JP2008194487A - 睡眠治療装置及びその方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】生体電気刺激装置、及び低周波治療装置は、単調で機械的なパターンやリズムが不快感や疲労感をもたらす場合があるため、長時間使用した場合には効果が得られなくなる場合がある。脳波誘導装置、サブリミナル学習システムも同様である。
【解決手段】脳波誘導装置において、脳波誘導の周波数は、δ波、θ波、α波、β波、γ波、から少なくともβ波とδ波を含む脳波帯域を推移して反復し、且つ、推移経路を反復毎に相違すべく成される手段、脳波誘導の実施時間は、約０．５Ｈｚ、又は、その１／２の呼吸周期、を用いて反復時のβ波誘導に休止時間を加味するとともに、前記脳波誘導の周波数と対応して推移する手段、を備えたことを特徴とした睡眠治療装置、及び、その作動方法。
【選択図】図２

Description

この発明は、低周波治療装置の電気刺激方式に関する。

睡眠障害、又は自律神経失調症、又は鬱病に効果があるものとして、脳波誘導装置がある。光刺激、及びリラクゼーションによる様々な誘導方法があり、生体の緊張をある程度解きほぐすことで、安眠可能な状態へ誘導するシステムであるが、直接的に脳波を矯正し、誘導することはできなかった。
また、近代の精神病院では、これらの誘導装置を有効利用している場合が少なく、睡眠障害には睡眠薬等の神経系薬物の服用が主流であり、又は刺激装置においては鬱病、又は統合失調症における電気ショック療法しか一般的に行われていないため、結果的に先端科学を精神医療に齎すことはできなかった。そのため、睡眠中の脳波に関しては、脳波を長時間刺激して、効果的に誘導する方法、及びその技術が必要であった。
また、人間工学的な知識として、自然環境や人間のリズムに影響すると言われる1/fゆらぎ理論がある。これは規則的なリズムの中に微妙な変化やズレが生じていることにより、癒し効果があるとされている。
特開2005-292215号公報 高速学習システム及び学習用記憶媒体 特開2004-133362号公報 学習システム 特開2003-135767号公報 遊技機 特公H06-85804号公報 リフレッシュ装置 特公H06-042908 脳波誘導装置 特公H07-012376 脳波誘導装置 特公H06-026593 低周波治療器 特開H04-347171 脳波誘導装置 特公H07-90019 睡眠ステージ監視装置 特開2003-339674 睡眠段階推定装置及び睡眠段階推定装置から出力される信号を利用した装置 特開H02-98368 睡眠誘導装置 特公H05-056902 睡眠の状態変化検出装置および睡眠状態制御装置 特開昭62-268567 特開昭2002-336357 特開昭2002-336358

生体電気刺激装置、及び低周波治療装置は、単調で機械的なパターンやリズムが不快感や疲労感をもたらす場合があるため、長時間使用した場合には効果が得られなくなる場合がある。

この問題は、人間の知覚に干渉するシステムと装置全般に関係すると思われるが、特に装置の仕組みと、人間の脳波と干渉する0.4Hz-48Hzまでの周波数が影響していると考えられる。

また、1/fゆらぎ理論を当該装置に用いることにより、上記の問題を軽減する必要があったが、一般的に研究段階であり、未完成の理論であると思われる。

ところで、脳波誘導装置では、検出された脳波をバイオフィードバックするとともに、特定の周波数帯域をフィルタすることで上記問題を解決している。

また、サブリミナル学習システムにおいては、様々な脳波への刺激によって学習意欲や集中力を高めるような工夫が必要であった。睡眠導入装置も同様である。そのため、精神と神経に関わる諸々の治療装置の実用化は難しいと考えられていた。

つまり、従来の方法では、脳波を直接的に誘導して矯正することができないので、そのため装置等に様々な工夫を施して、脳波誘導の完成度を高くしなければならなかった。

したがって、本発明では脳波誘導のための脳波誘導方式、及びそのシステム、とを提供する。
本発明者は、意外にも、１／ｆゆらぎと類似の効果が得られるような睡眠時及び学習時の脳波を長時間誘導する方法を見出した。

すなわち、本発明は、脳波誘導装置において、
脳波誘導の周波数は、δ波、θ波、α波、β波、γ波、から少なくともβ波とδ波を含む脳波帯域を推移して反復し、且つ、推移経路を反復毎に相違すべく成される手段、
脳波誘導の実施時間は、約０．５Ｈｚ、又は、その１／２の呼吸周期、を用いて反復時のβ波誘導に休止時間を加味するとともに、前記脳波誘導の周波数と対応して推移する手段、
を備えたことを特徴とした睡眠治療装置、及び、その作動方法に関する。

・生体電気刺激装置や低周波治療装置の治療効果を頭部に長時間適用できる。
・脳波誘導装置においては、実効率が長時間持続させることができる。また、睡眠状態の脳波を矯正することにより、精神と神経に関わる病気全般が治療可能になる。
・脳波誘導を脳波帯域全体に実施することによって、結果的に脳を賦活させることが可能である。
・従来の1/fゆらぎ効果の代わりとして適用することも可能である。
・サブリミナルシステムにおいて、サブリミナル効果を増幅することができる。

本発明の具体例を以下に説明する。

図１では、知覚に関係するための時間間隔を要するシステム等において用いた例である。各工程a-eと休止時間ｆにおいて、脳波を賦活させるために徐徐に間隔を広げていることが示されている。この方法による効果は1/fゆらぎ理論に類似するものであるが、時間間隔のみでなく、さまざまな場面で取り入れることにより、従来の単調な刺激と比べ、ストレスを軽減させることが可能である。例えば、脳波誘導装置においてα波に応用した場合、通常10Hzのみを繰り返し用いるところを、8から13Hzまでの帯域内で推移変化させることにより、脳波誘導の実効率は高くなると思われる。さらに、脳波誘導を脳波帯域全体に実施することによって、結果的に脳を賦活させることが可能である。

また、休止間隔は、脳波に応じて予測される呼吸数以下が好ましく、平常時においては一般的に毎分の呼吸数が１２から２０であるので、複合波は1/5Hzから1/3Hz以下を用いる。映像等においては、連続したサブリミナル効果を増幅するためにも有効であると思われる。具体例としては、学習システムにおける学習工程で、休止時間fが学習工程a-eのサブリミナル効果（増幅）のために５回連続した場合でも、実効率は持続すると思われる。さらに、前述した脳波誘導を実施することで、脳波誘導、サブリミナル効果、1/fゆらぎ効果（脳波誘導方式）の３つの相乗効果が期待できる。（実施例３参照）
つまり、脳波誘導のための周波数に、推移変化と呼吸周期に基づく休止間隔を加味することにより人体への親和性が保たれ、反復毎時にもその推移経路が相違変化することにより脳波誘導効果を長時間持続することができるだけでなく、使用者の脳波を賦活して誘導させるので、低周波治療装置の電気刺激手段として適用することで生体の実施部位に脳波の賦活効果と合致した効果を期待できる。

図１に示す２０秒程度の工程は、さらに９０分間連続して繰り返す場合においても同様に、毎回相違する変化を有するのが望ましい。

例えば、２０％の効果を引き出すためには、最初が２０秒（２０秒は脳波誘導方式において最大値であるため）であれば、９０分後には１６秒というように、時間経過と比例して微妙に変化することで脳波を賦活するような効果が得られる。最も適切な効果の量としては、変化し過ぎず、かつ単調で飽きない程度の意識されにくいものが条件となる。（実施例７参照）
また、図３と図５では、周波数帯域が反復毎に推移変化しているのが示されている。なお、図３と図６は、低周波治療装置の電気刺激手段としてそのまま適用することができるものである。

以下は睡眠時において脳波誘導を行う際の問題点と、脳波誘導方式について説明したものである。

入眠時から起床時までの睡眠中の脳波の状態は、深い眠りと浅い眠りを５回前後反復するステージがあり、さらに１回のステージは９０分前後を要し、浅い眠りのためのレム睡眠と深い眠りのためのノンレム睡眠を約１：４の割合で構成されており、ステージ反復時に現れるレム睡眠の段階では、体内活動が急激に上昇し、脳波とともに呼吸数も高くなることが一般的に知られている。

また、精神疾患においては、睡眠状態が悪いために回復が遅れたり、あるいは悪化する場合があり、病因の一因となっていると思われる場合があるが、この精神疾患に対しては脳波誘導装置を用いて、睡眠中の脳波の推移を正常な範囲内に矯正することにより治療することができると考えられる。

具体的には、脳波誘導のためのパルス波は、脳波を刺激するための周波数のみを用いるだけでなく、人間工学的なリズムを用いるように工夫する必要がある。

では、人間工学的なリズムについて具体例に示す。

まず、脳波誘導の実施時間においては、仮に休止時間を固定したり、あるいは休止時間が無かった場合、脳波誘導が始まってからすぐに耐えがたいリズムとして知覚され得るだろうし、1/fゆらぎ理論を用いたとしても、そもそも理論的に未完成であるため、理想的な睡眠誘導に必要とされる効果は得ることはできない。

そこで、脳波周波数に対して関係性を有する呼吸数の近似値以下の周波数を複合することで、脳波誘導の休止間隔を決定する。脳波誘導の実施時間は、脳波のための周波数が高くなるほど疲労しやすくなるため、実施間隔は前述の呼吸周期以下という条件に加えて、連続的な刺激にならないように決定すべきである。また、睡眠中の呼吸数は、ノンレム睡眠時には約0.2Hz、レム睡眠時には平均で約0.4Hzであるが、脳波誘導の実施時間と休止時間のそれぞれに適用することを考慮すれば、さらに1/2でも良い。（実施例７参照）

次に、ノンレム睡眠時の問題点を示す。

一般的に、レム睡眠とノンレム睡眠の平均的な割合は約１：４であるが、レム睡眠においてはノンレム睡眠の最も深い眠りの状態から突然始まるため、シミュレートされた脳波誘導においては、レム睡眠の誘発時間が実際には前後するように、このタイムラグを想定しなければならない。つまり、ノンレム睡眠においては脳波誘導の効果実施時間を最低値にして休止間隔を長めに取り、レム睡眠を自然誘発させることが望ましい。

また、レム睡眠の脳波誘導開始時においては、無造作なタイミングによる睡眠妨害になる可能性がある。そのため、直前の脳波周波数の推移を、休止間隔、又は複合波にそのまま継承してレム睡眠時の呼吸周期の近似値とすることによって、人間工学的に軽減することが可能である。
つまり、レム睡眠直前の脳波が約0.5Hz（δ波低域）であるので、ノンレム睡眠においては脳波誘導の効果量を最低値にして休止間隔を長めに取り、レム睡眠を自然誘発させることが望ましい。レム睡眠直後の複合波のための周波数は約0.5Hz、又は、その１／２から始まるのが好ましい。
なお、レム睡眠の脳波誘導開始時の脳波誘導の周波数は、図３及び表１・表２に示すようにいずれも２０Ｈｚ以上のβ波を用いる。

よって、実質レム睡眠時の脳波誘導は前半のタイムラグを想定して、１：７±２でも良いと考えることができる。

また、睡眠時間の経過に伴い、覚醒レベルは徐々に高くなるので、脳波周波数、呼吸周波数、の推移は、全体的に上昇しなければならない。
図３は、実際に睡眠中の脳波を誘導するための優勢脳波と、休止間隔の推移であり、休止間隔の帯域は約0.01-0.3Hzが用いられている。

脳波治療装置は、あまり頻繁に使用することにより特有の疲労を伴う場合がある。これは、音楽でも同じであり、毎日同じ音楽を聴くと飽きるのと同じである。

そのため、睡眠効果が著しく低下することを防ぐ目的で、日によって微妙に違う変化を取り入れるとともに、毎日の使用は控えるべきである。

次の表１と表２は、１日目と７日目のステージ反復毎時における各周波数の状態と、ノンレム・レム睡眠の誘導時間を示す。

脳波誘導は、脳波誘導方式によって決定された周波数を用いるが、その手段においては、電気刺激、光刺激、音波刺激、のいずれかを特定すべきではない。
例えば、脳波治療装置において、脳波誘導媒体と人体への実施部位は、脳波誘導装置の有効範囲内で症状や疾患部位に応じて判断すべきであり、必ずしも頭部や光刺激誘導が適しているものではなく、慢性疾患や神経症状の場合を考慮して、最も適した生体の部位の周辺に実施することにより、脳波の賦活効果と合致して異常状態から回復させることができるものと思われる。

そして、低周波治療装置においては一般的に電気刺激をその手段として用いており、この脳波誘導方式を適用することで生体の実施部位に脳波の賦活効果と合致した効果が得られる。さらに、頭部や睡眠中にも長時間使用することが可能となる。

また、光刺激の効果は、それに対する生体の反応が遅いため、β波のような高域の周波数になると実効率は著しく低下するものと思われる。

ところで、覚醒時の脳波には、α波、β波、γ波があるが、このうちα波はリラックスや集中している状態、β波は普通の生活状態や殺伐とした状態、γ波は興奮・イライラした状態であることが一般的に知られている。

このうち、覚醒レベルが最も高いのはγ波であるから、起床時においてはγ波−α波までを万遍に刺激することで、結果的に脳波を賦活させることが可能である。図５は、脳波が約47.8Hz-7.4Hz、呼吸数のための周波数が約0.4-0.1Hzで推移することで、脳波を賦活させるための実施間隔である。（また、反復毎に全体的な周波数は下がっており、３分後で最も高くなっているのは、周波数の推移変化を反復しているためである。）

実際の脳波誘導装置においては、各手段の特性や使用電圧が相違するため、コンピューターから脳波誘導装置をパルス波で直接制御するような場合には波形、又はパルス幅を工夫する必要がある。

次に、それぞれの手段を用いる場合の留意点を説明する。

１．電気刺激を脳波誘導に用いる場合の処置部位は、首筋〜背中、又は鼻骨とその周囲、に効果があると思われる。人体に導子を左右対称に取り付けたことによる効果は比較的低い。電気刺激の有効電圧は、40ボルト±20ボルトであるから、２０ボルト程度のバイアス電圧を付加するか、あるいは波形の高さに最大出力時の1/3を付加する。パルス幅は、100±50μ秒である。脳波誘導の実効率は最も高い。

２．光刺激は、β波以上の高周波数は、点滅しているのが解らないため、効果が低い場合がある。また、低周波においては、光点灯時間が一定の場合には効果が殆ど消えてしまうため、点灯時間は休止時間との比率から決定しなければならない。ＬＥＤを使用する場合は、有効電圧が4±2ボルト程度であるため、２ボルト程度のバイアス電圧を付加するか、あるいは波形の高さに最大出力時の1/3を付加する。脳波誘導の実効率は、β波以下であれば２番目に高い。

３．音波刺激を脳波誘導に用いる場合は、１回のパルス波は２回分の音波波形に相当するため、1/2のパルス波か、あるいはノコゴリ波を用いる。それ以外では、２つの相違する比較的高い周波数を干渉させることにより、脳波誘導有効範囲内の干渉周波数を発生させる方法がある。この方法は、汎用コンピューターのプログラムソフトウェアでも実現可能である。また、音量は環境音程度にするのが適切である。

４．表示端末を用いた光点滅刺激は、一般的に表示更新のための周波数は60Hz前後が仕様であるので、背景で点滅するための周波数によっては、チラツキが生じる不具合がある。この問題を解決するためには、更新周波数から割り切れる周波数リスト（60Hzの場合30,20,15,12,10..）の中から、もっとも必要な脳波誘導のための周波数と近いものを選択する方法がある。そのほかの方法としては、実施例９のように更新周波数そのものを同調するか、あるいは脳波誘導装置を別に設ける必要がある。

（下記に示す人工知能システムとは、データ分析・算出を行うことを目的としたコンピューター上で再現可能な構築方法であるから、実際には下記手順を踏むことにより人工知能システムが無くても実現可能である。）

図４は、脳波誘導における生体に必要な優勢脳波の変化から、実際に有効な脳波誘導を算出する方法であって、人工知能システムに学習させる際に、実際に分かりやすく脳波と時間軸の関係で各工程を示したものである。

まず、時間経過における優勢脳波の変化aを一般的知識から分かる範囲で入力し、不明瞭な部分は、前後の優勢脳波同士を曲線で滑らかに結んで補い、脳波誘導パターンのプロトタイプbを作成する。

次に、脳波誘導装置を睡眠中に試行し、このとき不快感や中途覚醒があった時は、失敗情報dとして時刻d1を記録するとともに、その時刻における波長を変更して一旦終了する。さらに、次回の試行による失敗情報d2が発生した時は、失敗情報d1より以前であればd1を、以降であればd2に対して、波長を適切に変更する。この方法を繰り返すことで、生体に最低必要となる優勢脳波の変化を長時間導くことができる。

また、起床直後の脳波は、まだ眠っている状態であり、適切な覚醒状態を促すために、α波より高い波長レベルによる最終的な誘導段階を設けるべきである。最終的な誘導段階では、γ波、β波、α波が満遍に刺激されるのが望ましい。

また、脳波誘導装置による脳波への連続的な刺激は、神経的な負担となり不快感を与えるため、あまりストレスにならないように呼吸動作の間隔と同調して休止時間を設けることにより、この問題を回避する必要がある。さらに厳密には、呼吸動作が予測できない状況であれば呼吸数以下の間隔を用いる。図５は、起床時において脳波誘導を万遍に行うことにより、脳波を賦活させるための実施間隔である。睡眠時においては、レム睡眠時とノンレム睡眠時には呼吸、心拍数ともに大きく変化することも考慮しなければならない。図７は実際にこの方法を用いて導いた脳波と休止間隔の推移である。

以上の方法を用いて人工知能システムを利用する場合においては、初期段階では被験者から睡眠時の優勢脳波とその時刻を学習し、その次の段階では実際に脳波誘導装置を使って誘導を行いながら、被験者が不快に感じたり中途覚醒した場合には、（脳波観測と脳波誘導における作用誤差であると考えられる）誘導失敗情報として押しボタン等のスイッチ入力を用いて脳波誘導の推移経路を補正しなければならない。また、予測に十分な学習が完了することによって、長時間の理想的な脳波誘導パターンとして１通り以上をシミュレーションすることが可能であり、人工知能システムを簡略化した小型コンピューターへ移行することができる。

また、より誘導精度を高めるためには、例えば年齢別、平均睡眠時間、使用頻度などの被験者ごとの属性情報を学習要素に付加することで、予め個人差による実効率の格差を調整する方法がある。

脳波誘導の適切な休止間隔は、本来は人体のバイオリズムと同期するのが最も適切であるから、呼吸周波数と脳波推移をシミュレートするのではなく、呼吸周期（又は呼吸動作）を検知する手段を用いて最も適切な脳波を予測することがより望ましい。また、検知された呼吸数からレム睡眠の始まるタイミングを予測することも可能であるから、これを脳波治療装置に組み込むことで、例えば実施例４のタイムラグを想定しない方法も可能であると考えられる。

低周波治療装置において、電気刺激方式として利用することができる。

脳波誘導に対して呼吸周期を用いた休止時間の間隔を示す図である。 脳波周波数と呼吸周波数の複合波形図である。 睡眠時の脳波と、複合波による休止間隔の推移図である。 睡眠時脳波誘導算出方法を示した折れ線図である。 脳波を賦活させるための実施間隔である。

Claims (5)

1. 人体の知覚に作用する装置において、
   使用者の任意の脳波帯域を賦活するために内部周期に適用される脳波賦活方式であって、
   脳波誘導の周波数は、δ波、θ波、α波、β波、γ波、から少なくとも１種以上の脳波帯域を推移して反復する手段、
   推移経路を反復毎に相違すべくして前記脳波帯域に対しても推移変化を加味する手段、
   前記脳波誘導に対して、人体への親和性を維持すべく対応した呼吸周期、乃至、それ以下の周期を用いて休止時間を加味する手段、
   を備えたことを特徴とした脳波賦活方式。
2. 前記脳波誘導手段は、知覚に作用する情報出力端末を含むととともに、
   前記情報出力端末の内容と、前記休止時間と、は、同調すべく成された
   ことを特徴とした請求項２に記載の脳波賦活方式。
3. 脳波誘導装置、及び、知覚に作用する情報出力端末において、
   使用者の任意の脳波帯域を賦活するために内部周期に適用される脳波誘導方法であって、
   脳波誘導の周波数は、δ波、θ波、α波、β波、γ波、から少なくとも１種以上の脳波帯域を推移して反復するステップと、
   推移経路を反復毎に相違すべくして前記脳波帯域に対しても推移変化を加味するステップと、
   前記脳波誘導に対して、前記情報出力端末の内容と同調する呼吸周期、乃至、それ以下の休止時間を加味するステップと、
   を有する脳波誘導方法。
4. 情報出力端末と、脳波誘導手段を備えたサブリミナルイメージ学習システムであって、
   脳波誘導の周波数は、δ波、θ波、α波、β波、γ波、から少なくとも１種以上の脳波帯域を推移して反復する手段、
   推移経路を反復毎に相違すべくして前記脳波帯域に対しても推移変化を加味する手段、
   前記脳波誘導に対して、前記情報出力端末の内容と同調すべく対応した呼吸周期、乃至、それ以下の周期を用いて休止時間を加味する手段、
   を備えたことを特徴としたサブリミナル学習システム。
5. 脳波誘導装置において、全睡眠ステージの脳波を矯正する睡眠治療装置であって、
   脳波誘導の周波数は、睡眠ステージに対応したβ−δ波帯域を推移して反復する手段、
   推移経路を反復毎に相違すべくして前記脳波帯域に対しても推移変化を加味する手段、
   前記脳波誘導に対して、人体への親和性を維持すべく対応した呼吸周期を用いて休止時間を加味するとともに、前記休止時間は、ノンレム睡眠−δ波誘導時において使用者のレム睡眠誘発を促すためのタイムラグとして呼吸周期以下を含み、且つ、脳波誘導周波数の推移終点と、レム睡眠−α・β波誘導の呼吸周期の推移始点と、は、近似して成された手段、
   を備えたことを特徴とした睡眠治療装置。

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