JP2005087572A

JP2005087572A - 脳波誘導装置

Info

Publication number: JP2005087572A
Application number: JP2003326998A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Takahashi; 達也高橋; Masako Kitado; 真子北堂
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】可聴域より低い超低音波を大気中に放出して、効果的な脳波誘導を行うことができる脳波誘導装置を、小型で簡便な構成にて実現することであり、さらには、このような脳波誘導を行う椅子または寝具などのような人体保持装置を提供する。
【解決手段】超音波を発振する超音波発振部１と、この超音波を振幅変調して振幅のゆらぎを形成する振幅変調部２と、このように振幅変調された超音波を大気中に放出する超音波出力部３とを備えた脳波誘導装置において、前記振幅変調部２における振幅変調は、振幅のゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用者の脳波を精神の沈静化、または逆に覚醒化に向けて誘導して、リラックスや睡眠状態、または逆に活性化された状態への移行を効果的に行うことができる脳波誘導装置に関するものである。

従来から、脳波の周波数帯域に近似した周波数特性を有する刺激を使用者に付与することによって、使用者の脳波を誘導することが可能であることが知られている。刺激手段としては、光、機械的振動、音、電気等、様々なものがある。

これらのうち、特開平９−１６４２０６号公報に開示されているように、スピーカシステムから、可聴周波数以下の超低周波数の気圧変動または気流変動を使用者のいる自由空間に発生させる安らぎ提供装置がある。この装置によれば、用いる刺激を可聴周波数以下の超低音波としているので、対象とする一人ないし複数の人に音として聞こえるわけではなく、したがって、自覚的な刺激を与えることなく、心身の安らぎや活性化を生じさせることができるものである。

ここで、可聴周波数以下の超低周波数とは、可聴周波数帯域の低周波側の閾値が１６〜２０Ｈｚ程度であることから、１６〜２０Ｈｚ以下の周波数のことを指すものである。そして、このような低周波をスピーカから出すためには、そのような低周波数でスピーカーの振動板を振動させればよいことになる。

しかしながら、一般的にこのようなスピーカはその放射抵抗が小さいため、供給された振動のエネルギーの大部分は媒体を全体として運動させることに消費されて、なかなか音波にならないのである。つまり、一般的にはスピーカの口径によって再生可能な低域周波数が決まるのであるが、可聴周波数以下の超低音波を出力するには大きな口径のものが必要になり、装置が大型になるなどしてなかなか大変なのである。

また、実用新案登録第３０８７１４２号公報に開示されるように、超音波を一定周期のＯＮ、ＯＦＦ信号に同期して送信する睡眠導入装置が考案されている。この装置は、超音波送信の周波数を、脳波のβ波よりも低い周波数帯域、つまりα波、θ波またはδ波の周波数にて所定時間断続させるよう制御する睡眠導入器本体と、このような断続する超音波を出力する超音波トランスミッタを埋め込んだ睡眠用枕とから構成されている。

しかしながら、この装置では、超音波のＯＮ，ＯＦＦ信号を上記α波、θ波またはδ波の周期に同期させており、簡単な構成になっているものの、直接、超低音波を出力する訳ではないため、場合によってはその効果が十分とは言えないことがあった。
特開平９−１６４２０６号公報実用新案登録第３０８７１４２号公報

本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、可聴域より低い超低音波を大気中に放出して、効果的な脳波誘導を行うことができる脳波誘導装置を、小型で簡便な構成にて実現することである。さらには、このような脳波誘導を行う椅子または寝具などのような人体保持装置を実現することである。

上記課題を解決するために、本願発明の脳波誘導装置は、超音波を発振する超音波発振部と、この超音波を振幅変調して振幅のゆらぎを形成する振幅変調部と、このように振幅変調された超音波を大気中に放出する超音波出力部とを備えた脳波誘導装置において、前記振幅変調部における振幅変調は、振幅のゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になるように構成されている。

また、椅子または寝具などのような人体保持装置においては、上記した脳波誘導装置における超音波出力部をこの装置の使用者に向けて放出する位置に取り付けている。

本願発明の脳波誘導装置においては、超音波出力部から大気中に放出される超音波の振幅のゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になるように構成している。この場合、超音波出力部は超音波用のスピーカを使用できるので、大型の低周波用スピーカを用いる必要がなく、非可聴域の音波を大気中に発生させることができるようになっている。したがって、この脳波誘導装置は小型で簡便な構成にて実現される。また、非可聴域の超低音波を直接人体に作用させることによって、使用者はこのような超低音波および超音波を音として認識せずに、効果的に脳波誘導されてリラックスした状態や睡眠状態または逆の活性化された状態に導かれる。

さらには、このような脳波誘導を行う椅子または寝具などのような人体保持装置にあっては、超音波出力部が小型なので装置本体に取り付けやすく、超低音波を人体に作用させる位置に容易に取り付けることができて、簡便に構成されるとともに、効果的に人体をこの装置に保持した状態において、脳波誘導を行うことができる装置になっている。

以下、図１、図２および図３を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明に係る脳波誘導装置の基本構成を示すブロック図であり、図２は同装置の各ブロックにおける波形および生成される超低音波を示すグラフ図であり、図３は音波の非線形現象を説明するグラフ図である。

図1に示すように、この脳波誘導装置は、超音波を発振する超音波発振部１と、この超音波発信部１にて発生される超音波を振幅変調して振幅のゆらぎを形成する振幅変調部２と、このように振幅変調された超音波を大気中に放出する超音波出力部３とから構成されている。そして、この振幅変調部２は振幅のゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になるように構成されている。

この場合、超音波出力部３としては、超音波を出力可能である一般的なスピーカを使用している。この超音波出力部３から大気中に放出される超音波の振幅は、ゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になって大気中に放出される。つまり、超音波を伝搬手段として低周波の音波を発生させるパラメトリックスピーカの原理によって、超音波出力部３から一定距離離れた位置にて、前記したような可聴域以下の周波数の音波、言いかえれば超低音波が大気中に生成する。このような超低音波は、当然、人には音として聴こえないが、生体の鼓膜や皮膚に刺激を与え、生理状態に影響を及ぼすことが可能である。パラメトリックスピーカの音源としてより詳細には、超音波の振動子を配置したもの、反射板方式、圧電セラミックアレイ方式、ピエゾ効果を応用した方式等、種々の方式のものを用いることができる。

たとえば、脳波よりもやや高い超低音波による刺激が与えられた場合には、使用者は覚醒化の方向に向けて脳波が誘導される。また、逆に脳波よりもやや低い超低音波による刺激が与えられた場合には、使用者の脳波は精神の沈静化に向けて誘導され、リラックスや睡眠状態へ移行させる効果がある。以上のように、与える超低音波の周波数によって、覚醒化または沈静化のいずれの方向に脳波を誘導することが可能であるが、以下の説明では特に沈静化の場合について本願を説明する。

また、パラメトリックスピーカでは、１次波としての超音波振幅のゆらぎを、ある特定周波数特性を持つ音波の周波数帯域になるよう振幅変調すると、自己復調効果によって、スピーカから一定距離離れた所定の位置において、前記特定周波数の音波が２次波として生成する。この場合、超音波が空気中を伝搬する際の非線形現象を利用しているのであって、２次波は１次波の伝搬とともに蓄積的に振幅を増すとともに、１次波が吸収や球面拡散によって減衰し、非線形効果が弱くなるまで２次波の増幅効果は持続する。もちろん、所定の位置において１次波である超音波も存在するが、超音波は波長が速く、減衰度合も大きいのである。

図２における（ａ）は超音波発振部１から発振する超音波波形を、（ｂ）は振幅変調部２において、可聴周波数帯域以下の超低音波によって振幅変調した超音波波形を、（ｃ）は所定の位置で生成する超低音波波形を示している。ここで、所定の位置とは、脳波を徐波化させ、リラックスや睡眠状態への移行を促進させる対象である人体が存在する位置であり、頭部、特に鼓膜のある耳付近を想定することができる。ただし、この超低音波を生成する位置は、超低音波が、前記所定の位置において、目的とするのに必要なレベル以上の音圧であって、脳波を徐波化させ、リラックスや睡眠状態への移行を促進することができるのであれば、どこでもよい。

生成させる超低音波の周波数は、可聴周波数帯域の低周波側の閾値が１６〜２０Ｈｚ程度であることから、この周波数以下とする必要がある。より具体的には、脳波の特定発現周波数のうち、一般的に８〜１３Ｈｚはα波、４〜７Ｈｚはθ波と呼ばれており、これらの周波数と一致する超低音波を用いて、脳波の周波数を誘導することが考えられる。脳波の周波数に近似した周波数で刺激を与えると、脳波が刺激周波数に同調するという現象は「引き込み」現象としてよく知られている。

上記した非線形現象は、図３に示されるように一般的に良く知られた現象であって、音波の音圧が高い時に現われるものである。この図は、周波数が０．５〜３．５７ｋＨｚの正弦波が、それぞれ内径５ｃｍの導波管内を伝搬した時の音圧関係を測定した空中実験によるものである。３．５７ｋＨｚでは、音源近傍での音圧レベルが約１４０ｄＢ以上の時に非線形性がみられる。特に、周波数が高くなると、低い音源音圧レベルでも受音音圧が飽和し、非線形性がみられやすくなる。

また、パラメトリックアレイ効果によって、自己復調した２次波のビームは狭く、指向性が高くなっている。つまり、指向性が強く、増幅された特定周波数の音波を生成することができる。パラメトリックアレイをスピーカとして利用する時には、１次波の周波数を２０ｋＨｚ以上の超音波領域にする。通常、４０ｋＨｚ付近がよく用いられる。この結果、特に有効に目的とする使用者に超低音波を作用させることができるのである。

ここで、超音波の人体の影響について述べると、人体に非接触の空中超音波の場合、まだはっきりとした見解はないが、約１００ｄＢ以下であれば変化がないといった報告があることから、人体付近での音圧レベルがあまり高くならないようにするのが好ましい。

なお、１次波としての超音波振幅のゆらぎの周波数を、１／ｆゆらぎ特性を有するようにするとより好ましい形態となる。ここに言う、１／ｆゆらぎとは、潮騒音、小川のせせらぎ音などのような自然界の波動現象に見られるゆらぎであり、パワースペクトルがフーリエ周波数に逆比例するものである。この場合、生体のリズムにマッチングしたゆらぎに合わせることができるので、特にスムーズにリラックスや睡眠の状態に移行される。

以下に、図４ないし図７を参照して、振幅変調部２における振幅変調のより具体的な実施形態を説明する。図４ないし図６はそれぞれ本発明の一実施形態における振幅変調部２の変調状態を説明するグラフ図である。また、図７は本発明の一実施形態における脳波誘導装置の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、この実施形態にあっては、振幅変調部２は振幅のゆらぎの周波数が時間とともに減少するように構成されている。つまり、脳波の周波数は、覚醒時の安静状態からリラックス状態、入眠状態、浅い睡眠状態、深い睡眠状態への変化するような意識レベルの低下に伴い、高い周波数帯域から低い周波数帯域へと移行することが知られている。したがって、この図の例では、生成する超低音波の周波数が、時間経過とともに減少するよう制御されている。リラックスや誘眠といった、精神の鎮静化時には、脳波の周波数は徐波化していく。よって、引き込み刺激は、周波数を徐々に遅くしていくとより好ましいものになる。

また、図７に示すように、この実施形態にあっては、脳波誘導を受ける人の脳波を検出する脳波検出部４をさらに備え、振幅変調部２は脳波検出部４にて検出された脳波周波数に略一致させて振幅変調を行うよう構成している。つまり、使用者の脳波を検出した脳波検出部４の信号が振幅変調部２に入力され、脳波検出部４により検出した脳波の周波数に同期するように、超音波を振幅変調するのである。この場合、使用者の脳波の沈静化に合わせて、脳波が誘導されるので、より確実に脳波を誘導することができる。

脳波を検出するには、たとえば、人体の頭部に皿電極を装着し、その信号を増幅して周波数解析する方法が考えられる。ただし、使用者の脳波の周波数を導出することができれば、どのような構成であってもよく、検出した脳波の周波数と同じか或いは近似した周波数の刺激を与えることによって、引き込み現象が起こりやすく、生体の意識レベルに応じた制御をすることができる。脳波検出部４により検出した脳波の周波数に近似した周波数とは、好ましくは、検出した周波数の±１０％以内の周波数とする。±１５％程度であっても有効であるが、これ以上、特に±２０％以上である場合、検出した脳波の周波数と異なる度合が高くなり、引き込み現象が起こりにくくなり、ほとんど効果がみられないものである。なお、脳波の周波数と同じか或いは近似した周波数の刺激を与えることによる引き込み現象では、その時点において脳波のピーク周波数のパワースペクトルレベルが増加し、沈静化がなされやすい状態になっていると言われている。

また、図５に示すように、この実施形態にあっては、略一致させる周波数をマイナス１０％以内の低い所定の周波数としている。この図における破線Ａは、脳波検出部４により検出した脳波の周波数の経時変化を、実線Ｂは、脳波検出部４により検出した脳波の周波数より所定周波数だけ遅い周波数を示している。ここにおいて周波数の具体的数値を例示すると、検出した周波数に対して１Ｈｚ以内の周波数とする。例えば、検出した脳波の周波数が１０Ｈｚであった場合、まず９Ｈｚの刺激を与え、脳波の周波数が９Ｈｚに移行すると、今度は８Ｈｚの刺激を与える、といったように制御を行うのである。つまり、脳波の周波数が、覚醒時の安静状態からリラックス状態、入眠状態、浅い睡眠状態、深い睡眠状態への変化するような意識レベルの低下に伴い、高い周波数帯域から低い周波数帯域へと移行する過程で、脳波検出部４により検出した脳波の周波数より１０％程度以内の所定周波数だけ低い周波数の刺激を与えることによって、より引き込み現象が起こりやすく、確実な脳波誘導がなされるのである。

また、図６に示すような実施形態も好ましい。この実施形態にあっては、まず第１の区間で、脳波検出部４により検出した脳波の周波数より所定周波数だけ低い周波数の刺激を与えることによって、引き込み現象を起こりやすくした上で、生体の次の意識レベルに応じた制御をし、次に第２の区間で、脳波検出部４により検出した脳波の周波数と同じか或いは極めて近似した周波数の刺激を与えることによって、引き込み現象を起こりやすくして、生体の意識レベルに応じた制御をし、さらに第３の区間で、検出した脳波の周波数より所定周波数だけ低い周波数の刺激を与えることによって、引き込み現象を起こりやすくした上で、生体の次の意識レベルに応じた制御をする、といったことを繰り返すのである。各区間の時間間隔は、例えば３０秒とする。この時間間隔は一定であってもよいし、そうでなくてもよい。この図の例は、時間間隔が一定でない場合である。図中の刺激Ｃは、脳波検出部４により検出した脳波の周波数より所定周波数だけ低い周波数で、刺激Ｄは、脳波検出部４により検出した脳波の周波数と同じか或いは極めて近似した周波数としている。この場合、使用者の脳波の周波数に合致する周波数で脳波誘導される区間があるので、違和感のない脳波誘導がなされやすくなっている。

なお、以下のような形態も好ましいものの一つである。つまり、１次波である超音波を、可聴周波数帯域以下の超低音波と呼ばれる周期によって振幅変調し、さらに可聴、つまり通常の音楽の周波数帯域で振幅変調し、それらの振幅変調をした超音波を出力するのである。このような操作によって、自己復調効果により、超音波出力部３から一定距離離れた所定の位置において、同時に超低音波と可聴周波数音波とを生成することが可能となる。ここで、人体には可聴周波数音波のみが聴こえることになる。この場合の可聴周波数音波は、様々な周波数が複合された音波である一般的な音楽などだけでなく、周波数が一定の音波である純音でも、純音の周波数が時間経過とともに変化する可聴周波数音波であってもよい。この場合、好きな音楽を聴くようにするなどして音波による安らぎ効果があるのみならず、この音波はパラメトリックアレイ効果によって指向性が高いので、使用者のみに良く聞こえるようになって周囲の人に影響を与えることが少なくなっている。

また、振幅変調部２における振幅変調を、振幅ゆらぎ強度が時間経過とともに減少するようにする形態も好ましいものの一つである。ここでは、振幅変調部２において、超低音波の周波数が一定になるように制御した上で、超音波の振幅が、時間経過とともに減少するよう制御をするのである。また、前述したように、振幅変調部２において、超低音波の周波数が変化するように制御した上で、超音波の振幅が、時間経過とともに減少するよう制御してもよい。リラックスや誘眠といった、精神の鎮静化時には、意識レベルが低下していくが、出力する超音波自身の振幅を、時間経過とともに減少させることによって、このような生体の意識レベルの低下に応じた制御をするのである。

また、脳波誘導を受ける人の意識レベル検出部を備え、振幅変調部２における振幅変調を、検出した意識レベルに振幅ゆらぎ強度を合わせて減少させる形態も好ましいものの一つである。または、意識レベルがある程度低下したときに、振幅変調を停止することもできる。この場合、使用者の意識レベルは、たとえば、図７を参照して説明したような脳波検出部４で検出した周波数から判定することができる。そして、脳波を判読することにより得られる睡眠深度のうち、睡眠段階が１、つまり入眠したと判定した場合に、超音波の出力を停止するよう制御するのである。意識レベルの判定には、脳波以外にも、心電図、呼吸、体動などを測定できるセンサを用意し、その出力から判定してもよく、いろいろな手段を用いることができるのである。

また、図８に示すような一実施形態も好ましい。この図は椅子または寝具などのような人体保持装置５を示した斜視図である。この人体保持装置５においては、超音波を発振する超音波発振部１と、この超音波を振幅変調して振幅のゆらぎを形成する振幅変調部２と、このように振幅変調された超音波を大気中に放出する超音波出力部３とを備え、前記振幅変調部２における振幅変調は、振幅のゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になるように構成するとともに、前記超音波出力部３をこの装置の使用者に向けて放出する位置に取り付けているものである。

この図８は人体保持装置５として特にベッドベッドを示したものであって、音波出力部３を、枕や人体の耳付近にあたる位置、より具体的には、ヘッドボード６位置に配設し、使用者が意識することがないようにしておくとよい。この場合も、超音波発振部１と振幅変調部２は、超音波出力部３と同様にベッド本体内に内蔵されていてもよいし、本体外部に配置することもできる。

また、椅子のような人体保持装置５の場合にあっては、その背面を支えるシート部のうち、人体の耳付近にあたる位置に配設するとよい。超音波発振部１と振幅変調部２は、超音波出力部３と同様に椅子本体に内蔵されていてもよいし、本体外部に配置することもできる。リラックスや昼寝や休憩等を目的とした椅子にあっては、背面を支えるシート部がリクライニングするリクライニングチェアであればより好ましい。

本願発明の脳波誘導装置の基本構成を示すブロック図である。同脳波誘導装置の各ブロックにおける波形を示すグラフ図である。音波の非線形現象を説明するグラフ図である。本願発明の一実施形態における振幅変調部の変調状態を説明するグラフ図である。本願発明の一実施形態における振幅変調部の変調状態を説明するグラフ図である。本願発明の一実施形態における振幅変調部の変調状態を説明するグラフ図である。本願発明の一実施形態における脳波誘導装置の構成を示すブロック図である。本願発明の一実施形態である人体保持装置を示す斜視図である。

符号の説明

１超音波発信部
２振幅変調部
３超音波出力部
４脳波検出部
５人体保持装置
６ヘッドボード

Claims

超音波を発振する超音波発振部と、この超音波を振幅変調して振幅のゆらぎを形成する振幅変調部と、このように振幅変調された超音波を大気中に放出する超音波出力部とを備えた脳波誘導装置において、前記振幅変調部における振幅変調は、振幅のゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になるように構成されていることを特徴とする脳波誘導装置。
振幅変調部における振幅変調は、振幅のゆらぎの周波数が時間とともに減少するようにしていることを特徴とする請求項１記載の脳波誘導装置。
脳波誘導を受ける人の脳波を検出する脳波検出部をさらに備え、振幅変調部における振幅変調は、検出された脳波周波数に略一致させるようにしていることを特徴とする請求項１記載の脳波誘導装置。
略一致させる周波数を、検出された脳波周波数からマイナス１０％以内となる低い周波数としていることを特徴とする請求項３記載の脳波誘導装置。
振幅変調部における振幅変調は、振幅ゆらぎ強度が時間経過とともに減少するようにしていることを特徴とする請求項１記載の脳波誘導装置。
脳波誘導を受ける人の意識レベル検出部をさらに備え、振幅変調部における振幅変調は、検出した意識レベルに振幅ゆらぎ強度を合わせて減少させるようにしていることを特徴とする請求項１記載の脳波誘導装置。
椅子または寝具などのような人体保持装置において、超音波を発振する超音波発振部と、この超音波を振幅変調して振幅のゆらぎを形成する振幅変調部と、このように振幅変調された超音波を大気中に放出する超音波出力部とを備え、前記振幅変調部における振幅変調は、振幅のゆらぎが可聴域以下の周波数帯域になるように構成するとともに、前記超音波出力部をこの装置の使用者に向けて放出する位置に取り付けていることを特徴とする人体保持装置。