JP2006204520A - 電流印加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 日常生活を送りながら、自律神経活動の回復・改善を図るために用いることができる電流印加装置を提供すること。
【解決手段】 頭部に装着した際、耳部の後方の皮膚に一方の電極を配置するとともに、頭部の左右中心線に対し一方の電極の配置と同じ側となる頭部の皮膚に他方の電極を配置する耳掛け式電極２１を採用し、この一対の電極に特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない微弱電流を印加する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電流印加装置に関するものである。

従来、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているように、人体に対して電気的な刺激を与えることによって、凝りや痛み等の治療を行う治療装置が提案されている。
特開平７−６７９７０号公報 特開平８−１５０２１９号公報

一方、本願発明者らは、「ヒトの脳の確率共振、山本義春等、脳の科学、２００２年６月、第２４号６号、Ｐ５９１〜５９４」にて説明されている前庭系への刺激が循環器系の中枢に及ぼす影響について検討を進めた結果、延髄に伝わる電気信号が前庭神経からの微弱電流によって強められる現象、つまり、人の脳において確率共振（ＳＲ、Stochastic Resonance）が生じることがわかった。この現象について、以下に説明する。

図７に人の神経系の構造を示す。同図に示す脳幹は、中脳、橋、延髄からなり、生命の維持にかかわる自律神経の中枢が多く集まっている。この延髄の神経核には、循環器系の中枢のある弧束核や前庭神経核があり、これらの神経核は各々接続されている。前庭神経核からは前庭神経と呼ばれる求心性線維が伸びており、この前庭神経は、三半規管等の内耳の平行感覚器に接続されている。

本願発明者らは、被験者をシーソーのように揺れる寝台に寝かせ、被験者の心拍数が変化しない程度に静かに揺らしながら、人の耳の後ろ（例えば、「乳様突起」と呼ばれる骨付近）の皮膚から、特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない微弱電流（例えば、揺らぎの大きさが周波数の上昇に対して反比例する１／ｆ揺らぎ等をもつ微弱電流）を印加した。すると、この全く不規則な電流の半分程度の強さしかない微弱電流であっても、被験者の心拍数が変化することを確認した。

心拍数の変化は、交感神経と副交感神経とからなる自律神経活動によるものであるため、上記の確認によって、延髄に伝わる電気信号が前庭神経を介して上記微弱電流を印加することで生じる確率共振によって強められることが明らかとなった。そして、この強められた電気信号が延髄に伝わることで自律神経の活動が活発になる、というものである。

このように、本願発明者らによる上記の確認によって、自律神経の回復・改善を図ることが期待できるものの、上述した従来の治療装置は、何れも凝りや痛み等の治療に用いられるもので、自律神経活動の回復・改善に用いることはできない。また、従来の治療装置は、何れも日常生活を送りながら使用できるものではない。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、日常生活を送りながら、自律神経活動の回復・改善を図るために用いることができる電流印加装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の電流印加装置は、一対の電極と、当該一対の電極を頭部に装着するための装着部と、からなる電極装着手段と、
一対の電極を介して、頭部に特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない電流を印加する電流印加手段と、を備え、
電極装着手段は、
頭部に装着した際、耳部の後方の皮膚に一方の電極を配置するとともに、頭部の左右中心線に対し一方の電極の配置と同じ側となる頭部の皮膚に他方の電極を配置し、
装着部は、頭部の部位によって支持される形状を有することを特徴とする。

このように、装着部は、頭部の部位によって支持される形状を有するため電極装着手段を頭部に装着することが可能となる。従って、日常生活を送りながら使用することができる。

なお、耳部の後方（例えば、「乳様突起」と呼ばれる骨の付近）の皮膚から電流を印加する場合、上記他方の電極を頭部の左右中心線に対し一方の電極の配置と同じ側でない反対側となる頭部の皮膚に配置した場合、上述した前庭系の平行感覚機能に影響を与え、その結果、ふらつき等を起こすことがある。

そのため、図２に示すように、上記他方の電極２ａは、頭部の左右中心線に対し一方の電極２ｂの配置と同じ側となる頭部の皮膚に配置する。これにより、本発明の電流印加装置を使用しても、ふらつき等を起こさないようにすることができる。そして、この一対の電極を介して特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない電流を印加することで、延髄に伝わる電気信号が確率共振によって強められ、その結果、自律神経活動の回復・改善を図ることができる。なお、図２に示した他方の電極２ａは、頭部のこめかみ部や額部に配置するとよい。

請求項２に記載の電流印加装置によれば、電流印加手段は、頭部の左右中心線に対して左右両側に装着される２つの電極装着手段の各々の一対の電極を介して、電流を印加することを特徴とする。

図２は、頭部の左右中心線に対する左側に一対の電極２ａ、２ｂを配置した例を示しているが、本発明のように、もう一対の電極を右側の同じ位置に配置してもよい。これにより、左右対称にバランス良く電流を印加することができる。

請求項３に記載の電流印加装置は、一対の電極を二組有し、当該二組の電極を頭部に装着するための装着部で構成される電極装着手段と、
二組の電極を介して、頭部に特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない電流を印加する電流印加手段と、を備え、
電極装着手段は、頭部に装着した際、
左右各々の耳部の後方の皮膚に各組の一方の電極を各々配置するとともに、頭部の左右中心線に対し各組の一方の電極の配置と反対側となる頭部の皮膚に各組の他方の電極を各々配置し、
装着部は、頭部の部位によって支持される形状を有することを特徴とする。

このように、上記他方の電極を頭部の左右中心線に対し一方の電極の配置と同じ側でない反対側となる頭部の皮膚に配置する場合には、もう一対の電極を左右中心線を交叉するように配置することで、上述した前庭系の平行感覚機能へ影響を相殺する効果が期待できる。その結果、ふらつき等を起こさないようにすることができる。

請求項４に記載の電流印加装置によれば、装着部は、耳部、及び鼻部の少なくとも一方の部位によって支持されることを特徴とする。すなわち、日常生活を送りながら使用したいという観点からいえば、装着部は目立ち難い形状が望まれる。そこで、例えば、図３に示すように、耳部によって支持される耳掛け式電極を採用したり、あるいは、図４に示すように、耳部と鼻部によって支持される眼鏡式電極を採用したりすることで、日常生活において使い易くすることができる。

請求項５に記載の電流印加装置によれば、電流印加手段は、
頭部に印加する電流を徐々に大きくした場合に、電流の印加を最初に知覚したときの電流値を示す電流知覚閾値を決定する電流知覚閾値決定手段と、
電流知覚閾値決定手段によって決定された電流知覚閾値を記憶する電流知覚閾値記憶手段と、
電流知覚閾値に基づいて、出力すべき電流の出力電流強度を決定する出力電流強度決定手段と、
出力電流強度決定手段によって決定された出力電流強度の電流を一対の電極に出力する電流出力手段と、を備えることを特徴とする。

上記電流知覚閾値は、一般に個人によって異なる。従って、本発明の構成により、電流知覚閾値を個人に合わせて決定することができる。そして、この電流知覚閾値に基づいて決定された出力電流強度の電流を一対の電極に出力することができる。

請求項６に記載の電流印加装置によれば、出力電流強度決定手段は、電流知覚閾値に対して５０〜１００％の割合を出力電流強度として決定することを特徴とする。

延髄に伝わる電気信号は、電流知覚閾値の５０〜１００％の微弱電流を前庭神経を介して印加することで脳において確率共振が効果的に生じる。すなわち、延髄に伝わる電気信号がより効果的に強められる。従って、電流知覚閾値に対して５０〜１００％の割合を出力電流強度として決定することで、延髄に伝わる電気信号をより効果的に強めることができる。

請求項７に記載の電流印加装置は、電流の周波数分布が一様であるホワイトノイズ波形、及び、電流の揺らぎの大きさが電流の周波数の上昇に対して反比例する１／ｆノイズ波形のうち、何れか一方の波形を示す出力電流を決定する出力電流波形決定手段を備え、
出力電流強度決定手段は、電流知覚閾値に基づいて、ホワイトノイズ波形、及び１／ｆノイズ波形の各々の出力電流強度を決定し、
電流出力手段は、出力電流波形決定手段によって決定された出力電流を、その出力電流に対する出力電流強度決定手段の決定した出力電流強度で出力することを特徴とする。

上述したように、脳において確率共振を生じさせるには、特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない電流を印加する必要がある。本発明では、上記ホワイトノイズや１／ｆノイズの波形を示す出力電流のうち何れか一方の出力電流を決定し、その決定した出力電流を、その出力電流に対して決定された出力電流強度で出力する。これにより、出力電流波形決定手段によって決定された仕様の電流を一対の電極に出力することができる。

なお、電流知覚閾値の出力電流強度を１００％とすると、ホワイトノイズでは約８０％、１／ｆノイズでは約６０％の出力電流強度の出力電流を頭部に印加することで、脳において生じる確率共振の効果が最大になる。

請求項８に記載の電流印加装置は、電流出力手段からの電流の出力を報知する電流出力報知手段を備えることを特徴とする。

例えば、出力電流強度決定手段と出力電流波形決定手段とによって決定された仕様の電流が頭部に印加されていることを検知して、画面表示や音響によって報知することで、使用者は、電極から電流が出力されていることを把握することができる。

請求項９に記載の電流印加装置は、電極が頭部の皮膚に接触しているか否かを判断する電極装着有無判断手段を備え、電流出力手段は、電極装着有無判断手段の判断結果に応じて、出力電流の大きさを調整する出力電流調整手段を備えることを特徴とする。これにより、例えば、電極が頭部の皮膚に接触していると判断される場合に、電極から電流を出力することができる。

請求項１０に記載の電流印加装置によれば、出力電流調整手段は、電極装着有無判断手段によって頭部の皮膚に接触していないと判定される場合、出力電流の大きさをゼロレベルに調整することを特徴とする。

例えば、電極が皮膚から外れた後に再び装着するとき、サージ電流を受けることがある。そこで、本発明では、電極が頭部の皮膚に接触していないと判断される場合に、出力電流の大きさをゼロレベルに調整する。これにより、電極を再び装着したとしても、サージ電流を印加しないようにすることができる。

請求項１１に記載の電流印加装置によれば、電気印加手段は、電源として電池を用いることを特徴とする。これにより、日常生活において使用し易くなる。また、請求項１２に記載のように、電池の残容量を報知する残容量報知手段を備えることで、使用者は、電池の残容量を把握することができる。

以下、本発明の電流印加装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本実施形態における電流印加装置の全体構成のブロック図を示す。同図に示すように、電流印加装置は、本体１と電極２から構成される。

電極２は、図２に示すように一対の電極２ａ、２ｂからなり、一方がプラスの電極となり、他方がマイナスの電極となる。本体１から印加される電流は、この一対の電極２ａ、２ｂの間を流れる。この一対の電極２ａ、２ｂは、耳部によって支持される形状を有する耳掛け式電極２１（図３）や耳部と鼻部によって支持される形状を有する眼鏡式電極２２（図４）によって頭部に装着される。

本電流印加装置について、日常生活を送りながら使用したいという観点からいえば、一対の電極２ａ、２ｂを頭部に装着するための装着部は目立ち難い形状が望まれる。そのため、この装着部として、耳掛け式電極２１や眼鏡のフレームに一対の電極を配置した眼鏡式電極２２を採用することで、本電流印加装置を日常生活において使い易くすることができる。

なお、図３や図４に示したように、耳掛け式電極２１や眼鏡式電極２２は、頭部に装着した際、耳部の後方（例えば、「乳様突起」と呼ばれる骨の付近）の皮膚に一方の電極を配置するとともに、頭部の左右中心線に対し一方の電極の配置と同じ側となる頭部の皮膚（図３や図４ではこめかみ部）に他方の電極を配置するものである。

すなわち、耳部の後方の皮膚から電流を印加する場合、上記他方の電極を頭部の左右中心線に対し一方の電極の配置と同じ側でない反対側となる頭部の皮膚に配置した場合、上述した前庭系の平行感覚機能に影響を与え、その結果、ふらつき等を起こすことがある。

そのため、図２に示すように、上記他方の電極２ａは、頭部の左右中心線に対し一方の電極２ｂの配置と同じ側となる頭部の皮膚に配置する。これにより、本電流印加装置を使用しても、ふらつき等を起こさないようにすることができる。なお、図２に示した他方の電極２ａは、こめかみ部に限らず額部に配置するようにしてもよい。

本体１は、図１に示すように、痛覚閾値決定部１１、痛覚閾値記憶部１２、電流強度決定部１３、出力電流波形決定部１４、電流出力部１５、出力確認表示部１６、電源部１７、電源残量表示部１８、及び電極装着有無判断部１９から構成される。この本体１は、日常生活を送りながら使用できるように、携帯可能なサイズで構成される。

痛覚閾値決定部１１は、例えば、押しボタン等の入力手段である。この痛覚閾値決定部１１は、電極２を頭部に装着して、この電極２に印加する電流の振幅を徐々に大きくした場合、この電流の印加を最初に知覚したときに操作するものである。この電極２に印加する電流は、図５に示すように、特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのないノイズ波形を示す電流であり、その平均値はゼロ（０）である。

すなわち、延髄に伝わる電気信号は、電流知覚（痛覚）閾値の５０〜１００％の微弱電流を前庭神経を介して印加することで脳において確率共振が効果的に生じる（延髄に伝わる電気信号がより効果的に強められる。）。しかしながら、電流痛覚閾値は、一般に、個人によって異なる。従って、本電流印加装置では、図５に示すように、ノイズ波形の振幅を徐々に大きくしていった場合に、最初に電流の印加を知覚したタイミングで痛覚閾値決定部１１を操作する。そして、その操作したタイミングでの電流の振幅の大きさである出力電流強度をその使用者の電流痛覚閾値として決定する。

痛覚閾値記憶部１２は、痛覚閾値決定部１１によって決定された電流痛覚閾値を記憶する。電流強度決定部１３は、痛覚閾値記憶部１２の記憶する電流痛覚閾値に対して５０〜１００％の割合を電極２から出力する電流の出力電流強度として決定する。

出力電流波形決定部１４は、出力電流の周波数分布が一様であるホワイトノイズ波形、及び、出力電流の揺らぎの大きさが電流の周波数の上昇に対して反比例する１／ｆノイズ波形のうち、何れか一方のノイズ波形を示す出力電流を決定する。

上述したように、脳において確率共振（ＳＲ）を生じさせるには、特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない電流を印加する必要がある。本電流印加装置では、上記ホワイトノイズや１／ｆノイズの波形を示す出力電流のうち何れか一方の出力電流を決定し、その決定した出力電流を、その出力電流に対して電流強度決定部１３において決定された出力電流強度で出力する。これにより、出力電流波形決定部１４によって決定された仕様の電流を電極２に出力することができる。

なお、出力電流波形決定部１４は、電気回路として構成して上記の各種波形を生成するようにしても良いし、メモリに記憶させた上記の各種波形をマイコンで読み出して生成するようにしてもよい。

また、図６に示すように、電流知覚閾値の出力電流強度を１００％とすると、ホワイトノイズでは約８０％、１／ｆノイズでは約６０％の出力電流強度の出力電流を頭部に印加することで、脳において生じる確率共振（ＳＲ）の効果が最大になることが知られている。そのため、電流強度決定部１３では、出力電流波形決定部１４によって決定された波形に対応する上記出力電流強度を決定する。

電流出力部１５は、出力電流強度決定部１３、及び出力電流波形決定部１４によって決定された仕様の電流を電極２に出力する。また、電流出力部１５は、後述する電極装着有無判断部１９の判断結果に応じて、出力電流の大きさを調整する。

出力確認表示１６は、図示しない画像生成部と表示画面とによって構成され、出力電流強度決定部１３と出力電流波形決定部１４に従った仕様の電流が電極２を介して頭部に印加されていることを検出して、出力確認の表示を行う。これにより、使用者は、電極２から電流が出力されていることを把握することができる。なお、画面表示に限らず、音響によって出力確認を報知するようにしてもよい。

電源部１７は、本体１の電源を供給するもので、電源として電池を用いている。これにより、日常生活において使用し易くなる。電源残量表示部１８は、図示しない画像生成部と表示画面とによって構成され、電源電圧を検出して電池の残容量を表示する。これにより、使用者は、電池の残容量を把握することができる。

電極装着有無判断部１９は、電流出力部１５から電流が出力されている場合、電極２の抵抗や電圧のレベルを検出して、電極２が皮膚に接触しているか否かを判断する。そして、電流出力部１５は、電極装着有無判断部１９において、電極２が皮膚に接触してないと判断される場合、出力電流の大きさをゼロレベルに調整する。

例えば、電極２が皮膚から外れた後に再び電極２を装着するとき、電極２からサージ電流を受けることがある。そこで、本電流印加装置では、電極２が皮膚に接触していないと判断される場合に、出力電流の大きさをゼロレベルに調整する。これにより、電極２を再び装着したとしても、サージ電流を印加しないようにすることができる。

このように構成される本電流印加装置は、電極２を頭部に装着後、本体１の電源を投入し、電流痛覚閾値を決定するための操作を行った後に使用可能となる。なお、この電流痛覚閾値の決定するための操作は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ等を設けて、「ＯＮ」状態である場合には上記操作を実行し、「ＯＦＦ」状態である場合には上記操作を省略するように構成してもよい。

このように、本実施形態の電流印加装置は、頭部に装着した際、耳部の後方の皮膚に一方の電極を配置するとともに、頭部の左右中心線に対し一方の電極の配置と同じ側となるこめかみ部の皮膚に他方の電極を配置する耳掛け式電極２１や眼鏡式電極２２を採用し、この一対の電極に特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない微弱電流を印加する。これにより、日常生活を送りながら、自律神経活動の回復・改善を図るために用いることができる。

（変形例１）
本実施形態の電流印加装置は、一対の電極を頭部の右側、若しくは、左側に装着するものであるが（図２では左側）、もう一対の電極をその反対側に装着して、一対の各電極に電流を印加するようにしてもよい。すなわち、左右両側に電極を装着して電流を印加してもよい。これにより、左右対称にバランス良く電流を印加することができる。

（変形例２）
上述した変形例１では、一対の電極を二組用い、頭部の左右中心線に対して同じ側に一組の電極を装着し、もう一組の電極をその頭部の反対側に装着するものである。これに対し、本変形例の電流印加装置は、一対の電極を二組用いるものの、左右各々の耳部の後方の皮膚に各組の一方の電極を各々配置するとともに、頭部の左右中心線に対し各組の一方の電極の配置と反対側となる頭部の皮膚に各組の他方の電極を各々配置して、頭部の左右両側に装着する。これにより、上述した前庭系の平行感覚機能へ影響を相殺する効果が期待できる。その結果、ふらつき等を起こさないようにすることができる。

本発明の実施形態に係わる、電気印加装置の全体構成を示すブロック図である。 電極２ａ、２ｂの配置を示す図である。 耳掛け式電極２１を示す図である。 眼鏡式電極２２を示す図である。 ノイズ波形を示す図である。 出力電流の強度に対する効果の大きさを示す図である。 人の神経系の構造を示した図である。

符号の説明

１ 本体
２ 電極
１１ 痛覚閾値決定部
１２ 痛覚閾値記憶部
１３ 電流強度決定部
１４ 出力電流波形決定部
１５ 電流出力部
１６ 出力確認表示部
１７ 電源部
１８ 電源残量表示部
１９ 電極装着有無判断部

Claims (12)

1. 一対の電極と、当該一対の電極を頭部に装着するための装着部と、からなる電極装着手段と、
   前記一対の電極を介して、前記頭部に特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない電流を印加する電流印加手段と、を備え、
   前記電極装着手段は、
   前記頭部に装着した際、耳部の後方の皮膚に一方の前記電極を配置するとともに、前記頭部の左右中心線に対し前記一方の電極の配置と同じ側となる前記頭部の皮膚に他方の前記電極を配置し、
   前記装着部は、前記頭部の部位によって支持される形状を有することを特徴とする電流印加装置。
2. 前記電流印加手段は、前記頭部の左右中心線に対して左右両側に装着される２つの前記電極装着手段の各々の一対の電極を介して、前記電流を印加することを特徴とする請求項１記載の電流印加装置。
3. 一対の電極を二組有し、当該二組の電極を頭部に装着するための装着部で構成される電極装着手段と、
   前記二組の電極を介して、前記頭部に特定の周波数帯域で強い強度、を示すことのない電流を印加する電流印加手段と、を備え、
   前記電極装着手段は、前記頭部に装着した際、
   左右各々の耳部の後方の皮膚に各組の一方の前記電極を各々配置するとともに、前記頭部の左右中心線に対し前記各組の一方の電極の配置と反対側となる前記頭部の皮膚に前記各組の他方の前記電極を各々配置し、
   前記装着部は、前記頭部の部位によって支持される形状を有することを特徴とする電流印加装置。
4. 前記装着部は、耳部、及び鼻部の少なくとも一方の部位によって支持されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電流印加装置。
5. 前記電流印加手段は、
   前記頭部に印加する電流を徐々に大きくした場合に、前記電流の印加を最初に知覚したときの電流値を示す電流知覚閾値を決定する電流知覚閾値決定手段と、
   前記電流知覚閾値決定手段によって決定された電流知覚閾値を記憶する電流知覚閾値記憶手段と、
   前記電流知覚閾値に基づいて、出力すべき電流の出力電流強度を決定する出力電流強度決定手段と、
   前記出力電流強度決定手段によって決定された出力電流強度の電流を前記一対の電極に出力する電流出力手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電流印加装置。
6. 前記出力電流強度決定手段は、前記電流知覚閾値に対して５０〜１００％の割合を前記出力電流強度として決定することを特徴とする請求項５記載の電流印加装置。
7. 電流の周波数分布が一様であるホワイトノイズ波形、及び、電流の揺らぎの大きさが前記電流の周波数の上昇に対して反比例する１／ｆノイズ波形のうち、何れか一方の波形を示す出力電流を決定する出力電流波形決定手段を備え、
   前記出力電流強度決定手段は、前記電流知覚閾値に基づいて、前記ホワイトノイズ波形、及び前記１／ｆノイズ波形の各々の出力電流強度を決定し、
   前記電流出力手段は、前記出力電流波形決定手段によって決定された出力電流を、その出力電流に対する前記出力電流強度決定手段の決定した出力電流強度で出力することを特徴とする請求項５又は６記載の電流印加装置。
8. 前記電流出力手段からの電流の出力を報知する電流出力報知手段を備えることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の電流印加装置。
9. 前記電極が前記頭部の皮膚に接触しているか否かを判断する電極装着有無判断手段を備え、
   前記電流出力手段は、前記電極装着有無判断手段の判断結果に応じて、前記出力電流の大きさを調整する出力電流調整手段を備えることを特徴とする請求項５〜８の何れか１項に記載の電流印加装置。
10. 前記出力電流調整手段は、前記電極装着有無判断手段によって前記頭部の皮膚に接触していないと判定される場合、前記出力電流の大きさをゼロレベルに調整することを特徴とする請求項９記載の電流印加装置。
11. 前記電気印加手段は、電源として電池を用いることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の電流印加装置。
12. 前記電池の残容量を報知する残容量報知手段を備えることを特徴とする請求項１１記載の電流印加装置。

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