JP2005334163A

JP2005334163A - 脳波誘導装置

Info

Publication number: JP2005334163A
Application number: JP2004155175A
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: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】可聴域より低い超低音波の刺激を人体に向けて放出して、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。
【解決手段】正弦波信号を発振するそれぞれの正弦波信号発振部１ａ、１ｂと、周波数の異なる正弦波信号を合成する信号合成部２と、合成信号を人体が感じることのできる刺激として出力する合成信号出力部３を備えた脳波誘導装置において、前記信号合成部２における正弦波信号の合成は、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数が脳波周波数以下の周波数帯域になるように構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用者の脳波を精神の鎮静化、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、物理的振動、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、特開２００３−１９９８３１号公報に開示されるように、超音波を一定周期のＯＮ、ＯＦＦ正弦波信号に同期して送信し、さらに可聴周波数範囲の周波数差を持つ異なる周波数を同時に発振させ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、波形が滑らかではないため、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。さらに、超音波を発振する超音波発振手段を複数設けることによって可聴周波数範囲の周波数差を持つ異なる周波数を同時に発振させており、対象とする人に微かな共振音を聞かせるものであった。

また、特許登録第３４４４６３２号公報に開示されるように、周波数１２０乃至２００ヘルツの可聴域の低周波を周波数約２０ヘルツ以下の超低周波で変調度約３０乃至１００％の範囲で振幅変調して、上記低周波に上記超低周波を重畳してなる変調電気正弦波信号を得、得られた変調電気正弦波信号を電気音響変換してＦｍθを誘導する可聴音を発生し、上記可聴音の周波数、出現頻度、持続時間及び強度のうち、いずれか１つ若しくは複数を、ヒトの生体現象における長期的変動からサンプリングした系列に基づく１／ｆゆらぎ規則にしたがって変動させることを特徴とするＦｍθを誘導する可聴音とその発生方法が考案されている。

しかしながら、この装置では、可聴域の低周波を超低周波で振幅変調するため、対象とする人に音として聞こえるものである。また、主に注意力や集中力を高めるためにＦｍθを誘導することに限定したもので、使用者の脳波を精神の鎮静化に向けて誘導して、リラックスや睡眠状態への移行を狙うものではなかった。
特開平９−１６４２０６号公報特開２００３−１９９８３１号公報特許登録第３４４４６３２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の刺激を人体に向けて放出して、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、任意の周波数の正弦波信号を発振するそれぞれの正弦波信号発振部と、周波数の異なる正弦波信号を合成する信号合成部と、合成信号を人体が感じることのできる刺激として出力する合成信号出力部を備えた脳波誘導装置において、前記信号合成部における正弦波信号の合成は、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数が脳波周波数近傍の周波数帯域になるように構成されている。出力される合成信号としては、音波または物理的な振動など様々な形態が考えられる。

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合成信号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、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数を脳波周波数に近い周波数帯域にして、脳波を覚醒またはリラックスの方向に誘導するようにしている。そして、この正弦波信号を、一例として、超音波とすると、合成信号出力部は超音波が出力できる汎用スピーカを使用して脳波周波数に関連する刺激を出力できるので、大型の超低周波用スピーカを用いる必要がなく（一般的なスピーカで脳波周波数に関連するような、特に２０Ｈｚ以下の超低音波を直接出力することは困難）、脳波周波数以下の刺激間隔に関連する超音波を人体に向けて出力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、実際に出力されているのは超音波であることによって、使用者はこの刺激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、睡眠状態または逆の活性化された状態に導かれる。正弦波信号を可聴域音波とした場合には、使用者はこの刺激を認識できるため、例えば好みの音楽を用いると、脳波周波数に関連する刺激と好みの音楽の相乗効果によって、より効果的に脳波誘導されてリラックスした状態、睡眠状態または逆の活性化された状態に導かれる。
また、正弦波信号を脳波周波数以下の周波数帯域になるよう振幅変調する構成の装置と比較すると、振幅変調した場合にはもとの正弦波信号の周期一定であるのに対し、この合成信号は、脳波周波数以下の周波数帯域の周期的変化以外に、合成した信号の周期も一定ではなくゆらぎをもっている点が異なる。

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、合成信号出力部が小型なので装置本体に取り付けやすく、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、効果的に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および図２を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明にかか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を示すグラフ図である。

図1に示すように、この脳波誘導装置は、正弦波信号を発振するそれぞれの正弦波信号発信部として、第１正弦信号発信部１ａと、第２正弦信号発信部１ｂ、これらの正弦波信号発振部１ａ、１ｂにて発生される正弦波信号を合成して合成信号を形成する信号合成部２、および、このように合成された正弦波信号を出力する合成信号出力部３とから構成されている。そして、この信号合成部における正弦波信号の合成は、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数が脳波周波数以下の周波数帯域になるように構成されている。

以下は特に正弦波信号の周波数を２００００Ｈｚ以上の超音波とした場合について本願を説明する。この場合、合成信号出力部３としては、超音波を出力可能である一般的な汎用スピーカを使用することができる。この合成信号出力部３から大気中に放出される超音波は、周波数の異なる超音波の差分周波数が脳波周波数以下の周波数帯域になるように合成された合成超音波である。つまり、合成信号出力部３から大気中に放出されるこの超音波はゆらぎが脳波周波数以下の周波数帯域になっている。このような超音波は、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。

そして、周波数の異なる超音波の差分周波数が使用者の脳波よりもやや高い周波数になるように合成された合成超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ものである。また、逆に使用者の脳波よりもやや低い周波数になるように合成された合成超音波による刺激が与えられた場合には、使用者の脳波を精神の鎮静化に向けて誘導し、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、与える合成超音波の差分周波数によって、覚醒化または鎮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、以下は特に鎮静化について本願を説明する。

図２における（ａ）は、第１正弦信号発信部１ａから発振する超音波波形を、（ｂ）は第２正弦信号発信部１ｂから発振する超音波波形を、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を合成した合成超音波波形を示している。この合成超音波の包絡線が周波数の異なる超音波の差分周波数となっている。例えば、（ａ）の周波数を４００００Ｈｚ、（ｂ）の周波数を４００１０Ｈｚとすると、（ｃ）の合成超音波における包絡線の周波数は１０Ｈｚとなる。

合成する超音波の差分周波数は、可聴周波数帯域の低周波側の閾値が２０Ｈｚ程度であることから、２０Ｈｚ以下が好ましい。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周波として、脳波の周波数を誘導することが望ましい。脳波の周波数に近似した周波数に関連する刺激を与えると、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。

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。この合成超音波を出力する位置は、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、人体、特に頭部や鼓膜のある耳付近までの距離に関わらずどこでもよい。

なお、差分周波数のゆらぎを、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３乃至図４を参照して、経過時間に伴う周波数変化のより具体的な実施形態を説明する。図３ないし図４はそれぞれ本発明の一実施形態における周波数変化状態を説明するグラフ図である。また、図５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３に示すように、この実施形態にあっては、合成信号は、周波数の異なる正弦波信号の差分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、図３の例では、差分周波数が、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。

周波数の異なる正弦波信号の差分周波数が時間とともに減少するためには、第１正弦信号発信部１ａと第２正弦信号発信部１ｂから発振する各正弦波信号の周波数が、それぞれ時間とともに減少するよう設定された正弦波信号を発振し、信号合成部２にて合成する。

また、図５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、合成信号は、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数を、検出された脳波周波数に略一致させるよう構成している。つまり、使用者の脳波を検出した脳波検出部４の正弦波信号が正弦波信号振幅部１ａと正弦波信号振幅部１ｂにそれぞれ入力され、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、正弦波信号の差分周波数を決定するのである。この場合、使用者の脳波の鎮静化に合わせて、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、その正弦波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、鎮静化がなされやすい状態になっているといわれている。

また、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差分周波数の刺激Ａ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差分周波数の刺激Ｂ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差分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Ａ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差分周波数で、刺激Ｂ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差分周波数としている。この場合、使用者の脳波の周波数に合致する差分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、出力される合成信号が超音波である場合、この合成超音波信号を、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、この振幅変調をした合成超音波を出力するのである。このような操作によって、脳波の周波数に近似した周波数に関連する超音波と可聴周波数音波とを同時に出力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。

また、出力される合成信号を、振幅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、合成信号の差分周波数を一定にした上で、合成信号の振幅が、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、合成信号の差分周波数が変化するように制御した上で、合成信号の振幅が、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、出力する合成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、合成信号の振幅が、検出した意識レベルに振幅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、正弦波信号出力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５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、睡眠段階が入眠した状態と判定した場合、合成信号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７に示すような一実施形態も好ましい。この図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、正弦波信号を発振する第１正弦信号発信部１ａ、第２正弦信号発信部１ｂと、これらの正弦波信号発信部１ａ、１ｂにて発生される正弦波信号を合成して合成超音波を形成する信号合成部２と、このように合成された信号を出力する合成信号出力部３とを備え、前記信号合成部における超音波の合成は、周波数の異なる超音波の差分周波数が脳波周波数以下の周波数帯域になるように構成するとともに、前記合成信号出力部３をこの装置の使用者に向けて出力する位置に取り付けているものである。

より具体的には、合成信号出力部３は、出力される合成信号が超音波である場合、使用者が意識することが無いような位置で、例えば、ベッドにあっては、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、第１正弦信号発信部１ａ、第２正弦信号発信部１ｂと信号合成部２は、合成信号出力部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。

例えば、椅子にあっては、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。第１正弦信号発信部１ａ、第２正弦信号発信部１ｂと信号合成部２は、合成信号出力部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。

また、合成信号出力部３から出力される信号が物理的な振動である場合には、合成信号出力部３は、例えば、ベッドにあっては、マット上で仰臥した場合に、背中に振動が伝わる位置や、手足の末梢部に接する位置に配設しておくとよい。この場合、第１正弦信号発信部１ａ、第２正弦信号発信部１ｂと信号合成部２は、合成信号出力部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。第１正弦信号発信部１ａ、第２正弦信号発信部１ｂと信号合成部２は、合成信号出力部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。本願発明の一実施形態における周波数変化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周波数変化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における周波数変化状態を説明するグラフ図である。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

１ａ第１正弦信号発信部
１ｂ第２正弦信号発信部
２信号合成部
３合成信号出力部
４脳波検出部
５人体保持装置

Claims

任意の周波数の正弦波信号を発振するそれぞれの正弦波信号発振部と、周波数の異なる正弦波信号を合成する信号合成部と、この合成信号を人体が感ずることのできる刺激として出力する合成信号出力部を備えた脳波誘導装置において、前記信号合成部における正弦波信号の合成は、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数が脳波周波数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。
合成信号は、周波数の異なる正弦波信号の差分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、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数を、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している請求項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。
合成信号を、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、合成信号は、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。
椅子または寝具などのような人体保持装置において、任意の正弦波信号を発振するそれぞれの正弦波信号発振部と、周波数の異なる正弦波信号を合成する信号合成部と、合成信号を人体が感ずることのできる刺激として出力する合成信号出力部を備え、前記信号合成部における正弦波信号の合成は、周波数の異なる正弦波信号の差分周波数が脳波周波数以下の周波数帯域になるように構成するとともに、前記合成信号出力部をこの装置の使用者に向けて出力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。