JP2006110234A - Method for processing brain activity information data, and apparatus thereof - Google Patents

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Hironori Nakatani
裕教 中谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a method for processing brain activity information data without using the conventional averaging method. <P>SOLUTION: The method for processing the brain activity information data to process brain activity information data which is observed at least one place of a living body includes: a first step for analyzing the brain activity information data by temporal frequency, developing the data in a temporal frequency area, and acquiring a temporal frequency analysis result in each time frequency; a second step for dividing the temporal frequency area where the brain activity information data is developed, into a plurality of small areas having prescribed shapes and sizes; and a third step for obtaining the value of a statistic amount expressing relation between variable numbers on the basis of the temporal frequency analysis result, with respect to the small areas, as regards presence/no presence of electroencephalographic activity generation, estimating the pattern of a electroencephalographic activity related to a problem or a stimulation from the obtained value of the statistic amount, and detecting the electroencephalographic activity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、脳活動情報データ処理方法およびその装置に関し、さらに詳細には、従来より周知の加算平均法を用いることなく脳活動情報データを検出し、脳活動のパターンに基づいて分類することのできる脳活動情報データ処理方法およびその装置に関する。   The present invention relates to a brain activity information data processing method and apparatus, and more particularly, to detect brain activity information data without using a conventionally known addition averaging method and classify the data based on a pattern of brain activity. The present invention relates to a brain activity information data processing method and apparatus capable of performing the same.

なお、本明細書において脳活動情報とは、脳波(脳活動を電気活動として計測して得られる電位変動)あるいは脳磁界(脳活動を磁気活動として計測して得られる磁場変動)などの生体の少なくとも一箇所で観測された情報を意味するものとする。   In this specification, brain activity information refers to a living body such as an electroencephalogram (electric potential fluctuation obtained by measuring brain activity as electric activity) or a brain magnetic field (magnetic field fluctuation obtained by measuring brain activity as magnetic activity). It means information observed at at least one location.

従来より、被験者に刺激や課題を与えると、その刺激や課題に対する情報処理に関連した脳の各部位に電位が生じることが知られている。こうした刺激や課題の提示によって誘発された電位のことを「誘発応答」、「誘発電位」あるいは「事象関連電位」と称しているが、この誘発応答は、一般には脳波活動として観測され、脳内における情報処理メカニズムの解明や、脳機能の診断の際に用いられている。   Conventionally, it is known that when a stimulus or task is given to a subject, a potential is generated in each part of the brain related to information processing for that stimulus or task. The potentials evoked by the presentation of such stimuli and tasks are called “evoked responses”, “evoked potentials”, or “event-related potentials”, but these evoked responses are generally observed as electroencephalographic activity, It is used for elucidating information processing mechanisms and diagnosing brain functions.

一般に、脳波は数多くの神経細胞の総合的活動として観察される。つまり、誘発応答の他にも、背景脳波(刺激や課題の提示とは無関係な自律的な脳の活動による脳波である。)も同時に脳波活動として観測されることになる。   In general, the electroencephalogram is observed as a comprehensive activity of many nerve cells. In other words, in addition to the evoked response, the background electroencephalogram (the electroencephalogram due to the autonomous brain activity unrelated to the presentation of the stimulus or the task) is also simultaneously observed as the electroencephalogram activity.


ところで、従来においては、誘発応答は背景脳波に比べて小さいため、1回の脳波活動の観測データの中から誘発応答を検出することは困難であると考えられていた。また、従来においては、同一条件下で刺激や課題を与えた場合には、誘発応答の潜時と波形は常に一定であると仮定されていた。

By the way, conventionally, since the evoked response is smaller than the background electroencephalogram, it has been considered difficult to detect the evoked response from observation data of one electroencephalogram activity. Conventionally, it has been assumed that the latency and waveform of the evoked response are always constant when a stimulus or task is given under the same conditions.

こうした背景から、脳波活動から誘発応答のみを取り出す手法として、同一条件下で刺激や課題の提示を多数回行い、刺激提示時刻または被験者の反応時刻を基準として各試行で得られた脳波活動を加算して平均波形を求めることにより、ランダムに発生している背景脳波の成分を減衰させて誘発応答波形の成分のみを得る、加算平均法と称される手法が提案されている。   Against this background, as a method to extract only the evoked response from the EEG activity, the stimulus and task are presented many times under the same conditions, and the EEG activity obtained in each trial is added based on the stimulus presentation time or the response time of the subject. Then, a method called an averaging method is proposed, in which only the components of the evoked response waveform are obtained by attenuating randomly generated background brain wave components by obtaining the average waveform.

図1には、この加算平均法の概念図が示されており、加算平均法によれば、刺激提示時刻を基準時刻とした場合には誘発応答波形の成分は基準時刻の後に現れ(図1の(A))、一方、被験者の反応時刻を基準時刻とした場合には誘発応答波形の成分は基準時刻の前に現れる(図1の(B))。   FIG. 1 shows a conceptual diagram of this averaging method. According to the averaging method, when the stimulus presentation time is set as a reference time, components of the evoked response waveform appear after the reference time (FIG. 1). On the other hand, when the response time of the subject is the reference time, the component of the evoked response waveform appears before the reference time ((B) of FIG. 1).


しかしながら、上記した加算平均法には、それが前提としている仮定、即ち、「同一条件下で刺激や課題を与えた場合には、誘発応答の潜時と波形は常に一定である。」との仮定が、現実に即していないという問題点があった。

However, the above-mentioned addition averaging method assumes that it is premised, that is, “when the stimulus or task is given under the same conditions, the latency and waveform of the evoked response are always constant”. There was a problem that the assumption was not realistic.

つまり、実際の脳には内部状態があり、それが刻一刻と変化している。従って、刺激や課題に対する注意や集中力を一定に保てなかったり、同一の刺激や課題を繰り返し与えることで慣れや疲労の影響が出るので、同一条件下で刺激や課題を与えても誘発応答の潜時や波形は常に一定であるとは限らないのである。   In other words, the actual brain has an internal state that changes every moment. Therefore, because attention and concentration on stimuli and tasks cannot be kept constant, and repeated application of the same stimuli and tasks can affect habituation and fatigue, evoked responses even when stimuli and tasks are given under the same conditions The latency and waveform are not always constant.

例えば、図2は、視覚刺激を提示したとき(具体的には、図3に示すように、被験者に提示している絵を瞬時に変化させたときである。)に、頭頂部(国際10/20法のPzの位置)から計測した6試行分の脳波活動に伴う脳波波形を示している。なお、国際10/20法における電極の位置を示す部位名称と電極記号との関係は、図4に示す通りである。   For example, FIG. 2 shows the top of the head when the visual stimulus is presented (specifically, when the picture presented to the subject is changed instantaneously as shown in FIG. 3). The electroencephalogram waveform accompanying the electroencephalogram activity for 6 trials measured from (/ Pz position of the 20 method) is shown. In addition, the relationship between the site | part name which shows the position of the electrode in an international 10/20 method, and an electrode symbol is as showing in FIG.

この図2を観察すると、同じ刺激を与えたにもかかわらず、刺激提示0.25秒後にα波(10Hz付近の脳波活動)が出ている試行と出ていない試行とがあることがわかる。つまり、このα波に関しては、従来仮定されていたような、同一の刺激を繰り返し与えているので常に同一の潜時と波形を持って現れるという仮定は成り立っていない。   When FIG. 2 is observed, it can be seen that there are trials in which an α wave (electroencephalogram activity in the vicinity of 10 Hz) is emitted and trials in which it is not emitted 0.25 seconds after the stimulus is presented, even though the same stimulus is given. That is, regarding the α wave, since the same stimulus is repeatedly given as previously assumed, the assumption that it always appears with the same latency and waveform does not hold.


さらに、加算平均法のもう一つの問題点は、脳の各部位の活動の相互関係が考慮に入れられていないということである。

In addition, another problem with the averaging method is that the interrelationship of activities in each part of the brain is not taken into account.

例えば、図5には、視覚刺激を提示したとき(具体的には、図3に示すように、被験者に提示している絵を瞬時に変化させたときである。)に、頭頂部(国際10/20法のPzの位置)から計測した脳波活動に伴う脳波波形を示しているが、この図5に示すように、刺激提示0.25秒後に頭頂部でα波が出ると少し遅れて前頭部でθ波(5Hz付近の活動)の活動が出る現象(図5の(A)を参照する。)と、頭頂部でα波が出ないと前頭部でθ波が出ないという現象(図5の(B)を参照する。)とがあるが、従来の加算平均法においてはこうした脳の各部位間の活動の相関関係を全く考慮しておらず、このため信号検出の精度が劣る恐れがあった。   For example, in FIG. 5, when a visual stimulus is presented (specifically, when the picture presented to the subject is changed instantaneously as shown in FIG. 3), Although the electroencephalogram waveform associated with the electroencephalogram activity measured from the position of Pz in 10/20 method) is shown, as shown in FIG. 5, when an α wave appears at the top of the head 0.25 seconds after the stimulus is presented, it is slightly delayed. The phenomenon that the activity of the θ wave (activity near 5 Hz) appears in the frontal region (see (A) of FIG. 5), and the α wave does not appear in the frontal region unless the α wave appears in the top of the head. There is a phenomenon (see FIG. 5B), but the conventional averaging method does not consider the correlation of the activity between each part of the brain at all. Could be inferior.


なお、脳磁界計測で記録される磁気信号は、脳が発生した電位変化に起因する磁気信号を計測したものであり、脳波データと脳磁界データとは基本的に同じ脳活動を反映しており、信号の性質も非常によく似ている。

The magnetic signal recorded by the brain magnetic field measurement is a measurement of the magnetic signal caused by the potential change generated by the brain, and the electroencephalogram data and the brain magnetic field data basically reflect the same brain activity. The nature of the signal is very similar.

このため、脳磁界の処理の際においても、上記した脳波の処理におけると同様な問題点があった。

特開平10−80409号公報「誘発波形計算装置」 特開2000−126148号公報「脳波データ処理装置及び記録媒体」 星宮望、石井真宏、塚田稔、井出英人「生体情報工学」森北出版株式会社、pp.132−139、ISBN 4−627−83210−9
For this reason, there is a problem similar to that in the above-described electroencephalogram processing even in the processing of the brain magnetic field.

Japanese Patent Laid-Open No. 10-80409 “Estimated Waveform Calculation Device” Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-126148 “EEG Data Processing Device and Recording Medium” Nozomi Hoshimiya, Masahiro Ishii, Kei Tsukada, Hideto Ide “Biomedical Engineering”, Morikita Publishing Co., Ltd. 132-139, ISBN 4-627-83210-9

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の加算平均法を用いることない脳活動情報データ処理方法およびその装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above-described various problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a brain activity information data processing method that does not use the conventional averaging method and its The device is to be provided.

また、本発明の目的とするところは、脳の各部位間の活動の相互関係を用いることにより信号検出の精度を向上させた脳活動情報データ処理方法およびその装置を提供しようとするものである。   Another object of the present invention is to provide a brain activity information data processing method and apparatus for improving the accuracy of signal detection by using the interrelation between the activities of each part of the brain. .

さらに、本発明の目的とするところは、提示された視覚刺激、聴覚刺激あるいは体性感覚刺激などの認識課題あるいは判別課題などや、記憶あるいは暗算などの心理課題など、ある課題を遂行するために活動している脳活動(誘発応答)を電気的に計測した脳波あるいは磁気的に計測した脳磁界などの脳活動情報から検出する脳活動情報データ処理方法およびその装置を提供しようとするものである。   Furthermore, the purpose of the present invention is to perform a certain problem such as a recognition problem or discrimination problem such as a presented visual stimulus, auditory stimulus or somatic sensory stimulus, or a psychological problem such as memory or mental arithmetic. It is intended to provide a brain activity information data processing method and apparatus for detecting active brain activity (evoked response) from brain activity information such as an electroencephalogram measured electrically or a magnetic field measured magnetically. .

さらにまた、本発明の目的とするところは、検出した脳活動(誘発応答)を各脳活動パターンごとに分類する脳活動情報データ処理方法およびその装置を提供しようとするものである。   Still another object of the present invention is to provide a brain activity information data processing method and apparatus for classifying detected brain activity (evoked response) for each brain activity pattern.

上記目的を達成するために、本発明は、課題に関連して発生した脳活動情報についての以下の性質−1〜4(図5を参照する。)を利用して、課題に関連して発生した脳活動の検出を行うようにしたものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is generated in relation to a problem by utilizing the following properties-1 to 4 (see FIG. 5) of brain activity information generated in relation to the problem. In this way, the detected brain activity is detected.

なお、上記したように脳波と脳磁界とは同様な性質を有しているものであるので、この「課題を解決するための手段」の項においては、脳活動情報として脳波を例にして説明する。   As described above, since the electroencephalogram and the electroencephalogram have similar properties, in this “Means for Solving the Problems” section, an electroencephalogram is described as an example of brain activity information. To do.

(1)性質−1:課題に関連した脳波の信号は単一試行波形(加算平均されていない各試行毎の波形)から検出するのに十分な強度を有している。   (1) Property-1: The electroencephalogram signal related to the task has sufficient intensity to be detected from a single trial waveform (waveform for each trial that is not averaged).

(2)性質−2:同一の課題を繰り返し与えても脳波の活動パターンは常に同一であるとは限らない。なぜならば、脳波の活動パターンは課題の種類だけではなく、脳の内部状態(例えば、注意の程度、課題に対する慣れ、疲労など。)の影響を大きく受けるからである。   (2) Property-2: Even if the same task is repeatedly given, the activity pattern of the electroencephalogram is not always the same. This is because the electroencephalogram activity pattern is greatly influenced not only by the type of task but also by the internal state of the brain (for example, the degree of attention, familiarity with the task, fatigue, etc.).

(3)性質−3:脳の各部位の活動は相互作用している。   (3) Property-3: Activity of each part of the brain interacts.

(4)性質−4:脳の各部位の活動は過渡的(発生している期間が短時間である。)に発生する。   (4) Property-4: The activity of each part of the brain occurs transiently (the generation period is short).

なお、図6には、課題に関連して発生した脳波活動の性質についての説明図が示されており、(A)は時間周波数領域での脳波の活動パターンを示す説明図であり、(B)は時間と周波数とに加えて脳の各部位間の活動の関係も含めた場合の説明図である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing the nature of the electroencephalogram activity generated in relation to the task. FIG. 6A is an explanatory diagram showing the electroencephalogram activity pattern in the time frequency domain. ) Is an explanatory diagram in the case of including the relationship between the activities of each part of the brain in addition to time and frequency.

図6の(A)の図においては、横軸には時間をとり、縦軸には周波数をとっている。また、図6の(A)の図は、被験者の反応時刻を基準にとった場合に対応している。なお、基準を刺激提示時刻にとれば、課題に関連した脳波活動は基準の後に現れることになる。   In FIG. 6A, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents frequency. Moreover, the figure of (A) of FIG. 6 respond | corresponds when the test subject's reaction time is taken as a reference | standard. If the reference is the stimulus presentation time, the brain wave activity related to the task appears after the reference.

この図6の(A)の図を参照すると、活動パターンが複数存在することが性質−2に対応し、活動aが現れれば次は活動bが現れ、また、活動cが現れれば次は活動dが現れることが性質−3に対応し、活動が発生している期間が短いことが性質−4に対応している。   Referring to FIG. 6A, the presence of a plurality of activity patterns corresponds to property-2. If activity a appears, activity b appears next, and if activity c appears, activity next The appearance of d corresponds to property-3, and the short period during which activity is occurring corresponds to property-4.

また、図6の(B)の図は、上記したように時間と周波数とに加えて脳の各部位間の活動の関係も含めた場合の説明図である。即ち、図6の(B)の図においては、時間軸と周波数軸の他にもう1軸とり、3次元空間内で脳波の活動パターンを示している。この場合に、追加した1軸は図4に示すような電極位置(例えば、前頭極部から順に0,1,2,・・・とする。)に対応する。また、各時間周波数領域には図6の(A)に示したような活動が存在し、それ以外に複数の電極間にわたって相互作用のある活動が存在する。   Further, FIG. 6B is an explanatory diagram in the case where the relationship between the activities of each part of the brain is included in addition to time and frequency as described above. That is, in the diagram of FIG. 6B, in addition to the time axis and the frequency axis, another axis is shown, and the brain wave activity pattern is shown in a three-dimensional space. In this case, the added one axis corresponds to the electrode position as shown in FIG. 4 (for example, 0, 1, 2,... In order from the frontal pole portion). Further, in each time frequency region, there is an activity as shown in FIG. 6A, and in addition there is an activity having an interaction between a plurality of electrodes.


ここで、上記した脳波活動の性質−1〜4は、本願発明者の実験においてはじめて発見されたものである。なお、性質−1については図2において刺激提示0.25秒後にα波の出現の有無の判別が容易なこと、性質−2については図2において刺激提示0.25秒後にα波が出現している試行としていない試行があること、性質−3については図5において頭頂部においてα波が出現すると前頭部においてθ波が出現しα波が出現しない場合はθ波も出現しないこと、性質−4については図2および図5において活動が発生している期間が数百ミリ秒間と短いことが、それぞれ実験的な根拠になっている。

Here, the above-mentioned properties -1 to 4 of the electroencephalogram activity were discovered for the first time in the experiments of the present inventors. For property-1, it is easy to determine the presence or absence of an α wave after 0.25 seconds of stimulus presentation in FIG. 2, and for property-2, an α wave appears in 0.25 seconds of stimulus presentation in FIG. In FIG. 5, when an α wave appears at the top of the head, a θ wave appears at the frontal region, and when no α wave appears, no property wave appears. 4 and 4 are experimental grounds that the period of activity in FIGS. 2 and 5 is as short as several hundred milliseconds.

本発明は、本願発明者が発見した上記した性質−1〜4に示される現象に鑑みてなされたものである。   This invention is made | formed in view of the phenomenon shown by above-mentioned property -1-4 which this inventor discovered.


次に、図6に示すような脳波活動の検出の手法について説明すると、こうした検出は、具体的には、例えば、以下のような手順−1〜3により行うことができる。なお、以下の手順−1〜3の説明においては図7を参照するが、この図7には課題に関連して発生した脳波活動の検出方法についての説明図が示されており、図7の(A)は時間周波数領域の場合の説明図であり、図7の(B)は時間と周波数とに加えて脳の各部位間の活動の関係も含めた場合の説明図である。

Next, a method for detecting the electroencephalogram activity as shown in FIG. 6 will be described. Specifically, such detection can be performed by, for example, the following procedures-1 to -3. Note that FIG. 7 will be referred to in the description of the following procedures-1 to 3. This FIG. 7 shows an explanatory diagram of a method for detecting the electroencephalogram activity generated in connection with the problem. (A) is an explanatory diagram in the case of the time frequency domain, and (B) in FIG. 7 is an explanatory diagram in the case of including the relationship of the activity between each part of the brain in addition to the time and the frequency.

(1)手順−1:公知の技術により測定された脳波データを連続ウェーブレット変換により時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における信号の振幅を求める。脳波データが頭皮上の一箇所から記録された場合は、図6の(A)に示すように信号は時間軸と周波数軸との2次元平面上に表される。一方、複数の計測電極を用いて複数箇所から記録した場合は、図6の(B)のように電極位置に対応した軸を追加し、3次元空間上で脳波活動が表現される。電極位置に対応した軸上の番号0,2,・・・は、各電極に任意に割り当ててよい。また、信号の振幅ではなく、2つの測定電極で記録された脳波間の活動の関係を表す位相同期指標を用いて解析する場合は、図6の(B)の電極位置に対応した軸上の番号は2つの測定電極のそれぞれの組に割り当てる。   (1) Procedure-1: The electroencephalogram data measured by a known technique is developed on the time frequency domain by continuous wavelet transform, and the amplitude of the signal at each time frequency is obtained. When the electroencephalogram data is recorded from one place on the scalp, the signal is represented on a two-dimensional plane of a time axis and a frequency axis as shown in FIG. On the other hand, when recording is performed from a plurality of locations using a plurality of measurement electrodes, an axis corresponding to the electrode position is added as shown in FIG. 6B, and the electroencephalogram activity is expressed in a three-dimensional space. The numbers 0, 2,... On the axis corresponding to the electrode positions may be arbitrarily assigned to each electrode. In addition, when analyzing using the phase synchronization index representing the relationship of the activity between the electroencephalograms recorded by the two measurement electrodes instead of the amplitude of the signal, on the axis corresponding to the electrode position of FIG. A number is assigned to each set of two measuring electrodes.

なお、上記した手順−1においては、測定された脳波データを時間周波数領域上に展開するのに連続ウェーブレット変換を用いているが、これに限られるものではなく、短区間フーリエ変換のような時間周波数解析の手法であれば、連続ウェーブレット変換に代えてどのようなものでも用いることができる。   In the above-described procedure-1, continuous wavelet transform is used to develop the measured electroencephalogram data on the time-frequency domain. However, the present invention is not limited to this, and time such as short-section Fourier transform is used. Any frequency analysis technique can be used instead of the continuous wavelet transform.

また、時間周波数解析の結果得られるのは信号の振幅と位相との2つの情報であり、上記した手順−1においては信号の振幅について説明したが、手順−1は位相情報に対しても同様に適用できるものである。また、信号のパワーは振幅を二乗したものであるので、手順−1は信号のパワーを解析する際にも適用できるものである。   In addition, the information obtained as a result of the time-frequency analysis is two pieces of information, that is, the amplitude and the phase of the signal. In the above procedure-1, the amplitude of the signal has been described. Is applicable. Further, since the power of the signal is obtained by squaring the amplitude, the procedure-1 can also be applied when analyzing the power of the signal.

(2)手順−2:図7の(A)(B)に示すように、時間周波数領域を所定の形状および大きさを備えた複数の小領域に分割する。   (2) Procedure-2: As shown in FIGS. 7A and 7B, the time-frequency region is divided into a plurality of small regions having a predetermined shape and size.

小領域の形状としては、例えば、長方形や正方形などのような矩形形状や三角形あるいは五角形などのその他の多角形状、または曲線で区画された形状などの、任意の形状を適宜に選択することができる。なお、図7に示す例においては、以降の処理の簡便化を図ることを考慮して、各小領域は同一形状の長方形状に形成されている。   As the shape of the small region, for example, an arbitrary shape such as a rectangular shape such as a rectangle or a square, another polygonal shape such as a triangle or a pentagon, or a shape partitioned by a curve can be appropriately selected. . In the example shown in FIG. 7, each small region is formed in a rectangular shape having the same shape in consideration of simplification of the subsequent processing.

また、小領域の大きさは、脳波活動の時間周波数領域上での大きさより小さければ任意の大きさに設定してよい。   The size of the small region may be set to an arbitrary size as long as it is smaller than the size of the electroencephalogram activity on the time frequency region.

なお、脳波活動の大きさは、被験者や被験者に提示する課題によって異なるので、実際の解析においては、図2に示すような時間周波数領域上での脳波の波形を実際に観察して、小領域の大きさを決定するようにすることが好ましい。   In addition, since the magnitude of the electroencephalogram activity varies depending on the subject and the subject to be presented to the subject, in actual analysis, actually observe the waveform of the electroencephalogram on the time frequency domain as shown in FIG. It is preferable to determine the size of.

(3)手順−3:脳波活動発生の有無について、変数間の関係を表す統計量である相互情報量を手順−2で作成した各小領域間に対して求め、脳波活動のパターンを推定して、脳波活動の検出を行う。求めた統計量の値からの課題や刺激に関連した脳波活動のパターンの推定は、具体的には、例えば、以下のようにして行う。まず、課題の提示時刻や被験者の反応時刻とは全く無関係に疑似的な提示時刻(または反応時刻)を実際に提示した刺激(または被験者の反応)の数と同数ランダムに設定し、その時刻を基準として同様に相互情報量を求める。この操作を複数回(200〜2000回程度)行うと、脳波活動が刺激や課題に関連していないときに相互情報量の取る値の確率分布を推定することができる。この疑似的な提示時刻(または反応時刻)における分布と実際に刺激を提示したときの相互情報量の値とを比較し、値が統計的に有意(例えば、危険率0.5%で判断する。)なものであれば、その相互情報量を求めた2つの領域の位置に互いに関連した脳波活動が刺激や課題の提示によって発生したとみなす。   (3) Procedure-3: As for the presence / absence of EEG activity occurrence, a mutual information amount, which is a statistic representing the relationship between variables, is obtained for each small area created in Procedure-2, and the pattern of EEG activity is estimated. To detect EEG activity. Specifically, for example, the estimation of the pattern of the electroencephalogram activity related to the task or the stimulus from the obtained statistic value is performed as follows. First, the pseudo presentation time (or response time) is set to be the same as the number of stimuli (or subject responses) that were actually presented, regardless of the presentation time of the task or the response time of the subject. Similarly, the mutual information amount is obtained as a reference. When this operation is performed a plurality of times (about 200 to 2000 times), it is possible to estimate the probability distribution of the values taken by the mutual information when the electroencephalogram activity is not related to the stimulus or the task. The distribution at this pseudo presentation time (or reaction time) is compared with the mutual information value when the stimulus is actually presented, and the value is statistically significant (for example, determined with a risk factor of 0.5%). )), It is considered that the brain wave activity related to the position of the two areas for which the mutual information amount is obtained is generated by the stimulation or the presentation of the task.

なお、上記した手順−3においては、解析に用いる統計量として相互情報量を用いたが、これに限られるものではなく、変数間の関係を表すものであるならば、相互情報量に代えて相関係数や発生確率と条件付き確率との比などを用いてもよい。なお、発生確率と条件付き確率との比の対数をとったものが、相互情報量である。   In the above procedure-3, the mutual information is used as a statistic used in the analysis. However, the present invention is not limited to this, and if it represents the relationship between variables, it is replaced with the mutual information. A correlation coefficient or a ratio between occurrence probability and conditional probability may be used. Note that the mutual information amount is obtained by taking the logarithm of the ratio between the occurrence probability and the conditional probability.


上記したように手順−1〜3においては、時間周波数領域を複数の所定の形状(例えば、長方形である。)および大きさを備えた小領域に分割し、この複数の小領域間における脳波活動発生の有無の関連性について、発生確率p(y)と条件付き確率p(y|x)を比較したり、相互情報量l(x,y)のような変数間の関係を表す統計量を求めるなどして、脳波活動のパターンを推定して脳波活動の検出を行う(図7を参照する。)。図7の(A)は時間周波数領域における2次元平面上で小領域に分割して脳波活動の検出を行う場合を示し、図7の(B)は時間と周波数とに加えて脳の各部位間の活動の関係も含めた3次元空間上で小領域に分割して脳波活動の検出を行う場合を示している。この図7の(B)のように脳の各部位間の活動の関係も考慮に入れる場合は、複数の電極間にわたって統計量を求めることになる。

As described above, in Procedures 1 to 3, the time-frequency region is divided into a plurality of small regions having a predetermined shape (for example, a rectangle) and a size, and the electroencephalogram activity between the plurality of small regions. For the relationship between occurrence and non-occurrence, the occurrence probability p (y) is compared with the conditional probability p (y | x), or a statistic indicating the relationship between variables such as mutual information l (x, y) is used. For example, the brain wave activity is detected by estimating the pattern of the brain wave activity (see FIG. 7). FIG. 7A shows a case where brain wave activity is detected by dividing into small areas on a two-dimensional plane in the time frequency domain, and FIG. 7B shows each part of the brain in addition to time and frequency. It shows a case where the EEG activity is detected by dividing it into small areas on a three-dimensional space including the relationship of the activities between them. When taking into account the relationship of activity between each part of the brain as shown in FIG. 7B, the statistic is obtained across a plurality of electrodes.


即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理方法において、脳活動情報データに関する時間周波数領域を複数の所定の形状および大きさを備えた複数の小領域に分割し、上記複数の小領域間における脳活動情報データの有無の関連性に基づいて、課題や刺激に関連した脳波活動のパターンを推定して脳波活動の検出を行うようにしたものである。

That is, the invention according to claim 1 of the present invention is a brain activity information data processing method for processing brain activity information data observed in at least one place of a living body, wherein a plurality of time frequency regions related to brain activity information data are set. Divide into multiple small areas with a predetermined shape and size, and based on the relationship between the presence or absence of brain activity information data between the multiple small areas, estimate the pattern of brain wave activity related to tasks and stimuli In this way, EEG activity is detected.

また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理方法において、脳活動情報データを時間周波数解析して時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における時間周波数解析結果を求める第1のステップと、上記脳活動情報データを展開した上記時間周波数領域を所定の形状および大きさを備えた複数の小領域に分割する第2のステップと、脳波活動発生の有無について、上記時間周波数解析結果に基づいて変数間の関係を表す統計量の値を上記複数の小領域間に対して求め、上記求めた統計量の値から課題や刺激に関連した脳波活動のパターンを推定して脳波活動の検出を行う第3のステップとを有するようにしたものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a brain activity information data processing method for processing brain activity information data observed in at least one place of a living body, and performing time-frequency analysis on the brain activity information data. A first step of expanding the frequency domain to obtain a time frequency analysis result at each time frequency, and the time frequency domain in which the brain activity information data is expanded into a plurality of small areas having a predetermined shape and size. Regarding the second step of dividing and the presence / absence of electroencephalogram activity occurrence, a value of a statistic representing a relationship between variables is obtained between the plurality of small regions based on the time frequency analysis result, and the obtained statistic And a third step of detecting the electroencephalogram activity by estimating the electroencephalogram activity pattern related to the task or the stimulus from the value of.

また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、本発明のうち請求項2に記載の発明において、上記第3のステップにおける変数間の関係を表す統計量は、相互情報量、相関係数または発生確率と条件付き確率との比であるようにしたものである。   The invention according to claim 3 of the present invention is the invention according to claim 2 of the present invention, wherein the statistic representing the relationship between variables in the third step is a mutual information amount, a correlation. It is the ratio of the number or occurrence probability to the conditional probability.

また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2または3のいずれか1項に記載の発明において、上記複数の小領域は、同一の大きさの長方形形状を備えているようにしたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first, second, and third aspects of the present invention, the plurality of small regions are rectangles having the same size. It is designed to have a shape.

また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理装置において、脳活動情報データを時間周波数解析して時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における時間周波数解析結果を求める手段と、上記脳活動情報データを展開した上記時間周波数領域を所定の形状および大きさを備えた複数の小領域に分割する手段と、脳波活動発生の有無について、上記時間周波数解析結果に基づいて変数間の関係を表す統計量の値を上記複数の小領域間に対して求め、上記求めた統計量の値から課題や刺激に関連した脳波活動のパターンを推定して脳波活動の検出を行う手段とを有するようにしたものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the brain activity information data processing apparatus for processing the brain activity information data observed at at least one place of the living body, the brain activity information data is subjected to time-frequency analysis and time is analyzed. Means for expanding the frequency domain and obtaining a time frequency analysis result at each time frequency; and means for dividing the time frequency domain in which the brain activity information data is expanded into a plurality of small areas having a predetermined shape and size. In addition, regarding the presence or absence of the occurrence of electroencephalogram activity, a statistic value representing the relationship between the variables is obtained between the plurality of small regions based on the time frequency analysis result, and a problem or stimulus is determined from the obtained statistic value. And a means for detecting the electroencephalogram activity by estimating the pattern of the electroencephalogram activity related to.

また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理装置において、脳活動情報データを入力する脳活動情報データ入力手段と、課題遂行に関する時刻データを入力する課題遂行時刻データ入力手段と、時間周波数領域を所定の形状および大きさの小領域に分割するためのパラメータを入力する領域分割パラメータ入力手段と、脳波活動が発生したか否かを判断するための閾値を入力する脳波活動発生判定閾値入力手段と、上記脳活動情報データ入力手段から入力された脳活動情報データを時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における時間周波数解析結果を求める時間周波数解析手段と、上記領域分割パラメータ入力手段から入力されたパラメータおよび上記脳波活動発生判定閾値入力手段から入力された閾値に基づいて、上記時間周波数解析手段により展開された時間周波数領域上の時間周波数解析結果を用いて、上記領域分割パラメータ入力手段から入力されたパラメータの示す各小領域における脳波活動発生についての分割表を作成する分割表作成手段と、上記分割表作成手段により作成された分割表が示す脳波活動発生について、各小領域間の関係を表す統計量の値を演算する統計量演算手段と、疑似データに基づいた統計量がとる値の確率分布を作成する確率分布作成手段と、上記確率分布作成手段が作成した確率分布と上記統計量演算手段が演算した統計量の値とを比較し、該比較結果が、上記統計量演算手段が演算した統計量の値が上記確率分布作成手段が作成した確率分布の中で統計的に有意なものであるとき、上記統計量の値を求めた複数の小領域の位置に互いに関連した脳波活動が課題や刺激の提示によって発生したものとみなし、該複数の小領域の位置関係が脳波活動の活動パターンを示すものであると推定する活動パターン推定手段と、上記活動パターン推定手段が推定した脳波活動の活動パターンと上記時間周波数解析手段が求めた時間周波数解析結果とに基づいて、脳波活動の活動パターンを検出して分類する検出分類手段とを有するようにしたものである。   According to a sixth aspect of the present invention, in the brain activity information data processing apparatus for processing brain activity information data observed in at least one place of a living body, brain activity information data for inputting brain activity information data is provided. Input means, task performance time data input means for inputting time data relating to task performance, area division parameter input means for inputting parameters for dividing the time-frequency domain into small areas of a predetermined shape and size, and electroencephalogram An electroencephalogram activity occurrence determination threshold value input means for inputting a threshold value for determining whether or not an activity has occurred, and the brain activity information data input from the brain activity information data input means are expanded on a time-frequency region, Time frequency analysis means for obtaining a time frequency analysis result at the time frequency, parameters input from the region division parameter input means, and Based on the threshold value input from the electroencephalogram activity occurrence determination threshold value input means, using the time frequency analysis result on the time frequency domain developed by the time frequency analysis means, the parameter input from the region division parameter input means A contingency table creating means for creating a contingency table for the generation of electroencephalogram activity in each small region indicated by A statistic calculating means for calculating the value of the statistic, a probability distribution creating means for creating a probability distribution of values taken by the statistic based on the pseudo data, a probability distribution created by the probability distribution creating means, and the statistic computing means The calculated statistic value is compared, and the comparison result indicates that the statistic value calculated by the statistic calculating unit is the probability distribution generated by the probability distribution generating unit. If it is statistically significant, it is considered that the brain wave activities related to the positions of the plurality of small areas for which the above-mentioned statistic values are obtained are generated by the presentation of the task or the stimulus, An activity pattern estimation means for estimating that the positional relationship indicates an activity pattern of the electroencephalogram activity; an activity pattern of the electroencephalogram activity estimated by the activity pattern estimation means; and a time frequency analysis result obtained by the time frequency analysis means. On the basis of this, a detection classification means for detecting and classifying the activity pattern of the electroencephalogram activity is provided.

また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、本発明のうち請求項5または6のいずれか1項に記載の発明において、上記統計量は、相互情報量、相関係数または発生確率と条件付き確率との比であるようにしたものである。   Further, the invention according to claim 7 of the present invention is the invention according to any one of claims 5 or 6 of the present invention, wherein the statistic is a mutual information amount, a correlation coefficient or an occurrence probability. And the conditional probability.

また、本発明のうち請求項8に記載の発明は、本発明のうち請求項5、6または7のいずれか1項に記載の発明において、上記複数の小領域は、同一の大きさの長方形形状を備えているようにしたものである。   The invention according to claim 8 of the present invention is the invention according to any one of claims 5, 6 or 7 of the present invention, wherein the plurality of small regions are rectangles having the same size. It is designed to have a shape.

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, the following excellent effects can be obtained.

即ち、本発明は、加算平均法を用いずに刺激や課題に関連した脳波活動を検出するために、同一条件下で刺激や課題を与えた場合は誘発応答の潜時と波形は常に一定であるという仮定は必要としない。そのため、同一の課題の遂行に複数種類のパターンの脳波活動が関連し、それらが被験者の注意や疲労といった内部状態に応じて発生していたとしても、各パターンの活動をそれぞれ検出することができるという優れた効果を奏する。   That is, the present invention detects EEG activity related to a stimulus or a task without using the averaging method, so that when the stimulus or the task is given under the same conditions, the latency and waveform of the evoked response are always constant. The assumption that there is no need. Therefore, even if multiple types of electroencephalographic activity are related to the performance of the same task, and they occur according to the internal state such as the subject's attention and fatigue, it is possible to detect the activity of each pattern individually. There is an excellent effect.

以下、添付の図面に基づいて、本発明による脳活動情報データ処理方法およびその装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of a brain activity information data processing method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.


まず、図8には、課題に関連した脳波活動を検出して分類する本発明による脳活動情報データ処理装置の全体のシステム構成を表すブロック構成図が示されている。

First, FIG. 8 is a block diagram showing the overall system configuration of a brain activity information data processing apparatus according to the present invention that detects and classifies brain wave activities related to a task.

この図8に示す脳活動情報データ処理装置は、例えば、コンピュータ・システムにより構築されるものであって、符号1〜13に示す各処理手段により構成されている。なお、符号1〜4に示す各処理手段により入力手段が構成され、符号5〜12に示す各処理手段により解析手段が構成され、符号13に示す処理手段により出力手段が構成されている。以下、符号1〜13に示す各処理手段の機能や役割などの詳細について説明する。   The brain activity information data processing apparatus shown in FIG. 8 is constructed by, for example, a computer system, and is constituted by each processing means indicated by reference numerals 1-13. The processing means indicated by reference numerals 1 to 4 constitute input means, the processing means indicated by reference numerals 5 to 12 constitute analysis means, and the processing means indicated by reference numeral 13 constitutes output means. Details of the functions and roles of the processing units indicated by reference numerals 1 to 13 will be described below.

符号1に示す処理手段は、脳波データ入力部であり、脳波データを入力する処理を行う。この脳波データ入力部1は、例えば、記録電極、差動増幅器、帯域通過型フィルタ、AD変換器などから構成されており、増幅し離散化された脳波データを後述する時間周波数解析部5および疑似データに基づいた統計量の値の分布図の作成部10(以下、単に「作成部10」と適宜に称する。)に入力する処理を行う。   The processing means indicated by reference numeral 1 is an electroencephalogram data input unit, and performs a process of inputting electroencephalogram data. The electroencephalogram data input unit 1 includes, for example, a recording electrode, a differential amplifier, a band-pass filter, an AD converter, and the like. A process of inputting the statistical value distribution map creation unit 10 based on data (hereinafter simply referred to as “creation unit 10” as appropriate) is performed.

ここで、脳波データが頭皮上の一箇所ではなく複数箇所から記録された場合には、解析に用いる測定箇所についての脳波データを入力する。   Here, when the electroencephalogram data is recorded from a plurality of locations instead of one location on the scalp, the electroencephalogram data for the measurement location used for analysis is input.

符号2に示す処理手段は、刺激提示時刻・被験者反応時刻データ入力部であり、刺激や課題の提示時刻や、被験者の反応時刻など、課題遂行に関する時刻データを時間周波数解析部5および作成部10に入力する処理を行う。   The processing means indicated by reference numeral 2 is a stimulus presentation time / subject response time data input unit, and time data relating to task performance such as stimulus and task presentation time, subject response time, etc. are time frequency analysis unit 5 and creation unit 10. Process to input to.

符号3に示す処理手段は、領域分割パラメータ入力部であり、時間周波数領域を所定の形状および大きさの小領域(例えば、長方形の小領域である。)に分割するために、脳活動情報データ処理装置のユーザーが、各小領域の大きさや範囲についてのパラメータを後述する脳波活動発生についての分割表作成部7(以下、単に「分割表作成部7」と適宜に称する。)および作成部10へ入力するための装置である。この入力の際に、小領域の大きさは、脳波活動の時間周波数領域上での大きさより小さければ任意の大きさに設定してよい。脳波活動の大きさは被験者や被験者に提示する課題によって異なるので、実際の解析においては、図2に示すような時間周波数領域上での脳波の波形を実際に観察して小領域の大きさを決定することが好ましい。   The processing means indicated by reference numeral 3 is an area division parameter input unit, and divides the time frequency area into small areas (for example, rectangular small areas) having a predetermined shape and size, and brain activity information data A user of the processing apparatus sets parameters for the size and range of each small region as follows, which are referred to as a “partition table creation unit 7” (hereinafter simply referred to as “partition table creation unit 7”) and a creation unit 10 for generation of electroencephalogram activity. It is a device for inputting to. At the time of this input, the size of the small region may be set to an arbitrary size as long as it is smaller than the size of the electroencephalogram activity on the time frequency region. Since the magnitude of the electroencephalogram activity varies depending on the subject and the subject presented to the subject, in actual analysis, actually observe the waveform of the electroencephalogram on the time frequency domain as shown in FIG. 2 to determine the size of the small area. It is preferable to determine.

符号4に示す処理手段は、脳波活動発生判定閾値入力部であり、脳活動情報データ処理装置のユーザーが、脳波活動が発生したか否かを判断するための閾値を分割表作成部7および作成部10へ入力するための装置である。ここで、脳波活動発生判定閾値入力部4により入力する閾値は、例えば、時間周波数解析部5において信号のパワーや振幅に着目して解析する場合は、全データの平均パワーや平均振幅の値を入力する。なお、2つの測定電極で記録された脳波間の活動の関係を表す位相同期指標を用いて解析する場合は、位相同期指標は0から1の値をとり、値が0に近い場合は2つの脳波活動はランダムに活動していることを表し、値が1に近い場合は2つの脳波活動は同期して活動していることを表しているので、同期活動発生の有無を判断するための閾値は中間的な値の0.6に設定する。   The processing means indicated by reference numeral 4 is an electroencephalogram activity occurrence determination threshold value input unit, and a threshold value for the user of the brain activity information data processing device to determine whether or not an electroencephalogram activity has occurred is generated by the split table creation unit 7 and the creation This is an apparatus for inputting to the unit 10. Here, the threshold value input by the brain wave activity occurrence determination threshold value input unit 4 is, for example, when the time frequency analysis unit 5 analyzes the signal power and amplitude by focusing on the average power and average amplitude values of all data. input. When analysis is performed using a phase synchronization index that represents the relationship between the activities of electroencephalograms recorded by two measurement electrodes, the phase synchronization index takes a value from 0 to 1, and when the value is close to 0, two The electroencephalogram activity represents a random activity, and when the value is close to 1, it represents that the two electroencephalogram activities are operating in synchronization, so that a threshold for determining whether or not the synchronous activity has occurred Is set to an intermediate value of 0.6.

なお、この実施の形態においては、同期活動発生の有無を判断するための閾値として中間的な値の0.6を設定するようにしたが、これに限られるものではなく、当該閾値は0.4から0.6程度の中間的な値ならば任意の値に設定してもよい。   In this embodiment, an intermediate value of 0.6 is set as a threshold value for determining the presence or absence of the occurrence of synchronous activity, but the present invention is not limited to this. Any intermediate value between about 4 and 0.6 may be set.

符号5に示す処理手段は、時間周波数解析部であり、脳波データ入力部1から入力された脳波データを連続ウェーブレット変換により時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における信号の振幅を波形データとして計算して後述する時間周波数領域上の波形データの記憶部6(以下、単に「波形データ記憶部6」と適宜に称する。)および作成部10に転送する。なお、2つの測定電極で記録された脳波間の活動の関係を解析する場合は、時間周波数領域上の位相同期指標を波形データとして計算する。   The processing means indicated by reference numeral 5 is a time-frequency analysis unit, which develops the electroencephalogram data input from the electroencephalogram data input unit 1 on the time-frequency domain by continuous wavelet transform, and uses the amplitude of the signal at each time frequency as waveform data. It is calculated and transferred to a waveform data storage unit 6 (hereinafter simply referred to as “waveform data storage unit 6” as appropriate) and a creation unit 10 in the time-frequency domain described later. In addition, when analyzing the activity relationship between the electroencephalograms recorded by the two measurement electrodes, the phase synchronization index in the time frequency domain is calculated as waveform data.

符号6に示す処理手段は、時間周波数領域上の波形データの記憶部であり、後述する活動パターン推定部11での演算が終了するまで、時間周波数解析部5から転送された時間周波数領域上の波形データを記憶領域に格納する。そして、活動パターン推定部11での演算が終了したならば、波形データ記憶部6は格納していた波形データを後述する課題に関連した脳波活動の検出・分類部12(以下、単に「脳波活動検出・分類部12」と適宜に称する。)へ転送する。   The processing means indicated by reference numeral 6 is a waveform data storage unit on the time frequency domain, and on the time frequency domain transferred from the time frequency analysis unit 5 until the calculation in the activity pattern estimation unit 11 described later is completed. Store the waveform data in the storage area. When the calculation in the activity pattern estimation unit 11 is completed, the waveform data storage unit 6 converts the stored waveform data into an EEG activity detection / classification unit 12 (hereinafter simply referred to as “electroencephalogram activity”) related to a problem to be described later. It is appropriately referred to as a detection / classification unit 12 ”.

符号7に示す処理手段は、脳波活動発生についての分割表作成部であり、領域分割パラメータ入力部3および脳波活動発生判定閾値入力部4から入力されたパラメータおよび閾値に基づいて、時間周波数解析部5から転送された時間周波数領域上の波形データを用いて、設定した各領域における脳波活動発生についての分割表を作成する。ここでの分割表とは、多変量解析などで一般的に用いられている複数の質的変数のカテゴリーのそれぞれの組合せの頻度をまとめた表(図9を参照する。)を意味する。   The processing means indicated by reference numeral 7 is a contingency table creation unit for the generation of electroencephalogram activity, and based on the parameters and threshold values input from the region segmentation parameter input unit 3 and the electroencephalogram activity generation determination threshold value input unit 4, a time frequency analysis unit Using the waveform data in the time-frequency region transferred from 5, a contingency table for generating the electroencephalogram activity in each set region is created. The contingency table here means a table (see FIG. 9) that summarizes the frequencies of combinations of categories of a plurality of qualitative variables generally used in multivariate analysis and the like.

なお、図9に示す分割表は、2つの領域たる領域−xと領域−yについて解析するときに用いるものである。3つ以上の領域について同時に解析する場合には、3つ以上の変数用に対応した分割表を用いる。なお、図9に示す分割表におけるnは、与えた刺激の数または被験者が反応した回数を表す。   Note that the contingency table shown in FIG. 9 is used when analyzing two regions, region-x and region-y. When analyzing three or more regions simultaneously, a contingency table corresponding to three or more variables is used. Note that n in the contingency table shown in FIG. 9 represents the number of applied stimuli or the number of times the subject has reacted.

ここで、各小領域における脳波活動発生の有無の判断は、時間周波数解析部5で求めた波形データ(信号の振幅や同期指標など)の値のその小領域における平均値やそれに類似した代表値と、脳波活動発生判定閾値入力部4から入力された閾値との大小関係を分割表作成部7内の比較器を用いて比べることで行う。作成された分割表は、この分割表作成部7内の記憶装置に格納される。   Here, whether or not the electroencephalogram activity is generated in each small area is determined by determining the average value of the waveform data (signal amplitude, synchronization index, etc.) obtained by the time-frequency analysis unit 5 in the small area or a representative value similar thereto. And the magnitude relationship between the threshold value input from the brain wave activity occurrence determination threshold value input unit 4 and the comparator in the contingency table creation unit 7 are compared. The created contingency table is stored in a storage device in the contingency table creation unit 7.

符号8に示す処理手段は、統計量計算部であり、分割表作成部7内の記憶装置から必要な分割表を取り出し、脳波活動発生について各小領域間の関係を表す統計量である相互情報量の計算を行う。その計算結果は、後述する統計量の値の記憶部9(以下、単に「統計量値記憶部9」と適宜に称する。)に転送される。   The processing means indicated by reference numeral 8 is a statistic calculation unit, which takes out a necessary partition table from the storage device in the partition table creation unit 7 and is mutual information that is a statistic representing a relationship between each small region regarding the occurrence of brain wave activity. Calculate quantity. The calculation result is transferred to a statistical value storage unit 9 (hereinafter simply referred to as “statistical value storage unit 9” as appropriate).

符号9に示す処理手段は、統計量の値の記憶部であり、作成部10での演算が終了するまで、統計量計算部8から転送された統計量の値を記憶領域に格納する。作成部10での演算が終了したならば、統計量値記憶部9は格納していた統計量の値を後述する活動パターン推定部11へ転送する。   The processing means indicated by reference numeral 9 is a statistic value storage unit, and stores the statistic value transferred from the statistic calculation unit 8 in the storage area until the calculation in the creation unit 10 is completed. When the calculation in the creation unit 10 is completed, the statistic value storage unit 9 transfers the stored statistic value to the activity pattern estimation unit 11 described later.

符号10に示す処理手段は、疑似データに基づいた統計量の値の分布図の作成部であり、乱数発生器を用いて課題の提示時刻や被験者の反応時刻とは全く無関係な疑似的な提示時刻(または反応時刻)を作成する装置、時間周波数解析部5、分割表作成部7および統計量計算部8と同じ機能を有する装置から構成されている。ここでは、疑似的な提示時刻(または反応時刻)を刺激提示時刻・被験者反応時刻データ入力部2から入力された実際に提示した刺激(または被験者の反応)の数と同じ数だけランダムに設定し、この疑似的な時刻を基準として時間周波数解析部5、分割表作成部7および統計量計算部8と同じ機能を有する装置を用いて実際のデータと同様に統計量の値を求める。この操作を複数回(200〜2000回程度)行うと、脳波活動が刺激や課題に関連していないときに統計量がとる値の確率分布を作成することができる。そして、作成部10は、こうして作成した確率分布を活動パターン推定部11へ転送する。   The processing means indicated by reference numeral 10 is a section for creating a distribution diagram of statistical values based on pseudo data, and is a pseudo presentation that is completely independent of the presentation time of the task and the response time of the subject using a random number generator. It is composed of a device for creating time (or reaction time), a device having the same functions as the time frequency analysis unit 5, the contingency table creation unit 7 and the statistic calculation unit 8. Here, the pseudo presentation time (or reaction time) is set at random as many as the number of stimuli (or subject responses) actually presented input from the stimulus presentation time / subject response time data input unit 2. Using the pseudo time as a reference, the value of the statistic is obtained in the same manner as the actual data using a device having the same functions as the time frequency analysis unit 5, the contingency table creation unit 7 and the statistic calculation unit 8. When this operation is performed a plurality of times (about 200 to 2000 times), it is possible to create a probability distribution of values taken by the statistic when the electroencephalogram activity is not related to the stimulus or the task. Then, the creation unit 10 transfers the probability distribution thus created to the activity pattern estimation unit 11.

符号11に示す処理手段は、活動パターン推定部であり、作成部10から転送された確率分布と統計量値記憶部9から転送された実際のデータについての統計量の値とを比較する。そして、活動パターン推定部11は、この比較結果より、統計量値記憶部9からの値が確率分布の中で統計的に有意(例えば、危険率0.5%で判断する。)なものであれば、統計量を求めた複数の領域の位置に互いに関連した脳波活動が刺激や課題の提示によって発生したものとみなす。この複数の領域の位置関係が脳波活動の活動パターンを示すものであり、ここで検出された脳波活動の活動パターンは活動パターン推定部11の記憶装置に格納される。   The processing means indicated by reference numeral 11 is an activity pattern estimation unit, and compares the probability distribution transferred from the creation unit 10 with the value of the statistic about the actual data transferred from the statistic value storage unit 9. Then, the activity pattern estimation unit 11 indicates that the value from the statistic value storage unit 9 is statistically significant in the probability distribution (for example, determination is made with a risk factor of 0.5%) based on the comparison result. If there is, it is considered that the electroencephalogram activities related to the positions of the plurality of areas for which the statistics are obtained are generated by the presentation of the stimulus or the task. The positional relationship between the plurality of regions indicates the activity pattern of the electroencephalogram activity. The activity pattern of the electroencephalogram activity detected here is stored in the storage device of the activity pattern estimation unit 11.

符号12に示す処理手段は、課題に関連した脳波活動の検出・分類部であり、活動パターン推定部11内の記憶装置に格納された脳波活動の活動パターンと波形データ記憶部6内の記憶装置に格納された時間周波数領域上の波形データとを用いて、どの試行にどの活動パターンの脳波活動が現れているかを検出して分類する処理を行う。この処理は、例えば、パターン分類手法の一つであるテンプレートマッチング法を用いて行う。そして、この検出・分類部12の処理結果たる脳波活動の検出および分類の結果は、結果出力部13へ転送される。   The processing means indicated by reference numeral 12 is a detection / classification unit for brain wave activity related to the task, and the activity pattern of the brain wave activity stored in the storage device in the activity pattern estimation unit 11 and the storage device in the waveform data storage unit 6. Is used to detect and classify which activity pattern of electroencephalogram activity appears in which trial using the waveform data in the time-frequency domain stored in. This process is performed using, for example, a template matching method which is one of pattern classification methods. Then, the result of the detection and classification of the electroencephalogram activity as the processing result of the detection / classification unit 12 is transferred to the result output unit 13.

符号13に示す処理手段は、結果出力部であり、例えば、プリンター装置やディスプレイ装置により構成されている。この結果出力部13から、検出・分類部12の処理結果たる脳波活動の検出および分類の結果が帳票や画面上に出力される。   The processing means indicated by reference numeral 13 is a result output unit, and is constituted by, for example, a printer device or a display device. As a result, the result of the detection and classification of the electroencephalogram activity, which is the processing result of the detection / classification unit 12, is output from the output unit 13 to a form or a screen.


次に、図10に示すフローチャートを参照しながら、本発明による脳活動情報データ処理装置の動作を説明する。

Next, the operation of the brain activity information data processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

即ち、このフローチャートは、実際の脳波データに本発明を適用した場合を示すものであるが、脳波活動の計測実験では、図11に示すようにネッカーキューブと呼ばれる多義図形の一つを被験者に長時間提示し、被験者には立方体の見かけの向きが変化する度ごとに手元にあるボタンを押すように指示する。そして、被験者がボタンを押した時刻を、被験者の反応時刻とみなす。   That is, this flowchart shows a case where the present invention is applied to actual electroencephalogram data. In an electroencephalogram activity measurement experiment, as shown in FIG. Present the time and instruct the subject to press the button at hand whenever the apparent orientation of the cube changes. The time when the subject presses the button is regarded as the subject's reaction time.

なお、以下の説明においては、立方体の見かけの向きの変化に関連した前頭部−頭頂部間の脳波の同期活動の関係を例にして説明することとする。   In the following description, the relationship of the brain wave synchronization activity between the frontal region and the parietal region related to the change in the apparent orientation of the cube will be described as an example.


脳活動情報データ処理装置の動作を開始すると、まず、ステップS1002の処理を行う。このステップS1002の処理においては、前頭部および頭頂部から12分間計測した2つの脳波データと、被験者の反応時刻データ(反応回数は12分間で95回)をそれぞれ脳波データ入力部1および刺激提示時刻・被験者反応時刻データ入力部2へ入力する。これら脳波データ入力部1および刺激提示時刻・被験者反応時刻データ入力部2へ入力されたデータは、脳波データ入力部1および刺激提示時刻・被験者反応時刻データ入力部2によってそれぞれ時間周波数解析部5および作成部10へ転送される。

When the operation of the brain activity information data processing apparatus is started, first, the process of step S1002 is performed. In the process of step S1002, two electroencephalogram data measured for 12 minutes from the frontal region and the top of the head and the subject's reaction time data (the number of responses is 95 times in 12 minutes) and the electroencephalogram data input unit 1 and the stimulus presentation, respectively Input to the time / subject response time data input unit 2. The data input to the electroencephalogram data input unit 1 and the stimulus presentation time / subject response time data input unit 2 are transmitted to the time frequency analysis unit 5 and the electroencephalogram data input unit 1 and the stimulus presentation time / subject response time data input unit 2, respectively. It is transferred to the creation unit 10.

上記したステップS1002の処理を終了すると、ステップS1004の処理へ進み、時間周波数解析部5において前頭部−頭頂部の位相同期指標を時間周波数領域上で求める。図12には位相同期指標の時間周波数領域上での波形の一例が示されており、図12において時刻0.0は被験者の反応時刻に対応する。また、同期指標は0から1の間の値をとり、前頭部−頭頂部の脳波活動が同期していると指標は1または1に近い値をとり、そうでない場合は0または0に近い値をとる。こうして時間周波数解析部5において求められた時間周波数領域上の波形データは、波形データ記憶部6および分割表作成部7へ転送される。   When the process of step S1002 described above is completed, the process proceeds to step S1004, and the time-frequency analysis unit 5 obtains the front-head-top phase synchronization index on the time-frequency domain. FIG. 12 shows an example of a waveform of the phase synchronization index on the time frequency domain, and in FIG. 12, time 0.0 corresponds to the response time of the subject. Further, the synchronization index takes a value between 0 and 1, and the index takes a value close to 1 or 1 when the frontal-parietal brain wave activity is synchronized, and close to 0 or 0 otherwise. Takes a value. The waveform data in the time frequency domain thus determined by the time frequency analysis unit 5 is transferred to the waveform data storage unit 6 and the contingency table creation unit 7.

上記したステップS1004の処理を終了すると、ステップS1006の処理へ進み、時間周波数領域を所定の形状および大きさ(この実施の形態においては、形状は長方形形状とする。)の小領域に分割するための、各小領域の大きさや範囲についてのパラメータを領域分割パラメータ入力部3へ入力するとともに、脳波活動の発生の有無を判断するための閾値を脳波活動発生判定閾値入力部4へ入力する。ここで、小領域の大きさは、脳波活動の時間周波数領域上での大きさより小さければ任意の大きさに設定してよい。例えば、波形データ記憶部6の記憶装置内から図12に示した波形データを取り出して脳波活動の大きさを調べる。この実施の形態においては、小領域は0.025秒×1.25Hzの長方形とした。   When the process of step S1004 is completed, the process proceeds to step S1006, and the time-frequency region is divided into small regions having a predetermined shape and size (in this embodiment, the shape is a rectangular shape). The parameters for the size and range of each small region are input to the region segmentation parameter input unit 3 and a threshold value for determining whether or not an electroencephalogram activity has occurred is input to the electroencephalogram activity occurrence determination threshold input unit 4. Here, the size of the small region may be set to an arbitrary size as long as it is smaller than the size of the electroencephalogram activity on the time frequency region. For example, the waveform data shown in FIG. 12 is extracted from the storage device of the waveform data storage unit 6 to examine the magnitude of the electroencephalogram activity. In this embodiment, the small area is a rectangle of 0.025 seconds × 1.25 Hz.

また、課題に関連した脳波活動は被験者の反応時刻前に現れていると予想され、30Hzから40Hzの帯域の脳波活動が物の認識に関連していることが知られているので、この実施の形態においては図12に示した範囲を小領域で分割することにした。小領域の数は720個であり、脳波活動の発生の有無を判断するための閾値の値は0.6に設定した。   In addition, it is expected that EEG activity related to the task appears before the subject's reaction time, and it is known that EEG activity in the 30 Hz to 40 Hz band is related to object recognition. In the form, the range shown in FIG. 12 is divided into small areas. The number of small regions is 720, and the threshold value for determining whether or not the electroencephalogram activity occurs is set to 0.6.

上記したステップS1006の処理を終了すると、ステップS1008の処理へ進み、分割表作成部7において、脳波活動発生についての各領域間の関係を調べる。この実施の形態においては2つの領域間の関係について調べたので、図9に示す分割表を全720個の中から選んだ2つの小領域の組の全ての組合わせについて作成する。   When the process of step S1006 described above is completed, the process proceeds to step S1008, and the contingency table creation unit 7 checks the relationship between each region regarding the occurrence of brain wave activity. In this embodiment, since the relationship between the two areas has been examined, the contingency table shown in FIG. 9 is created for all combinations of two small area groups selected from a total of 720.

上記したステップS1008の処理を終了すると、ステップS1010の処理へ進み、2つの領域間の関係を定量的に調べるために、分割表作成部7の記憶装置に格納されている分割表を用いて、変数間の関係を表す統計量である相互情報量を求めた。   When the process in step S1008 is completed, the process proceeds to step S1010. In order to quantitatively investigate the relationship between the two areas, the contingency table stored in the storage device of the contingency table creating unit 7 is used. Mutual information, which is a statistic representing the relationship between variables, was obtained.

図13には、脳波活動の発生について2つの小領域間の相互情報量を求めた例が示されており、これは三角形が指している白い小領域とそれ以外の領域との間の相互情報量を示したものである。色が黒いほど、その小領域と三角形が指している白い小領域との間に脳波活動の発生に関して強い関連があることを示している。   FIG. 13 shows an example in which mutual information between two small areas is determined for the generation of electroencephalogram activity, which is the mutual information between the white small area pointed to by the triangle and the other areas. The amount is shown. The darker the color, the stronger the association between the subregion and the white subregion pointed to by the triangle with respect to the occurrence of electroencephalogram activity.

そして、分割表作成部7で求められた統計量は、統計量計算部8の記憶領域に転送されて格納される。   The statistics obtained by the contingency table creation unit 7 are transferred to and stored in the storage area of the statistics calculation unit 8.

上記したステップS1010の処理を終了すると、ステップS1012の処理へ進み、作成部10内では、初めに乱数発生器を用いて被験者の反応時刻とは全く無関係な疑似的な反応時刻についてのデータを作成する。ここで、疑似データ内の反応時刻の数は、刺激提示時刻・被験者反応時刻データ入力部2から入力された実際の反応時刻の数に一致させる。次に、この疑似反応時刻データに基づいて、時間周波数解析部5、分割表作成部7および統計量計算部8と同じ機能を有する作成部10内の装置を用いて、ステップS1010で求めたのと同様の統計量の値を求める。この操作を1024回繰り返し行い、脳波活動が課題に関連していないときに統計量がとる値の確率分布を作成する。こうして作成された確率分布は、活動パターン推定部11へ転送される。   When the process in step S1010 is completed, the process proceeds to step S1012. In the creation unit 10, data about a pseudo reaction time that is completely unrelated to the reaction time of the subject is first created using a random number generator. To do. Here, the number of reaction times in the pseudo data is matched with the number of actual reaction times input from the stimulus presentation time / subject response time data input unit 2. Next, based on this pseudo reaction time data, the time frequency analysis unit 5, the contingency table creation unit 7 and the statistic calculation unit 8 were used in the creation unit 10 having the same functions, and were obtained in step S1010. Find the same statistic value as. This operation is repeated 1024 times to create a probability distribution of values taken by the statistics when the electroencephalogram activity is not related to the task. The probability distribution thus created is transferred to the activity pattern estimation unit 11.

上記したステップS1012の処理を終了すると、ステップS1014の処理へ進み、活動パターン推定部11において、統計量記憶部9および作成部10からそれぞれ転送された統計量の値と脳波活動が課題に関連していないときに統計量がとる値の確率分布を用いて、脳波活動パターンの推定を行う。例えば、図13(A)における(−0.2秒,40Hz)付近の、図13(B)における(−0.4秒,25Hz)付近の黒い小領域の相互情報量の値は、疑似データから作成した確率分布と比較するとそれぞれ危険率0.5%で有意性を検出できる(値はそれぞれ0.1%と0.2%)。ゆえに、図13における三角形が指している白い小領域で課題に関連して脳波活動が発生すると、図13(A)の場合は(−0.2秒,40Hz)付近で、図13(B)の場合は(−0.4秒,25Hz)付近で引き続き脳波活動が発生しているとことがわかる。よって、脳波の活動パターンとしては、図14に示す2種類のパターンが存在していると推定される。この推定された活動パターンは、検出・分類部12へ転送される。   When the process of step S1012 described above is completed, the process proceeds to the process of step S1014. In the activity pattern estimation unit 11, the value of the statistic and the electroencephalogram activity respectively transferred from the statistic storage unit 9 and the creation unit 10 are related to the task. The brain wave activity pattern is estimated using the probability distribution of the values taken by the statistics when not. For example, the mutual information value of the black small area near (−0.4 seconds, 25 Hz) in FIG. 13B near (−0.2 seconds, 40 Hz) in FIG. Significance can be detected at a risk factor of 0.5% (values are 0.1% and 0.2%, respectively). Therefore, when an electroencephalogram activity is generated in association with the task in the small white area pointed to by the triangle in FIG. 13, in the case of FIG. 13A, in the vicinity of (−0.2 seconds, 40 Hz), FIG. In the case of, it can be seen that electroencephalogram activity continues to occur in the vicinity of (−0.4 seconds, 25 Hz). Therefore, it is presumed that there are two types of electroencephalogram activity patterns shown in FIG. The estimated activity pattern is transferred to the detection / classification unit 12.

上記したステップS1014の処理を終了すると、ステップS1016の処理へ進み、検出・分類部12において、活動パターン推定部11から転送された脳波の活動パターンについてのデータを用い、パターン分類手法の一つであるテンプレートマッチング法により、波形データ記憶部6から転送された時間周波数領域内の波形データから、課題に関連して発生した脳波活動の検出およびパターンの分類を行う。図15に、テンプレートマッチングの例を示す。これは、波形データ記憶部6から転送された波形データの一つ(図12に示した波形データ)に、活動パターン推定部11から転送された脳波活動の活動パターン(図14に示した活動パターン)を重ね合わせたものである。この図15においては、パターン−aに対応する位置の同期指標の値が大きいので、この試行ではパターン−aで特徴づけられる脳波活動が課題に関連して発生していたことがわかる。検出・分類部12における脳波活動の検出・分類結果は、結果出力部13へ転送される。   When the process of step S1014 is completed, the process proceeds to step S1016, and the detection / classification unit 12 uses data on the electroencephalogram activity pattern transferred from the activity pattern estimation unit 11 as one of pattern classification methods. A certain template matching method is used to detect the electroencephalogram activity generated in association with the task and classify the pattern from the waveform data in the time frequency domain transferred from the waveform data storage unit 6. FIG. 15 shows an example of template matching. This is because one of the waveform data transferred from the waveform data storage unit 6 (the waveform data shown in FIG. 12) is the activity pattern of the electroencephalogram activity transferred from the activity pattern estimation unit 11 (the activity pattern shown in FIG. 14). ). In FIG. 15, since the value of the synchronization index at the position corresponding to pattern-a is large, it can be seen that in this trial, the electroencephalogram activity characterized by pattern-a occurred in association with the task. The detection / classification result of the electroencephalogram activity in the detection / classification unit 12 is transferred to the result output unit 13.

上記したステップS1016の処理を終了すると、ステップS1018の処理へ進み、結果出力部13において、検出・分類部12から転送された結果を帳票や画面に出力する。   When the process of step S1016 is completed, the process proceeds to step S1018, and the result output unit 13 outputs the result transferred from the detection / classification unit 12 to a form or a screen.


ここで、本発明の優位性を示すために、従来法の適用例について図16を参照しながら説明する。

Here, in order to show the superiority of the present invention, an application example of the conventional method will be described with reference to FIG.

即ち、同一条件下で刺激や課題を与えた場合は誘発応答の潜時と波形は常に一定であると仮定して、従来法(加算平均法)を適用した結果を図16に示す。なお、この図16は、被験者の反応時刻を基準にして求めた加算平均波形である。   That is, FIG. 16 shows the result of applying the conventional method (addition averaging method) assuming that the latency and waveform of the evoked response are always constant when a stimulus or task is given under the same conditions. In addition, this FIG. 16 is the addition average waveform calculated | required on the basis of the test subject's reaction time.

上記した従来の仮定が正しいのであるならば、課題に関連した脳波活動が存在する位置で同期指標は1に近い値を示すはずであるが、同期指標の値はどれも1に比べて小さく、脳波活動の検出は行えていない。   If the above conventional assumptions are correct, the synchronization index should show a value close to 1 at the position where the brain wave activity related to the task exists, but the values of the synchronization index are all smaller than 1. EEG activity cannot be detected.

上記した「背景技術」の項や上記した本発明の実施の形態において説明したように、たとえ同一の課題を与えても同一の脳波活動が常に現れるとは限らないので、脳波活動についての従来の仮定は妥当ではなく、そのため従来法(加算平均法)では脳波活動の検出を行えなかったものと考えられる。   As described in the above-mentioned “Background Art” section and the above-described embodiment of the present invention, even if the same problem is given, the same EEG activity does not always appear. It is considered that the assumption is not valid, and therefore the electroencephalogram activity cannot be detected by the conventional method (additive averaging method).


上記したように、本発明は、従来の技術とは異なり、信号検出の際に脳波の特性を考慮に入れたことで、これまで検出できなかった脳波活動の検出を行えるようになった。

As described above, unlike the prior art, the present invention can detect the electroencephalogram activity that could not be detected so far by taking into account the characteristics of the electroencephalogram at the time of signal detection.

こうした本発明は、脳波信号検出能力が従来法(加算平均法)を用いた手法に比べて優れているので、本発明を用いることにより、医療現場において容易に利用可能な脳波計測を用いた検査システムや診断システムを構築することが可能になる。例えば、小型の脳波計に本発明を用いて構築した検査・診断システムを組込んで患者に配付し、患者が在宅で測定した脳波データの解析結果をインターネットを用いて病院に送るようにすれば、高度な在宅医療や遠隔地医療を実現することができるようになる。   Since the present invention has an excellent ability to detect an electroencephalogram signal as compared with a method using a conventional method (addition averaging method), an examination using an electroencephalogram measurement that can be easily used in a medical field by using the present invention. It becomes possible to construct a system and a diagnostic system. For example, if an inspection / diagnosis system built using the present invention is incorporated into a small electroencephalograph and distributed to the patient, the analysis result of the electroencephalogram data measured by the patient at home can be sent to the hospital using the Internet. Advanced home medical care and remote medical care will be realized.

また、病院の検査や診断で現在一般的に用いられているfMRIやCTスキャンは、脳の活動部位や腫瘍の部位を調べるためのものであるが、本発明を用いて構築した検査・診断システムにより部位ではなく脳波の活動から診断を行えるようになれば、fMRIやCTスキャンを用いた現在のシステムと比べて安価で小型の検査・診断システムにより精度のよい検査・診断を行うことができるようになる。   In addition, the fMRI and CT scans that are currently commonly used in hospital examinations and diagnosis are for examining brain active sites and tumor sites. The examination / diagnosis system constructed using the present invention If it becomes possible to diagnose from the activity of the electroencephalogram instead of the part by using this, it will be possible to carry out accurate examination / diagnosis with a small and small examination / diagnosis system compared with the current system using fMRI or CT scan. become.


なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(4)に示すように変形することができるものである。

The embodiment described above can be modified as shown in the following (1) to (4).

(1)上記した実施の形態においては、本発明による脳活動情報データ処理装置を用いて、脳活動情報として脳波を処理する場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、上記したように、脳磁界計測で記録される磁気信号は、脳が発生した電位変化に起因する磁気信号を計測したものであり、脳波データと脳磁界データとは基本的に同じ脳活動を反映しており、信号の性質も非常によく似ているので、脳活動情報として脳磁界を処理する場合についても本発明を適用することができる。   (1) In the above-described embodiment, the case where brain waves are processed as brain activity information using the brain activity information data processing apparatus according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited to this. . That is, as described above, the magnetic signal recorded by the magnetoencephalogram measurement is a measurement of the magnetic signal caused by the potential change generated by the brain, and the electroencephalogram data and the magnetoencephalogram data are basically the same brain activity. Therefore, the present invention can also be applied to the case where a brain magnetic field is processed as brain activity information.

(2)上記した実施の形態において説明した形状や大きさ(寸法)、例えば、小領域の形状や大きさなどは、上記した実施の形態において説明に限られるものではなく、適宜に変更してよいとは勿論である。   (2) The shape and size (dimensions) described in the above-described embodiment, for example, the shape and size of a small region are not limited to the description in the above-described embodiment, and may be changed as appropriate. Of course it is good.

(3)上記した実施の形態においては、時間周波数解析部5は、脳波データを時間周波数領域上に展開するのに連続ウェーブレット変換を用いているが、これに限られるものではないことは勿論であり、短区間フーリエ変換のような時間周波数解析の手法であれば、連続ウェーブレット変換に代えてどのようなものでも用いることができる。また、時間周波数解析の結果得られるのは信号の振幅と位相との2つの情報であり、時間周波数解析部5においては信号の振幅について説明したが、時間周波数解析部5は位相情報に対しても同様に適用できるものである。また、信号のパワーは振幅を二乗したものであるので、時間周波数解析部5は信号のパワーを解析する際にも適用できるものである。   (3) In the above-described embodiment, the time-frequency analysis unit 5 uses continuous wavelet transform to develop the electroencephalogram data on the time-frequency domain. However, the present invention is not limited to this. Yes, any time-frequency analysis technique such as short interval Fourier transform can be used instead of continuous wavelet transform. The time frequency analysis results are two pieces of information, ie, the amplitude and phase of the signal. The time frequency analysis unit 5 has described the amplitude of the signal. Can be applied similarly. Further, since the power of the signal is obtained by squaring the amplitude, the time frequency analysis unit 5 can also be applied when analyzing the power of the signal.

(4)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(3)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (4) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (3).

本発明は、医療や福祉の現場での臨床応用あるいは脳科学や生体工学などの脳波を用いた基礎研究への応用が期待され、具体的には、脳波計測を用いた診断装置などとして利用することができる。   The present invention is expected to be applied to clinical research in the field of medical treatment and welfare or basic research using brain waves such as brain science and biotechnology. Specifically, the present invention is used as a diagnostic device using brain wave measurement. be able to.

図1は、加算平均法の概念図を示し、(A)は、刺激提示時刻を基準として加算平均した場合を示し、(B)は、被験者の反応時刻を基準として加算平均した場合を示す。FIG. 1 shows a conceptual diagram of the addition averaging method, (A) shows a case where addition averaging is performed based on the stimulus presentation time, and (B) shows a case where addition averaging is performed based on the reaction time of the subject. 図2は、視覚刺激の提示によって発生した脳活動の頭頂部(国際10/20法のPzの位置)から計測した6試行分の脳波活動に伴う脳波波形図である。FIG. 2 is an electroencephalogram waveform diagram associated with electroencephalogram activity for six trials measured from the top of the brain activity generated by the presentation of the visual stimulus (Pz position in the international 10/20 method). 図3は、被験者に与えた刺激を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the stimulus given to the subject. 図4は、国際10/20法における電極の位置を示す部位名称と電極記号との関係を表す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the part name indicating the position of the electrode and the electrode symbol in the international 10/20 method. 図5は、視覚刺激の提示によって発生した脳活動の頭頂部(国際10/20法のPzの位置)から計測した脳波活動に伴う脳波波形図を示し、(A)は、頭頂部でα波が出ている試行の加算平均波形を示し、(B)は、頭頂部でα波が出ていない試行の加算平均波形を示す。FIG. 5 shows an electroencephalogram waveform associated with electroencephalogram activity measured from the top of the brain activity (position of Pz in the international 10/20 method) generated by the presentation of a visual stimulus, and (A) shows an α wave at the top of the head. (B) shows the average waveform of trials in which no alpha wave appears at the top of the head. 図6は、課題に関連して発生した脳波活動の性質についての説明図を示し、(A)は、時間周波数領域での脳波の活動パターンを示す説明図であり、(B)は、時間と周波数とに加えて脳の各部位間の活動の関係も含めた場合の説明図である。6A and 6B are explanatory diagrams showing the nature of the electroencephalogram activity generated in relation to the task. FIG. 6A is an explanatory diagram showing an electroencephalogram activity pattern in the time-frequency domain, and FIG. It is explanatory drawing at the time of including the relationship of the activity between each site | part of a brain in addition to a frequency. 図7は、課題に関連して発生した脳波活動の検出方法についての説明図を示し、(A)は、時間周波数領域の場合の説明図であり、(B)は、時間と周波数とに加えて脳の各部位間の活動の関係も含めた場合の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for a method of detecting an electroencephalogram activity generated in association with a task, (A) is an explanatory diagram in the case of a time frequency domain, and (B) is in addition to time and frequency. It is explanatory drawing at the time of including the relationship of the activity between each site | part of a brain. 図8は、課題に関連した脳波活動を検出して分類する本発明による脳活動情報データ処理装置の全体のシステム構成を表すブロック構成図である。FIG. 8 is a block diagram showing the overall system configuration of a brain activity information data processing apparatus according to the present invention that detects and classifies brain wave activities related to a task. 図9は、脳波活動発生についての分割表作成部において作成される分割表の説明図でらる。FIG. 9 is an explanatory diagram of a contingency table created by the contingency table creation unit for the generation of electroencephalogram activity. 図10は、本発明による脳活動情報データ処理装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the brain activity information data processing apparatus according to the present invention. 図11は、脳波活動の計測実験における実験課題を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an experiment subject in an electroencephalogram activity measurement experiment. 図12は、前頭部−頭頂部間の位相同期指標の時間周波数領域上での波形の一例を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing an example of a waveform in the time-frequency domain of the phase synchronization index between the frontal region and the parietal region. 図13は、脳波活動の発生について2つの小領域間の相互情報量を求めた例を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which the mutual information amount between two small regions is obtained with respect to the generation of electroencephalogram activity. 図14は、ステップS1014において推定された脳波の活動パターンを示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing an electroencephalogram activity pattern estimated in step S1014. 図15は、課題に関連した脳波の活動パターンの検出例を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of detecting an electroencephalogram activity pattern related to a task. 図16は、従来法(加算平均法)の適用結果を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing a result of applying the conventional method (addition averaging method).

符号の説明Explanation of symbols

1 脳波データ入力部
2 刺激提示時刻・被験者反応時刻データ入力部
3 領域分割パラメータ入力部
4 脳波活動発生判定閾値入力部
5 時間周波数解析部
6 時間周波数領域上の波形データの記憶部
7 脳波活動発生についての分割表作成部
8 統計量計算部
9 統計量の値の記憶部
10 疑似データに基づいた統計量の値の分布図の作成部
11 活動パターン推定部
12 課題に関連した脳波活動の検出・分類部
13 結果出力部
1 EEG data input unit 2 Stimulus presentation time / subject response time data input unit 3 Domain division parameter input unit 4 EEG activity generation determination threshold value input unit 5 Time frequency analysis unit 6 Waveform data storage unit in time frequency domain 7 EEG activity generation Contingency table creation unit 8 Statistical calculation unit 9 Statistical value storage unit 10 Statistical value distribution map creation unit based on pseudo data 11 Activity pattern estimation unit 12 Detection of brain wave activity related to task Classification part 13 Result output part

Claims (8)

生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理方法において、
脳活動情報データに関する時間周波数領域を複数の所定の形状および大きさを備えた複数の小領域に分割し、
前記複数の小領域間における脳活動情報データの有無の関連性に基づいて、課題や刺激に関連した脳波活動のパターンを推定して脳波活動の検出を行う
ことを特徴とする脳活動情報データ処理方法。
In a brain activity information data processing method for processing brain activity information data observed in at least one part of a living body,
Dividing the time-frequency region related to the brain activity information data into a plurality of small regions having a plurality of predetermined shapes and sizes;
Brain activity information data processing characterized in that brain wave activity is detected by estimating a pattern of brain wave activity related to a task or a stimulus based on the relationship between presence or absence of brain activity information data among the plurality of small regions Method.
生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理方法において、
脳活動情報データを時間周波数解析して時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における時間周波数解析結果を求める第1のステップと、
前記脳活動情報データを展開した前記時間周波数領域を所定の形状および大きさを備えた複数の小領域に分割する第2のステップと、
脳波活動発生の有無について、前記時間周波数解析結果に基づいて変数間の関係を表す統計量の値を前記複数の小領域間に対して求め、前記求めた統計量の値から課題や刺激に関連した脳波活動のパターンを推定して脳波活動の検出を行う第3のステップと
を有することを特徴とする脳活動情報データ処理方法。
In a brain activity information data processing method for processing brain activity information data observed in at least one part of a living body,
A first step of analyzing the brain activity information data by time-frequency analysis and expanding it on a time-frequency region, and obtaining a time-frequency analysis result at each time frequency;
A second step of dividing the time-frequency region in which the brain activity information data is developed into a plurality of small regions having a predetermined shape and size;
Regarding the presence or absence of electroencephalogram activity, a value of a statistic representing a relationship between variables is obtained between the plurality of small regions based on the time-frequency analysis result, and related to a task or a stimulus from the obtained statistic value And a third step of detecting an electroencephalogram activity by estimating a pattern of the electroencephalogram activity performed.
請求項2に記載の脳活動情報データ処理方法において、
前記第3のステップにおける変数間の関係を表す統計量は、相互情報量、相関係数または発生確率と条件付き確率との比である
ことを特徴とする脳活動情報データ処理方法。
The brain activity information data processing method according to claim 2,
The brain activity information data processing method, wherein the statistic representing the relationship between variables in the third step is a mutual information amount, a correlation coefficient, or a ratio between an occurrence probability and a conditional probability.
請求項1、2または3のいずれか1項に記載の脳活動情報データ処理方法において、
前記複数の小領域は、同一の大きさの長方形形状を備えている
ことを特徴とする脳活動情報データ処理方法。
In the brain activity information data processing method according to any one of claims 1, 2, or 3,
The plurality of small regions have a rectangular shape having the same size. The brain activity information data processing method, wherein:
生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理装置において、
脳活動情報データを時間周波数解析して時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における時間周波数解析結果を求める手段と、
前記脳活動情報データを展開した前記時間周波数領域を所定の形状および大きさを備えた複数の小領域に分割する手段と、
脳波活動発生の有無について、前記時間周波数解析結果に基づいて変数間の関係を表す統計量の値を前記複数の小領域間に対して求め、前記求めた統計量の値から課題や刺激に関連した脳波活動のパターンを推定して脳波活動の検出を行う手段と
を有することを特徴とする脳活動情報データ処理装置。
In a brain activity information data processing device for processing brain activity information data observed at at least one location of a living body,
A means of analyzing the brain activity information data by time-frequency analysis and expanding it on the time-frequency domain, and obtaining a time-frequency analysis result at each time frequency;
Means for dividing the time-frequency region in which the brain activity information data is developed into a plurality of small regions having a predetermined shape and size;
Regarding the presence or absence of electroencephalogram activity, a value of a statistic representing a relationship between variables is obtained between the plurality of small regions based on the time-frequency analysis result, and related to a task or a stimulus from the obtained statistic value A brain activity information data processing apparatus comprising: means for estimating a brain wave activity pattern and detecting brain wave activity.
生体の少なくとも一箇所で観測された脳活動情報データを処理する脳活動情報データ処理装置において、
脳活動情報データを入力する脳活動情報データ入力手段と、
課題遂行に関する時刻データを入力する課題遂行時刻データ入力手段と、
時間周波数領域を所定の形状および大きさの小領域に分割するためのパラメータを入力する領域分割パラメータ入力手段と、
脳波活動が発生したか否かを判断するための閾値を入力する脳波活動発生判定閾値入力手段と、
前記脳活動情報データ入力手段から入力された脳活動情報データを時間周波数領域上に展開し、各時刻周波数における時間周波数解析結果を求める時間周波数解析手段と、
前記領域分割パラメータ入力手段から入力されたパラメータおよび前記脳波活動発生判定閾値入力手段から入力された閾値に基づいて、前記時間周波数解析手段により展開された時間周波数領域上の時間周波数解析結果を用いて、前記領域分割パラメータ入力手段から入力されたパラメータの示す各小領域における脳波活動発生についての分割表を作成する分割表作成手段と、
前記分割表作成手段により作成された分割表が示す脳波活動発生について、各小領域間の関係を表す統計量の値を演算する統計量演算手段と、
疑似データに基づいた統計量がとる値の確率分布を作成する確率分布作成手段と、
前記確率分布作成手段が作成した確率分布と前記統計量演算手段が演算した統計量の値とを比較し、該比較結果が、前記統計量演算手段が演算した統計量の値が前記確率分布作成手段が作成した確率分布の中で統計的に有意なものであるとき、前記統計量の値を求めた複数の小領域の位置に互いに関連した脳波活動が発生したものとみなし、該複数の小領域の位置関係が脳波活動の活動パターンを示すものであると推定する活動パターン推定手段と、
前記活動パターン推定手段が推定した脳波活動の活動パターンと前記時間周波数解析手段が求めた時間周波数解析結果とに基づいて、脳波活動の活動パターンを検出して分類する検出分類手段と
を有することを特徴とする脳活動情報データ処理装置。
In a brain activity information data processing device for processing brain activity information data observed at at least one location of a living body,
Brain activity information data input means for inputting brain activity information data;
Task performance time data input means for inputting time data related to task performance;
Area division parameter input means for inputting parameters for dividing the time-frequency area into small areas of a predetermined shape and size;
EEG activity occurrence determination threshold value input means for inputting a threshold value for determining whether or not EEG activity has occurred;
Time frequency analysis means for expanding the brain activity information data input from the brain activity information data input means on a time frequency region and obtaining a time frequency analysis result at each time frequency;
Based on the parameter input from the region division parameter input means and the threshold value input from the electroencephalogram activity occurrence determination threshold value input means, using the time frequency analysis result on the time frequency domain developed by the time frequency analysis means. , A contingency table creating means for creating a contingency table for generating an electroencephalogram activity in each small region indicated by the parameter input from the region segmentation parameter input means;
A statistic calculator that calculates a value of a statistic indicating a relationship between each small region for the electroencephalogram activity generation indicated by the contingency table created by the contingency table creating means;
A probability distribution creating means for creating a probability distribution of values taken by a statistic based on pseudo data;
The probability distribution created by the probability distribution creating means is compared with the statistic value computed by the statistic computing means, and the comparison result is the statistical value computed by the statistic computing means. When the statistical distribution is statistically significant in the probability distribution created by the means, it is considered that the brain wave activities related to each other have occurred at the positions of the plurality of small areas for which the value of the statistic is obtained, Activity pattern estimation means for estimating that the positional relationship of the regions indicates an activity pattern of electroencephalogram activity;
Detecting and classifying means for detecting and classifying the activity pattern of the electroencephalogram activity based on the activity pattern of the electroencephalogram activity estimated by the activity pattern estimation means and the time frequency analysis result obtained by the time frequency analysis means. Characteristic brain activity information data processing device.
請求項5または6のいずれか1項に記載の脳活動情報データ処理装置において、
前記統計量は、相互情報量、相関係数または発生確率と条件付き確率との比である
ことを特徴とする脳活動情報データ処理装置。
In the brain activity information data processing device according to any one of claims 5 and 6,
The statistic is a mutual information amount, a correlation coefficient, or a ratio between an occurrence probability and a conditional probability.
請求項5、6または7のいずれか1項に記載の脳活動情報データ処理装置において、
前記複数の小領域は、同一の大きさの長方形形状を備えている
ことを特徴とする脳活動情報データ処理装置。
In the brain activity information data processing device according to any one of claims 5, 6 and 7,
The plurality of small regions have a rectangular shape having the same size. The brain activity information data processing device.
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