JP2003325467A - Intention communication assisting device and software for assisting intention communication - Google Patents

Intention communication assisting device and software for assisting intention communication

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JP2003325467A
JP2003325467A JP2002136406A JP2002136406A JP2003325467A JP 2003325467 A JP2003325467 A JP 2003325467A JP 2002136406 A JP2002136406 A JP 2002136406A JP 2002136406 A JP2002136406 A JP 2002136406A JP 2003325467 A JP2003325467 A JP 2003325467A
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JP
Japan
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data
ann
electroencephalogram
subject
input
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002136406A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kobayashi
猛 小林
Hiroyuki Honda
裕之 本多
Taizo Hanai
泰三 花井
Arata Hibino
新 日比野
Tatsuaki Shirataki
龍昭 白滝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya Industrial Science Research Institute
Original Assignee
Nagoya Industrial Science Research Institute
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Publication date
Application filed by Nagoya Industrial Science Research Institute filed Critical Nagoya Industrial Science Research Institute
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device or the like for intention communication based on the change in brain wave relevant to an alpha wave. <P>SOLUTION: Brain wave data measured by an electrode part 1 provided on the head part are input into an artificial neural network (ANN) model software operated by a control device 7 after the brain wave data are pre-treated by a pre-treatment method (PTM). An ANN model is acquired by learning data on event-related desynchronization in advance. The software performs appropriate output functions after correcting a frequency due to aging (equal to or more than 60 years old), if necessary. Output can be confirmed by an amplification of a power value of a beta wave. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、意思伝達支援装
置、及び意思伝達支援ソフトウエアに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a communication support device and communication support software.

【0002】[0002]

【従来の技術】戦後、車の数は飛躍的に増大し、それに
伴って交通事故も増えつづけている。交通事故による死
傷者数は最近10年間で約30%増加しており、年間死傷者
数はほぼ100万人に達した。このような交通事故や、筋
ジストロフィー・筋萎縮性側索硬化症などの疾患によ
り、多くの人が運動機能や言語機能を失っている。その
中でも、重度の運動機能障害者に対しては、看護者との
間で意思疎通を行うことが不可能に近いことから、看護
者がつきっきりで看護しなければならない。
2. Description of the Related Art After the war, the number of vehicles increased dramatically, and along with that, the number of traffic accidents also increased. The number of traffic injuries and casualties has increased by about 30% in the last decade, reaching almost 1 million casualties per year. Due to such traffic accidents and diseases such as muscular dystrophy and amyotrophic lateral sclerosis, many people lose their motor functions and language functions. Among them, it is almost impossible for a person with severe motor dysfunction to communicate with a nurse, and thus the nurse must carefully care.

【0003】また、日本では出生率の低下と寿命の増大
とによって、急速な高齢化社会を迎えようとしているこ
とから、将来的には被看護者の増大に対して、看護者数
の伸びが追いつかなくなると考えられる。看護の手間を
少なくする目的で、コンピュータを用いた支援装置が必
要であることから、各種の電気的な援助装置が開発され
て来ている。
Further, in Japan, the birth rate is declining and the life expectancy is increasing, so that a rapidly aging society is approaching. Therefore, in the future, the increase in the number of nurses will catch up with the increase in the number of nurses. It is thought to disappear. Various electric assisting devices have been developed because a supporting device using a computer is required for the purpose of reducing the labor of nursing.

【0004】これに関して、近年には機能的電気刺激
(Functional electric stimulation:FES)と称する研
究、すなわち電気刺激によって失われた運動機能を再建
する研究が進められている。現在では、障害者とコンピ
ュータとの接点、つまりインターフェースとしては、音
声・目の動き・呼吸などの残存するわずかな機能を利用
している。例えば、交通事故などで脊髄などが損傷し
て、脳からの信号が伝わらず、望んだ動作が出来ない場
合には、音声や目の動きなどの制御命令をFESシステム
に入力し、残っている末梢神経にFESシステムから電気
刺激を与えることで望んだ動きをすることが可能にな
る。通常は、制御命令として、音声・目の動き・残存す
る動作可能部位の動きなどを用いるものの、重度の麻痺
者では、そのような動きでさえも、負荷や時間が多くか
かる。しかし、これら重度麻痺者においても、脳は正常
に機能していると推測されるため、コンピュータとのイ
ンターフェースとして、脳波を利用することができれ
ば、有用な方法になり得る。そこで、本発明者らは、重
度の障害者であっても、より簡単に使える新たなインタ
ーフェースとしての脳波に注目した。
In this regard, in recent years, research called functional electric stimulation (FES), that is, research for reconstructing the motor function lost by electrical stimulation has been underway. Currently, the interface, that is, the interface between a person with a disability and a computer, uses the remaining few functions such as voice, eye movements, and breathing. For example, if the brain does not receive the signal from the brain because the spinal cord is damaged due to a traffic accident, etc., and the desired movement cannot be performed, control commands such as voice and eye movements are input to the FES system and remain. By applying electrical stimulation from the FES system to peripheral nerves, it becomes possible to perform the desired movement. Normally, voices, eye movements, movements of remaining operable parts, and the like are used as control commands, but a severely paralyzed person requires much load and time even for such movements. However, even in these severely paralyzed persons, the brain is presumed to be functioning normally, so if the brain waves can be used as an interface with a computer, it may be a useful method. Therefore, the present inventors have paid attention to the electroencephalogram as a new interface that can be used even more easily by persons with severe disabilities.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】脳波を使ったコンピュ
ータインターフェースは、脳・コンピュータインタフェ
ース(Brain Computer Interface:BCI)と呼ばれる。B
CIは意思伝達のシステムとして、様々な脳波パターンを
判別して、この結果を用いて、所定のコントロール信号
を引き起こすというものである。運動感覚野で引き起こ
される脳波パターンは、動作の準備や実行、あるいは動
作についての想像によって変化すると言われている。
A computer interface using an electroencephalogram is called a brain-computer interface (Brain Computer Interface: BCI). B
CI is a communication system that discriminates various EEG patterns and uses the results to generate a predetermined control signal. It is said that the electroencephalogram pattern caused in the motor cortex changes depending on the preparation and execution of actions, or imagination of actions.

【0006】BCIを応用した意思伝達装置としては、例
えば、特開平7−20774号に開示されたものがあ
る。この公報に開示された装置では、β波(20Hz〜40H
z)の変化に基づいて、コンピュータを通じて被験者の
意思を伝達しようとするものである。しかしながら、β
波は、複数のヒト間及び同一人における日間の変動が激
しいために、安定して使用することが困難であった。本
発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、α波に該当する脳波の変化に基づいて、意思
伝達を行う装置等を提供することにある。
An example of an intention communication device to which BCI is applied is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-20774. In the device disclosed in this publication, β waves (20 Hz to 40 H
Based on the change of z), it tries to convey the intention of the subject through a computer. However, β
Waves have been difficult to use stably because of the large variability between days in multiple humans and in the same person. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a device or the like that communicates based on changes in brain waves corresponding to α waves.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段、発明の作用、及び発明の
効果】本発明者らは、鋭意検討の結果、左右両半球の脳
波を測定し、その脳波データの事象関連脱同期を評価す
ることにより、情報を伝達することが可能なことを見出
し、基本的には本発明を完成するに至った。
[Means for Solving the Problems, Actions of the Invention, and Effects of the Invention] As a result of diligent studies, the present inventors have measured brain waves in both the left and right hemispheres and evaluated event-related desynchronization of the brain wave data. As a result, they have found that information can be transmitted, and basically completed the present invention.

【0008】「脳波」とは、脳から自発的に生じる電位
変動で,脳電図(electroencephalogram)または、EEG
ともいう。脳波を測定するには、頭皮上の所定の部位
に、電極を導電性のり等で固定し、脳から発生した微弱
な電位変動を脳波計の増幅器で増幅して連続的に記録す
る。脳波の導出には、耳たぶなどの脳から離れた部分
を電位の基準として、頭部に設けた電極との電位差(脳
波)を測定する基準導出法と、基準電極を用いず頭部
の二つの電極開の電位差を測定する双極導出法とがあ
る。一般的に、脳波には、脳の限定した領域に発生する
要素と、比較的広い範囲から同じように記録される要素
とがある。双極導出法において、二つの電極の電極間隔
が狭い場合には、脳の広い範囲から同じように記録され
るものは相殺されてほとんど脳波記録には現れなくな
る。これに対して、二つの電極がおかれている部位の付
近に局在し、しかもどちらかの電極により近接して出現
する電位変動は、両電極に共通な部分が差し引かれるの
で、基準電極導出法の場合よりもはっきりと記録される
ことが多い。本発明においては、頭皮上に取り付ける電
極の数とその位置は限定されないが、例えば国際脳波学
会連合標準電極配置法(ten−twenty electrode syste
m)を用いることができる。この場合に、推奨される電
極位置としては、左右の体性感覚野(C3及びP3の間、C4
及びP4の間に位置する)、T5、T6、F3、F4、P3、P4、F
7、及びF8の計10チャンネルであり、更に左右体性感
覚野、P3、P4、T5、T6の6チャンネルが好ましい。
The "electroencephalogram" is a voluntary change in electric potential from the brain, which is an electroencephalogram or EEG.
Also called. To measure an electroencephalogram, an electrode is fixed to a predetermined site on the scalp with conductive glue or the like, and a weak potential fluctuation generated from the brain is amplified by an electroencephalograph amplifier and continuously recorded. To derive the electroencephalogram, there are two methods: the reference derivation method that measures the potential difference (electroencephalogram) with the electrode provided on the head using the part of the earlobe and other parts away from the brain as the reference for the electric potential. There is a bipolar derivation method that measures the potential difference of the electrode opening. In general, an electroencephalogram includes an element generated in a limited area of the brain and an element similarly recorded from a relatively wide range. In the bipolar derivation method, when the two electrodes have a small electrode spacing, the same recordings from a wide range of the brain are canceled out and hardly appear in the electroencephalogram recording. On the other hand, potential fluctuations that are localized in the vicinity of the area where the two electrodes are placed and that appear closer to one of the electrodes are subtracted from the portion common to both electrodes. Often recorded more clearly than in law. In the present invention, the number of electrodes to be mounted on the scalp and the positions thereof are not limited, but, for example, the ten-twenty electrode syste
m) can be used. In this case, the recommended electrode positions are left and right somatosensory areas (between C3 and P3, C4
And P4), T5, T6, F3, F4, P3, P4, F
There are a total of 10 channels of 7 and F8, and 6 channels of left and right somatosensory areas, P3, P4, T5 and T6 are preferable.

【0009】一般に、誘発電位(evoked potentials:E
P)は、種々の感覚様式の刺激が受容器に入力されてか
ら大脳皮質に到達するまでの種々の部位(脊髄、脳幹
部、大脳など)で記録される一過性の電位変動を言い、
これは、誘発反応、誘発応答(evoked response)とも
呼ばれる。誘発電位には視覚性、聴覚性、体性感覚性な
どの大脳誘発電位、脳幹誘発電位、脊髄誘発電位などが
ある。この誘発電位には、感覚刺激に対して受動的に生
じる神経系の電気的応答だけでなく、感覚刺激などに関
連した注意、認識、課題解決、随意運動など心理的な活
動によって変動する成分(P300、随伴陰性変動、運動関
連電位など)があることが明らかになり、これらは事象
関連電位(event related potential:ERP)と呼ばれて
いる。P300とは被験者にとって有用な情報を含む刺激、
いわゆる課題関連刺激を、標的である刺激は低い頻度
で、標的でない刺激は高い頻度で与え、標的となる刺激
の場合だけ、そのとき誘発される電位で、刺激後300ms
付近に出現する大きな陽性電位のことである。
In general, evoked potentials (E)
P) refers to transient voltage fluctuations recorded at various sites (spinal cord, brain stem, cerebrum, etc.) from the input of various sensory stimuli to receptors until reaching the cerebral cortex,
This is also called an evoked response. The evoked potentials include cerebral evoked potentials such as visual, auditory and somatosensory, brain stem evoked potentials, spinal cord evoked potentials, and the like. This evoked potential is not only a passive electrical response of the nervous system to sensory stimuli, but also a component that changes due to psychological activities such as attention, recognition, problem solving, voluntary movements related to sensory stimuli ( P300, concomitant negative variation, and exercise-related potential) have been revealed, and these are called event related potential (ERP). P300 is a stimulus that contains useful information for the subject,
A so-called task-related stimulus is given at a low frequency for the target stimulus and a high frequency for the non-target stimulus, and only in the case of the target stimulus, the potential evoked at that time, 300 ms after the stimulus
It is a large positive potential that appears in the vicinity.

【0010】本発明で利用するのは、「事象関連脱同期
(event related desynchronisation:以下ERD)」と呼
ばれる認知処理過程に関係した事象関連電位の一つであ
る。これは知覚運動野において動作の準備、あるいは動
作についての想像によって脳波が変化する現象である。
実際の脳波変化としては、例えば右肘の屈伸という動作
では、動作の前に動かす手の反対側である脳の左半球か
らでる脳波の内のμ波(α波より少し速い7〜13Hz程度
のμ字型の波)やβ波(緊張しているときなどにでる13
〜30Hzの速い波)の振幅が減少する。ERDは脳の体性感
覚野や運動野で起こるといわれている。本発明者らの検
討によれば、7Hz〜25Hzの周波数帯、好ましくは7Hz〜20
Hzの周波数帯、更に好ましくは10Hz〜19Hzの周波数帯の
変動を評価する。また、60代以上の高齢者において
は、α波の振動数が遅い側に変位することから、8Hz〜9
Hzの周波数帯の脳波を(例えば、後述の式(4)及び式
(5)を用いて)適当に補正して用いることが好まし
い。
The present invention utilizes one of the event-related potentials related to the cognitive processing process called "event related desynchronization (hereinafter, ERD)". This is a phenomenon in which brain waves change in the sensorimotor cortex by preparation for movement or imagination of movement.
As an actual electroencephalogram change, for example, in the motion of bending and stretching the right elbow, the μ wave (7 to 13 Hz, which is a little faster than the α wave, which is slightly faster than the α wave) of the brain hemisphere which is the opposite side of the hand to move before the motion μ-shaped wave) and β wave (when you are nervous, etc. 13
The amplitude of fast waves (~ 30Hz) decreases. ERD is said to occur in the somatosensory and motor areas of the brain. According to the study by the present inventors, a frequency band of 7 Hz to 25 Hz, preferably 7 Hz to 20 Hz
The fluctuations in the frequency band of Hz, more preferably in the frequency band of 10 Hz to 19 Hz are evaluated. In addition, in elderly people in their 60s and above, the frequency of α-wave shifts to the slow side, so 8Hz-9
It is preferable to appropriately correct and use the electroencephalogram in the frequency band of Hz (for example, using the equations (4) and (5) described later).

【0011】「情報」とは、具体的には、1回の試行で
1ビット(例えば、1/0、Yes/No、または右/左など
の区別を行うこと)のデータを伝達できることを意味し
ており、試行を繰り返すことにより、複雑な情報を組み
立てることができる。「評価する」とは、コンピュータ
を用いて、事象関連脱同期を計算・評価し、適当な出力
を行うことを意味している。コンピュータの計算方法と
しては、例えば、人工ニューラルネットワーク(AN
N)、隠れマルコフモデル(HMM)、自己組織化モデル
(SOM)、時間遅れNN(TDNN)、自己想起型NN、ベクト
ル量子化モデルなどを用いることができる。これらのう
ち、好ましくは、ANNである。ANNとは、生体の脳におけ
る神経回路網を数学的にモデル化したものであり、その
もっとも基本的なものとしてパーセプトロンが挙げられ
る。パーセプトロンは、コンピュータに学習機能を付加
することができたが、対象とする問題は、線形分離でき
る問題に限られていたため、その限界が指摘されてい
た。その後1986年にルームハート(Rumelhart)らによ
り、パーセプトロンの学習則を多層ネットワークに拡張
したBP法(バックプロパゲーション)が提案され、ANN
に関する研究が盛んに行われるようになった。ANNは並
列処理、学習機能、自己組織化能力など多くの優れた特
徴を有している。また、連想記憶を行うことができ、パ
ターン認識や総合的判断などの情報処理を得意としてい
る。
"Information" specifically means that 1-bit (for example, 1/0, Yes / No, or right / left discrimination) data can be transmitted in one trial. By repeating the trial, complex information can be assembled. "Evaluate" means to calculate and evaluate event-related desynchronization using a computer, and to output an appropriate output. As a computer calculation method, for example, an artificial neural network (AN
N), hidden Markov model (HMM), self-organizing model (SOM), time-delayed NN (TDNN), self-remembering NN, vector quantization model, etc. can be used. Of these, ANN is preferred. ANN is a mathematical model of a neural network in the brain of a living body, and the most basic one is the perceptron. The perceptron was able to add a learning function to the computer, but its problem was pointed out because it was limited to linear separable problems. In 1986, Roomheart (Rumelhart) et al. Proposed the BP method (backpropagation) that extends the learning rule of the perceptron to a multilayer network.
The research on s has become popular. ANN has many excellent features such as parallel processing, learning function, and self-organizing ability. It is also capable of associative memory, and is good at information processing such as pattern recognition and comprehensive judgment.

【0012】一般にNN(ニューラルネットワーク)は非
線形もしくは線形に信号変換を行うニューロンをユニッ
トとしたネットワーク構造を持ち、その構成にはニュー
ロンが相互に結合しているリカレントANNと、階層的な
構造で信号の流れが1方向である多層NNに分けることが
できる。リカレントNNは時系列データの処理に向いてい
て、多層NNはパターン認識に向いていると言われてい
る。階層型のNNは、このようなユニットを多数用いて複
数の階層を形成するように構成され、全体として非線形
な多入力多出力システムとなっている。
In general, an NN (neural network) has a network structure in which neurons that perform signal conversion in a non-linear or linear manner are used as units, and its structure is a recurrent ANN in which neurons are connected to each other and a signal having a hierarchical structure. Can be divided into multi-layered NNs in which the flow is in one direction. It is said that the recurrent NN is suitable for processing time series data, and the multi-layer NN is suitable for pattern recognition. The hierarchical NN is configured to form multiple layers by using a large number of such units, and is a nonlinear multi-input multi-output system as a whole.

【0013】BP法はこういったネットワークに与えられ
た非線形な入出力関係を結合荷重を変化させることによ
り自動的に同定することができる。この操作は学習と呼
ばれ、この学習を何回も繰り返すことにより、最終的に
望ましい人出力関係を実現する。このBP法を用いれば、
NNは学習により、知識を自動的に獲得することができ
る。
The BP method can automatically identify the nonlinear input / output relation given to such a network by changing the coupling weight. This operation is called learning, and the desired human output relationship is finally realized by repeating this learning many times. Using this BP method,
By learning, NN can automatically acquire knowledge.

【0014】脳波データをANNモデルに入力するには、
例えば高速フーリエ変換(FFT)を用いて、データを加
工することが好ましい。「任意の周期関数は、正弦波と
余弦波の級数和で表すことができる」という、有名なフ
ーリエ級数の原理はフランスの数学、物理学者フーリエ
により発表された。フーリエ変換とは、一見して不規則
に見える波形でも、周期性のある波形であれば、その周
期の周波数である基本波周波数と、その整数倍の高調波
周波数の正弦波と余弦波の組み合わせによって成り立っ
ているというフーリエ級数の原理をもとに、それぞれの
成分の含まれている割合を求めるものである。この「そ
れぞれの成分の含まれている割合(フーリエ係数とい
う)」を求めることにより、一見不規則でつかみどころ
のない波形が持っている「隠された特徴」を見出すこと
ができる。波をフーリエ変換して周波数毎に求められた
フーリエ係数の値から各周波数成分の振幅を求めること
ができ、その振幅を自乗した値はパワーと呼ばれる。周
波数の変化に対するフーリエ係数の変化はスペクトルと
呼ばれ、周波数に対する振幅の特性を周期関数の振幅ス
ペクトルと、振幅の2乗をパワーと、また周波数に対す
るパワーの変化を表したものをパワースペクトルと呼
ぶ。これらのうち、いずれのデータを用いてもよいが、
最も好ましくは、パワースペクトルを用いる。更に、AN
Nに入力するデータとしては、適当な前処理を行うこと
が好ましい。そのような前処理法としては、例えば後述
するPTM1〜PTM3を用いることができる。また、ANNに
は、年齢も入力することが好ましい。前述のように、本
発明が解析する脳波データ(特に、α波に対応する周波
数データ)は、被験者の年齢によって変化することか
ら、その変化も加味して解析することが良好な結果を得
るために好ましいからである。
To input EEG data into the ANN model,
It is preferable to process the data using, for example, the Fast Fourier Transform (FFT). The famous principle of the Fourier series, "Any periodic function can be represented by the sum of series of sine and cosine waves", was announced by French math and physicist Fourier. The Fourier transform is a combination of a sine wave and a cosine wave with a fundamental frequency that is the frequency of the period and a harmonic frequency that is an integral multiple of that frequency, even if the waveform looks irregular at first glance. Based on the principle of the Fourier series, which is defined by, the ratio of each component is calculated. By obtaining this “ratio of each component (referred to as Fourier coefficient)”, it is possible to find the “hidden feature” of a seemingly irregular and elusive waveform. The amplitude of each frequency component can be obtained from the value of the Fourier coefficient obtained for each frequency by Fourier transforming the wave, and the value obtained by squaring the amplitude is called power. The change of the Fourier coefficient with respect to the change of frequency is called the spectrum, the characteristic of the amplitude with respect to the frequency is the amplitude spectrum of the periodic function, the square of the amplitude is the power, and the one showing the change of the power with respect to the frequency is the power spectrum. . Any of these data may be used,
Most preferably, a power spectrum is used. Furthermore, AN
It is preferable that the data input to N is subjected to an appropriate pretreatment. As such a pretreatment method, for example, PTM1 to PTM3 described later can be used. It is also preferable to enter the age in the ANN. As described above, since the electroencephalogram data analyzed by the present invention (particularly, the frequency data corresponding to α waves) changes depending on the age of the subject, it is preferable to analyze the changes in order to obtain good results. This is because it is preferable.

【0015】また、情報の伝達には、β波の変化を補助
的に用いることができる。すなわち、コンピュータの出
力結果が間違っていた場合には、β波パワー値の増加を
介して認識の誤りを知らせることができる。従来には、
脳波データは、日間あるいは人間でのバラツキが大き
く、情報伝達を行うための手段としては、用いることが
難しいと言われていた。しかし、本発明によれば、被験
者の脳波の事象関連脱同期(ERD)のパターンをコンピ
ュータによって評価することにより、情報を伝達するこ
とが可能となる。これにより、重篤な事故、或いは疾患
によって、運動機能の殆どを失った人であっても、意思
伝達を行うことができる。
Further, the change of β wave can be used as an auxiliary for the transmission of information. That is, when the output result of the computer is incorrect, the recognition error can be notified by increasing the β wave power value. Traditionally,
It has been said that it is difficult to use the electroencephalogram data as a means for transmitting information because of the great variation between days and people. However, according to the present invention, it becomes possible to convey information by evaluating the pattern of event-related desynchronization (ERD) of the electroencephalogram of the subject by a computer. As a result, even a person who has lost most of his / her motor function due to a serious accident or illness can communicate.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明の技術
的範囲は、下記の実施形態によって限定されるものでは
なく、その要旨を変更することなく、様々に改変して実
施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均
等の範囲にまで及ぶものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention is not limited to the following embodiments, and The present invention can be implemented with various modifications without changing the gist. Moreover, the technical scope of the present invention extends to an equivalent range.

【0017】<実施例1> 一.試験方法 1.脳波採取方法 2人の健常な男性被験者(被験者A:25歳、及び被験者
B:23歳)で脳波採取を行った。脳波採取は、被験者が
シールドルーム内でベッドに仰向けになり、安静開眼状
態において行った。脳波採取時のタイムスケジュールを
図1に示した。図に示すように、実験開始から2秒後
に、被験者は試験官から「左」または「右」という音声
による指示を聞く。被験者は、その音声メッセージを聞
いた後に、3秒間に渡って、その指示された方の腕を屈
伸する運動イメージをし、その後の「はい」という指示
で実際に屈伸動作をする。
<Example 1> 1. Test method 1. Electroencephalogram collection method Electroencephalography was performed on two healthy male subjects (subject A: 25 years old, and subject B: 23 years old). The electroencephalogram was collected when the subject lay on his / her back in the shielded room and had his eyes rested. The time schedule for collecting EEG is shown in FIG. As shown in the figure, two seconds after the start of the experiment, the test subject hears the voice instruction “left” or “right” from the examiner. After listening to the voice message, the subject makes a motion image of bending and stretching the instructed arm for 3 seconds, and then actually bends and extends by the instruction of "yes".

【0018】実験開始から2秒間の脳波データを基準デ
ータとし、運動イメージしている3秒間のデータを解析
データとした。ERDは、動作の準備、あるいは動作に
ついてのイメージによって脳波が変化する現象である。
そこで、解析には、動作中のデータは使わず、イメージ
している時のデータを用いた。脳波の採取方法は、国際
10−20電極システムに基づいた電極配置を一部変更
して行った。その電極配置図を図2に示した。基準電極
をCzとし、左右の体性感覚野(C3、C4及びP3、P4の間
に存在する)、T5、T6、F3、F4、P3、P4、F7、及びF8の
計10チャンネルで脳波を記録した。
The electroencephalogram data for 2 seconds from the start of the experiment was used as the reference data, and the data for 3 seconds during the motion image was used as the analysis data. ERD is a phenomenon in which an electroencephalogram changes depending on the preparation for an action or an image of the action.
Therefore, for analysis, we did not use the data during operation, but used the data at the time of imaging. The electroencephalogram was collected by partially changing the electrode arrangement based on the International 10-20 electrode system. The electrode arrangement diagram is shown in FIG. The reference electrode is Cz, and the electroencephalogram is generated on a total of 10 channels of left and right somatosensory areas (existing between C3, C4 and P3, P4), T5, T6, F3, F4, P3, P4, F7, and F8. Recorded.

【0019】被験者Aについて、同一日に採取した44個
のデータを第1組(DS1)とし、これとは別の日に採
取した44個のデータを第2組(DS2)とした。被験者
Bについては、44個のデータを第3組(DS3)を採取
した。また、被験者AのデータセットであるDS1とD
S2とを組み合わせて、第4組(DS4)とした。
For subject A, 44 data collected on the same day were set as the first set (DS1), and 44 data collected on another day were set as the second set (DS2). For subject B, 44 sets of data were collected from the third set (DS3). In addition, the data set of subject A, DS1 and D
A fourth set (DS4) was obtained by combining with S2.

【0020】2.脳波データの処理 脳波データをサンプリング間隔10.0[ms]、サンプリン
グ時間2.0[s]で高速フーリエ変換(FFT)を用いて、周
波数解析をした。本研究では、1Hz毎のパワースペクト
ル値を用いて解析を行った。この解析では、ほぼ1Hz〜
50Hzの周波数範囲でデータ解析を行うことができる。こ
こで、目の動きに対応する1Hz〜6Hzの波と、筋電図に対
応する25Hz〜31Hzの波とを考慮して、データ解析には7H
z〜25Hzの周波数帯を使うこととした。更に、1Hz〜6H
z、及び25Hz〜31Hzの周波数成分のパワースペクトル値
が、ある閾値以上になった場合には、それ以外の周波数
帯にもノイズが混入していると考えられるため、そのよ
うなデータは用いないこととした。
2. Processing of EEG data Frequency analysis was performed on EEG data at a sampling interval of 10.0 [ms] and a sampling time of 2.0 [s] using the fast Fourier transform (FFT). In this research, we analyzed using the power spectrum value every 1Hz. In this analysis, almost 1Hz
Data analysis can be performed in the frequency range of 50 Hz. Here, considering the wave of 1 Hz to 6 Hz corresponding to the movement of the eye and the wave of 25 Hz to 31 Hz corresponding to the electromyogram, 7H is used for data analysis.
I decided to use the frequency band of z ~ 25Hz. Furthermore, 1Hz ~ 6H
If the power spectrum value of z and the frequency component of 25 Hz to 31 Hz exceeds a certain threshold value, it is considered that noise is mixed in other frequency bands as well, so such data is not used. I decided.

【0021】具体的には、右肘または左肘を実際に屈伸
する前の動作イメージ中2秒間のパワー値(R)と、動作
想像に関連していないと考えられる2秒間の基準パワー
値(P)との比であるR/P値を利用した。脳波データを
フーリエ変換して、1Hz毎のパワースペクトルを得た。
このパワースペクトル値を3種類の前処理法(PTM)に
かけた。各前処理法を表1に示した。
Specifically, the power value (R) for 2 seconds in the motion image before actually bending or stretching the right elbow or the left elbow and the reference power value for 2 seconds which is considered to be unrelated to the imagination of motion ( The R / P value, which is the ratio with P), was used. The electroencephalogram data was Fourier transformed to obtain a power spectrum for each 1 Hz.
This power spectrum value was subjected to three kinds of pretreatment methods (PTM). Table 1 shows each pretreatment method.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】表中、Rは解析区間でのパワースペクトル
値、Pは基準区間でのパワースペクトル値、下付き文字
rとlとは右半球または左半球を表す。脳波データを高
速フーリエ変換して、パワースペクトル値を得た。前処
理法1(PTM1)では、パワースペクトル値の変化率を使
った。すなわち、各チャンネル各周波数に対して、RとP
の比(R/P)を入力値としてANNに入力した。前処理法2
(PTM2)では、変化率の値ではなく、変化のパターンを
ANNの入力とした。すなわち、各チャンネルにおける各
周波数に対して、R>Pの場合には、入力値を1とし、R<
Pの場合には、入力値を0とした。また、Rr>Rlの場合に
は、入力値を1とし、Rr<Rlの場合には、入力値を0とし
た。
In the table, R is the power spectrum value in the analysis section, P is the power spectrum value in the reference section, and the subscripts r and l represent the right hemisphere or the left hemisphere. The electroencephalogram data was subjected to fast Fourier transform to obtain a power spectrum value. In the pretreatment method 1 (PTM1), the rate of change of the power spectrum value was used. That is, for each frequency of each channel, R and P
The ratio (R / P) was input to the ANN as an input value. Pretreatment method 2
In (PTM2), the change pattern is used instead of the change rate value.
Used as input for ANN. That is, for each frequency in each channel, if R> P, set the input value to 1 and R <
In the case of P, the input value was set to 0. The input value was set to 1 when Rr> Rl, and the input value was set to 0 when Rr <Rl.

【0024】また、前処理法3(PTM3)では、PTM2の考
え方を更に進めて、パワースペクトルの変化率の左右の
大きさのパターンを入力とすることとした。すなわち、
各チャンネルの各周波数に対して、右半球のRとPの比
(Rr/Pr)が、左半球のRとPの比(Rl/Pl)よりも
大きい場合には、入力値を1とし、これと逆の場合に
は、入力値を0とした。
Further, in the preprocessing method 3 (PTM3), the idea of PTM2 is further advanced, and the patterns of the left and right magnitudes of the rate of change of the power spectrum are input. That is,
For each frequency of each channel, if the ratio of R and P in the right hemisphere (Rr / Pr) is greater than the ratio of R and P in the left hemisphere (Rl / Pl), set the input value to 1, In the opposite case, the input value was set to 0.

【0025】3.ANN構造 ANNは階層型であり、入力層(Input Layer)、中間
層(Hidden Layer)、及び出力層(Output Layer)の3
層構造である(図3を参照)。ANNの学習方法は、一
般的に広く用いられているBP(バックプロゲーショ
ン)アルゴリズムに慣性を導入した逐次修正法を用い
た。ANNに対して、処理した脳波データを入力する
と、左動作では0を右動作では1を出力するように構成
した。モデルを構築するために、N個のDS中、Ns個
をANNの学習用データとして、残りのNe個を評価用
データとして用いた。本研究では、NsとNeとの比は、
約2:1とした。ANNの入力値(Iij)および教師値
(Ti)は、N個のDSにおいて最大値と最小値の間
で、0.1から0.9の間の値になるように規格化した。
3. ANN structure ANN is of a hierarchical type, and has three layers: an input layer (Input Layer), an intermediate layer (Hidden Layer), and an output layer (Output Layer).
It is a layered structure (see FIG. 3). As the learning method of ANN, a sequential correction method in which inertia is introduced into a generally widely used BP (back progation) algorithm is used. When the processed electroencephalogram data is input to the ANN, 0 is output in the left motion and 1 is output in the right motion. To construct the model, Ns of N DSs were used as ANN learning data, and the remaining Nes were used as evaluation data. In this study, the ratio of Ns and Ne is
It was set to about 2: 1. The input value (Iij) and the teacher value (Ti) of the ANN are standardized to be a value between 0.1 and 0.9 between the maximum value and the minimum value in N DS.

【0026】学習用データに対する絶対誤差が0.3以
上のものをカウントし、この数を評価指標Jとした。ネ
ットワークの構造を最適化するために、中間層ユニット
数としては、1から最大中間層ユニット数(入力層ユニ
ット数+10)の間で変化させ、Jが最も小さい構造を選
択した。
Those having an absolute error of 0.3 or more with respect to the learning data were counted, and this number was used as the evaluation index J. In order to optimize the network structure, the number of intermediate layer units was varied from 1 to the maximum number of intermediate layer units (the number of input layer units + 10), and the structure with the smallest J was selected.

【0027】冗長な入力変数が存在すると正しいモデル
を構築できない可能性があるので、最適な入力変数を選
択する方法として変数増加法(PIM)を用いた。この方
法では、まずJが最小となる入力変数を1つ選択し、1
ステップとして、次にこの入力変数に新たに1つの入力
変数を加え、Jが最小となる入力変数を選択する。この
手順により入力変数を逐次増加していき、新たな入力変
数を加えても評価指標Jが減少しなくなるまで繰り返し
た。
Since there is a possibility that a correct model cannot be constructed if there are redundant input variables, the variable increase method (PIM) was used as a method for selecting the optimum input variable. In this method, first select one input variable that minimizes J, and
As a step, next, one input variable is newly added to this input variable, and the input variable that minimizes J is selected. By this procedure, the input variables are sequentially increased and repeated until the evaluation index J does not decrease even if a new input variable is added.

【0028】4.動作判別能力の評価方法 前述の通り、右動作の場合は1、左動作の場合は0とい
う値を出力するようにANNを学習させたため、データ
をANNに入力したときに、それに対する出力が0.4
以下のときには左と認識させ、0.6以上のときには右
と認識させ、0.4〜0.6の間の値が出力されたときは
認識できないとした。このとき、学習したANNの能力
を認識率(式1)、及び正答率(式2)で表した。
4. Evaluation Method of Motion Discrimination Ability As described above, the ANN is trained to output a value of 1 for right motion and 0 for left motion. Therefore, when data is input to ANN, the output corresponding to it is 0. .4
In the following cases, the left side is recognized, in the case of 0.6 or more, the right side is recognized, and when a value between 0.4 and 0.6 is output, it is not recognized. At this time, the learned ability of the ANN was expressed by the recognition rate (Equation 1) and the correct answer rate (Equation 2).

【0029】 認識率=(出力が0.4以下のデータ数+出力が0.6以上のデータ数)/( 全てのテスト回数) 式(1) 正答率=(“右”または“左”を正しく認識した回数)/(出力が0.4以下 のデータ数+出力が0.6以上のデータ数) 式(2)[0029]   Recognition rate = (the number of data whose output is 0.4 or less + the number of data whose output is 0.6 or more) / ( All test times) Formula (1)   Correct answer rate = (number of times "right" or "left" was correctly recognized) / (output is 0.4 or less Number of data + the number of data whose output is 0.6 or more) Formula (2)

【0030】二.試験結果及び考察 1.体性感覚野からの脳波をPTM1で処理したデータを用
いたモデル 左右の体性感覚野2チャンネルからの脳波をPTM1で処理
したデータを用いたモデルを構築した。 (1)被験者Aのモデルでの左右の判別 被験者Aで異なる日に採取したDS1(学習用データ30
個、評価用14個)とDS2(学習用データ30個、評価用
14個)をPTM1(入力項目38個)で処理を行い、それぞれ
のデータでANNモデルをつくり、左右どちらの肘の屈
伸イメージをしているかを判別した。結果を表2に示し
た。
Two. Test results and discussion 1. A model using the data obtained by processing the EEG from the somatosensory cortex with PTM1 was constructed using the data obtained by processing the EEG from the two channels of the left and right somatosensory cortex with PTM1. (1) Discrimination between right and left in subject A's model DS1 collected on different days by subject A (learning data 30
Individual, 14 for evaluation) and DS2 (30 data for learning, for evaluation)
14 pieces) were processed by PTM1 (38 input items), an ANN model was created with each data, and it was determined which of the left and right elbows was bending or stretching. The results are shown in Table 2.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】同一被験者で同一日に採取した波形データ
により構築したANNモデルでの左右の判別結果を見る
と、DS2の学習用デ−タに対する認識率が93.3%であ
ったものの、全体として認識率と正当率は非常に高く、
学習用データと評価用データに対して正答率が100%と
なり、完全に左右の判別を行うことができた。
Looking at the left and right discrimination results in the ANN model constructed from the waveform data collected by the same subject on the same day, although the recognition rate for the DS2 learning data was 93.3%, the overall recognition rate was And the legitimacy rate is very high,
The correct answer rate was 100% for the learning data and the evaluation data, and it was possible to completely discriminate between the left and right.

【0033】(2)日間による脳波変化の影響 脳波は時間による変動が大きく、ある日のデータで作っ
たモデルで別の日に採取したデ−タに対して良い正答率
を示すことができるかわからないためそれを確認した。
被験者Aにおいて、異なる日に採取した2つのデ−タセ
ットDS1とDS2とを用いた。つまり、DS1を学習
用データとし、DS2を評価用データとして、異なる日
のデータにおける認識率と正答率とを確認した。結果を
表3に示した。
(2) Effect of EEG changes due to days EEG changes greatly with time, and can a model created from data on one day show a good correct answer rate for data collected on another day? I didn't know so I confirmed it.
In subject A, two data sets DS1 and DS2 collected on different days were used. That is, using DS1 as learning data and DS2 as evaluation data, the recognition rate and correct answer rate in data on different days were confirmed. The results are shown in Table 3.

【0034】[0034]

【表3】 [Table 3]

【0035】正答率は89.8%と高い値であったものの、
認識率は63.6%と十分に高い値であるとは言えず、ある
一日で採集したデータで作成したモデルは、別の日のデ
ータを判別するに十分なものとは言えなかった。このこ
とから、脳波の日間変動は大きく、同じANNモデルで
の判別は困難であり、改めてANNを学習する必要があ
ることがわかった。
Although the correct answer rate was as high as 89.8%,
The recognition rate was not high enough at 63.6%, and the model created from the data collected on one day was not sufficient to distinguish the data on another day. From this, it was found that the day-to-day variation of the electroencephalogram is large and it is difficult to discriminate with the same ANN model, and it is necessary to learn the ANN again.

【0036】(3)異なる被験者間における脳波変化の
影響 脳波は、健常人においても、人ごとに大きく異なること
が知られているため、従来の研究によれば、各人に付し
てANNモデルが必要であるとされている。このため、
もし一つのANNモデルが、異なる被験者間において、
共通に高い認識率と正答率とを示せば、そのモデルは一
般性の高いモデルと言える。そこで、被験者Aのデータ
(DS4)で学習したANNモデルによって、被験者B
で採取したデータ(DS3)を判別できるかを試みた。
結果を表4に示した。
(3) Effects of changes in EEG between different subjects It is known that EEG changes significantly from person to person even in a healthy person. Therefore, according to conventional research, the ANN model is applied to each person. Is required. For this reason,
If one ANN model is
If both the high recognition rate and the correct answer rate are shown, the model can be said to be a model with high generality. Then, using the ANN model learned from the data (DS4) of the subject A, the subject B
It was tried to determine whether the data (DS3) collected in 1. could be distinguished.
The results are shown in Table 4.

【0037】[0037]

【表4】 [Table 4]

【0038】正答率は94.3%と高かったものの、認識率
は38.6%と大変低くなり、左右どちらの腕の屈伸動作を
しているかを十分に判別することができなかった。この
結果より、一人のデータで作ったANNモデルは、別人
のデータを判別することが難しいと分かった。従来の研
究(例えば、G.Pfurtscheller et al.;"On-line EEG cl
assificationduring externally-paced hand movements
using a neural network-based classifier", Electro
enceph. Clin. Neurophysiol, vol.99, pp.416-425, 19
96)においても、動作イメージ時における脳波変化は、
人によってかなり異なっているため、各個人に対してモ
デルを作成することで判別を行っている。
Although the correct answer rate was as high as 94.3%, the recognition rate was very low as 38.6%, and it was not possible to sufficiently determine which of the left and right arms was bending and stretching. From this result, it was found that it is difficult for the ANN model created by one person's data to discriminate another person's data. Previous studies (eg G. Pfurtscheller et al .; "On-line EEG cl
assificationduring externally-paced hand movements
using a neural network-based classifier ", Electro
enceph. Clin. Neurophysiol, vol.99, pp.416-425, 19
Also in 96), the EEG changes during the motion image are
Since it varies considerably from person to person, we make a distinction by creating a model for each individual.

【0039】以上の結果から、ERDを用いて、各個人
に適したANNモデルを毎回作成することにより、高い
認識率と正答率とを得ることができた。しかしながら、
PTM1で体性感覚野からの脳波を用いてANNモデルを作
った場合には、一般性の高いANNモデルを作ることは
困難であると考えられた。そこで、電極位置及び前処理
法を検討することで、一般性の高いモデルの作成を試み
た。
From the above results, a high recognition rate and correct answer rate could be obtained by using ERD to create an ANN model suitable for each individual each time. However,
When PTM1 was used to create an ANN model using electroencephalograms from the somatosensory area, it was considered difficult to create an ANN model with high generality. Therefore, we tried to create a model with high generality by examining the electrode position and the pretreatment method.

【0040】2.電極位置と前処理法の検討 (1)10チャンネルのデータでPTM1で処理したデータ
を用いたモデル 10チャンネルで採取した7Hz〜25Hzの脳波データをPTM1
で処理した。被験者AのDS1(学習用データ30個、評
価用データ14個)で学習したANNモデルに対して、D
S2(44個)を評価用データとして入力し、同一人にお
ける異なる日のデータにおいて、どの程度の判別が行え
るかを確認した。また、被験者AのDS4で学習したA
NNモデルに対して、別の被験者Bで採取したDS3を
評価用データとして入力し、異なる人間のデータにおい
て、どの程度の判別が行えるかを確認した。それぞれの
結果を表5に示した。
2. Examination of electrode position and pretreatment method (1) PTM1 of 7Hz-25Hz collected by model 10 channel using data processed by PTM1 with data of 10 channel PTM1
Processed in. D1 for the ANN model learned by subject A's DS1 (30 learning data, 14 evaluation data)
By inputting S2 (44 pieces) as the evaluation data, it was confirmed how much discrimination can be performed on the same person on different days. In addition, the subject A who learned in DS4
With respect to the NN model, DS3 collected by another subject B was input as evaluation data, and it was confirmed to what extent the different human data could be discriminated. The respective results are shown in Table 5.

【0041】[0041]

【表5】 [Table 5]

【0042】認識率は、それぞれ83.6%及び79.5%であ
った。また、正答率は、それぞれ94.4%及び88.7%であっ
た。体性感覚野のみから得られた脳波を用いたANNモ
デルの判別結果と比べると、認識率は向上した。
The recognition rates were 83.6% and 79.5%, respectively. The correct answer rate was 94.4% and 88.7%, respectively. The recognition rate was improved as compared with the discrimination result of the ANN model using the electroencephalogram obtained only from the somatosensory area.

【0043】(2)前処理法の検討 10チャンネルで採取した7Hz〜25HzのデータをPTM2とPTM
3で処理し、被験者AのDS1で学習したANNモデル
を用いて、DS2の判別を行うことで、同一人において
異なる日に採取した脳波データでどの程度の判別が行え
るかを確認した。それぞれの前処理法を用いた場合の認
識率と正答率を表6上段側に示した。
(2) Examination of pretreatment method The data of 7 Hz to 25 Hz collected on 10 channels was used for PTM2 and PTM.
By using the ANN model that was processed in 3 and trained on the DS1 of the subject A to determine the DS2, it was confirmed how much the EEG data collected by the same person on different days could perform the determination. The recognition rate and the correct answer rate when each pretreatment method is used are shown in the upper part of Table 6.

【0044】[0044]

【表6】 [Table 6]

【0045】各前処理法において、正答率は94.3%とな
った。また、認識率はPTM1、PTM2、PTM3の順で高くな
り、特にPTM3での正答率は100%となった。被験者Aの
DS4で学習したANNモデルを用いて、別の被験者B
で採取したDS3の判別を行うことで、異なる人の脳波
データでどの程度の判別が行えるかを確認した。それぞ
れの前処理法を用いた場合の認識率と正答率を表6下段
側に示した。認識率はPTM1、PTM2、PTM3の順で高くな
り、PTM2、PTM3での認識率は85%以上となった。また、
正答率はPTM1と比べてPTM2とPTM3で高いものとなった。
PTM2、PTM3での認識率は90%以上となった。
In each pretreatment method, the correct answer rate was 94.3%. The recognition rate increased in the order of PTM1, PTM2, and PTM3, and the correct answer rate was 100% especially in PTM3. Using the ANN model of subject A trained in DS4, another subject B
By discriminating the DS3 collected in Section 3, it was confirmed how much discrimination can be performed by the electroencephalogram data of different persons. The recognition rate and the correct answer rate when each pretreatment method is used are shown in the lower side of Table 6. The recognition rate increased in the order of PTM1, PTM2, and PTM3, and the recognition rate in PTM2 and PTM3 was 85% or more. Also,
The correct answer rate was higher in PTM2 and PTM3 than in PTM1.
The recognition rate for PTM2 and PTM3 was over 90%.

【0046】PTM2とPTM3で処理した入力値は、各周波数
のパワースペクトル値ではなく、パワースペクトルの大
きさのパターン値であるため、脳波のパワースペクトル
値には関係しなくなり、採取日や被験者の影響を受け難
くなったと考えられた。
Since the input value processed by PTM2 and PTM3 is not the power spectrum value of each frequency but the pattern value of the magnitude of the power spectrum, it becomes irrelevant to the power spectrum value of the electroencephalogram. It was thought that they were less affected.

【0047】(3)入力項目の検討 PTM2とPTM3で処理したデータでの判別結果は、非常に良
好なものとなったが、それぞれ入力変数の侯補が285個
及び95個と大量であるため、変数増加法で計算を行う際
にそれぞれ340時間及び72時間と多くの計算量が必要と
なる。この事態を改善するため、入力変数の候補数の減
少を目指して、入力項目の検討を行った。そのため、各
前処理法でANNモデルを学習する際に、変数増加法で
選択された入力項目をまとめて、選択された項目の分布
図を図4に示した。図4を見ると、周波数帯10Hz〜19Hz
が選択される率が高い。また、斜線を付けた部分、すな
わち左右体性感覚野、P3、P4、T5、T6の各チャンネルに
おいて、10Hz〜19Hzの周波数帯が選択される率が高く、
選択されたデータ全体の約70%が含まれていた。そこ
で、入力項目として、左右体性感覚野、P3、P4、T5、T6
の6チャンネルにおける10Hz〜19Hzに決定した。この結
果、PTM2とPTM3で処理した入力項目は各々90個及び30個
となり、ANNモデルの学習時間を非常に短縮できた。
これらの項目を用いて変数増加法を行い、ANNモデル
により解析した結果を表7に示した。
(3) Examination of input items The results of discrimination by the data processed by PTM2 and PTM3 were very good, but there were a large number of input variables, 285 and 95, respectively. , 340 hours and 72 hours are required for the calculation by the variable increase method, respectively. In order to improve this situation, we examined the input items with the aim of reducing the number of input variable candidates. Therefore, when learning the ANN model by each preprocessing method, the input items selected by the variable increase method are summarized, and the distribution chart of the selected items is shown in FIG. Looking at Figure 4, the frequency band 10Hz ~ 19Hz
Is highly selected. Also, in the shaded portion, that is, in the left and right somatosensory cortex, P3, P4, T5, T6 channels, the frequency range of 10 Hz to 19 Hz is highly selected,
About 70% of all selected data were included. Therefore, as input items, left and right somatosensory areas, P3, P4, T5, T6
It was decided to be 10Hz ~ 19Hz in 6 channels of. As a result, the number of input items processed by PTM2 and PTM3 was 90 and 30, respectively, and the learning time of the ANN model could be greatly shortened.
Table 7 shows the results of analysis by the ANN model performed by the variable increasing method using these items.

【0048】[0048]

【表7】 [Table 7]

【0049】10チャンネルの7Hz〜25Hzのデータを入力
項目として判別した結果(表6)と比べると、正答率が
低くなった場合も見られるが、全体として認識率は90%
以上となり、十分に高い判別精度を得られることが分か
った。このことから、脳波データを取得するチャンネル
としては、左右体性感覚野、P3、P4、T5、及びT6の六チ
ャンネルで十分であると思われる。また、PTM3の認識率
と正答率は、PTM2のそれと比べると僅かに低いものの、
認識率と正答率は90%以上であり、PTM2とほぼ同等の精
度である。これらの結果から、入力変数としては、左右
体性感覚野、P3、P4、T5、T6の6チャンネルの10Hz〜19
Hzのパワースペクトル値をPTM3で処理した値で十分であ
ると判断した。
Compared to the result (Table 6) of discriminating 10 channels of 7 Hz to 25 Hz data as input items, the correct answer rate may be lower, but the overall recognition rate is 90%.
As described above, it was found that sufficiently high discrimination accuracy can be obtained. From this, it seems that the six channels of left and right somatosensory cortex, P3, P4, T5, and T6 are sufficient as channels for acquiring EEG data. Although the recognition rate and correct answer rate of PTM3 are slightly lower than those of PTM2,
The recognition rate and correct answer rate are 90% or more, which is almost the same accuracy as PTM2. From these results, as input variables, 10Hz-19 of 6 channels of left and right somatosensory cortex, P3, P4, T5, T6
It was judged that the value obtained by processing the power spectrum value of Hz with PTM3 is sufficient.

【0050】<実施例2>次に、脊髄損傷者を含む多く
の被験者において、脳波データの処理を行えるか否かを
検討した。 一.試験方法 1.脳波データ採取 被験者として、8人の健常男性A、B、C、D、E、
F、G及びH(各被験者の年齢は、それぞれ25才、2
3才、34才、40才、56才、60才、72才、及び
72才であった。)、3人の健常女性I、J及びK(各
被験者の年齢は、23才、20才、及び20才であっ
た。)、及び脊髄損傷のある3人の患者L、M及びN
(各患者の年齢は、17才、25才、及び46才であっ
た。)の合計14名を選択した。脳波データの採取は、
実施例1と同様のタイムスケジュールによって行った
(図1を参照)。
Example 2 Next, it was examined whether or not the electroencephalogram data could be processed in many subjects including persons with spinal cord injury. one. Test method 1. Eight healthy males A, B, C, D, E,
F, G and H (Age of each subject is 25 years old, 2 respectively
They were 3, 34, 40, 56, 60, 72 and 72 years old. ) Three healthy women I, J and K (ages of each subject were 23, 20 and 20 years old) and 3 patients L, M and N with spinal cord injury.
(Age of each patient was 17, 25, and 46 years old.) A total of 14 people were selected. EEG data collection is
The time schedule was the same as in Example 1 (see FIG. 1).

【0051】また、電極の設置は、国際的10-20システ
ムに従った。両乳突の連結電極(linked bimastoid)を
基準電極とし、左右体性感覚野、T5、T6、P3及びP4の合
計6チャネルにより記録した(図2を参照)。すべての
被験者について、同一日のうちに45回の肘のイメージ
運動による脳波データを採取した。
The electrodes were installed according to the international 10-20 system. Recording was performed using a total of 6 channels of the left and right somatosensory areas, T5, T6, P3, and P4, using the linked bimastoid of both mastoids as a reference electrode (see FIG. 2). The electroencephalogram data of 45 image movements of the elbow was collected for all the subjects on the same day.

【0052】2.データ処理 データ処理、データの前処理法、及びANNモデルにつ
いては、前述の実施例1の結果に基づいて、同様に行っ
たので、重複する記載を避けるために省略する。 3.β波を用いた認識確認 左右認識の間違いを避けるために、認識結果を確認する
工程について検討した。 すなわち、被験者は、認識結
果が違っていた場合には、それが正確でないことを知ら
せるためにβ波のパワーを増やすようにトレーニングさ
れた。
2. Data processing The data processing, the data pre-processing method, and the ANN model were performed in the same manner based on the result of the above-described first embodiment, and therefore, are omitted to avoid redundant description. 3. Recognition Confirmation Using β-Waves In order to avoid erroneous left-right recognition, we examined the process of confirming recognition results. That is, the subject was trained to increase the power of the β-wave to signal that it was not accurate if the recognition results were different.

【0053】そのためのトレーニングとして、二種類の
精神労働を用いた。すなわち、(A)暗算と(B)連想
である。このうち、(A)暗算は、次の問題から構成さ
れている。 1.等差数列の計算。 2.1000から7の引き算を繰り返す。 3.公比2の幾何級数の計算。 また、(B)連想は、次の問題から構成されている。 1.しりとり。 2.動物、植物、野菜、及び色の名前を言う。 3.嫌いな人々、或いは不快なものをイメージして、自
分自身に精神的な圧迫を加える。
As training for that purpose, two kinds of mental labor were used. That is, (A) mental arithmetic and (B) association. Among them, (A) mental arithmetic is composed of the following problems. 1. Calculation of arithmetic progression. 2. Repeat the subtraction of 1000 to 7. 3. Calculation of geometric series with common ratio 2. The (B) association is composed of the following problems. 1. Shiritori. 2. Says the names of animals, plants, vegetables, and colors. 3. Impress yourself with the image of disliked people or unpleasant things.

【0054】二.試験結果及び考察 ANNモデルの構築には、左右体性感覚野、P3-P4、及びT5
-T6の6チャンネルからの脳波データを用いた。10Hz-19
Hzの周波数帯における脳波データをPTM3により処理した
後に、ANNモデルに入力した。まず、ANNモデルは、各被
験者のデータによって学習された。学習後のANNモデル
を用いて、他の被験者データを評価した結果を表8に示
した。
Two. Test Results and Discussion The ANN model was constructed using the somatosensory cortex, P3-P4, and T5.
-EEG data from 6 channels of T6 was used. 10Hz-19
The EEG data in the frequency band of Hz was processed by PTM3 and then input to the ANN model. First, the ANN model was trained by the data of each subject. Table 8 shows the results of evaluating other subject data using the ANN model after learning.

【0055】[0055]

【表8】 [Table 8]

【0056】表8には、代表的な被験者として、B、
F、H、K及びMのデータをANNモデル学習用に用いた
ときに、他の被験者データを評価したときの認識率と正
答率とを示した(なお、この表は同時に、他の被験者デ
ータがANNモデル学習用に用いられたときに、B、F、
H、K及びMのデータを評価したときの認識結果を示す
ものとしても読める)。50才よりも若い健常被験者(す
なわちA、B、C、D、I、J及びK)では、認識率は
86.7%以上であり、正答率は83.3%以上であった。
In Table 8, as typical subjects, B,
When the F, H, K, and M data were used for ANN model learning, the recognition rate and the correct answer rate when other subject data were evaluated were shown (Note that this table shows the other subject data at the same time. Is used for ANN model training, B, F,
It can also be read as showing the recognition result when evaluating the H, K and M data). In healthy subjects younger than 50 years (ie A, B, C, D, I, J and K), the recognition rate was
It was 86.7% or more, and the correct answer rate was 83.3% or more.

【0057】患者(L、M及びN)と若い健常被験者と
の間の認識率の大部分は、84.4%以上であり、正答率は8
1.5%以上であった。3人の患者においては、精度が少し
低かった。また、50才以上の被験者(すなわちE、F、
G及びH)のデータを学習用または評価用に用いると、
認識率は75.5%以上で、正答率は70.7%以上であった。こ
れらの結果から、脳波データは、被験者の年齢によって
影響を受けることが示唆された。
Most of the recognition rates between patients (L, M and N) and young healthy subjects were 84.4% or more, and the correct answer rate was 8
It was 1.5% or more. The precision was slightly lower in 3 patients. Also, subjects aged 50 and over (ie E, F,
Using the data of G and H) for learning or evaluation,
The recognition rate was 75.5% or higher, and the correct answer rate was 70.7% or higher. These results suggest that EEG data is affected by the age of the subjects.

【0058】1.脳波データに対する老化の影響の試験 高齢者の脳波データと若年成人の脳波データとを比較す
ると、前者においては後者よりもα波の頻度が減少して
いることが以前から指摘されている。α波の周波数は、
それぞれ約10.8Hz、約9.0Hz、約9.0Hz、及び約8.0Hzで
ある。つまり、加齢によって、α波の周波数が遅くなっ
ている。上記の解析では、10Hz-19Hzのパワー値を使っ
たが、この範囲は若年成人にとっては良好な範囲かも知
れない。しかしながら、高齢者にとっては、8.0Hzと9.0
Hzのデータが重要であるように思われる。そこで、本発
明者らは、以下の式(3)を用いて、低い周波数のパワ
ー値を使う補正を試みた。
1. Testing the effects of aging on EEG data A comparison between EEG data of the elderly and EEG data of young adults has been previously pointed out that the frequency of α waves is lower in the former than in the latter. The frequency of the α wave is
They are about 10.8 Hz, about 9.0 Hz, about 9.0 Hz, and about 8.0 Hz, respectively. That is, due to aging, the frequency of the α wave is slowed down. Power values of 10Hz-19Hz were used in the above analysis, but this range may be a good range for young adults. However, for older people, 8.0 Hz and 9.0
The Hz data seems to be important. Therefore, the present inventors attempted correction using the power value of the low frequency by using the following formula (3).

【0059】[0059]

【数1】 [Equation 1]

【0060】式(3)中において、Piは各周波数におけ
るパワー値を示し、DFは周波数分配割合、すなわち周波
数Fと年齢Nとの関数DF=f(F,N)を示す。大熊の報告
(大熊輝雄:臨床脳波学、(社)医学書院、東京、199
1)に基づき、図5に示すように、分配割合を決定し
た。 (1)周波数分配割合関数の構築 分配割合関数は、式(4)に示すように、非対称二重S
字関数として見積もった。
In the equation (3), P i represents a power value at each frequency, and D F represents a frequency distribution ratio, that is, a function D F = f (F, N) of the frequency F and the age N. Report of Okuma (Teruo Okuma: Clinical EEG, Medical Institute, Tokyo, 199)
Based on 1), the distribution ratio was determined as shown in FIG. (1) Construction of frequency distribution ratio function The distribution ratio function has an asymmetric double S as shown in equation (4).
Estimated as a character function.

【数2】 [Equation 2]

【0061】式(4)中において、u、ν、w1、w2及びw
3はパラメータである。式(4)における推定パラメー
タを表9に示した。
In equation (4), u, ν, w1, w2 and w
3 is a parameter. Table 9 shows the estimated parameters in the equation (4).

【0062】[0062]

【表9】 [Table 9]

【0063】(2)パラメータ(u,ν,w1,w2,w3)と年齢
(N)との間の関数の推定 表9に示したパラメータと年齢とを回帰分析して、次式
(5)の関数fの係数を決定した。 f(u,ν,w1,w2,w3) = aN2 + bN + c 式(5) 結果を表10に示した。
(2) Parameter (u, ν, w1, w2, w3) and age
Estimating the function between (N) and the parameters shown in Table 9 and age were regression analyzed to determine the coefficient of the function f in the following equation (5). f (u, ν, w1, w2, w3) = aN 2 + bN + c Formula (5) The results are shown in Table 10.

【0064】[0064]

【表10】 [Table 10]

【0065】各被験者において、8Hz-13Hzの分配割合を
計算し、その割合に基づいてα波の値を補正した後に、
補正後のパワー値を再びANNに入力した。表11には、
各被験者データをANNモデルに学習させて、他の被験者
データを評価したときの結果を示した(但し、表11
は、表8との対応のために、B、F、H、K及びMのデ
ータを学習用に用いたときの正答率を示している)。
In each subject, the distribution ratio of 8 Hz to 13 Hz was calculated, and after correcting the value of α wave based on the ratio,
The corrected power value was input to the ANN again. Table 11 shows
ANN model was made to learn each subject data, and the result when other subject data was evaluated was shown (however, Table 11
Indicates the percentage of correct answers when the data of B, F, H, K, and M are used for learning in order to correspond to Table 8.

【0066】[0066]

【表11】 [Table 11]

【0067】この表に示すように、高齢者(E,F,G及び
H)のデータを学習用または評価用に用いた場合であっ
ても、認識率及び正答率は、いずれも90%以上という高
値を示した。このことから、α波に関して頻度情報を盛
り込んだ変更は、パワー値を補正するために上手く作用
し、加齢の影響は補正されたパワー値によって軽減させ
られることが明らかとなった。さらに正答率を改善する
ために、被験者A、D、H、I及びMから得られた全デ
ータを学習用に用い、他の被験者のデータを評価したと
きの認識率と正答率を表12に示した。
As shown in this table, the elderly (E, F, G and
Even when the data of H) were used for learning or evaluation, both the recognition rate and the correct answer rate were as high as 90% or more. From this, it was clarified that the change including the frequency information on the α wave works well to correct the power value, and the influence of aging can be reduced by the corrected power value. In order to further improve the correct answer rate, all the data obtained from the subjects A, D, H, I and M are used for learning, and the recognition rate and the correct answer rate when the data of other subjects are evaluated are shown in Table 12. Indicated.

【0068】[0068]

【表12】 [Table 12]

【0069】認識率および正答率は、ほぼ100%となっ
た。複数人から得られた脳波データに基づいたANNモ
デルは、脳波データの特徴について多くの情報を含んで
いることから、高い正答率が得られたものと考えられ
る。なお、本実施例では、人工ニューラルネットワーク
(ANN)に脳波データを入力する前に、被験者の年齢に
よる周波数分布補正を行っている。しかしながら、本発
明の他の実施例としては、予め様々な年齢の被験者に関
する脳波データをその被験者の年齢と共にANNに入力し
て、学習を行わせることにより、上記実施例のような被
験者の年齢による周波数分布補正を行うことなく、年齢
に応じた判定を行うこともできる。
The recognition rate and the correct answer rate were almost 100%. Since the ANN model based on the electroencephalogram data obtained from a plurality of people contains a lot of information about the features of the electroencephalogram data, it is considered that a high correct answer rate was obtained. In this embodiment, the frequency distribution is corrected according to the age of the subject before the electroencephalogram data is input to the artificial neural network (ANN). However, as another embodiment of the present invention, the brain wave data regarding the subjects of various ages is input to the ANN together with the ages of the subjects in advance, and the learning is performed, thereby changing the ages of the subjects as in the above embodiment. It is also possible to make a determination according to age without performing frequency distribution correction.

【0070】2.β波を用いた認識の確認 本研究においては、認識結果を確認するためにβ波を用
いた。精神労働の間に、β波パワー値は、Pz部位の周
辺、主としてC3とC4において増加した。表13には、14
Hz-20Hzの周波数帯のパワー値について、C3、C4、P3及
びP4における平均化された増加パーセンテージを示し
た。
2. Confirmation of recognition using β-wave In this research, β-wave was used to confirm the recognition result. During mental work, β-wave power values increased around the Pz site, mainly at C3 and C4. Table 13 shows 14
The averaged percentage increase in C3, C4, P3 and P4 is shown for the power values in the frequency band Hz-20Hz.

【0071】[0071]

【表13】 [Table 13]

【0072】β波パワー値は、暗算問題を行っている場
合に比べると、連想問題を行っている場合に顕著に増加
した。特に、増加割合は、(1)しりとり、(4)植
物、及び(6)野菜のそれぞれの場合において、50%以
上の高値を示した。この結果、確認のためには、連想問
題(1)、(4)又は(6)に関するβ波パワー値の増
加を用いれることが分かった。すなわち、もしANNモデ
ルの出力結果が間違っていた場合には、被験者はしりと
り、植物名或いは野菜名を思い出すことにより、β波パ
ワー値の増加を介して認識の誤りを知らせることができ
る。例えば、もしC3,C4,P3及びP4において、平均化され
た増加パーセンテージが50%より大きかったら、ANNモデ
ルの出力結果が間違っていたと判断することができる。
こうして、β波は、ANNモデルの認識が間違っているこ
とを確認するために用いられ、最終的な正答率Dcは、次
式(6)によって、与えられる。
The β-wave power value remarkably increased when the associative problem was performed, compared with when the mental arithmetic problem was performed. In particular, the increase rate showed a high value of 50% or more in each of (1) Shiritori, (4) plants, and (6) vegetables. As a result, it was found that the increase in the β-wave power value related to the associative problem (1), (4), or (6) can be used for confirmation. That is, if the output result of the ANN model is incorrect, the test subject can remember the plant name or vegetable name by shiritori and notify the recognition error through the increase of the β wave power value. For example, if the average percentage increase in C3, C4, P3 and P4 is greater than 50%, it can be determined that the output result of the ANN model is wrong.
Thus, the β wave is used to confirm that the recognition of the ANN model is incorrect, and the final correct answer rate D c is given by the following equation (6).

【0073】 Dc = Drate + p(100 - Drate) (%) 式(6) なお式中、Drateはβ波による確認前の正答率であり、p
はβ波の増加による確認を行った際の正答率の増加割合
である。この手順によって、正答率に大きな改善が認め
られ、システム能力の正当性が担保することができた。
D c = D rate + p (100 − D rate ) (%) Expression (6) In the expression, D rate is the correct answer rate before confirmation by β waves, and p
Is the rate of increase in the correct answer rate when confirmation is made by increasing β waves. By this procedure, the correct answer rate was significantly improved, and the legitimacy of the system ability was secured.

【0074】我々は、ANNモデルについて、修正された
パワー値をインプット値として用い、かつβ波の増加に
よる確認を行った。この方策により、健常人及び脊椎損
傷患者のいずれにおいても、正答率をほぼ100%にまで高
めることができた。
We confirmed the ANN model by using the corrected power value as an input value and increasing the β wave. By this measure, the correct answer rate could be increased to almost 100% in both healthy subjects and patients with spinal cord injury.

【0075】<意思伝達支援装置>次に、本発明を実施
するための意思伝達支援装置の一例を図6を参照しつ
つ、説明する。1は、頭部に生じた電流を検出するため
に頭部に装着する電極部である。この電極部1を装着す
る位置としては、例えば、左右の体性感覚野(C3及びP3
の間、C4及びP4の間に位置する)、T5、T6、F3、F4、P
3、P4、F7、及びF8の計10チャンネル(あるいは、左
右体性感覚野、P3、P4、T5、T6の6チャンネル)が例示
される(図2を参照)。
<Communication Supporting Device> Next, an example of a communication supporting device for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 is an electrode unit attached to the head for detecting a current generated in the head. The position where the electrode portion 1 is attached is, for example, the left and right somatosensory areas (C3 and P3).
Located between C4 and P4), T5, T6, F3, F4, P
A total of 10 channels of 3, P4, F7, and F8 (or 6 channels of left and right somatosensory areas, P3, P4, T5, and T6) are exemplified (see FIG. 2).

【0076】2は、電極部1で捉えた微弱な電流を増幅
するための増幅器である。電極部1と増幅器2とは電気
的に接続されている。3は、周波数ピーク成分抽出の精
度向上のためアナログ信号をデジタル信号に変換するA
/D変換器である。4は、使用する周波数成分帯域、主
として7Hz〜25Hzの周波数帯域フィルタである。このフ
ィルタ4を通過させることにより、電極部1により測定
された脳波から、ANN解析に必要な周波数帯域のデータ
が抽出される。
Reference numeral 2 is an amplifier for amplifying the weak current captured by the electrode section 1. The electrode unit 1 and the amplifier 2 are electrically connected. 3 is for converting an analog signal into a digital signal for improving the accuracy of frequency peak component extraction A
It is a / D converter. Reference numeral 4 is a frequency band to be used, mainly a frequency band filter of 7 Hz to 25 Hz. By passing through the filter 4, the data of the frequency band required for the ANN analysis is extracted from the electroencephalogram measured by the electrode unit 1.

【0077】5は、ピーク電流を積分する回路である。
6は、5の信号を安定した信号に増幅する出力増幅器で
ある。7は、制御装置(コンピュータ)であり、図示は
しないが、内部にはROM、RAM、記憶装置等が設けられて
いる。また、制御装置7は、ANN、及び後述するソフト
ウエアの稼働が可能となっている。8は、制御装置7の
稼働によって、ANNモデルによって処理された脳波デー
タが、出力される出力装置である。出力装置8の具体例
としては、例えばディスプレイ、音声出力などが挙げら
れる。
Reference numeral 5 is a circuit for integrating the peak current.
An output amplifier 6 amplifies the signal of 5 into a stable signal. Reference numeral 7 denotes a control device (computer), which is not shown in the drawing, but is internally provided with a ROM, a RAM, a storage device and the like. Further, the control device 7 can operate the ANN and software described later. An output device 8 outputs the electroencephalogram data processed by the ANN model by the operation of the control device 7. Specific examples of the output device 8 include a display and audio output.

【0078】<ソフトウエア>次に、本発明を実施する
ためのソフトウエアの一例を図7を参照しつつ、説明す
る。まず、脳波データを採取し(S100)、その脳波データ
を高速フーリエ変換(FFT)にかける(S110)。次に、脳
波データを採取した被験者が60才以上であるか否かを
判断し(S120)、YESの場合には、周波数分布を補正し
(S130)た後に、ステップ140に進む。一方、ステップ1
20において、被験者が60才未満であった場合には、そ
のままステップ140に進む。
<Software> Next, an example of software for implementing the present invention will be described with reference to FIG. First, the electroencephalogram data is collected (S100), and the electroencephalogram data is subjected to fast Fourier transform (FFT) (S110). Next, it is determined whether or not the subject who collected the electroencephalogram data is 60 years old or older (S120), and if YES, the frequency distribution is corrected (S130), and then the process proceeds to step 140. Meanwhile, step 1
If the subject is under the age of 60 at 20, the process proceeds directly to step 140.

【0079】ステップ140(S140)では、データに前処理
(例えば、PTM3を用いることができる)を施す。次に、
前処理されたデータをANNに入力し(S150)、β波による
確認を行う(S160)。なお、ANNは、予め学習用データを
用いて学習させておく。ここで、確認が肯定的であった
場合には、ANNからの出力を行い(S170)、ルーチンを終
了する。一方、β波による確認が否定的であった場合に
は、そのままルーチンを終了する。なお、複数の信号を
入力する場合には、上記のステップ100〜ステップ170を
順次に繰り返すことができる。
In step 140 (S140), the data is preprocessed (for example, PTM3 can be used). next,
The pre-processed data is input to the ANN (S150), and confirmation is performed using β waves (S160). Note that the ANN is preliminarily trained using the training data. Here, if the confirmation is affirmative, an output from the ANN is performed (S170), and the routine ends. On the other hand, if the confirmation by the β wave is negative, the routine is finished as it is. When a plurality of signals are input, the above steps 100 to 170 can be sequentially repeated.

【0080】このように本実施形態によれば、筋萎縮性
側索硬化症(ALS)を患った患者との間でも意思疎通を
図ることができる。例えば、患者はビデオスクリーン上
のカーソルの動きをコントロールすることができる。そ
こで、患者は、適当な文字をタイプするか、ビデオスク
リーンから適当なコメントを選択することができる。ま
た、このシステムは重篤な運動障害を持つ患者のために
義手の制御方法としても有用である。 同様に、このシ
ステムは、失われた運動機能を再建する研究、すなわち
機能的電気刺激(FES)に導入することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to communicate with a patient suffering from amyotrophic lateral sclerosis (ALS). For example, the patient can control the movement of the cursor on the video screen. The patient can then type in the appropriate letter or select the appropriate comment from the video screen. The system is also useful as a prosthetic hand control method for patients with severe movement disorders. Similarly, this system can be introduced into studies that reconstruct lost motor function, functional electrical stimulation (FES).

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

【図1】 脳波データを採取する際のタイミングチャー
トである。
FIG. 1 is a timing chart when collecting brain wave data.

【図2】 頭部の頂上から見たときの電極位置を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing electrode positions when viewed from the top of the head.

【図3】 ANNモデルの概要を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an outline of an ANN model.

【図4】 前処理法でANNモデルを学習する際に、変
数増加法で選択された入力項目をまとめて、選択された
項目の分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a distribution of selected items by collecting input items selected by the variable increasing method when learning an ANN model by the preprocessing method.

【図5】 α波の頻度分布を年齢によって補正するため
のグラフ図である。
FIG. 5 is a graph for correcting the frequency distribution of α waves according to age.

【図6】 本実施形態における意思伝達支援装置のブロ
ック図である。
FIG. 6 is a block diagram of a communication support device according to the present embodiment.

【図7】 本実施形態におけるソフトウエアの流れ図で
ある。
FIG. 7 is a flowchart of software in the present embodiment.

フロントページの続き (72)発明者 花井 泰三 福岡県福岡市東区筥松4−24−9 フロー レンス貝塚104 (72)発明者 日比野 新 愛知県名古屋市天白区池場4−1101 グリ ーンハイツ石薬師40B号 (72)発明者 白滝 龍昭 愛知県名古屋市緑区滝ノ水4−503 宝マ ンション滝ノ水311号 Fターム(参考) 4C027 AA03 CC00 DD07 FF01 FF02 FF05 GG01 GG11 KK03 Continued front page    (72) Inventor Taizo Hanai             4-24-9 Hasumatsu Higashi-ku, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture Flow             Lens Kaizuka 104 (72) Inventor Shin Hibino             4-1101, Ikeba, Tenpaku-ku, Nagoya-shi, Aichi             Stone Heights Ishiyakushi 40B (72) Inventor Tatsuaki Shirataki             4-503 Takinomizu, Midori Ward, Nagoya City, Aichi Prefecture             Ntion Takinomizu 311 F term (reference) 4C027 AA03 CC00 DD07 FF01 FF02                       FF05 GG01 GG11 KK03

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 左右両半球の脳波を測定可能な脳波測定
装置と、その脳波測定装置によって測定された脳波デー
タの事象関連脱同期を評価して情報を出力するコンピュ
ータとを備えたことを特徴とする意思伝達支援装置。
1. An electroencephalogram measuring device capable of measuring electroencephalograms of the left and right hemispheres, and a computer for evaluating event-related desynchronization of electroencephalographic data measured by the electroencephalogram measuring device and outputting information. Communication support device.
【請求項2】 コンピュータによる前記評価は、人工ニ
ューラルネットワーク(ANN)を使うことを特徴とする
請求項1に記載の意思伝達支援装置。
2. The communication support apparatus according to claim 1, wherein the evaluation by the computer uses an artificial neural network (ANN).
【請求項3】 前記ANNに被験者の年齢も入力するこ
とを特徴とする請求項2に記載の意思伝達支援装置。
3. The communication support device according to claim 2, wherein the subject's age is also input to the ANN.
【請求項4】 被験者の年齢によって、前記脳波データ
の周波数分布を補正することを特徴とする請求項1〜請
求項3のいずれかに記載の意思伝達支援装置。
4. The communication support device according to claim 1, wherein the frequency distribution of the electroencephalogram data is corrected according to the age of the subject.
【請求項5】 コンピュータによる情報の出力をβ波の
変化によって確認することを特徴とする請求項1〜請求
項4のいずれかに記載の意思伝達支援装置。
5. The communication support device according to claim 1, wherein the output of the information by the computer is confirmed by the change of the β wave.
【請求項6】 左右両半球で測定された脳波データを、
事象関連脱同期に関する脳波データによって学習された
人工ニューラルネットワーク(ANN)に入力し、前記脳
波データに対応した出力を行うことを特徴とするソフト
ウエア。
6. EEG data measured in both the left and right hemispheres,
Software for inputting to an artificial neural network (ANN) learned by electroencephalogram data relating to event-related desynchronization and performing output corresponding to the electroencephalogram data.
【請求項7】 前記脳波データは、高速フーリエ変換を
用いて変換された後に、事象関連脱同期を起こす前の基
準データと事象関連脱同期を起こした解析データとの比
較を行う前処理を施した後に、前記ANNに入力されるこ
とを特徴とする請求項6に記載のソフトウエア。
7. The electroencephalogram data is subjected to a pre-processing after being converted by using a fast Fourier transform and then compared with reference data before event-related desynchronization and analysis data after event-related desynchronization. 7. The software according to claim 6, wherein the software is input to the ANN after being processed.
【請求項8】 前記脳波データに加えて、前記ANNに
被験者の年齢も入力することを特徴とする請求項6また
は請求項7のいずれかに記載のソフトウエア。
8. The software according to claim 6, wherein the age of the subject is also input to the ANN in addition to the electroencephalogram data.
【請求項9】 被験者の年齢によって、前記脳波データ
の周波数分布を補正することを特徴とする請求項6〜請
求項8のいずれかに記載のソフトウエア。
9. The software according to claim 6, wherein the frequency distribution of the electroencephalogram data is corrected according to the age of the subject.
【請求項10】 前記脳波データに対応した出力は、β
波の変化によって確認されることを特徴とする請求項6
〜請求項9のいずれかに記載のソフトウエア。
10. The output corresponding to the electroencephalogram data is β
7. The method according to claim 6, wherein the change is confirmed by a change in the wave.
~ Software according to any one of claims 9 to 10.
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