalogram detected by the electrode attached to the frontal pole.

【0024】[0024]

【数10】 ここでNは、この平均値を求めるために取り出したデー
タ数である。
(Equation 10) Here, N is the number of data extracted to obtain the average value.

【0025】そして、次の式(11)及び(12)の2
つの条件式を同時に満足したときに瞬目動作をしたと判
定することとした。
Then, 2 of the following equations (11) and (12)
When the two conditional expressions were satisfied at the same time, it was determined that the blinking operation was performed.

【0026】[0026]

【数11】 [Equation 11]

【数12】 以上を瞬目動作アルゴリズムと呼ぶことにする。これ
は、f-4の傾きが負で、かつその値が閉眼時の脳波の振
幅平均のα倍になったときに、瞬目動作の波形をとらえ
たと判定することを意味する。
(Equation 12) The above is called a blink operation algorithm. This means that when the slope of f- 4 is negative and the value becomes α times the average of the amplitude of the electroencephalogram when the eye is closed, it is determined that the waveform of the blinking action is captured.

【0027】式(12)の右辺の微分は、レベル(−
4)におけるサンプリング間隔をΔtとして、
The differential on the right side of the equation (12) is expressed by the level (-
Assuming that the sampling interval in 4) is Δt,

【数13】 で求める。(Equation 13) Ask for.

【0028】ここで上記係数αは、ユーザが表示波形の
状態を見て選択できるようにした。実験によれば、αの
選択範囲は、1.4≦α≦2.0に限定することが望ま
しいことが分かった。このように、αの選択範囲に幅を
持たせたのは、閉眼時の脳波波形の振幅には個人差があ
り、さらに瞬目波形の振幅にも個人差があるので、αを
固定値にしてしまうと、ある人には適用できても違う人
には適用できなくなる可能性があるからである。
Here, the coefficient α can be selected by the user while viewing the state of the displayed waveform. Experiments have shown that it is desirable to limit the selection range of α to 1.4 ≦ α ≦ 2.0. In this way, the selection range of α has a wide range because there are individual differences in the amplitude of the electroencephalogram waveform when the eyes are closed, and there is also an individual difference in the amplitude of the blinking waveform. If this happens, it may be applicable to one person but not to another.

【0029】また、αの選択範囲の下限1.4及び上限
2.0は、実験により定めた。すなわち、多数のケース
についての分析から、αを1.4より小さい値にする
と、瞬目動作でない通常の脳内活動による脳波波形を、
瞬目動作と誤って判定してしまう可能性があることがわ
かった。αを2.0より大きい値にすると、瞬目波形が
小さい場合に検出漏れを起こす可能性があることも分か
った。以上のことから、(11)及び(12)の両式を
満たしたときに瞬目動作が起こったと判定し、それら両
式を満足した時刻を、瞬目発生時刻とすることとした。
The lower limit 1.4 and the upper limit 2.0 of the selection range of α were determined by experiments. That is, from the analysis of many cases, when α is set to a value smaller than 1.4, the brain wave waveform due to normal brain activity that is not blinking motion is
It has been found that there is a possibility that it may be erroneously determined to be a blinking motion. When α is set to a value greater than 2.0, it has been found that there is a possibility that detection omission may occur when the blink waveform is small. From the above, it is determined that the blinking operation has occurred when both equations (11) and (12) are satisfied, and the time at which both equations are satisfied is determined as the blink occurrence time.

【0030】図8に、本実施形態の装置の概略構成を示
す。この装置は、脳波計10、脳波解析表示処理部20
及び表示装置30を含む。脳波計10は従来からある一
般的な脳波計である。脳波解析表示処理部20は、脳波
計10で得られた脳波信号(時系列データ)に対し瞬目
動作に関する解析を行い、その解析結果と脳波波形とを
示す表示画像情報を生成する。表示装置30は、脳波解
析表示処理部20で生成された表示画像情報を表示する
CRT、液晶ディスプレイなどの表示装置である。
FIG. 8 shows a schematic configuration of the apparatus of this embodiment. This apparatus includes an electroencephalograph 10, an electroencephalogram analysis display processing unit 20,
And the display device 30. The electroencephalograph 10 is a conventional general electroencephalograph. The electroencephalogram analysis display processing unit 20 performs an analysis on the blinking action on the electroencephalogram signal (time-series data) obtained by the electroencephalograph 10, and generates display image information indicating the analysis result and the electroencephalogram waveform. The display device 30 is a display device such as a CRT or a liquid crystal display that displays the display image information generated by the electroencephalogram analysis display processing unit 20.

【0031】図9は、この装置の脳波解析表示処理部2
0の瞬目動作解析の手順を示すフローチャートである。
以下、図8及び図9を参照して、本実施形態の装置の構
成及び動作を説明する。
FIG. 9 shows an electroencephalogram analysis display processing unit 2 of this apparatus.
It is a flowchart which shows the procedure of the blink operation analysis of 0.
Hereinafter, the configuration and operation of the device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0032】脳波計10の電極は、例えば、前頭極にFp
1、Fp2、前頭にF3、Fz、F4、下前頭にF7、F8、中心頭に
C3、Cz、C4、頭頂にP3、Pz、P4、後頭にO1、O2、側頭に
T3、T4後側頭にT5、T6、耳朶にA1、A2を、それぞれ装着
する。この方法は国際脳波学会で標準方式として推奨し
ている10/20法である。ただし、この電極装着法は
あくまで一例であり、本実施形態の手法は脳波電極装着
法には基本的に依存しない。例えば将来新たな方式が出
現してきたらその方式で電極を装着しても良い。
The electrodes of the electroencephalograph 10 are, for example, Fp on the frontal pole.
1, Fp2, frontal F3, Fz, F4, lower frontal F7, F8, central head
C3, Cz, C4, P3, Pz, P4 on parietal, O1, O2 on occiput, temporal
Attach T5 and T6 to the posterior temporal region of T3 and T4, and attach A1 and A2 to the earlobe, respectively. This method is the 10/20 method recommended as a standard method by the International EEG Society. However, this electrode mounting method is merely an example, and the method of the present embodiment does not basically depend on the electroencephalogram electrode mounting method. For example, if a new system appears in the future, the electrodes may be mounted in that system.

【0033】この脳波計10で検出された生の脳波信号
は、増幅及びA/D変換されて時系列データとなり、脳
波解析表示処理部20の表示画像生成部26とウェーブ
レット分解部22に入力される(図9のS100)。
The raw electroencephalogram signal detected by the electroencephalograph 10 is amplified and A / D converted into time-series data, which is input to the display image generation section 26 and the wavelet decomposition section 22 of the electroencephalogram analysis display processing section 20. (S100 in FIG. 9).

【0034】ウェーブレット分解部22は、入力された
脳波時系列データに対してマザーウェーブレットとして
スプライン4関数を用いてウェーブレット変換を施し
(S102)、レベル(−4)までウェーブレット分解
して、瞬目による脳波成分を通常脳内活動の脳波成分か
ら分離する(S104)。この分解結果は瞬目解析部2
4に送られる。瞬目解析部24では、受け取ったウェー
ブレット分解結果の信号群からレベル(−4)の低周波
成分f-4を抽出し(S106)、この抽出結果に対して
式(11)及び(12)に示した瞬目判定条件を満足す
るかどうかの判定を行う(S108)。この判定結果が
Yesの場合は瞬目動作があったと判断し、Noの場合
は瞬目動作がないと判断する。
The wavelet decomposition section 22 performs a wavelet transformation on the input brain wave time series data as a mother wavelet using a spline 4 function (S102), performs wavelet decomposition to a level (-4), and uses the blink. The brain wave component is separated from the brain wave component of the normal brain activity (S104). This disassembly result is obtained by the blink analysis unit 2
4 The blink analyzing unit 24 extracts a low-frequency component f- 4 of level (-4) from the received signal group of the wavelet decomposition result (S106), and the extracted result is expressed by equations (11) and (12). It is determined whether or not the indicated blink determination condition is satisfied (S108). If the result of this determination is Yes, it is determined that there is a blinking operation, and if No, it is determined that there is no blinking operation.

【0035】この手順では、瞬目判定条件が満たされた
時刻を瞬目動作の発生時刻とする。また、瞬目解析部2
4にて、一連の脳波計測結果の時系列データに対してこ
の判定を連続して行い、瞬目判定基準を満足した回数を
計数することで、計測中に発生した瞬目動作の累計発生
回数を求めることができる。さらに、所定の単位時間間
隔当たりの瞬目動作の回数を計数するようにすることも
できる。この単位時間間隔を、ユーザから設定できるよ
うにすると、ユーザの目的に応じた解析結果が求められ
る。
In this procedure, the time at which the blink determination condition is satisfied is defined as the time at which the blink operation occurs. In addition, the blink analysis unit 2
In step 4, this determination is continuously performed on the time-series data of the series of brain wave measurement results, and the number of times satisfying the blink determination criterion is counted. Can be requested. Further, the number of blink operations per predetermined unit time interval may be counted. When the unit time interval can be set by the user, an analysis result according to the purpose of the user is obtained.

【0036】このようにして瞬目解析部24で求められ
た瞬目発生時刻や累計発生回数、単位時間当たりの発生
回数の情報は、表示画像生成部26に渡される。表示画
像生成部26は、受け取った瞬目発生時刻や回数の情報
を、脳波計10から受け取った脳波信号データの波形表
示画像と合成し、表示装置30に供給する。瞬目解析結
果と脳波信号の表示結果との合成は、瞬目解析部24で
の処理遅延に応じて時相を合わせるように行うことが好
適である。
The information on the blink occurrence time, the total number of occurrences, and the number of occurrences per unit time obtained by the blink analysis unit 24 in this manner is passed to the display image generation unit 26. The display image generation unit 26 combines the information on the blink occurrence time and the number of times received with the waveform display image of the electroencephalogram signal data received from the electroencephalograph 10 and supplies the resultant to the display device 30. It is preferable to combine the blink analysis result and the display result of the electroencephalogram signal so as to match the time phases according to the processing delay in the blink analyzing unit 24.

【0037】このような構成により、ユーザは、表示装
置30の表示により、時々刻々変化する脳波波形に併せ
て、瞬目動作の発生や、その回数などに関する情報を得
ることができる。しかも、この装置では、被験者に対し
て脳波計10の電極を装着するだけで瞬目動作に関する
情報が得られる。したがって、瞬目動作検出のための専
用の検出装置を被験者に装着する必要がないので、被験
者の負担が軽減される。
With such a configuration, the user can obtain information on the occurrence of the blinking action and the number of times of the blinking action, along with the brain wave waveform that changes from moment to moment, on the display of the display device 30. Moreover, in this device, information on the blinking operation can be obtained simply by attaching the electrodes of the electroencephalograph 10 to the subject. Therefore, it is not necessary to attach a dedicated detection device for detecting the blinking action to the subject, so that the burden on the subject is reduced.

【0038】なお、以上の例では、脳波計の電極は頭部
全体に装着したが、瞬目動作検出だけならば、前頭極の
電極と基準電位の電極だけでよい。
In the above example, the electrodes of the electroencephalograph are attached to the entire head, but only the electrodes of the frontal pole and the electrodes of the reference potential may be used for blink detection.

【0039】以上示した本実施形態の瞬目動作解析は、
脳波計10により時々刻々検出される脳波信号に対して
リアルタイムで適用することもできるし、過去に脳波計
10で計測し記憶装置に記憶した脳波時系列データを取
り出して、それに対して適用することもできる。なお、
リアルタイム処理の場合、瞬目解析処理に長い時間を要
すると、表示装置30に表示される波形のリアルタイム
性が損なわれてしまうおそれがあるが、パーソナルコン
ピュータでも高速なものを用いれば、実用上問題ない程
度の時間で解析が行える。
The blink operation analysis of the present embodiment described above is as follows.
It can be applied in real time to an electroencephalogram signal detected every moment by the electroencephalograph 10, or it can be obtained by extracting the electroencephalogram time-series data measured in the past by the electroencephalograph 10 and stored in the storage device and applied to it. Can also. In addition,
In the case of real-time processing, if a long time is required for the blink analysis processing, the real-time property of the waveform displayed on the display device 30 may be impaired. However, if a high-speed personal computer is used, there is a practical problem. The analysis can be performed in a short time.

【0040】脳波解析表示処理部20は、例えばパーソ
ナルコンピュータなどのコンピュータシステムをプラッ
トフォームとして、ソフトウエア的に実装することがで
きる。この場合、以上に説明した処理手順を記述したプ
ログラムをコンピュータシステムに実行させればよい。
このプログラムは、CD−ROM等の可搬記録媒体の形
でベンダから提供することができる。ユーザはこの記録
媒体上のプログラムを自分のコンピュータシステムにイ
ンストールすることにより、脳波解析表示処理部20を
構成することができる。
The electroencephalogram analysis display processing section 20 can be implemented in software using a computer system such as a personal computer as a platform. In this case, a program describing the above-described processing procedure may be executed by the computer system.
This program can be provided by the vendor in the form of a portable recording medium such as a CD-ROM. The user can configure the electroencephalogram analysis display processing unit 20 by installing the program on the recording medium into his / her computer system.

【0041】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、これはあくまで一例に過ぎず、様々な変形例
が本発明の範囲内に含まれる。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but this is merely an example, and various modifications are included in the scope of the present invention.

【0042】例えば、上記の例では、ウェーブレット分
解のマザーウェーブレットにスプライン4関数を用いた
が、他のマザーウェーブレット関数を用いることも可能
である。スプライン4関数を用いた場合はレベル(−
4)までの分解で瞬目動作による脳波成分を抽出できた
が、他の関数を用いた場合は、それに応じて分解レベル
のレベル数を決める必要がある。実験等によりどの分解
レベルまで分解すればよいかを求め、これに応じてウェ
ーブレット分解部22のウェーブレット分解のレベル数
の設定を変えればよい。
For example, in the above example, the spline 4 function was used for the mother wavelet of the wavelet decomposition, but another mother wavelet function can be used. When the spline 4 function is used, the level (-
Although the electroencephalogram component due to the blinking action can be extracted by the decomposition up to 4), when another function is used, it is necessary to determine the number of decomposition levels according to the function. It is sufficient to determine to what decomposition level the decomposition should be performed by an experiment or the like, and to change the setting of the number of levels of the wavelet decomposition of the wavelet decomposition unit 22 accordingly.

【0043】また、例示した瞬目判定条件は一例であ
り、これ以外の判定条件を用いることもできる。
Further, the illustrated blink determination condition is merely an example, and other determination conditions may be used.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
脳波測定結果から瞬目動作に関する情報を抽出すること
ができるので、脳波検出装置を被験者に装着するだけ
で、脳波のみならず瞬目動作の情報を得ることができ、
被験者の負担を軽減できる。
As described above, according to the present invention,
Since information about the blinking action can be extracted from the electroencephalogram measurement result, just by attaching the electroencephalogram detection device to the subject, it is possible to obtain information on the blinking action as well as the brainwave,
The burden on the subject can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 瞬目による成分を含んだオリジナルの脳波デ
ータの波形を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a waveform of original brain wave data including a component due to a blink.

【図2】 オリジナルデータをウェーブレット分解して
得たレベル(−1)の低周波成分f-1、高周波成分g-1の
波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing waveforms of a low-frequency component f-1 and a high-frequency component g-1 at level (-1) obtained by subjecting original data to wavelet decomposition.

【図3】 レベル(−2)の分解結果の波形を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a waveform of a decomposition result of level (-2).

【図4】 レベル(−3)の分解結果の波形を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a waveform of a decomposition result of level (−3).

【図5】 レベル(−4)の分解結果の波形を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a waveform of a decomposition result of level (-4).

【図6】 瞬目波形の特徴を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of a blink waveform.

【図7】 瞬目波形の判定条件を説明するための図であ
る。
FIG. 7 is a diagram for explaining conditions for determining a blinking waveform.

【図8】 実施形態の装置構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a device configuration of the embodiment.

【図9】 瞬目解析処理の手順を示すフローチャートで
ある。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of a blink analysis process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 脳波計、20 脳波解析表示処理部、22 ウェ
ーブレット分解部、24 瞬目解析部、26 表示画像
生成部、30 表示装置。
10 electroencephalograph, 20 electroencephalogram analysis display processing section, 22 wavelet decomposition section, 24 blink analysis section, 26 display image generation section, 30 display device.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 脳波検出手段と、 前記脳波検出手段で検出した脳波の時系列データを所定
の分解レベルまでウェーブレット分解する分解手段と、 前記分解手段で求めた前記所定分解レベルの分解結果に
おける低周波成分から、瞬目動作に関する情報を求める
瞬目解析手段と、 を有する瞬目動作解析装置。
1. An electroencephalogram detecting means, a decomposing means for performing wavelet decomposition of time-series data of an electroencephalogram detected by the electroencephalogram detecting means to a predetermined decomposing level, and a low decomposing result of the predetermined decomposing level obtained by the decomposing means. A blink analysis means for obtaining blink information from a frequency component.
【請求項2】 前記瞬目解析手段は、前記所定分解レベ
ルの分解結果における低周波成分の傾きが負で、かつ該
低周波成分の値が前記脳波時系列データの負値の平均の
α倍(αは定数)より小さい値となることを瞬目判定条
件として、瞬目動作の有無を判定することを特徴とする
請求項1記載の瞬目動作解析装置。
2. The blink analysis means according to claim 1, wherein the low-frequency component has a negative gradient in the decomposition result of the predetermined decomposition level, and the value of the low-frequency component is α times an average of negative values of the electroencephalogram time-series data. 2. The blink operation analysis apparatus according to claim 1, wherein the presence or absence of a blink operation is determined by using a value smaller than (α is a constant) as a blink determination condition.
【請求項3】 ユーザから前記定数αの設定を受け付け
る手段を有することを特徴とする請求項2記載の瞬目動
作解析装置。
3. The blinking motion analyzing apparatus according to claim 2, further comprising means for receiving a setting of the constant α from a user.
【請求項4】 前記脳波時系列データを解析して前記瞬
目判定条件が満足された回数を計数することにより、瞬
目動作の回数を求める手段を有することを特徴とする請
求項2記載の瞬目動作解析装置。
4. The apparatus according to claim 2, further comprising means for analyzing the electroencephalogram time-series data and counting the number of times the blink determination condition is satisfied, thereby obtaining the number of blink operations. Blink motion analysis device.
【請求項5】 前記脳波時系列データを解析して、所定
の単位時間内に前記瞬目判定条件が満足された回数を計
数することにより、瞬目動作の頻度を求める手段を有す
ることを特徴とする請求項2記載の瞬目動作解析装置。
5. A means for analyzing the electroencephalogram time series data and counting the number of times the blink determination condition is satisfied within a predetermined unit time, thereby obtaining a blink operation frequency. The blinking motion analysis device according to claim 2, wherein:
【請求項6】 前記分解手段は、マザーウェーブレット
としてスプライン4関数を用い、前記所定分解レベルと
してレベル(−4)までウェーブレット分解を行うこと
を特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の
瞬目動作解析装置。
6. The method according to claim 1, wherein the decomposition unit performs a wavelet decomposition to a level (−4) as the predetermined decomposition level using a spline 4 function as a mother wavelet. Blinking motion analysis device as described.
【請求項7】 脳波を検出するステップと、 検出した脳波の時系列データを所定の分解レベルまでウ
ェーブレット分解するステップと、 前記脳波時系列データの前記所定分解レベルの分解結果
における低周波成分から、瞬目動作に関する情報を求め
るステップと、 を含む瞬目動作解析方法。
7. A step of detecting an electroencephalogram, a step of performing a wavelet decomposition of the time-series data of the detected electroencephalogram to a predetermined decomposition level, and a low-frequency component in the decomposition result of the predetermined decomposition level of the electroencephalogram time-series data, A step of obtaining information on a blinking operation;
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309898A (en) * 2000-04-28 2001-11-06 Takumi Ikuta Method of neural waveform diagnosis with wavelet function and its equipment
WO2015044216A1 (en) * 2013-09-26 2015-04-02 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Method, system and computer program for detection and characterisation of ocular blinking by electroencephalography
CN115969398A (en) * 2022-12-02 2023-04-18 深湾创新技术(深圳)有限公司 Blink detection method and device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06114021A (en) * 1992-10-06 1994-04-26 Kao Corp Presentation apparatus and method of brain wave
JPH0788095A (en) * 1993-09-24 1995-04-04 Sanyo Electric Co Ltd Method and apparatus for vibration data analysis
JPH10146323A (en) * 1996-11-18 1998-06-02 Suzuki Motor Corp Brain wave measuring device
JPH10234693A (en) * 1997-02-26 1998-09-08 Isuzu Motors Ltd Brain induced potential measuring method
JPH1119075A (en) * 1997-07-04 1999-01-26 Nissan Motor Co Ltd Mental stress judging apparatus
JPH11137530A (en) * 1997-11-14 1999-05-25 Nec Corp Detector for characteristic brain electromagnetic-wave

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06114021A (en) * 1992-10-06 1994-04-26 Kao Corp Presentation apparatus and method of brain wave
JPH0788095A (en) * 1993-09-24 1995-04-04 Sanyo Electric Co Ltd Method and apparatus for vibration data analysis
JPH10146323A (en) * 1996-11-18 1998-06-02 Suzuki Motor Corp Brain wave measuring device
JPH10234693A (en) * 1997-02-26 1998-09-08 Isuzu Motors Ltd Brain induced potential measuring method
JPH1119075A (en) * 1997-07-04 1999-01-26 Nissan Motor Co Ltd Mental stress judging apparatus
JPH11137530A (en) * 1997-11-14 1999-05-25 Nec Corp Detector for characteristic brain electromagnetic-wave

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309898A (en) * 2000-04-28 2001-11-06 Takumi Ikuta Method of neural waveform diagnosis with wavelet function and its equipment
WO2015044216A1 (en) * 2013-09-26 2015-04-02 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Method, system and computer program for detection and characterisation of ocular blinking by electroencephalography
CN115969398A (en) * 2022-12-02 2023-04-18 深湾创新技术(深圳)有限公司 Blink detection method and device
CN115969398B (en) * 2022-12-02 2024-02-02 深湾创新技术(深圳)有限公司 Blink detection method and device

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