JP2009268826A - Device and method for modulating electroencephalogram discrimination method - Google Patents

Device and method for modulating electroencephalogram discrimination method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high precision calibration without failure to recognize stimulation for calibration related to electroencephalogram, in a system provided with an interface which uses the electroencephalogram. <P>SOLUTION: The electroencephalogram interface system 1 comprises an interface part 100 to obtain electroencephalogram signals of a user, discriminate P3 components of visual phenomenon-related potentials included in the electroencephalogram signals after an operation menu is provided, and actuate the equipment based on the discriminated P3 components. The electroencephalogram discrimination method modulation device 10 is usable for modulation for a discrimination method of the interface part 100. The device 10 introduces characteristic quantity of the user related to the P3 components of the visual phenomenon-related potentials based on a database 13 prescribing correlation between the P3 components of the phenomenon-related potentials obtained by stimulation to modality other than visual sense and the P3 components of the visual phenomenon-related potential, and the P3 components of the phenomenon-related potentials after the stimulation is provided, and modulates the electroencephalogram discrimination method of the interface part 100 based on the characteristic quantity. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、脳波を利用して機器を操作することが可能なインタフェース(脳波インタフェース)システムに関する。より具体的には、ユーザの脳波をリアルタイムで計測し、的確に解析するためのキャリブレーションを行う装置を備えた脳波インタフェースシステムに関する。   The present invention relates to an interface (electroencephalogram interface) system capable of operating a device using an electroencephalogram. More specifically, the present invention relates to an electroencephalogram interface system equipped with a device for measuring a user's electroencephalogram in real time and performing calibration for accurate analysis.

近年、テレビ、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)等の様々な種類の情報機器が普及し、人間の生活に入り込んできたため、ユーザは普段の生活の中の多くの場面で情報機器を操作する必要が生じている。通常、ユーザは手を使ってボタン等の入力手段(インタフェース部)を介して入力コマンドを入力し、機器の操作を実現している。しかし、例えば、家事、育児や運転をしているときなど、両手が機器操作以外のタスクで塞がっている状況ではインタフェース部を利用した入力が困難となり、機器操作が実現できなかった。そのため、あらゆる状況で情報機器を操作したいというユーザのニーズが高まっている。   In recent years, various types of information devices such as televisions, mobile phones, and PDAs (Personal Digital Assistants) have become widespread and have entered human life, so users operate information devices in many situations in their daily lives. There is a need. Usually, a user uses a hand to input an input command via an input means (interface unit) such as a button, thereby realizing operation of the device. However, for example, when both hands are blocked by tasks other than device operation, such as when doing housework, childcare or driving, it is difficult to input using the interface unit, and device operation cannot be realized. For this reason, there is an increasing need for users who want to operate information devices in all situations.

このようなニーズに対して、ユーザの生体信号を利用した入力手段が開発されている。たとえば非特許文献1では、脳波の事象関連電位を用いてユーザが選択したいと思っている選択肢を識別するという技術が開示されている。非特許文献1に記載された技術を具体的に説明すると、選択肢をランダムにハイライトし、選択肢がハイライトされたタイミングを起点に約300ms後に出現する事象関連電位のP3成分を利用して、ユーザが選択したいと思っている選択肢の識別を実現している。この技術によって、ユーザは手を使うことなく、選択したいと思った選択肢を特定可能となる。   In response to such needs, input means using a user's biological signal have been developed. For example, Non-Patent Document 1 discloses a technique for identifying an option that a user wants to select using an event-related potential of an electroencephalogram. The technique described in Non-Patent Document 1 will be described in detail. Using the P3 component of the event-related potential that appears after about 300 ms starting from the timing when the option is highlighted at random, It identifies the options that the user wants to select. With this technology, the user can specify the option he / she wants to select without using his / her hands.

ここで「事象関連電位」とは、外的あるいは内的な事象に時間的に関連して生じる脳の一過性の電位変動をいう。脳波インタフェース部100は、外的な事象として視覚に対する刺激によって得られる事象関連電位を利用する。たとえば、視覚刺激に対する事象関連電位のうちの、いわゆるP3成分と呼ばれる成分を利用すると、チャンネルの切り替え、視聴を希望する番組のジャンルの選択、音量の調整などの処理を行うことができる。「P3成分」とは、事象関連電位のうちの、聴覚、視覚、体性感覚などの感覚刺激の種類に関係なく標的刺激提示後250msから500msの時間帯に出現する陽性成分をいう。   As used herein, “event-related potential” refers to a transient potential fluctuation in the brain that occurs in time relation to an external or internal event. The electroencephalogram interface unit 100 uses an event-related potential obtained by a stimulus for vision as an external event. For example, by using a so-called P3 component of the event-related potential for the visual stimulus, it is possible to perform processing such as channel switching, selection of a genre of a program desired to be viewed, and volume adjustment. The “P3 component” refers to a positive component that appears in a time period from 250 ms to 500 ms after presentation of a target stimulus, regardless of the types of sensory stimuli such as auditory sense, visual sense, and somatic sensation among event-related potentials.

事象関連電位をインタフェースに応用するためには、対象の事象関連電位(例えば視覚P3成分)を高い精度で識別することが重要である。そのために、生体信号を精度良く計測すること、および、計測した生体信号を適切な識別手法によって精度良く識別することが必要となる。   In order to apply an event-related potential to an interface, it is important to identify a target event-related potential (for example, a visual P3 component) with high accuracy. For this purpose, it is necessary to accurately measure the biological signal and to accurately identify the measured biological signal by an appropriate identification method.

生体信号を精度良く計測するためには計測機器のキャリブレーションを行い、計測機器で計測されたデータがユーザの生体情報を正確に表すように調整することが一般的である。たとえば特許文献1では、ユーザの視線を精度良く計測するために、視線計測の前に計測機器のキャリブレーションを行い、計測機器とユーザの視線の間の座標系を整合させる技術が開示されている。   In order to accurately measure a biological signal, it is common to calibrate the measuring device and adjust the data measured by the measuring device so that it accurately represents the user's biological information. For example, Patent Document 1 discloses a technique for calibrating a measuring device before measuring a line of sight in order to accurately measure a user's line of sight and aligning a coordinate system between the measuring device and the user's line of sight. .

一方、事象関連電位の成分に現れる個人差を考慮した適切な識別方法も考案されている。たとえば特許文献2では、ユーザごとに識別方法を変えて識別率を向上させる技術が開示されている。この技術は単一の基準で全てのユーザの識別を行うのではなく、調べたい状況に対する事象関連電位の加算平均波形から事前に個人ごとのテンプレートを作成しておき、そのテンプレートを用いて事象関連電位の成分を識別している。なお、事象関連電位の個人差については、たとえば非特許文献2が詳しい。
特開2005−312605号公報 国際公開第05/001677号パンフレット エマニュエル・ドンチン(Emanuel Donchin)、他2名、“The Mental Prosthesis:Assessing the Speed of a P300−Based Brain−Computer Interface”、TRANSACTIONS ON REHABILITATION ENGINEERING 2000、Vol.8、2000年6月 入戸野宏、「心理学のための事象関連電位ガイドブック」、北大路書房、2005年、32頁
On the other hand, an appropriate identification method has been devised in consideration of individual differences that appear in the event-related potential components. For example, Patent Document 2 discloses a technique for improving the identification rate by changing the identification method for each user. This technology does not identify all users based on a single criterion, but creates a template for each individual in advance from the averaged waveform of event-related potentials for the situation to be examined, and uses that template to create event-related The potential component is identified. As for individual differences in event-related potentials, for example, Non-Patent Document 2 is detailed.
JP 2005-312605 A International Publication No. 05/001677 pamphlet Emanuel Donchin, two others, "The Mental Prosthesis: Assessing the Speed of a P300-Based Brain-Computer Interface", TRANSACTIONS ON REHABILITION ENG. 8. June 2000 Hiroshi Irino, “Event-related Potential Guidebook for Psychology”, Kitaoji Shobo, 2005, p. 32

脳波を精度良く計測するためのキャリブレーション方法として、脳波計装着時に、例えば識別したい状況を意図的に作り出してユーザにダミーのメニューを選択させるという方法が考えられる。メニュー選択時の脳波が、希望するメニューが提示された時のユーザの生体情報を表すとして脳波計のキャリブレーションを行うため、電極の装着状態、たとえば頭皮の電気抵抗や電極の装着部位等の計測条件のばらつきによって生じる波形の違いを調整できる。   As a calibration method for accurately measuring an electroencephalogram, for example, a method of intentionally creating a situation to be identified and allowing a user to select a dummy menu when the electroencephalograph is attached can be considered. Since the electroencephalogram at the time of menu selection represents the user's biological information when the desired menu is presented, the electroencephalograph is calibrated, so measurement of the electrode mounting state, for example, the electrical resistance of the scalp, the electrode mounting site, etc. Differences in waveforms caused by variations in conditions can be adjusted.

しかしながら、インタフェースに脳波を利用する場合には、長時間にわたって(場合によっては一日中)脳波を計測するため、発汗や運動による電極位置のずれ等の電極の装着状態が変化することが想定される。したがって、脳波計装着時のキャリブレーションのみでは生体信号を精度良く計測することができない。一方、電極の装着状態の変化を測定するためには定期的な前述のようなキャリブレーションが必要であるが、前述のキャリブレーションはユーザにとって面倒であり、定期的なキャリブレーションの実施はユーザの負担を増大させる。   However, when an electroencephalogram is used for an interface, the electroencephalogram is measured over a long period of time (sometimes throughout the day), so it is assumed that the electrode mounting state such as electrode position shift due to sweating or exercise changes. Therefore, it is impossible to accurately measure a biological signal only by calibration when the electroencephalograph is attached. On the other hand, in order to measure the change in the mounting state of the electrodes, periodic calibration as described above is necessary. However, the calibration described above is troublesome for the user, and periodic calibration is performed by the user. Increase the burden.

また、覚醒度に応じて事象関連電位の成分が変化することが知られているが、一日中脳波を計測する状況では、例えば朝と夜ではユーザの覚醒度が変化すると考えられる。特に、覚醒度が低い場合には振幅が減少し識別の難易度が上がるため、識別の基準を変更する必要がある。従来のキャリブレーション方法では計測機器の誤差を補正するためには有効であるが、覚醒度等のユーザ状態を測定することはできないため、ユーザの覚醒度によって識別の基準を変更することはできない。   In addition, it is known that the component of the event-related potential changes according to the arousal level. However, in the situation where the brain wave is measured all day, it is considered that the awakening level of the user changes, for example, in the morning and at night. In particular, when the arousal level is low, the amplitude decreases and the difficulty level of the identification increases. Therefore, it is necessary to change the identification standard. Although the conventional calibration method is effective for correcting the error of the measuring device, the user condition such as the arousal level cannot be measured, and therefore the identification standard cannot be changed depending on the arousal level of the user.

加えて、脳波インタフェースによって機器を操作する場合には、視覚的に提示されるメニュー項目に対する視覚P3成分を用いるため、従来、キャリブレーション用の刺激として視覚刺激を提示しているが、インタフェース条件では、例えば食事をしながらテレビを操作するときのように、ユーザの注意がキャリブレーション刺激に向いているという保障がなされず、正確なキャリブレーションができないという課題があった。   In addition, when a device is operated by an electroencephalogram interface, a visual stimulus is conventionally presented as a stimulus for calibration because a visual P3 component for a visually presented menu item is used. There is a problem that accurate calibration cannot be performed because it is not guaranteed that the user's attention is suitable for the calibration stimulus, such as when operating a television while eating.

これらは、いずれも実験室条件の実験からは想定されなかった課題であり、脳波を日常的に計測しインタフェースに利用するとしたときに初めて認識されたものである。   These are problems that were not envisaged from experiments under laboratory conditions, and were first recognized when brain waves were routinely measured and used as an interface.

本発明の目的は、脳波を利用したインタフェースを備えたシステムにおいて、ユーザ状態や脳波を計測するための電極の装着状態を考慮してキャリブレーションを行う際に、ユーザがキャリブレーション用刺激を見落とすことがないようにすることである。併せて、キャリブレーション用刺激に対する事象関連電位のP3成分に基づき、脳波インタフェースで用いる視覚P3成分の識別方法を調整して精度の高い識別を実現することである。   It is an object of the present invention to allow a user to overlook a calibration stimulus when performing calibration in consideration of a user state and an electrode mounting state for measuring an electroencephalogram in a system including an interface using an electroencephalogram. It is to make sure there is no. At the same time, based on the P3 component of the event-related potential with respect to the calibration stimulus, the identification method of the visual P3 component used in the electroencephalogram interface is adjusted to realize highly accurate identification.

本発明による脳波識別方法調整装置は、機器の操作メニューを視覚的に提示する出力部と、ユーザの脳波信号を取得する生体信号計測部と、予め保持された視覚事象関連電位のパラメータを利用して前記操作メニュー提示後の脳波信号に含まれる視覚事象関連電位のP3成分を識別し、識別された前記P3成分に基づいて前記機器を動作させる脳波インタフェース部とを有する脳波インタフェースシステムにおいて、前記脳波インタフェース部の識別方法を調整するために用いられる。前記脳波識別方法調整装置は、視覚以外のモダリティへの刺激によって得られる事象関連電位のP3成分と視覚事象関連電位のP3成分との相関を規定したデータベースと、前記出力部を介して前記刺激を提示する刺激提示部と、前記刺激提示後の脳波信号に含まれる事象関連電位を分析する分析部と、分析された前記事象関連電位のP3成分および前記データベースに基づいて視覚事象関連電位のP3成分に関する前記ユーザの特徴量を導出し、前記特徴量に基づいて前記脳波インタフェース部における脳波識別方法を調整する識別方法調整部とを備えている。   An apparatus for adjusting an electroencephalogram identification method according to the present invention uses an output unit that visually presents an operation menu of an apparatus, a biological signal measurement unit that obtains a user's electroencephalogram signal, and a parameter of a visual event-related potential held in advance. An electroencephalogram interface system comprising: an electroencephalogram interface unit that identifies a P3 component of a visual event-related potential included in the electroencephalogram signal after the operation menu is presented and operates the device based on the identified P3 component; It is used to adjust the interface identification method. The electroencephalogram identification method adjusting device includes a database that defines a correlation between a P3 component of an event-related potential obtained by a stimulus to a modality other than vision and a P3 component of a visual event-related potential, and the stimulus via the output unit. A stimulus presentation unit to be presented; an analysis unit for analyzing an event-related potential included in the electroencephalogram signal after the presentation of the stimulus; and P3 of a visual event-related potential based on the P3 component of the analyzed event-related potential and the database An identification method adjustment unit that derives a feature amount of the user related to a component and adjusts an electroencephalogram identification method in the electroencephalogram interface unit based on the feature amount;

前記刺激提示部は、前記刺激として聴覚刺激を提示してもよい。   The stimulus presentation unit may present an auditory stimulus as the stimulus.

前記刺激提示部は、前記刺激として体性感覚刺激を提示してもよい。   The stimulus presentation unit may present a somatosensory stimulus as the stimulus.

前記脳波インタフェース部は、前記パラメータとして設定された閾値に基づいて前記ユーザの視覚事象関連電位のP3成分の有無を識別しており、前記識別方法調整部は、前記特徴量に基づいて前記閾値を調整してもよい。   The electroencephalogram interface unit identifies the presence or absence of the P3 component of the visual event-related potential of the user based on a threshold set as the parameter, and the identification method adjustment unit determines the threshold based on the feature amount. You may adjust.

前記脳波インタフェース部は、前記パラメータとして設定された視覚事象関連電位の波形のテンプレートに基づいて前記ユーザの視覚事象関連電位のP3成分の有無を識別しており、前記識別方法調整部は、前記特徴量に基づいて前記テンプレートを調整してもよい。   The electroencephalogram interface unit identifies the presence / absence of the P3 component of the visual event-related potential of the user based on a waveform template of the visual event-related potential set as the parameter, and the identification method adjustment unit includes the feature The template may be adjusted based on the amount.

前記識別方法調整部は、前記特徴量に基づいて前記ユーザの脳波信号を調整してもよい。   The identification method adjustment unit may adjust the brain wave signal of the user based on the feature amount.

前記脳波インタフェース部は、視覚事象関連電位の振幅に関する閾値に基づいて前記視覚事象関連電位のP3成分の有無を識別しており、前記データベースは、前記P3成分の振幅に関する相関を規定しており、前記識別方法調整部は、振幅に関する前記特徴量に基づいて前記閾値を調整してもよい。   The electroencephalogram interface unit identifies the presence or absence of the P3 component of the visual event-related potential based on a threshold value related to the amplitude of the visual event-related potential; the database defines a correlation related to the amplitude of the P3 component; The identification method adjustment unit may adjust the threshold based on the feature quantity related to amplitude.

前記データベースは、前記P3成分の振幅に関する相関を規定しており、前記識別方法調整部は、振幅に関する前記特徴量に基づいて前記テンプレートを調整してもよい。   The database may define a correlation related to the amplitude of the P3 component, and the identification method adjustment unit may adjust the template based on the feature quantity related to the amplitude.

前記データベースは、前記P3成分の振幅に関する相関を規定しており、前記識別方法調整部は、振幅に関する前記特徴量に基づいて前記脳波信号を調整してもよい。   The database may define a correlation related to the amplitude of the P3 component, and the identification method adjustment unit may adjust the electroencephalogram signal based on the feature quantity related to the amplitude.

前記刺激提示部は、前記脳波インタフェースシステムの利用開始時に前記刺激を提示してもよい。   The stimulus presentation unit may present the stimulus at the start of use of the electroencephalogram interface system.

前記刺激提示部は、前記脳波インタフェースシステムが利用されている期間中のランダムな時刻に前記刺激を提示してもよい。   The stimulus presentation unit may present the stimulus at a random time during a period in which the electroencephalogram interface system is used.

本発明による脳波の識別方法を調整するための方法は、機器の操作メニューを視覚的に提示する出力部と、ユーザの脳波信号を取得する生体信号計測部と、予め保持された視覚事象関連電位のパラメータを利用して前記操作メニュー提示後の脳波信号に含まれる視覚事象関連電位のP3成分を識別し、識別された前記P3成分に基づいて前記機器を動作させる脳波インタフェース部とを有する脳波インタフェースシステムにおいて、前記脳波インタフェース部の識別方法を調整するために用いられる。前記方法は、視覚以外のモダリティへの刺激によって得られる事象関連電位のP3成分と視覚事象関連電位のP3成分との相関を規定したデータベースを用意するステップと、前記出力部を介して前記刺激を提示するステップと、前記刺激提示後の脳波信号に含まれる事象関連電位を分析するステップと、分析された前記事象関連電位のP3成分および前記データベースに基づいて視覚事象関連電位のP3成分に関する前記ユーザの特徴量を導出するステップと、前記特徴量に基づいて前記脳波インタフェース部における脳波識別方法を調整するステップとを包含する。   A method for adjusting an electroencephalogram identification method according to the present invention includes an output unit that visually presents an operation menu of a device, a biological signal measurement unit that acquires a user's electroencephalogram signal, and a visual event-related potential held in advance. An electroencephalogram interface having an electroencephalogram interface section that identifies a P3 component of a visual event-related potential included in an electroencephalogram signal after presentation of the operation menu using the parameters of the operation menu and operates the device based on the identified P3 component In the system, it is used to adjust the identification method of the electroencephalogram interface unit. The method includes a step of preparing a database that defines a correlation between a P3 component of an event-related potential obtained by a stimulus to a modality other than vision and a P3 component of a visual event-related potential, and the stimulus via the output unit. Presenting, analyzing the event-related potential contained in the electroencephalogram signal after presentation of the stimulus, and analyzing the P3 component of the event-related potential analyzed and the P3 component of the visual event-related potential based on the database Deriving a feature amount of a user and adjusting an electroencephalogram identification method in the electroencephalogram interface unit based on the feature amount.

本発明の識別方法調整装置、方法および識別方法調整装置が組み込まれた脳波インタフェースシステムによれば、視覚以外のモダリティへの刺激によって得られる事象関連電位のP3成分を用いて、脳波インタフェースシステムでの識別に用いられる視覚P3成分の識別方法を調整する。これにより、脳波を常時計測するインタフェースにおいて問題となる、キャリブレーション用刺激の見落としがなくなるとともに、ユーザ個人の体調などの状態や、脳波検出のための電極の装着状態の変化の影響を排除し、脳波を精度良く計測し、識別率を高く維持できる。よって、脳波の識別ミスによるユーザの意図しない機器動作が減少するため脳波インタフェースの操作性向上を実現できる。   According to the identification method adjusting device, the method, and the electroencephalogram interface system incorporating the identification method adjusting device of the present invention, the P3 component of the event-related potential obtained by stimulation to a modality other than vision is used. The identification method of the visual P3 component used for identification is adjusted. This eliminates the oversight of calibration stimuli, which is a problem in interfaces that constantly measure brain waves, and eliminates the effects of changes in the state of the user's individual physical condition and the wearing state of electrodes for detecting brain waves, EEG can be measured with high accuracy and the identification rate can be kept high. Therefore, since the device operation unintended by the user due to an electroencephalogram identification error is reduced, the operability improvement of the electroencephalogram interface can be realized.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による脳波インタフェースシステムおよび脳波インタフェースシステムに組み込まれる識別方法調整装置の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of an electroencephalogram interface system according to the present invention and an identification method adjusting apparatus incorporated in the electroencephalogram interface system will be described with reference to the accompanying drawings.

以下では、まず脳波インタフェースシステムを説明し、その後識別方法調整装置の構成および動作を説明する。   Below, an electroencephalogram interface system is demonstrated first, and the structure and operation | movement of an identification method adjustment apparatus are demonstrated after that.

図1は、脳波インタフェースシステム1の構成および利用環境を示す。この脳波インタフェースシステム1は後述する実施形態1のシステム構成に対応させて例示している。   FIG. 1 shows a configuration and usage environment of an electroencephalogram interface system 1. This electroencephalogram interface system 1 is illustrated corresponding to the system configuration of Embodiment 1 described later.

脳波インタフェースシステム1は、ユーザ5の脳波信号を利用してTV2を操作するインタフェースを提供するためのシステムである。ユーザ5の脳波信号はユーザが頭部に装着した生体信号計測部50によって取得され、無線または有線で脳波インタフェース部100に送信される。TV2に内蔵された脳波インタフェース部100は、脳波の一部を構成する事象関連電位と呼ばれる成分を利用してユーザの意図を認識し、チャンネルの切り替えなどの処理を行う。   The electroencephalogram interface system 1 is a system for providing an interface for operating the TV 2 using the electroencephalogram signal of the user 5. The electroencephalogram signal of the user 5 is acquired by the biological signal measurement unit 50 worn on the head by the user and transmitted to the electroencephalogram interface unit 100 wirelessly or by wire. The electroencephalogram interface unit 100 built in the TV 2 recognizes the user's intention by using a component called event-related potential that constitutes a part of the electroencephalogram, and performs processing such as channel switching.

図2は、脳波インタフェースシステム1においてTV2を操作し、ユーザ5が視聴したいジャンルの番組を見るときの例を示す。   FIG. 2 shows an example when the user operates the TV 2 in the electroencephalogram interface system 1 to watch a program of a genre that the user 5 wants to view.

図2(a)は、脳波インタフェース部100がTV2の画面3aを介してユーザに提示するメニュー項目の例である。図2(a)では、画面3a−1から画面3a−4において、それぞれ「野球」、「天気予報」、「アニメ」、「ニュース」というメニュー項目が順にまたはランダムにハイライトされる様子を示している。メニュー項目をハイライトすることによって、それぞれのメニュー項目がハイライトされた時刻を起点とした事象関連電位が計測可能となる。なお、ハイライトの代わりに、またはハイライトと共に補助的矢印を用いたポイントでメニュー項目を提示してもよい。   FIG. 2A is an example of menu items that the electroencephalogram interface unit 100 presents to the user via the screen 3 a of the TV 2. FIG. 2A shows a state in which the menu items “baseball”, “weather forecast”, “animation”, and “news” are sequentially or randomly highlighted on screens 3a-1 to 3a-4, respectively. ing. By highlighting the menu item, the event-related potential can be measured starting from the time when each menu item is highlighted. Note that menu items may be presented at points using auxiliary arrows instead of highlights or together with highlights.

図2(b)は、メニュー項目がハイライトされた時刻を起点に計測したユーザの脳波信号の事象関連電位を模式的に示す。今、ユーザは「天気予報」を見たいと考えていたとする。画面3a−1から画面3a−4までのそれぞれに対応する脳波信号201〜204のうち、ユーザ5が「天気予報」がハイライトされた画面3a−2を見ると、「天気予報」がハイライトされた時刻を起点に潜時約400−450msに特徴的な陽性の成分が出現する(非特許文献1)。   FIG. 2B schematically shows the event-related potential of the user's brain wave signal measured from the time when the menu item is highlighted. Now, assume that the user wants to see the “weather forecast”. Among the electroencephalogram signals 201 to 204 corresponding to the screens 3a-1 to 3a-4, when the user 5 looks at the screen 3a-2 on which “weather forecast” is highlighted, “weather forecast” is highlighted. A positive component characteristic of a latency of about 400 to 450 ms appears from the set time (Non-Patent Document 1).

脳波インタフェース部100がこの視覚P3成分の出現を識別すると、ユーザが選択したいと考えていたメニュー項目「天気予報」の選択が可能となる。図2(c)では、視覚P3成分を識別した結果、チャンネルが「天気予報」に切り替えられた後の画面3a−5を示している。   When the electroencephalogram interface unit 100 identifies the appearance of the visual P3 component, the menu item “weather forecast” that the user wanted to select can be selected. FIG. 2C shows the screen 3a-5 after the channel is switched to “weather forecast” as a result of identifying the visual P3 component.

図3は、脳波インタフェースの処理の手順を示す。ステップS101において、脳波インタフェース部100はメニュー項目(図2(a))を提示する。ステップS102において、脳波インタフェース部100はメニュー項目の一つを選択する。ステップS103において、ステップS102によって選択されたメニュー項目をハイライトする。   FIG. 3 shows a processing procedure of the electroencephalogram interface. In step S101, the electroencephalogram interface unit 100 presents menu items (FIG. 2A). In step S102, the electroencephalogram interface unit 100 selects one of the menu items. In step S103, the menu item selected in step S102 is highlighted.

ステップS104において、脳波インタフェース部100は、ステップS103においてメニュー項目がハイライトされた時刻を起点に、例えば500ms分のユーザの事象関連電位を計測する。ここでは、図2(b)に模式的に示す脳波信号の事象関連電位201〜204が計測される。   In step S104, the electroencephalogram interface unit 100 measures the event-related potential of the user for 500 ms, for example, starting from the time when the menu item was highlighted in step S103. Here, event-related potentials 201 to 204 of the electroencephalogram signal schematically shown in FIG. 2B are measured.

ステップS105において、ステップS104で計測した事象関連電位に視覚P3成分が含まれているか否かを識別する。視覚P3成分の識別は、単純に波形を閾値処理してもよいし、特許文献2に記載のようにあらかじめユーザごとに計測した視覚P3成分の加算平均波形で作成したテンプレートとの相関係数を算出してもよい。ステップS105でYesの場合、ステップS106に進み、Noの場合はステップS102に戻り次のメニュー項目を選択する。   In step S105, it is identified whether or not the visual P3 component is included in the event-related potential measured in step S104. The visual P3 component may be identified by simply thresholding the waveform, or as described in Patent Document 2, the correlation coefficient with the template created with the average addition waveform of the visual P3 component measured for each user in advance is described. It may be calculated. If Yes in step S105, the process proceeds to step S106. If No, the process returns to step S102 to select the next menu item.

ステップS106において、脳波インタフェース部100はステップS105によって選択されたメニュー項目に対応する処理を実行する。これにより、そのメニュー項目が選択され、実行されて、図2(c)に示す画面3a−5が表示される。   In step S106, the electroencephalogram interface unit 100 executes a process corresponding to the menu item selected in step S105. Thereby, the menu item is selected and executed, and a screen 3a-5 shown in FIG. 2C is displayed.

このような脳波インタフェースシステム1によれば、例えば家事や育児で両手が塞がっている場合にもユーザは手を使わずにTV2等の機器を操作することが可能となる。よって機器の操作性が格段に向上する。   According to such an electroencephalogram interface system 1, for example, even when both hands are closed due to housework or childcare, the user can operate devices such as the TV 2 without using hands. Therefore, the operability of the device is greatly improved.

上述のステップS105において、脳波信号(事象関連電位)中に視覚P3成分が出現する時間や振幅はユーザごとに変動しうるため、固定の閾値などを用いて画一的に視覚P3成分の出現を識別することは不適切である。そこで、事象関連電位に基づく処理を実現するために、脳波インタフェースシステム1においては、動作する基準をユーザ5の信号に合わせて調整する必要がある。この動作が、いわゆるキャリブレーションである。キャリブレーションは図1に示す識別方法調整装置10によって行われる。   In step S105 described above, since the time and amplitude at which the visual P3 component appears in the electroencephalogram signal (event-related potential) may vary from user to user, the appearance of the visual P3 component is uniformly determined using a fixed threshold. It is inappropriate to identify. Therefore, in order to realize the processing based on the event-related potential, in the electroencephalogram interface system 1, it is necessary to adjust the operating reference according to the signal of the user 5. This operation is so-called calibration. The calibration is performed by the identification method adjusting device 10 shown in FIG.

以下の実施形態において説明する識別方法調整装置は、事象関連電位に対して必ず反応が現れる視覚以外のモダリティ(視覚以外の五感)への刺激、たとえばスピーカ3bを利用した聴覚への刺激や、バイブレータ3cを利用した体性感覚への刺激をユーザ5に提示して、その提示後の脳波の事象関連電位を計測する。脳波の事象関連電位は無線または有線で識別方法調整装置10に送信される。   The identification method adjusting apparatus described in the following embodiments is a stimulus to a modality other than vision (five senses other than vision) in which a reaction always occurs with respect to an event-related potential, for example, an auditory stimulus using the speaker 3b or a vibrator. The stimulation to the somatic sensation using 3c is presented to the user 5, and the event-related potential of the electroencephalogram after the presentation is measured. The event-related potential of the electroencephalogram is transmitted to the identification method adjusting device 10 wirelessly or by wire.

視覚以外のモダリティへの刺激を利用する理由は、キャリブレーション用の刺激を見落とすことなく、確実にキャリブレーションを行うためである。これは、視覚のみによってキャリブレーションを行うと視覚刺激をユーザが見過ごすおそれがあることに基づく。   The reason for using a stimulus for a modality other than vision is to perform calibration reliably without overlooking the stimulus for calibration. This is based on the fact that the user may overlook a visual stimulus when calibration is performed only by vision.

後述の実施形態1および2においてはキャリブレーション用の刺激として聴覚刺激を採用した例を説明し、実施形態3においては体性感覚刺激を採用した例を説明する。ただし、提示されるキャリブレーション用の刺激は1種類に限られず、同時に複数の種類の刺激が提示されてもよい。または、適当な基準を設けて刺激の種類を切り替えてもよい。   In Embodiments 1 and 2 to be described later, an example in which auditory stimulation is employed as a calibration stimulus will be described, and in Embodiment 3, an example in which somatosensory stimulation is employed will be described. However, the calibration stimulus to be presented is not limited to one type, and a plurality of types of stimuli may be presented at the same time. Alternatively, the stimulus type may be switched by providing an appropriate reference.

視覚以外のモダリティに対する刺激によって得られた事象関連電位のP3成分(たとえば聴覚P3成分、匂いP3成分)と視覚事象関連電位のP3成分とは、被験者ごとに振幅および潜時には正の相関関係があることが知られている。また、被験者ごとの事象関連電位の違いの一部は、頭蓋骨や脳の形状等の解剖学的な個人差に由来するとされており、視覚P3成分と体性感覚P3成分の振幅および潜時にも相関関係があると考えられる。また、加我他、「事象関連電位(ERP)マニュアル−P300を中心に−」、篠原出版新社、1995年:255頁の記載によれば、同一のユーザであってもユーザの覚醒度に応じてP3の振幅および潜時が変化することが知られている。   The P3 component (for example, auditory P3 component, odor P3 component) of the event-related potential obtained by stimulation to a modality other than vision and the P3 component of the visual event-related potential have a positive correlation between amplitude and latency for each subject. It is known. In addition, some of the differences in event-related potential for each subject are derived from anatomical individual differences such as skull and brain shape, and the amplitude and latency of visual P3 component and somatosensory P3 component are also considered. There seems to be a correlation. In addition, according to the description of Kaga et al., “Event Related Potential (ERP) Manual-Focusing on P300-”, Shinohara Publishing Shinsha, 1995: pp. 255, even the same user can increase the user's arousal level. It is known that the amplitude and latency of P3 change accordingly.

通常、事象関連電位のP3成分は、頻度の異なる2種類の刺激を弁別した場合に低頻度の刺激に対して出現する。しかし、柿木他、「新生理心理学2巻」、北大路書房、1997年、15頁に記載のように、同じ音の高さの1種類の刺激を提示した場合にも出現することが知られている。   Normally, the P3 component of the event-related potential appears for a low-frequency stimulus when two types of stimuli having different frequencies are discriminated. However, as described in Kashiwagi et al., “New Physiological Psychology Vol. 2”, Kitaoji Shobo, 1997, p. 15, it is known that it also appears when one kind of stimulus of the same pitch is presented. ing.

聴覚または体性感覚刺激に対する事象関連電位のP3成分と、視覚事象関連電位のP3成分との相関を利用すると、視覚事象関連電位のP3成分に関するユーザ5の特徴量を導出できる。識別方法調整装置10は、その特徴量に基づいて脳波インタフェース部100における脳波識別方法を調整する。   By utilizing the correlation between the P3 component of the event-related potential for the auditory or somatosensory stimulus and the P3 component of the visual event-related potential, the feature amount of the user 5 regarding the P3 component of the visual event-related potential can be derived. The identification method adjusting device 10 adjusts the electroencephalogram identification method in the electroencephalogram interface unit 100 based on the feature amount.

キャリブレーションを行うタイミングは、脳波インタフェースシステム1の利用開始時、利用開始から予め定められた時間を経過した時である。またはランダムなタイミングでキャリブレーションを行ってもよい。そのときのユーザ状態や電極の装着状態に合わせて脳波の識別方法が調整できるため、脳波インタフェースの識別率が向上する。   The timing for performing calibration is when the use of the electroencephalogram interface system 1 starts, and when a predetermined time has elapsed since the start of use. Alternatively, calibration may be performed at random timing. Since the method for discriminating the electroencephalogram can be adjusted according to the user state and the wearing state of the electrode at that time, the discrimination rate of the electroencephalogram interface is improved.

(実施形態1)
図4は、本実施形態による脳波インタフェースシステム1の機能ブロックの構成を示す。脳波インタフェースシステム1は、出力部3と、識別方法調整装置10と、生体信号計測部50と、脳波インタフェース(IF)部100とを有している。図4はまた、調整装置10の詳細な機能ブロックも示している。ユーザ5のブロックは説明の便宜のために示されている。
(Embodiment 1)
FIG. 4 shows a functional block configuration of the electroencephalogram interface system 1 according to the present embodiment. The electroencephalogram interface system 1 includes an output unit 3, an identification method adjustment device 10, a biological signal measurement unit 50, and an electroencephalogram interface (IF) unit 100. FIG. 4 also shows detailed functional blocks of the adjusting device 10. The user 5 block is shown for convenience of explanation.

出力部3は、画面3aおよびスピーカ3bを有している。   The output unit 3 includes a screen 3a and a speaker 3b.

本実施形態においてはキャリブレーション用刺激として画面3a上へのメニュー項目の表示と同時にスピーカ3bから聴覚刺激を提示し、キャリブレーション用の聴覚刺激に対する事象関連電位のP3成分を用いて脳波インタフェースにおける視覚P3成分の識別方法を調整する。これによって、脳波インタフェースを操作する直前のユーザ状態や電極の装着状態に応じた識別が可能となり脳波インタフェースで用いる視覚P3成分の識別率が向上する。   In this embodiment, the auditory stimulus is presented from the speaker 3b simultaneously with the display of the menu item on the screen 3a as the calibration stimulus, and the visual at the electroencephalogram interface is displayed using the P3 component of the event-related potential with respect to the auditory stimulus for calibration. Adjust the P3 component identification method. As a result, discrimination according to the user state immediately before operating the electroencephalogram interface and the wearing state of the electrodes becomes possible, and the discrimination rate of visual P3 components used in the electroencephalogram interface is improved.

ユーザ5は、脳波インタフェース部100によって画面3aに提示される機器操作に関するメニュー項目(選択肢)をただ見ているだけで操作入力はしないが、脳波インタフェース部100を介して選択されたメニュー項目に応じて機器が動作するものとする。なお、メニュー項目の表示、すなわち視覚刺激は必須ではない。メニュー項目の内容をスピーカ3bから音声出力してもよい。   The user 5 simply sees the menu items (options) related to the device operation presented on the screen 3 a by the electroencephalogram interface unit 100 and does not input the operation, but according to the menu item selected via the electroencephalogram interface unit 100. The equipment shall operate. In addition, display of menu items, that is, visual stimulation is not essential. The contents of the menu item may be output as audio from the speaker 3b.

識別方法調整装置10は、有線または無線で生体信号検出部50および脳波インタフェース部100と接続され、信号の送信および受信を行う。図4においては、生体信号検出部50および脳波インタフェース部100は識別方法調整装置10とは別体であるが、これは例である。生体信号検出部50および脳波インタフェース部の一部または全部を、識別方法調整装置10内に設けてもよい。   The identification method adjustment device 10 is connected to the biological signal detection unit 50 and the electroencephalogram interface unit 100 in a wired or wireless manner, and transmits and receives signals. In FIG. 4, the biological signal detection unit 50 and the electroencephalogram interface unit 100 are separate from the identification method adjustment device 10, but this is an example. A part or all of the biological signal detection unit 50 and the electroencephalogram interface unit may be provided in the identification method adjustment device 10.

生体信号検出部50は、ユーザ5の生体信号を検出する脳波計であり、生体信号として脳波を計測する。脳波計は図1に示すようなヘッドマウント式脳波計であってもよい。ユーザ5はあらかじめ脳波計を装着しているものとする。   The biological signal detection unit 50 is an electroencephalograph that detects a biological signal of the user 5 and measures an electroencephalogram as a biological signal. The electroencephalograph may be a head-mounted electroencephalograph as shown in FIG. It is assumed that the user 5 is wearing an electroencephalograph in advance.

ユーザ5の頭部に装着されたとき、その頭部の所定の位置に接触するよう、生体信号計測部50には電極が配置されている。電極の配置は、例えばPz(正中頭頂)、A1(耳朶)およびユーザ5の鼻根部になる。ただし、電極は最低2個あればよく、例えばPzとA1のみでも電位計測は可能である。この電極位置は、信号測定の信頼性および装着の容易さ等から決定される。   When worn on the head of the user 5, electrodes are arranged on the biological signal measuring unit 50 so as to come into contact with a predetermined position of the head. The arrangement of the electrodes is, for example, Pz (midline parietal), A1 (earlobe), and the nasal root of the user 5. However, it is sufficient that there are at least two electrodes. For example, potential measurement is possible only with Pz and A1. This electrode position is determined from the reliability of signal measurement and the ease of mounting.

この結果、生体信号計測部50はユーザ5の事象関連電位を測定することができる。測定されたユーザ5の脳波は、コンピュータで処理できるようにサンプリングされ、脳波インタフェース部100および識別方法調整装置10に送られる。なお、脳波に混入するノイズの影響を低減するため、生体信号計測部50においては計測される脳波は、あらかじめ例えば0.05から20Hzのバンドパスフィルタ処理がされ、メニュー項目や聴覚刺激が提示される前の例えば200msの平均電位でベースライン補正されているものとする。   As a result, the biological signal measuring unit 50 can measure the event-related potential of the user 5. The measured electroencephalogram of the user 5 is sampled so as to be processed by a computer, and is sent to the electroencephalogram interface unit 100 and the identification method adjustment device 10. In order to reduce the influence of noise mixed in the electroencephalogram, the electroencephalogram measured in the biological signal measurement unit 50 is subjected to a band-pass filter process of, for example, 0.05 to 20 Hz in advance, and menu items and auditory stimuli are presented. It is assumed that the baseline correction is performed with an average potential of, for example, 200 ms.

脳波インタフェース部100は、機器操作に関するメニュー項目をユーザに提示し、生体信号計測部50で計測された脳波を切り出して識別する。そして識別結果に応じて機器動作を制御する。脳波インタフェース部100における基本的な動作は上述の通りである。   The electroencephalogram interface unit 100 presents menu items related to device operation to the user, and cuts out and identifies the electroencephalogram measured by the biological signal measurement unit 50. The device operation is controlled according to the identification result. The basic operation in the electroencephalogram interface unit 100 is as described above.

脳波インタフェース部100を利用して制御する機器が、例えば図1に示すTV2であるとすると、メニュー項目は画面3aを介してユーザ5に提示される。図2(a)に示したようにメニュー項目は、所定の時間ごと(例えば350ms)に一つずつハイライトされる。メニュー項目がハイライトされる所定の間隔は、200ms、500ms、1000msであってもよい。   If the device controlled using the electroencephalogram interface unit 100 is, for example, the TV 2 shown in FIG. 1, the menu items are presented to the user 5 via the screen 3a. As shown in FIG. 2A, the menu items are highlighted one by one every predetermined time (for example, 350 ms). The predetermined interval at which the menu item is highlighted may be 200 ms, 500 ms, or 1000 ms.

脳波インタフェース部100は、メニュー項目がハイライトされた時刻を起点に、生体信号計測部50で計測されたユーザ5の脳波を例えば聴覚P3成分、視覚P3成分の潜時よりも長い500ms分を切り出し、波形を識別する。脳波を切り出す時間は1000ms分であってもよい。事象関連電位を識別する方法は、単純に波形を閾値処理してもよいし、特許文献2に記載のようにあらかじめユーザごとに計測した視覚P3成分の加算平均波形で作成したテンプレートとの相関係数を算出してもよい。識別のためのパラメータは後述する方法によって識別方法調整装置10によって調整される。   The electroencephalogram interface unit 100 cuts out the brain wave of the user 5 measured by the biological signal measurement unit 50 from the time when the menu item is highlighted, for example, 500 ms longer than the latency of the auditory P3 component and the visual P3 component. Identify the waveform. The time for cutting out the electroencephalogram may be 1000 ms. As a method for identifying the event-related potential, the waveform may be simply subjected to threshold processing, or as described in Patent Document 2, a correlation with a template created with an added average waveform of visual P3 components measured in advance for each user. A number may be calculated. The parameter for identification is adjusted by the identification method adjustment apparatus 10 by a method described later.

次に、本実施形態による識別方法調整装置10の詳細な構成を説明する。本発明の主要な特徴のひとつは、調整装置10の構成および動作にある。   Next, a detailed configuration of the identification method adjustment device 10 according to the present embodiment will be described. One of the main features of the present invention resides in the configuration and operation of the adjusting device 10.

識別方法調整装置10は、キャリブレーション用刺激提示部11と、キャリブレーション用脳波分析部12と、モダリティ変換データベース13と、識別方法調整部14とを有している。   The identification method adjustment apparatus 10 includes a calibration stimulus presentation unit 11, a calibration electroencephalogram analysis unit 12, a modality conversion database 13, and an identification method adjustment unit 14.

キャリブレーション用刺激提示部11(以下「刺激提示部11」と記述する。)は、画面3aを介するメニュー項目提示と同時に、スピーカ3bを介してキャリブレーション用の聴覚刺激を提示する。   The calibration stimulus presenting unit 11 (hereinafter referred to as “stimulus presenting unit 11”) presents auditory stimuli for calibration via the speaker 3b simultaneously with the menu item presentation via the screen 3a.

キャリブレーション用脳波分析部12(以下「脳波分析部12」と記述する。)は、生体信号計測部50によって計測されたキャリブレーション用聴覚刺激に対する事象関連電位を分析する。   The calibration electroencephalogram analysis unit 12 (hereinafter referred to as “electroencephalogram analysis unit 12”) analyzes the event-related potential for the calibration auditory stimulus measured by the biological signal measurement unit 50.

モダリティ変換データベース(DB)13は、聴覚P3成分と視覚P3成分との相関関係を規定している。なお、モダリティ変換DB13は任意の記録媒体に記録され、保持されていればよい。たとえばモダリティ変換DB13は、ハードディスクや、ROM、SRAM、フラッシュメモリなどの半導体メモリに記録される。   The modality conversion database (DB) 13 defines the correlation between the auditory P3 component and the visual P3 component. The modality conversion DB 13 only needs to be recorded and held in an arbitrary recording medium. For example, the modality conversion DB 13 is recorded in a semiconductor memory such as a hard disk, ROM, SRAM, or flash memory.

識別方法調整部14は、脳波分析部12によって分析された結果に基づいて、具体的には聴覚刺激によって得られた事象関連電位のP3成分に基づいてモダリティ変換DB13を参照し、視覚事象関連電位のP3成分に関するユーザの特徴量を導出する。そしてその特徴量に基づいて脳波インタフェース部100における脳波識別方法を調整する。脳波識別方法の調整とは、脳波インタフェース部100が保持する視覚事象関連電位のP3成分の識別に用いるパラメータを決定し、脳波インタフェース部100に送ってそのパラメータを更新させる処理をいう。   The identification method adjustment unit 14 refers to the modality conversion DB 13 based on the result analyzed by the electroencephalogram analysis unit 12, specifically based on the P3 component of the event-related potential obtained by the auditory stimulation, and the visual event-related potential. The feature quantity of the user regarding the P3 component of is derived. Based on the feature amount, the electroencephalogram identification method in the electroencephalogram interface unit 100 is adjusted. The adjustment of the electroencephalogram identification method refers to a process of determining a parameter used for identifying the P3 component of the visual event-related potential held by the electroencephalogram interface unit 100 and sending the parameter to the electroencephalogram interface unit 100 to update the parameter.

以下、識別方法調整装置10の各構成要素をより具体的に説明する。   Hereinafter, each component of the identification method adjustment apparatus 10 is demonstrated more concretely.

刺激提示部11は、メニュー項目の提示と同時にユーザ5にキャリブレーション用の聴覚刺激を提示する。聴覚刺激は、単純な音、例えば1000Hzのトーンバースト音であってもよいし、機器動作音としてイメージされる、例えば「ポーン」という音でもよい。また、1種類の音に限らず複数種類の音であってもよい。   The stimulus presentation unit 11 presents the auditory stimulus for calibration to the user 5 simultaneously with the presentation of the menu item. The auditory stimulus may be a simple sound, for example, a tone burst sound of 1000 Hz, or a sound such as “pawn” that is imaged as a device operation sound. Further, the sound is not limited to one type but may be a plurality of types.

脳波分析部12は、生体信号計測部50において計測したユーザ5の脳波のうち、刺激提示部11がキャリブレーション刺激を提示したタイミングを起点として、例えば500ms分の脳波を利用して特徴量を分析する。分析する特徴量は、例えば、聴覚刺激に対するP3成分の振幅および潜時である。   The electroencephalogram analysis unit 12 analyzes the feature quantity using the electroencephalogram for 500 ms, for example, starting from the timing at which the stimulus presentation unit 11 presents the calibration stimulus among the electroencephalograms of the user 5 measured by the biological signal measurement unit 50. To do. The feature quantity to be analyzed is, for example, the amplitude and latency of the P3 component with respect to the auditory stimulus.

前述のように、事象関連電位はS/N比が低いため、聴覚刺激に対するP3成分の振幅および潜時を分析するために、事象関連電位に対して、例えば2Hzのローパスフィルタを利用してもよい。   As described above, since the event-related potential has a low S / N ratio, for example, a 2 Hz low-pass filter may be used for the event-related potential in order to analyze the amplitude and latency of the P3 component with respect to the auditory stimulus. Good.

特徴量の分析区間として、例えば、一般的に聴覚刺激に対するP3成分が出現するとされている刺激提示後300ms前後100msの時間帯を採用することもできる。その時間帯における陽性のピークを利用して潜時および振幅を求めればよい。なお、キャリブレーション用聴覚刺激が提示された直後の脳波に、眼電等の大きなノイズが混入し、正しいキャリブレーションができなかった場合には、直前のキャリブレーション結果を用いて識別方法を調整してもよいし、識別方法を調整しなくてもよい。   As a feature amount analysis section, for example, a time zone of approximately 100 ms after presentation of a stimulus, in which a P3 component with respect to an auditory stimulus generally appears, may be employed. What is necessary is just to obtain | require latency and an amplitude using the positive peak in the time slot | zone. In addition, if a large amount of noise such as electrooculogram is mixed in the electroencephalogram immediately after the auditory stimulus for calibration is presented and correct calibration cannot be performed, the identification method is adjusted using the previous calibration result. The identification method may not be adjusted.

次に、モダリティ変換DB13を説明する。図5(a)および(b)は、いずれもモダリティ変換DBのデータ構造の例を示す。モダリティ変換DB13は、聴覚刺激によって得られた事象関連電位(聴覚事象関連電位)を、視覚刺激によって得られた事象関連電位(視覚事象関連電位)に変換するために利用される。   Next, the modality conversion DB 13 will be described. 5A and 5B show examples of the data structure of the modality conversion DB. The modality conversion DB 13 is used to convert an event-related potential (auditory event-related potential) obtained by an auditory stimulus into an event-related potential (visual event-related potential) obtained by a visual stimulus.

モダリティ変換DB13は、例えば振幅、潜時および補正区間など、脳波分析部12で求めた聴覚刺激に対するP3成分の振幅および潜時のデータに応じて、脳波インタフェース部100における視覚P3成分の識別方法を調整するためのデータを保存している。   The modality conversion DB 13 determines the visual P3 component identification method in the electroencephalogram interface unit 100 according to the amplitude and latency data of the P3 component with respect to the auditory stimulus obtained by the electroencephalogram analysis unit 12, such as amplitude, latency, and correction interval. Data for adjustment is saved.

図5(a)は、全ユーザに対して共通して適用される変換規則を規定したモダリティ変換DB13を示す。このモダリティ変換DB13によれば、「補正区間」の欄において指定された聴覚事象関連電位の区間(刺激提示後200−500msの区間)において、聴覚事象関連電位の振幅および潜時がそれぞれ1.2倍および1.5倍される。刺激提示後200−500msの区間は、事象関連電位のP3成分を含む区間である。   FIG. 5A shows a modality conversion DB 13 that defines conversion rules that are commonly applied to all users. According to this modality conversion DB 13, the amplitude and latency of the auditory event-related potential are 1.2 respectively in the auditory event-related potential zone (200-500 ms after stimulus presentation) specified in the “correction zone” field. Doubled and 1.5 times. A section of 200 to 500 ms after the presentation of the stimulus is a section including the P3 component of the event-related potential.

この変換規則は、実験等によって予め得られた聴覚刺激に対するP3成分と視覚刺激に対するP3成分との相関関係のデータに基づいて規定される。したがって、上述の変換を行うことにより、聴覚事象関連電位に基づいて信頼性の高い視覚事象関連電位のP3成分を得ることができる。このP3成分を利用して、後述する脳波インタフェース部100における視覚P3成分の識別方法を調整することができる。   This conversion rule is defined based on the correlation data between the P3 component for the auditory stimulus and the P3 component for the visual stimulus obtained in advance by experiments or the like. Therefore, by performing the above-described conversion, a highly reliable P3 component of the visual event-related potential can be obtained based on the auditory event-related potential. Using this P3 component, it is possible to adjust the visual P3 component identification method in the electroencephalogram interface unit 100 described later.

一方、図5(b)は、ユーザごとの変換基準をあらかじめ計測し、ユーザごとに切り替えて適用される変換規則を規定したモダリティ変換DB13を示す。たとえばユーザ名などのユーザを特定する情報を別途入力することにより、適用される変換規則が特定され、切り替えられる。変換方法は上述の図5(a)に関連して説明した変換方法と同じである。   On the other hand, FIG. 5B shows a modality conversion DB 13 that preliminarily measures conversion criteria for each user and defines conversion rules to be applied by switching for each user. For example, by separately inputting information for specifying a user such as a user name, the conversion rule to be applied is specified and switched. The conversion method is the same as the conversion method described with reference to FIG.

モダリティ変換DB13を参照することにより、聴覚事象関連電位の振幅および潜時から、視覚事象関連電位の振幅および潜時を得ることができる。補正区間としてP3成分を含む区間を指定することにより、そのユーザの特徴量である視覚事象関連電位のP3成分を特定できる。   By referring to the modality conversion DB 13, the amplitude and latency of the visual event-related potential can be obtained from the amplitude and latency of the auditory event-related potential. By specifying a section including the P3 component as the correction section, it is possible to specify the P3 component of the visual event-related potential that is the feature amount of the user.

識別方法調整部14は、脳波分析部12で分析したキャリブレーション刺激に対する聴覚P3成分の振幅および潜時と、モダリティ変換DB13に保存された聴覚P3成分から視覚P3成分の識別方法を調整するためのDBを参照して、脳波インタフェース部100で事象関連電位を識別する際のパラメータを書き換える。パラメータは種々考えられる。たとえば、脳波インタフェース部100が波形を閾値処理して視覚P3成分を識別している場合には、パラメータとしての閾値を書き換えて識別方法を調整してもよい。また、視覚P3成分の加算平均波形であらかじめ作成されたテンプレートを用いて視覚P3成分を識別している場合には、パラメータとして設定されたそのテンプレートを書き換えて識別方法を調整してもよい。なお視覚P3成分のテンプレートは、ユーザが過去に脳波インタフェース利用した際の脳波からあらかじめ作成してもよいし、視覚オドボール課題によって惹起される不特定多数のユーザの視覚P3成分の総加算平均波形を用いてもよい。   The discrimination method adjustment unit 14 adjusts the discrimination method of the visual P3 component from the amplitude and latency of the auditory P3 component with respect to the calibration stimulus analyzed by the electroencephalogram analysis unit 12 and the auditory P3 component stored in the modality conversion DB 13. With reference to DB, parameters for identifying event-related potentials in the electroencephalogram interface unit 100 are rewritten. Various parameters are conceivable. For example, when the electroencephalogram interface unit 100 thresholds the waveform to identify the visual P3 component, the threshold value as a parameter may be rewritten to adjust the identification method. In addition, when the visual P3 component is identified using a template created in advance using the addition average waveform of the visual P3 component, the identification method may be adjusted by rewriting the template set as a parameter. The visual P3 component template may be created in advance from the brain wave when the user has used the brain wave interface in the past, or the total addition average waveform of the visual P3 component of an unspecified number of users caused by the visual oddball task. It may be used.

図6(a)および(b)は、テンプレートを書き換えることによる識別方法の調整例を示す。図6(a)は、識別方法を調整するために用いるデータ群およびテンプレート調整のための計算式を示す。データ群としては、脳波分析部12で分析された聴覚P3成分の振幅および潜時に関する特徴量、モダリティ変換DB13に保存された聴覚P3成分と視覚P3成分の相関データ、あらかじめ保持している視覚P3成分のテンプレートを用いる。そして、調整後のテンプレートの振幅/潜時が、脳波分析部12で分析された聴覚P3成分の特徴とモダリティ変換DB13に保存された相関データをそれぞれ掛け算した値になるように、あらかじめ保持していた調整前のテンプレートの振幅/潜時に関する特徴を調整するためのパラメータを算出する。調整パラメータは、たとえば、図6(a)中テンプレート補正のパラメータ算出の行に示したような割り算(聴覚P3成分と相関データから算出した振幅および潜時を、あらかじめ保持している調整前のテンプレートの振幅および潜時でそれぞれ割る)によって求めてもよい。また、図6(b)は、図6(a)によって算出されたテンプレートの補正パラメータによって調整された標準テンプレート波形を示す。調整区間200−500msにおいて、テンプレートの波形が振幅0.8倍・潜時0.98倍のように調整されている様子が分かる。ここでいう「波形」とは、テンプレートの波形の振幅および潜時を意味する。   FIGS. 6A and 6B show examples of adjusting the identification method by rewriting the template. FIG. 6A shows a data group used for adjusting the identification method and a calculation formula for template adjustment. As the data group, the amplitude and latency characteristic amount of the auditory P3 component analyzed by the electroencephalogram analysis unit 12, the correlation data of the auditory P3 component and the visual P3 component stored in the modality conversion DB 13, and the previously stored visual P3 Ingredient templates are used. The adjusted template amplitude / latency is held in advance so as to be a value obtained by multiplying the characteristics of the auditory P3 component analyzed by the electroencephalogram analysis unit 12 and the correlation data stored in the modality conversion DB 13. Parameters for adjusting characteristics relating to the amplitude / latency of the template before adjustment are calculated. The adjustment parameter is, for example, a pre-adjustment template that holds in advance the division and amplitude calculated from the auditory P3 component and correlation data as shown in the template correction parameter calculation line in FIG. Divided by the amplitude and the latency). FIG. 6B shows a standard template waveform adjusted by the template correction parameter calculated according to FIG. It can be seen that the template waveform is adjusted so that the amplitude is 0.8 times and the latency is 0.98 times in the adjustment section 200-500 ms. The “waveform” here means the amplitude and latency of the template waveform.

また、閾値やテンプレートは変更せず、脳波インタフェース部100において、生体信号計測部50で計測された脳波信号に識別方法調整部14に基づいて一定の倍率を乗じるなどの方法で調整して識別を行ってもよい。   Further, the threshold value and the template are not changed, and the electroencephalogram interface unit 100 adjusts the electroencephalogram signal measured by the biological signal measurement unit 50 by a method such as multiplying the electroencephalogram signal based on the identification method adjustment unit 14 by a certain magnification. You may go.

図7(a)および(b)は、脳波信号の倍率を変更することによる識別方法の調整例を示す。図7(a)は、識別方法を調整するために用いるデータ群と、テンプレート調整のための計算式とを示す。データ群としては、脳波分析部12で分析された聴覚P3成分の振幅および潜時に関する特徴量と、モダリティ変換DB13に保存された聴覚P3成分と視覚P3成分の相関データおよび、脳波インタフェース部100に保存されている標準テンプレートの振幅および潜時に関する特徴量とを用いる。そして、標準テンプレートの振幅、潜時に関する特徴量を、キャリブレーション用聴覚P3成分の振幅、潜時に関する特徴量に聴覚視覚の相関データをそれぞれ掛け合わせた値で割って、生体信号計測部50において計測された脳波信号調整用のパラメータを算出する。図7(b)は、図7(a)によって算出された脳波信号調整用のパラメータによって調整された脳波信号の波形を示す。調整区間200−500msにおいて、脳波信号の波形が調整されている様子が分かる。ここでいう「波形」とは、脳波信号の振幅を意味する。   FIGS. 7A and 7B show examples of adjustment of the identification method by changing the magnification of the electroencephalogram signal. FIG. 7A shows a data group used for adjusting the identification method and a calculation formula for template adjustment. As the data group, the amplitude and latency characteristic amount of the auditory P3 component analyzed by the electroencephalogram analysis unit 12, the correlation data of the auditory P3 component and the visual P3 component stored in the modality conversion DB 13, and the electroencephalogram interface unit 100 The stored standard template amplitude and latency related features are used. Then, the biological signal measuring unit 50 divides the amplitude of the standard template and the feature value related to the latency by the value obtained by multiplying the feature value related to the amplitude and latency of the calibration auditory P3 component by the correlation data of auditory vision. A parameter for adjusting the measured electroencephalogram signal is calculated. FIG. 7B shows the waveform of the electroencephalogram signal adjusted by the electroencephalogram signal adjustment parameter calculated by FIG. 7A. It can be seen that the waveform of the electroencephalogram signal is adjusted in the adjustment section 200-500 ms. The “waveform” here means the amplitude of the electroencephalogram signal.

このように構成することで、キャリブレーション用刺激としてメニュー項目提示時に聴覚刺激を提示し、キャリブレーション用の聴覚刺激に対する事象関連電位のP3成分を用いて脳波インタフェースにおける視覚P3成分の識別方法を調整することが可能となり、脳波インタフェースを利用する直前のユーザ状態に基づいた脳波の識別が可能となるため、識別率が向上する。   With this configuration, auditory stimuli are presented when menu items are presented as calibration stimuli, and the visual P3 component identification method in the electroencephalogram interface is adjusted using the P3 component of the event-related potential for the auditory stimuli for calibration. This makes it possible to identify the electroencephalogram based on the user state immediately before using the electroencephalogram interface, thereby improving the identification rate.

次に、図8のフローチャートを参照しながら、図3の脳波識別方法調整システム1において行われる全体的な処理手順を説明する。   Next, an overall processing procedure performed in the electroencephalogram identification method adjustment system 1 of FIG. 3 will be described with reference to the flowchart of FIG.

図8は、脳波インタフェースシステム1においてキャリブレーションを行い、その後、脳波インタフェースを利用する処理の手順を示す。図8に示す処理手順の特徴のひとつは、メニュー項目の提示と同時にキャリブレーション用の聴覚刺激を提示し、聴覚刺激に対する聴覚P3成分に基づいて、脳波インタフェースで利用する視覚P3成分の識別方法を調整するステップを設けたことである。   FIG. 8 shows a procedure for performing the calibration in the electroencephalogram interface system 1 and then using the electroencephalogram interface. One of the features of the processing procedure shown in FIG. 8 is a method for identifying a visual P3 component used in an electroencephalogram interface based on an auditory P3 component corresponding to an auditory stimulus by presenting an auditory stimulus for calibration simultaneously with the presentation of a menu item. The step of adjusting is provided.

なお、図8に示すステップS101からステップS106は、図3に示す脳波インタフェースの処理手順と同じである。よって、以下ではそれらの説明は省略する。   Note that steps S101 to S106 shown in FIG. 8 are the same as the processing procedure of the electroencephalogram interface shown in FIG. Therefore, description thereof will be omitted below.

ステップS10において、刺激提示部11は、スピーカ3bを介してキャリブレーション用の聴覚刺激を提示する。なお、図8では、ステップS10はステップS101の次に行われているが、実際は脳波インタフェース部100が画面3a上にメニュー項目を提示すると同時にステップS10の処理が行われ、聴覚刺激が提示される。   In step S10, the stimulus presentation unit 11 presents an auditory stimulus for calibration via the speaker 3b. In FIG. 8, step S10 is performed after step S101, but in reality, the electroencephalogram interface unit 100 presents the menu item on the screen 3a, and at the same time, the process of step S10 is performed to present the auditory stimulus. .

ステップS20において、生体信号計測部50は、ステップS10によって聴覚刺激が提示された時刻を起点にユーザ5の脳波の事象関連電位を例えば500ms分計測する。なお、生体信号計測部50が事象関連電位を継続的に計測し、脳波分析部12が聴覚刺激が提示された時刻を起点に事象関連電位を500ms分切り出すことにより、実質的に同じデータを得てもよい。   In step S20, the biological signal measurement unit 50 measures the event-related potential of the brain wave of the user 5 for, for example, 500 ms from the time when the auditory stimulus is presented in step S10. The biological signal measurement unit 50 continuously measures the event-related potential, and the electroencephalogram analysis unit 12 cuts out the event-related potential for 500 ms starting from the time when the auditory stimulus is presented, thereby obtaining substantially the same data. May be.

ステップS30において、脳波分析部12はステップS20において計測された事象関連電位の聴覚P3成分を分析し、特徴量として聴覚P3成分の振幅および潜時を算出する。特徴量の算出に際しては、ステップS20において計測された事象関連電位に例えば2Hzのローパスフィルタをかけてもよい。これにより、眼電や背景脳波の影響を低減することができる。   In step S30, the electroencephalogram analysis unit 12 analyzes the auditory P3 component of the event-related potential measured in step S20, and calculates the amplitude and latency of the auditory P3 component as a feature amount. When calculating the feature amount, for example, a 2 Hz low-pass filter may be applied to the event-related potential measured in step S20. Thereby, the influence of an electrooculogram and a background electroencephalogram can be reduced.

ステップS40において、識別方法調整部14は、ステップS30によって分析された聴覚P3成分の特徴量と、モダリティ変換DB13に基づいて、視覚P3成分の識別パラメータを調整する。上述のように、モダリティ変換DB13は聴覚P3成分と視覚P3成分との相関関係を規定しているため、聴覚P3成分をキーとしてモダリティ変換DB13を参照すると、脳波インタフェース部100において脳波識別に利用される視覚P3成分が得られる。   In step S40, the discrimination method adjustment unit 14 adjusts the discrimination parameter of the visual P3 component based on the feature amount of the auditory P3 component analyzed in step S30 and the modality conversion DB 13. As described above, the modality conversion DB 13 defines the correlation between the auditory P3 component and the visual P3 component. Therefore, when the modality conversion DB 13 is referred to using the auditory P3 component as a key, it is used for electroencephalogram identification in the electroencephalogram interface unit 100. The visual P3 component is obtained.

脳波識別方法をどのように調整するかについては、図6および図7を参照して説明したように、脳波インタフェース部100に保存されている視覚P3成分を識別するためのテンプレートを調整してもよいし、生体信号計測部50によって計測された事象関連電位の波形を調整してもよい。   As to how to adjust the electroencephalogram identification method, as described with reference to FIGS. 6 and 7, the template for identifying the visual P3 component stored in the electroencephalogram interface unit 100 may be adjusted. Alternatively, the waveform of the event-related potential measured by the biological signal measuring unit 50 may be adjusted.

調整が完了すると、その後はステップS102からステップS106が実行される。   When the adjustment is completed, step S102 to step S106 are executed thereafter.

次に、図9から図11のフローチャートを参照しながら、上述のステップS30およびS40の処理を詳細に説明する。   Next, the processing of steps S30 and S40 described above will be described in detail with reference to the flowcharts of FIGS.

図9は、図8のステップS30において行われる脳波分析部12の処理の詳細な手順を示す。脳波分析部12は、キャリブレーション用聴覚刺激提示後の事象関連電位に大きなノイズが混入していたか否かによっての処理を切り替える。   FIG. 9 shows a detailed procedure of the process of the electroencephalogram analysis unit 12 performed in step S30 of FIG. The electroencephalogram analysis unit 12 switches processing depending on whether or not large noise is mixed in the event-related potential after presentation of the auditory stimulus for calibration.

すなわち図9において、ステップS31において、脳波分析部12は生体信号計測部50で計測された事象関連電位の絶対値の最大値を算出する。次のステップS32において、脳波分析部12は、ステップS31で算出した値が、眼電(EOG)ノイズの混入基準値とされる100μVよりも小さいか否かを判定する。100μVよりも小さい場合はステップS33に進み、大きい場合、すなわち100μV以上の場合は処理は終了する。処理が終了する理由は、事象関連電位の絶対値の最大値が100μV以上であるとノイズの影響が非常に強いと考えられるためである。ステップS33において、脳波分析部12は、事象関連電位の特徴量を分析する。   That is, in FIG. 9, in step S <b> 31, the electroencephalogram analysis unit 12 calculates the maximum absolute value of the event-related potential measured by the biological signal measurement unit 50. In the next step S32, the electroencephalogram analysis unit 12 determines whether or not the value calculated in step S31 is smaller than 100 μV, which is an electrooculogram (EOG) noise mixing reference value. When the voltage is smaller than 100 μV, the process proceeds to step S33. The reason for the end of the process is that the influence of noise is considered to be very strong when the maximum absolute value of the event-related potential is 100 μV or more. In step S33, the electroencephalogram analysis unit 12 analyzes the feature quantity of the event-related potential.

次に、図10は、図8のステップS40において行われる識別方法調整部14の処理の手順を示す。   Next, FIG. 10 shows a processing procedure of the identification method adjustment unit 14 performed in step S40 of FIG.

ステップS41において、識別方法調整部14は、脳波分析部12において算出された聴覚P3成分の特徴量として振幅および潜時を取得する。ステップS42において、識別方法調整部14は、モダリティ変換DB13に保存されている聴覚P3成分と視覚P3成分の相関データとして、例えば振幅、潜時、調整区間の情報を参照する。   In step S <b> 41, the identification method adjustment unit 14 acquires the amplitude and latency as the feature amount of the auditory P3 component calculated by the electroencephalogram analysis unit 12. In step S42, the identification method adjustment unit 14 refers to, for example, amplitude, latency, and adjustment section information as correlation data between the auditory P3 component and the visual P3 component stored in the modality conversion DB 13.

ステップS43において、ステップS41およびステップS42により取得した、振幅、潜時、調整区間等の情報に基づき、そのユーザの特徴量を導出して、識別基準調整のためのパラメータを算出する。パラメータの算出は、図6を用いて説明したように、掛け算によって求めることができる。   In step S43, the feature amount of the user is derived based on the information such as the amplitude, latency, and adjustment interval acquired in steps S41 and S42, and parameters for adjusting the identification criterion are calculated. The parameter can be calculated by multiplication as described with reference to FIG.

ステップS44において、識別方法調整部14は、ステップS43によって算出した識別基準調整のパラメータを脳波インタフェース部100に送信し、既存のパラメータの更新を指示する。   In step S44, the identification method adjustment unit 14 transmits the identification reference adjustment parameter calculated in step S43 to the electroencephalogram interface unit 100, and instructs to update the existing parameter.

なお、図10に示す識別方法に代えて、図11に示す識別方法を利用してもよい。図11は、あらかじめ生体信号計測部50において取得していた脳波信号を調整する処理の手順を示す。図11において、図10と同じ処理を行うステップについては同一の参照符号を付し、その説明は省略する。   Note that the identification method shown in FIG. 11 may be used instead of the identification method shown in FIG. FIG. 11 shows a processing procedure for adjusting an electroencephalogram signal acquired in advance in the biological signal measurement unit 50. 11, steps that perform the same processing as in FIG. 10 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

ステップS45において、識別方法調整部14は、脳波インタフェース部100に保存されている例えばユーザごとの加算平均波形から作成したテンプレート等の標準的な識別方法を参照する。そしてステップS46において、識別方法調整部14は、ステップS41、ステップS42およびステップS45により取得した、振幅、潜時、調整区間等の情報に基づいてそのユーザの特徴量を導出して、識別基準調整のためのパラメータを算出する。パラメータの算出は、図7を用いて説明したように、掛け算および割り算によって求めてもよい。   In step S <b> 45, the identification method adjustment unit 14 refers to a standard identification method such as a template created from, for example, the addition average waveform for each user stored in the electroencephalogram interface unit 100. In step S46, the identification method adjustment unit 14 derives the feature amount of the user based on information such as amplitude, latency, and adjustment interval acquired in steps S41, S42, and S45, and performs identification reference adjustment. Calculate the parameters for. The parameter may be calculated by multiplication and division as described with reference to FIG.

ステップS47において、識別方法調整部14は、ステップS46で算出した脳波信号調整用のパラメータを脳波インタフェース部100に送信する。そして、そのパラメータに基づいて脳波信号を調整するよう、脳波インタフェース部100に指示する。   In step S47, the identification method adjustment unit 14 transmits the parameters for adjusting the electroencephalogram signal calculated in step S46 to the electroencephalogram interface unit 100. Then, the electroencephalogram interface unit 100 is instructed to adjust the electroencephalogram signal based on the parameter.

このような処理によって、メニュー項目と同時に提示した聴覚刺激に対する事象関連電位のP3成分を用いて脳波インタフェースにおける視覚P3成分の識別方法が調整され、脳波インタフェースを操作する直前のユーザ状態や電極の装着状態に応じた識別が実現できる。よって脳波インタフェースで用いる視覚P3成分の識別率が向上する。   By such processing, the identification method of the visual P3 component in the electroencephalogram interface is adjusted using the P3 component of the event-related potential for the auditory stimulus presented simultaneously with the menu item, and the user state immediately before operating the electroencephalogram interface and electrode mounting Identification according to the state can be realized. Therefore, the discrimination rate of the visual P3 component used in the electroencephalogram interface is improved.

本実施形態の脳波インタフェースシステム1に識別方法調整装置10を設けることにより、メニュー項目と同時に提示したキャリブレーション用聴覚刺激に対するP3成分の特徴量を用いて、脳波インタフェースを操作する直前のユーザ状態や電極の装着状態に応じた視覚P3成分の識別が可能となる。識別率を向上することが可能であるため、使いやすい脳波インタフェースが実現できる。   By providing the identification method adjustment apparatus 10 in the electroencephalogram interface system 1 of the present embodiment, the user state immediately before operating the electroencephalogram interface using the feature amount of the P3 component for the auditory stimulus for calibration presented simultaneously with the menu item, The visual P3 component can be identified according to the mounting state of the electrode. Since the identification rate can be improved, an easy-to-use electroencephalogram interface can be realized.

(実施形態2)
実施形態1による脳波インタフェースシステム1では、脳波インタフェース部100がメニュー項目を提示すると同時に、刺激提示部11がキャリブレーション用の聴覚刺激を提示した。これにより、脳波インタフェースを利用する直前のユーザ状態や電極の装着状態に合わせた識別方法の調整が可能になった。
(Embodiment 2)
In the electroencephalogram interface system 1 according to the first embodiment, the electroencephalogram interface unit 100 presents menu items, and at the same time, the stimulus presentation unit 11 presents auditory stimuli for calibration. This makes it possible to adjust the identification method according to the user state immediately before using the electroencephalogram interface and the wearing state of the electrodes.

しかし先に言及したように、事象関連電位はS/Nが低いため、キャリブレーション用刺激が提示されると同時に、眼電等の大きなノイズが混入した場合には、正しくキャリブレーションを実施できない可能性がある。   However, as mentioned earlier, because the event-related potential has a low S / N, calibration stimulus may be presented at the same time, and if large noise such as electrooculosis is mixed, calibration may not be performed correctly. There is sex.

本実施形態による脳波インタフェースシステムでは、脳波インタフェース利用の直前に限らず、ランダムなタイミング、または予め定められたタイミングでキャリブレーション用聴覚刺激を提示する。そして聴覚P3成分の特徴量を用いて常時変化し得るユーザ状態や電極の装着状態を計測して脳波インタフェースの視覚P3成分の識別方法を調整する。これにより、高い識別率を維持する脳波インタフェースシステムを提供することが可能となる。   In the electroencephalogram interface system according to the present embodiment, the auditory stimulation for calibration is presented not only immediately before the use of the electroencephalogram interface but also at random timing or at a predetermined timing. Then, using the feature amount of the auditory P3 component, the user state and the electrode wearing state that can be constantly changed are measured to adjust the visual P3 component identification method of the electroencephalogram interface. This makes it possible to provide an electroencephalogram interface system that maintains a high identification rate.

図12は、本実施形態による脳波インタフェースシステム120の機能ブロックの構成を示す。図12はまた、識別方法調整装置122の詳細な機能ブロックも示している。ユーザ5のブロックは説明の便宜のために示されている。   FIG. 12 shows a functional block configuration of the electroencephalogram interface system 120 according to the present embodiment. FIG. 12 also shows detailed functional blocks of the identification method adjustment device 122. The user 5 block is shown for convenience of explanation.

脳波インタフェースシステム120が脳波インタフェースシステム1(図4)と相違する点は、識別方法調整装置122の構成にある。より具体的には、識別方法調整装置122に、識別方法調整装置10(図4)の刺激提示部11および脳波分析部12とは異なる機能を有するキャリブレーション用聴覚刺激ランダム提示部21およびキャリブレーション用脳波分析部22を設けたこと、および、蓄積部23を新たに有することにある。   The electroencephalogram interface system 120 is different from the electroencephalogram interface system 1 (FIG. 4) in the configuration of the identification method adjustment device 122. More specifically, the identification method adjustment device 122 includes a calibration auditory stimulation random presentation unit 21 and a calibration having functions different from those of the stimulus presentation unit 11 and the electroencephalogram analysis unit 12 of the identification method adjustment device 10 (FIG. 4). The provision of the electroencephalogram analysis unit 22 and the addition of a storage unit 23.

以下、キャリブレーション用刺激ランダム提示部21およびキャリブレーション用脳波分析部22を説明する。以下では、それぞれ「刺激ランダム提示部21」および「脳波分析部22」と記述する。なお、脳波インタフェースシステム120の構成要素のうち、脳波インタフェースシステム1(図4)と同じ構成要素については同じ参照符号を付しその説明を省略する。   Hereinafter, the calibration stimulus random presentation unit 21 and the calibration electroencephalogram analysis unit 22 will be described. Hereinafter, they are described as “stimulus random presentation unit 21” and “electroencephalogram analysis unit 22”, respectively. Of the constituent elements of the electroencephalogram interface system 120, the same constituent elements as those in the electroencephalogram interface system 1 (FIG. 4) are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

刺激ランダム提示部21は、ランダムなタイミング、または予め定められたタイミングでユーザ5にキャリブレーション用の聴覚刺激を提示する。ランダムなタイミングとは、TV2を利用して番組を視聴するユーザに必要以上の煩わしさを与えない頻度であればよく、たとえば20分以上の間隔が空いた任意の時刻であればよい。また、予め定められたタイミングとしては、例えば約10分間隔でもよいし、5分、20分または1時間間隔であってもよい。なお聴覚刺激は実施形態1で説明した例と同じであればよく、例えば1000Hzのトーンバースト音や機器動作音でよい。また1種類か複数種類かも問わない。   The stimulus random presentation unit 21 presents the auditory stimulus for calibration to the user 5 at a random timing or a predetermined timing. The random timing may be a frequency that does not cause the user who watches the program using the TV 2 to be bothered more than necessary, and may be any time with an interval of 20 minutes or more, for example. Further, the predetermined timing may be, for example, an interval of about 10 minutes, or may be an interval of 5 minutes, 20 minutes, or 1 hour. The auditory stimulation may be the same as the example described in the first embodiment, and may be, for example, a tone burst sound of 1000 Hz or a device operation sound. It does not matter whether there is one type or multiple types.

脳波分析部22は、刺激ランダム提示部21が聴覚刺激を提示したタイミングを起点として、生体信号計測部50によって計測されたユーザ5の事象関連電位の特徴量を分析する。   The electroencephalogram analysis unit 22 analyzes the feature quantity of the event-related potential of the user 5 measured by the biological signal measurement unit 50, starting from the timing when the stimulus random presentation unit 21 presents the auditory stimulus.

蓄積部23は、たとえば半導体メモリやハードディスクである。蓄積部23は、最近n回分のキャリブレーションにおいて得られた事象関連電位の波形を脳波分析部22から受け取って蓄積する。なお、蓄積する波形数は、脳波インタフェースを利用する前30分間に提示されたキャリブレーション用刺激に起因して得られた事象関連電位の波形であってもよい。なお、蓄積部23を設けずに、モダリティ変換DB13を保持する記録媒体に事象関連電位の波形を蓄積することもできる。   The storage unit 23 is, for example, a semiconductor memory or a hard disk. The accumulating unit 23 receives and accumulates event-related potential waveforms obtained in the last n calibrations from the electroencephalogram analyzing unit 22. Note that the number of waveforms to be accumulated may be a waveform of an event-related potential obtained due to a calibration stimulus presented for 30 minutes before using the electroencephalogram interface. Note that the waveform of the event-related potential can be stored in the recording medium that holds the modality conversion DB 13 without providing the storage unit 23.

脳波分析部22が分析する事象関連電位の特徴量は脳波分析部12(図4)と同じである。しかし、分析方法が異なっている。脳波分析部22においては、キャリブレーション用聴覚刺激が提示された後の事象関連電位にノイズが含まれていないかを判定する。そして、ノイズが含まれていない場合には、蓄積部23に蓄積された事象関連電位の最近n回分の波形を加算平均し、加算平均波形から聴覚P3成分の振幅および潜時を算出する。加算回数nは例えば5であってもよいし、脳波インタフェースを利用する前30分間に提示されたキャリブレーション用刺激の数であってもよい。   The feature quantity of the event-related potential analyzed by the electroencephalogram analysis unit 22 is the same as that of the electroencephalogram analysis unit 12 (FIG. 4). However, the analysis method is different. The electroencephalogram analysis unit 22 determines whether or not noise is included in the event-related potential after the calibration auditory stimulus is presented. If no noise is included, the waveforms of the latest n times of event-related potentials accumulated in the accumulation unit 23 are added and averaged, and the amplitude and latency of the auditory P3 component are calculated from the added average waveform. The number of additions n may be, for example, 5 or the number of calibration stimuli presented for 30 minutes before using the electroencephalogram interface.

上述の分析方法を採用することにより、ノイズの影響を低減した上で、聴覚P3成分の振幅および潜時をより正しく算出できるようになる。その結果、識別方法調整部14における識別方法の調整パラメータもより正しく算出でき、脳波インタフェース部100の視覚P3成分の識別率を向上させることができる。   By adopting the above analysis method, the amplitude and latency of the auditory P3 component can be calculated more accurately while reducing the influence of noise. As a result, the adjustment parameter of the identification method in the identification method adjustment unit 14 can be calculated more correctly, and the identification rate of the visual P3 component of the electroencephalogram interface unit 100 can be improved.

次に、図13のフローチャートを参照しながら、脳波インタフェースシステム120において行われる全体的な処理の手順を説明する。   Next, an overall processing procedure performed in the electroencephalogram interface system 120 will be described with reference to the flowchart of FIG.

図13は、本実施形態による脳波インタフェースシステム120の処理手順を示す。脳波インタフェースシステム1(図8)の処理と同じ処理を行うステップについては同一の参照符号を付し、その説明は省略する。具体的には、ステップS20、ステップS40およびステップS101からステップS106までの処理が、脳波インタフェースシステム1および120に共通する。   FIG. 13 shows a processing procedure of the electroencephalogram interface system 120 according to the present embodiment. Steps in which the same processing as that of the electroencephalogram interface system 1 (FIG. 8) is performed are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Specifically, the processes from step S20, step S40, and step S101 to step S106 are common to the electroencephalogram interface systems 1 and 120.

ステップS50において、刺激ランダム提示部21はキャリブレーション用の聴覚刺激をランダムなタイミングで提示する。   In step S50, the stimulus random presentation unit 21 presents the auditory stimulus for calibration at random timing.

ステップS60において、脳波分析部22は、ステップS50によって聴覚刺激が提示されたタイミングを起点に生体信号計測部50で計測された事象関連電位の特徴量を分析する。分析のための詳細な処理は後述する。   In step S60, the electroencephalogram analysis unit 22 analyzes the feature quantity of the event-related potential measured by the biological signal measurement unit 50 from the timing when the auditory stimulus is presented in step S50. Detailed processing for analysis will be described later.

ステップS70において、脳波インタフェース部100は、脳波インタフェースが起動されたか否か、たとえばメニュー項目が表示されたか否かを判断する。脳波インタフェースが起動された場合には処理はステップS101に進み、脳波インタフェースが起動されていない場合には処理はステップS50に戻る。後者の場合には、刺激ランダム提示部21は聴覚刺激をランダムなタイミングで提示する処理を継続する。   In step S70, the electroencephalogram interface unit 100 determines whether the electroencephalogram interface is activated, for example, whether a menu item is displayed. If the electroencephalogram interface is activated, the process proceeds to step S101. If the electroencephalogram interface is not activated, the process returns to step S50. In the latter case, the stimulus random presentation unit 21 continues the process of presenting auditory stimuli at random timing.

ステップS80において、脳波インタフェース部100は脳波計測が終了したか否かを判定する。ユーザ5が脳波計である生体信号計測部50を外して脳波計測を終了する場合には処理を終了し、脳波計測を続ける場合には処理はステップS50に戻る。   In step S80, the electroencephalogram interface unit 100 determines whether or not the electroencephalogram measurement is completed. If the user 5 removes the biological signal measurement unit 50, which is an electroencephalograph, and terminates the electroencephalogram measurement, the process ends. If the user 5 continues the electroencephalogram measurement, the process returns to step S50.

上述のように、キャリブレーション用の聴覚刺激を提示するステップS50に戻る処理を設けることにより、ユーザが脳波識別方法調整システム120の使用を開始した後であってもキャリブレーションを行うことが可能になる。よって、脳波識別方法調整システム120の使用に伴って生体信号計測部50の電極装着位置がずれて装着状態が変化したり、ユーザ5の覚醒度が変化した場合でも、脳波信号の事象関連電位を的確に認識できる。   As described above, it is possible to perform calibration even after the user starts using the electroencephalogram identification method adjustment system 120 by providing a process of returning to step S50 for presenting auditory stimuli for calibration. Become. Therefore, the event-related potential of the electroencephalogram signal can be obtained even when the wearing state changes due to the use of the electroencephalogram identification method adjustment system 120 and the wearing state of the biological signal measuring unit 50 shifts or the arousal level of the user 5 changes. Can be recognized accurately.

次に、図14のフローチャートを参照しながら、ステップS60の詳細な処理を説明する。   Next, detailed processing of step S60 will be described with reference to the flowchart of FIG.

図14は、図13のステップS60において行われる脳波分析部22の処理の手順を示す。なお、図9に示す脳波インタフェースシステム1の処理と同じ処理を行うステップについては同一の参照符号を付し、その説明は省略する。具体的には、すなわちステップS31、S32およびS33までの処理が脳波分析部12および22に共通する。   FIG. 14 shows a processing procedure of the electroencephalogram analysis unit 22 performed in step S60 of FIG. Note that steps that perform the same processing as the processing of the electroencephalogram interface system 1 shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Specifically, the processes up to steps S31, S32 and S33 are common to the electroencephalogram analysis units 12 and 22.

ステップS32の後で、かつステップS33の前に行われるステップS34において、脳波分析部22は、生体信号計測部50で計測されたキャリブレーション用聴覚刺激提示後の最近n回の事象関連電位を加算する。この加算によってノイズの影響が低減され、聴覚P3成分の振幅および潜時をより正しく算出できるようになる。よってノイズに強いキャリブレーションが実現できる。なお、脳波分析部22は、最近n回の事象関連電位の加算平均ではなく加算演算を行ってもよい。   In step S34 performed after step S32 and before step S33, the electroencephalogram analysis unit 22 adds the latest n event-related potentials after presentation of the calibration auditory stimulus measured by the biological signal measurement unit 50. To do. The effect of noise is reduced by this addition, and the amplitude and latency of the auditory P3 component can be calculated more correctly. Therefore, calibration that is resistant to noise can be realized. In addition, the electroencephalogram analysis unit 22 may perform addition calculation instead of the addition average of the event-related potentials of the latest n times.

ランダムなタイミングまたは所定のタイミングで聴覚刺激を提示してキャリブレーションを実行することにより、常時変化し得るユーザ状態や電極の装着状態に的確に追従して事象関連電位の視覚P3成分の識別方法の調整が可能となる。これにより、脳波インタフェースの識別率の向上が実現できる。   By presenting auditory stimuli at random timing or at predetermined timing and executing calibration, it is possible to identify the visual P3 component of the event-related potential by accurately following the user state and the electrode mounting state that can change constantly. Adjustment is possible. Thereby, the improvement of the identification rate of the electroencephalogram interface can be realized.

(実施形態3)
実施形態1および2による脳波インタフェースシステムでは、ユーザがキャリブレーション刺激を見落とすことがない聴覚刺激を用いてキャリブレーションを行うとして説明した。
(Embodiment 3)
In the electroencephalogram interface system according to the first and second embodiments, it has been described that the calibration is performed using the auditory stimulus that the user does not overlook the calibration stimulus.

しかしながら、脳波インタフェースシステムは、図1に示すTV2のような据え置き型の機器のみならず、携帯型の機器を操作対象として構築することが可能である。携帯型の機器を所持して外出し、脳波インタフェースシステムを利用して操作しようとしたとき、例えば人ごみや電車の中において聴覚刺激を提示しても聞き落としてしまう可能性がある。また、マナー上、聴覚刺激を提示すべきでない場合もある。そうすると、聴覚刺激を利用して適切なキャリブレーションが実施できない可能性がある。   However, the electroencephalogram interface system can be constructed using not only a stationary device such as the TV 2 shown in FIG. 1 but also a portable device as an operation target. When you go out with a portable device and try to operate it using an electroencephalogram interface system, for example, even if you present an auditory stimulus in a crowd or train, you might miss it. In addition, there are cases where auditory stimuli should not be presented due to manners. If so, there is a possibility that appropriate calibration cannot be performed using auditory stimulation.

本実施形態による脳波インタフェースシステム150は、キャリブレーション用刺激として、聴覚刺激ではなく体性感覚刺激を提示する。体性感覚刺激であれば、ユーザが雑踏の中にいても見落とす可能性が非常に低くなる。よって聴覚刺激によるキャリブレーションが難しい場合であっても、脳波インタフェースの視覚P3成分の識別方法を調整することが可能となり、識別率の向上を実現できる。   The electroencephalogram interface system 150 according to the present embodiment presents a somatosensory stimulus instead of an auditory stimulus as a calibration stimulus. Somatic sensory stimuli are very unlikely to be overlooked even when the user is in a hustle and bustle. Therefore, even when calibration by auditory stimulation is difficult, it becomes possible to adjust the method for identifying the visual P3 component of the electroencephalogram interface, and the identification rate can be improved.

図15は、本実施形態による脳波インタフェースシステム150の機能ブロックの構成を示す。図15はまた、識別方法調整装置152の詳細な機能ブロックも示している。ユーザ5のブロックは説明の便宜のために示されている。   FIG. 15 shows a functional block configuration of the electroencephalogram interface system 150 according to the present embodiment. FIG. 15 also shows detailed functional blocks of the identification method adjustment device 152. The user 5 block is shown for convenience of explanation.

脳波インタフェースシステム150が脳波インタフェースシステム1(図4)と相違する点は、識別方法調整装置152の構成にある。より具体的には、識別方法調整装置152に、識別方法調整装置10(図4)の刺激提示部11およびモダリティ変換DB13とは異なる機能を有するキャリブレーション用体性感覚刺激提示部31および体性感覚視覚変換データベース(DB)32を設けたことにある。なお、図15には、脳波インタフェースシステム150の出力部3にバイブレータ3cを示している。これは後述する体性感覚刺激をユーザ5に提示するために利用される。なお、出力部3にはスピーカ3b(図4)が示されていないが、これはスピーカ3bを排除するものではない。   The electroencephalogram interface system 150 is different from the electroencephalogram interface system 1 (FIG. 4) in the configuration of the identification method adjustment device 152. More specifically, the somatic sensory stimulus presentation unit 31 for calibration and the somatic sensory calibration unit having functions different from those of the stimulus presentation unit 11 and the modality conversion DB 13 of the discrimination method adjustment device 10 (FIG. 4) are included in the identification method adjustment device 152. The sensory visual conversion database (DB) 32 is provided. In FIG. 15, a vibrator 3 c is shown in the output unit 3 of the electroencephalogram interface system 150. This is used for presenting somatic sensory stimulation described later to the user 5. Note that the speaker 3b (FIG. 4) is not shown in the output unit 3, but this does not exclude the speaker 3b.

以下、キャリブレーション用体性感覚刺激提示部31および体性感覚−視覚変換DB32を説明する。以下では、それぞれ「体性感覚刺激提示部31」および「変換DB32」と記述する。なお、脳波インタフェースシステム150の構成要素のうち、脳波インタフェースシステム1(図4)と同じ構成要素については同じ参照符号を付しその説明を省略する。   Hereinafter, the somatosensory stimulus presentation unit 31 for calibration and the somatosensory-visual conversion DB 32 will be described. Hereinafter, they are described as “somatosensory stimulus presentation unit 31” and “conversion DB 32”, respectively. Of the constituent elements of the electroencephalogram interface system 150, the same constituent elements as those of the electroencephalogram interface system 1 (FIG. 4) are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

体性感覚刺激提示部31は、脳波インタフェース部100においてメニュー項目の提示と同時にユーザ5に、バイブレータ3cを介してキャリブレーション用の体性感覚刺激を提示する。バイブレータ3cは、無線または有線で体性感覚刺激提示部31からの指示を受けて動作する。なお、バイブレータ3cは、たとえばユーザ5の腕に装着されて、携帯電話のバイブレータ機能のような振動をユーザに与える機能を有するとして想定しているが、これは例である。他に、単純に手や顔などの皮膚に刺激を与えてもよい。体性感覚刺激は1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。   The somatosensory stimulus presentation unit 31 presents the somatosensory stimulus for calibration to the user 5 via the vibrator 3 c simultaneously with the presentation of the menu item in the electroencephalogram interface unit 100. The vibrator 3c operates in response to an instruction from the somatosensory stimulus presentation unit 31 in a wireless or wired manner. It is assumed that vibrator 3c is attached to the arm of user 5, for example, and has a function of giving vibration to the user, such as a vibrator function of a mobile phone, but this is an example. In addition, the skin such as hands and face may be simply stimulated. There may be one kind of somatic sensory stimulus, or two or more kinds.

変換DB32は、体性感覚P3成分と視覚P3成分との相関関係を規定している。   The conversion DB 32 defines the correlation between the somatosensory P3 component and the visual P3 component.

変換DB32は、例えば振幅、潜時および補正区間など、脳波分析部12で求めた聴覚刺激に対するP3成分の振幅および潜時のデータに応じて、脳波インタフェース部100における視覚P3成分の識別方法を調整するためのデータを保存している。   The conversion DB 32 adjusts the visual P3 component identification method in the electroencephalogram interface unit 100 according to the amplitude and latency data of the P3 component with respect to the auditory stimulus obtained by the electroencephalogram analysis unit 12, such as the amplitude, latency, and correction interval. Data for saving is saved.

図16(a)および(b)は、いずれも変換DB32のデータ構造の例を示す。図16(a)は、全ユーザに対して共通して適用される変換規則を規定した変換DB32を示す。一方、図16(b)は、ユーザごとの変換基準をあらかじめ計測し、ユーザごとに切り替えて適用される変換規則を規定した変換DB32を示す。図16(a)および(b)の変換DB32を参照して、どのように体性感覚刺激に起因する事象関連電位から視覚事象関連電位のP3成分を得るかについては、図5(a)および(b)の例に準ずる。   FIGS. 16A and 16B show examples of the data structure of the conversion DB 32. FIG. 16A shows a conversion DB 32 that defines conversion rules that are commonly applied to all users. On the other hand, FIG. 16B shows a conversion DB 32 that preliminarily measures conversion standards for each user and defines conversion rules to be applied by switching for each user. With reference to the conversion DB 32 in FIGS. 16 (a) and 16 (b), how to obtain the P3 component of the visual event-related potential from the event-related potential caused by somatosensory stimulation will be described with reference to FIGS. According to the example of (b).

上述の体性感覚刺激提示部31および変換DB32を含む識別方法調整装置152を脳波インタフェースシステム150に組み込むことにより、聴覚刺激によるキャリブレーションができない場合であっても、体性感覚刺激を用いてユーザ状態および電極の装着状態に基づいた識別方法の調整が可能となる。これにより、脳波インタフェース部100における識別率を向上させることができる。   By incorporating the identification method adjustment device 152 including the somatosensory stimulus presentation unit 31 and the conversion DB 32 described above into the electroencephalogram interface system 150, even if calibration by auditory stimulation is not possible, the user can use somatic sensory stimulation. The identification method can be adjusted based on the state and the mounting state of the electrodes. Thereby, the identification rate in the electroencephalogram interface unit 100 can be improved.

図17は、本実施形態による脳波インタフェースシステム150の処理手順を示す。図17のフローチャートは、キャリブレーション用に体性感覚刺激が利用され、その刺激に基づく事象関連電位の体性感覚P3成分を利用して処理が行われることを除いては図8のフローチャートと同じである。したがって、図8に関する説明を援用し、説明は省略する。   FIG. 17 shows a processing procedure of the electroencephalogram interface system 150 according to the present embodiment. The flowchart of FIG. 17 is the same as the flowchart of FIG. 8 except that somatosensory stimulation is used for calibration and processing is performed using the somatosensory P3 component of the event-related potential based on the stimulus. It is. Therefore, the description about FIG. 8 is used and description is abbreviate | omitted.

図17に示す処理により、聴覚刺激によるキャリブレーションができない場合であっても、体性感覚刺激を用いてユーザ状態および電極の装着状態に基づいた識別方法の調整が可能となる。これにより、脳波インタフェースの識別率の向上が実現できる。   The processing shown in FIG. 17 enables adjustment of the identification method based on the user state and the electrode mounting state using somatic sensory stimulation even when calibration by auditory stimulation is not possible. Thereby, the improvement of the identification rate of the electroencephalogram interface can be realized.

なお、聴覚刺激によるキャリブレーションが可能な状況であっても、体性感覚刺激を用いてキャリブレーションを行ってもよい。または、聴覚刺激および体性感覚刺激を併用してキャリブレーションを行ってもよい。   Even in a situation where calibration by auditory stimulation is possible, calibration may be performed using somatic sensory stimulation. Alternatively, calibration may be performed using auditory stimulation and somatic sensory stimulation in combination.

本発明の識別方法調整装置および識別方法調整装置が組み込まれた脳波インタフェースシステムによれば、脳波インタフェースシステムでの識別に用いられる視覚P3成分の識別方法を調整するため、脳波を常時計測するインタフェースにおいて問題となるユーザ個人の体調などの状態や、脳波検出のための電極の装着状態の変化の影響を排除し、脳波の識別率を維持できる。よって、脳波の識別ミスによるユーザの意図しない機器動作が減少するため脳波インタフェースの操作性向上を実現できる。このような識別方法調整装置の機能は、たとえばコンピュータプログラムによって実現することも可能であるため、システムの大幅な改変をすることなく、容易に実装できる。   According to the discriminating method adjusting device and the electroencephalogram interface system incorporating the discriminating method adjusting device of the present invention, in order to adjust the discriminating method of the visual P3 component used for discrimination in the electroencephalogram interface system, the interface that constantly measures the electroencephalogram It is possible to eliminate the influence of the state such as the physical condition of the individual user and the change in the wearing state of the electrodes for detecting the electroencephalogram, and maintain the electroencephalogram discrimination rate. Therefore, since the device operation unintended by the user due to an electroencephalogram identification error is reduced, the operability improvement of the electroencephalogram interface can be realized. Such a function of the identification method adjusting device can be realized by, for example, a computer program, and can be easily implemented without significant modification of the system.

脳波インタフェースシステム1の構成および利用環境を示す図である。It is a figure which shows the structure and utilization environment of the electroencephalogram interface system. (a)〜(c)は、脳波インタフェースシステム1においてTV2を操作し、ユーザ5が視聴したいジャンルの番組を見るときの例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the example when operating TV2 in the electroencephalogram interface system 1, and watching the program of the genre which the user 5 wants to view. 脳波インタフェースの処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process of an electroencephalogram interface. 実施形態1による脳波インタフェースシステム1の機能ブロックの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a functional block configuration of an electroencephalogram interface system 1 according to the first embodiment. (a)および(b)は、いずれもモダリティ変換DBのデータ構造の例を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the example of the data structure of both modality conversion DB. (a)および(b)は、テンプレートを書き換えることによる識別方法の調整例を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the example of adjustment of the identification method by rewriting a template. (a)および(b)は、脳波信号の倍率を変更することによる識別方法の調整例を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the adjustment example of the identification method by changing the magnification of an electroencephalogram signal. 脳波インタフェースシステム1においてキャリブレーションを行い、その後、脳波インタフェースを利用する処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process which performs calibration in the electroencephalogram interface system 1, and uses an electroencephalogram interface after that. 図8のステップS30において行われる脳波分析部12の処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process of the electroencephalogram analysis part 12 performed in step S30 of FIG. 図8のステップS40において行われる識別方法調整部14の処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process of the identification method adjustment part 14 performed in step S40 of FIG. あらかじめ生体信号計測部50において取得していた脳波信号を調整する処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process which adjusts the electroencephalogram signal previously acquired in the biosignal measurement part 50. FIG. 実施形態2による脳波インタフェースシステム120の機能ブロックの構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a functional block configuration of an electroencephalogram interface system 120 according to Embodiment 2. 実施形態2による脳波インタフェースシステム120の処理手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a processing procedure of an electroencephalogram interface system 120 according to Embodiment 2. 図13のステップS60において行われる脳波分析部22の処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process of the electroencephalogram analysis part 22 performed in step S60 of FIG. 実施形態による脳波インタフェースシステム150の機能ブロックの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the functional block of the electroencephalogram interface system 150 by embodiment. (a)および(b)は、いずれも変換DB32のデータ構造の例を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the example of the data structure of conversion DB32. 実施形態3による脳波インタフェースシステム150の処理手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a processing procedure of an electroencephalogram interface system 150 according to Embodiment 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 脳波インタフェースシステム
3 出力部
3a 画面
3b スピーカ
10 識別方法調整装置
11 キャリブレーション用刺激提示部
12 キャリブレーション用脳波分析部
13 モダリティ変換データベース
14 識別方法調整部
50 生体信号計測部
100 脳波インタフェース部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 EEG interface system 3 Output part 3a Screen 3b Speaker 10 Identification method adjustment apparatus 11 Stimulation presentation part for calibration 12 Electroencephalogram analysis part for calibration 13 Modality conversion database 14 Identification method adjustment part 50 Biological signal measurement part 100 EEG interface part

Claims (12)

機器の操作メニューを視覚的に提示する出力部と、
ユーザの脳波信号を取得する生体信号計測部と、
予め保持された視覚事象関連電位のパラメータを利用して前記操作メニュー提示後の脳波信号に含まれる視覚事象関連電位のP3成分を識別し、識別された前記P3成分に基づいて前記機器を動作させる脳波インタフェース部と、
を有する脳波インタフェースシステムにおいて、前記脳波インタフェース部の識別方法を調整するために用いられる装置であって、
視覚以外のモダリティへの刺激によって得られる事象関連電位のP3成分と視覚事象関連電位のP3成分との相関を規定したデータベースと、
前記出力部を介して前記刺激を提示する刺激提示部と、
前記刺激提示後の脳波信号に含まれる事象関連電位を分析する分析部と、
分析された前記事象関連電位のP3成分および前記データベースに基づいて視覚事象関連電位のP3成分に関する前記ユーザの特徴量を導出し、前記特徴量に基づいて前記脳波インタフェース部における脳波識別方法を調整する識別方法調整部と、
を備えた、脳波識別方法調整装置。
An output unit for visually presenting the operation menu of the device;
A biological signal measuring unit for acquiring a user's brain wave signal;
The P3 component of the visual event-related potential included in the electroencephalogram signal after the operation menu is presented is identified using the previously stored visual event-related potential parameter, and the device is operated based on the identified P3 component An electroencephalogram interface,
An electroencephalogram interface system comprising: an apparatus used for adjusting an identification method of the electroencephalogram interface section,
A database defining the correlation between the P3 component of the event-related potential and the P3 component of the visual event-related potential obtained by stimulation to a modality other than vision;
A stimulus presentation unit that presents the stimulus via the output unit;
An analysis unit for analyzing an event-related potential included in the electroencephalogram signal after the stimulus presentation;
Based on the analyzed P3 component of the event-related potential and the database, the feature quantity of the user regarding the P3 component of the visual event-related potential is derived, and an electroencephalogram identification method in the electroencephalogram interface unit is adjusted based on the feature quantity An identification method adjustment unit to
An apparatus for adjusting an electroencephalogram identification method, comprising:
前記刺激提示部は、前記刺激として聴覚刺激を提示する、請求項1に記載の脳波識別方法調整装置。   The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 1, wherein the stimulus presentation unit presents an auditory stimulus as the stimulus. 前記刺激提示部は、前記刺激として体性感覚刺激を提示する、請求項1に記載の脳波識別方法調整装置。   The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 1, wherein the stimulus presentation unit presents a somatosensory stimulus as the stimulus. 前記脳波インタフェース部は、前記パラメータとして設定された閾値に基づいて前記ユーザの視覚事象関連電位のP3成分の有無を識別しており、
前記識別方法調整部は、前記特徴量に基づいて前記閾値を調整する、請求項1から3のいずれかに記載の脳波識別方法調整装置。
The electroencephalogram interface unit identifies the presence or absence of the P3 component of the visual event-related potential of the user based on a threshold set as the parameter,
The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 1, wherein the identification method adjustment unit adjusts the threshold based on the feature amount.
前記脳波インタフェース部は、前記パラメータとして設定された視覚事象関連電位の波形のテンプレートに基づいて前記ユーザの視覚事象関連電位のP3成分の有無を識別しており、
前記識別方法調整部は、前記特徴量に基づいて前記テンプレートを調整する、請求項1から3のいずれかに記載の脳波識別方法調整装置。
The electroencephalogram interface unit identifies the presence or absence of the P3 component of the visual event-related potential of the user based on a waveform template of the visual event-related potential set as the parameter;
The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 1, wherein the identification method adjustment unit adjusts the template based on the feature amount.
前記識別方法調整部は、前記特徴量に基づいて前記ユーザの脳波信号を調整する、請求項1に記載の脳波識別方法調整装置。   The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 1, wherein the identification method adjustment unit adjusts an electroencephalogram signal of the user based on the feature amount. 前記脳波インタフェース部は、視覚事象関連電位の振幅に関する閾値に基づいて前記視覚事象関連電位のP3成分の有無を識別しており、
前記データベースは、前記P3成分の振幅に関する相関を規定しており、
前記識別方法調整部は、振幅に関する前記特徴量に基づいて前記閾値を調整する、請求項4に記載の脳波識別方法調整装置。
The electroencephalogram interface unit identifies the presence or absence of the P3 component of the visual event-related potential based on a threshold value related to the amplitude of the visual event-related potential;
The database defines a correlation related to the amplitude of the P3 component,
The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 4, wherein the identification method adjustment unit adjusts the threshold based on the feature quantity related to amplitude.
前記データベースは、前記P3成分の振幅に関する相関を規定しており、
前記識別方法調整部は、振幅に関する前記特徴量に基づいて前記テンプレートを調整する、請求項5に記載の脳波識別方法調整装置。
The database defines a correlation related to the amplitude of the P3 component,
The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 5, wherein the identification method adjustment unit adjusts the template based on the feature quantity related to amplitude.
前記データベースは、前記P3成分の振幅に関する相関を規定しており、
前記識別方法調整部は、振幅に関する前記特徴量に基づいて前記脳波信号を調整する、
請求項6に記載の脳波識別方法調整装置。
The database defines a correlation related to the amplitude of the P3 component,
The identification method adjustment unit adjusts the electroencephalogram signal based on the feature quantity related to amplitude;
The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 6.
前記刺激提示部は、前記脳波インタフェースシステムの利用開始時に前記刺激を提示する、請求項1から3のいずれかに記載の脳波識別方法調整装置。   The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 1, wherein the stimulus presentation unit presents the stimulus at the start of use of the electroencephalogram interface system. 前記刺激提示部は、前記脳波インタフェースシステムが利用されている期間中のランダムな時刻に前記刺激を提示する、請求項1から3のいずれかに記載の脳波識別方法調整装置。   The electroencephalogram identification method adjustment device according to claim 1, wherein the stimulus presentation unit presents the stimulus at a random time during a period in which the electroencephalogram interface system is used. 機器の操作メニューを視覚的に提示する出力部と、
ユーザの脳波信号を取得する生体信号計測部と、
予め保持された視覚事象関連電位のパラメータを利用して前記操作メニュー提示後の脳波信号に含まれる視覚事象関連電位のP3成分を識別し、識別された前記P3成分に基づいて前記機器を動作させる脳波インタフェース部と、
を有する脳波インタフェースシステムにおいて、前記脳波インタフェース部の識別方法を調整するために用いられる方法であって、
視覚以外のモダリティへの刺激によって得られる事象関連電位のP3成分と視覚事象関連電位のP3成分との相関を規定したデータベースを用意するステップと、
前記出力部を介して前記刺激を提示するステップと、
前記刺激提示後の脳波信号に含まれる事象関連電位を分析するステップと、
分析された前記事象関連電位のP3成分および前記データベースに基づいて視覚事象関連電位のP3成分に関する前記ユーザの特徴量を導出するステップと、
前記特徴量に基づいて前記脳波インタフェース部における脳波識別方法を調整するステップと、
を包含する、脳波の識別方法を調整するための方法。
An output unit for visually presenting the operation menu of the device;
A biological signal measuring unit for acquiring a user's brain wave signal;
The P3 component of the visual event-related potential included in the electroencephalogram signal after the operation menu is presented is identified using the previously stored visual event-related potential parameter, and the device is operated based on the identified P3 component An electroencephalogram interface,
In an electroencephalogram interface system comprising: a method used for adjusting an identification method of the electroencephalogram interface section,
Providing a database defining a correlation between a P3 component of an event-related potential obtained by stimulation to a modality other than vision and a P3 component of a visual event-related potential;
Presenting the stimulus via the output unit;
Analyzing an event-related potential included in the electroencephalogram signal after the stimulus presentation;
Deriving the user's feature value for the P3 component of the visual event-related potential based on the analyzed P3 component of the event-related potential and the database;
Adjusting an electroencephalogram identification method in the electroencephalogram interface based on the feature amount;
A method for adjusting an electroencephalogram identification method.
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