JP2011010714A - 生体光計測装置、ゲームシステムおよび生体信号発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便で非侵襲に、ゲーム機において使用される生体情報を生成することを課題とする。
【解決手段】前記課題を解決するために、本発明は、ゲーム機１のプレーヤ３の頭部に取り付けられ、ゲーム機１においてゲーム進行の内容の決定およびプレーヤ３の身体または心理の状態の表示の少なくとも１つを行うために使用されるプレーヤ３の身体に関する生体信号を生成する生体光計測装置２である。生体光計測装置２は、プレーヤ３の頭部に光を照射する光照射器２０３と、照射された光の頭部における反射光を検出する光検出器２０４と、検出した反射光に基づいて、プレーヤ３の脳血流と頭皮血流との一方あるいは両方の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を生成し、生成した情報を生体信号としてゲーム機１に送信する信号処理手段２１０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ゲーム機において使用される生体情報（プレーヤ（遊戯者）の身体に関する情報）を生成するための生体光計測装置などの技術に関する。

従来から、人間などの生体情報を、簡便で非侵襲に（生体に痛みなどを与えずに）計測する装置が、臨床医療や脳科学などの分野で用いられている。その中でも、特に、光を用いた計測法は、利便性や非侵襲性の点で非常に有効な手段である。例えば、特許文献１では、被検体に光を照射し被検体内部を透過あるいは反射した光を検出するためのプローブ装置と、プローブ装置と光制御信号および受光信号を送受し生体信号を獲得する制御演算装置と、を有する簡便で非侵襲な生体光計測装置が開示されている。

特開２００８−１７８５６３号公報

ところで、近年、コンピュータや電子回路などによって制御されるゲーム機の分野において、プレーヤが手でコントローラを操作してゲームを進行させる以外に、プレーヤの体の全体や一部（足、頭など）の動きなどを検出してゲームの進行に反映させる技術が開発されている。また、プレーヤの生体情報（例えば脳活動情報など）をゲーム機に応用することも期待されているが、特許文献１では、人間の生体情報をゲーム機へ適用する技術に関する具体的な記述がない。

そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、簡便で非侵襲に、ゲーム機において使用されるプレーヤの生体情報を生成することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、ゲーム機のプレーヤの頭部に取り付けられ、ゲーム機においてゲーム進行の内容の決定およびプレーヤの身体または心理の状態の表示の少なくとも１つを行うために使用されるプレーヤの身体に関する生体信号を生成する生体光計測装置である。
生体光計測装置は、プレーヤの頭部に光を照射する光照射器と、照射された光の頭部における反射光を検出する光検出器と、検出した反射光に基づいて、プレーヤの脳血流と頭皮血流との一方あるいは両方の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を生成し、生成した情報を生体信号としてゲーム機に送信する信号処理手段と、を備えることを特徴とする。
その他の手段については後記する。

本発明によれば、簡便で非侵襲に、ゲーム機において使用される生体情報を生成することができる。

本発明の生体光計測方法の一例に関する原理の説明図である。 本発明の生体光計測方法の他の例に関する原理の説明図である。 検出光量と血流量のおおよその関係を示す図である。 本実施形態のゲームシステムのブロック構成図である。 プレーヤに生体光計測装置を装着した様子を示す図である。 生体光計測装置の斜視図である。 ゲーム機と生体光計測装置による処理を示すフローチャートである。 ゲーム進行内容決定の処理を示すフローチャートである。 プレーヤ状態表示作成の処理を示すフローチャートである。 ゲーム機における表示画面の例を示す図である。 頭部の加速度とヘモグロビン量の補正前の値と補正後の値を示す図である。 頭部を大きく動かした際のヘモグロビン量の変化を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態において、ゲーム機とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＩＣ（Integrated Circuit）などの電子回路、あるいは、それらに準じた手段が、所定のプログラムにしたがって、ゲーム内容をプレーヤ（遊戯者）に対して認識可能に提供し、プレーヤによるコントローラの操作、プレーヤの挙動、身体状態などから得た情報に基づいて情報処理を行い、定量的または定性的な結果を出力する機器を指す。このようなゲーム機により実現されるゲームとしては、例えば、シミュレーションゲーム、ロールプレイングゲーム、アクションゲーム、パズルゲーム、格闘ゲーム、スポーツゲーム、計算ゲーム、漢字ゲーム、クイズゲーム、レーシングゲーム、シューティングゲーム、投資ゲーム、トレーニングゲームなどが挙げられるが、その他のゲームであっても良い。また、ゲーム機は、単体、他のゲーム機との通信、オンライン（インターネットなどへの接続）など、いずれの形式で実現されても良い。また、プレーヤの人数は何人でも良い。

（原理）
図１〜図３を参照しながら、本発明の生体光計測方法の一例と他の例に関する原理について説明する。なお、図１、図２は、株式会社日立メディコのカタログにおける図を引用したものである。

生体光計測方法の一例では、近赤外光を人体の頭部（例えば額など）に照射し、大脳皮質などで乱反射して頭部の外部に戻ってきた光（反射光）を検出し、その検出光量の変化から、脳や頭皮における血流に関する情報を得る。なお、使用する光は、近赤外光でなく、近赤外光に波長が近い可視光でも良い。つまり、使用する光の波長は、前記した計測が可能となるものであれば良く、具体的には、600nm〜1400nm程度であれば良い。

図１に示すように、人体の頭部において、頭皮１０５の内側に頭蓋骨１０６があり、さらにその内側に脳脊髄液１０４、灰白質１０７（大脳皮質）、白質１０８（灰白質の神経細胞から出る神経線維）がある。光照射手段１０１から頭皮１０５に向けて近赤外光（以下、単に「光」ともいう。）を照射すると、この光は拡散し、脳内の活動領域（灰白質１０７、白質１０８）に達する。

このとき、近赤外光の一部は脳や頭皮の血液中のヘモグロビン等に吸収され、それ以外の光は他の組織による反射を繰り返し、その一部が頭皮１０５の外側に戻り、光検出手段１０２によって検出される。なお、特許請求の範囲における「照射された光の頭部における反射光」とは、「頭部の表面で反射した反射光」のみを意味するのではなく、「頭部内を一部透過してから脳の部分で反射した反射光」も含むものである。

符号１０３は、このときの光の伝播の様子を模式的に表したものである。なお、脳活動領域は思考や運動を行ったときに血液量が変化する場所であり、脳活動領域が活発に活動するとその部分を流れる血液量が増加する。血液量の増加によりヘモグロビン濃度が増加するため、光の吸収量が増加することになり、光検出手段１０２で検出される近赤外光の量は減少する。この変化量を検出することで、脳や頭皮における血流の状態を把握することができる。検出光量と血流量のおおよその関係は、図３に示す通りである。なお、光照射手段１０１から照射する近赤外光は、単一の波長でも複数の波長の組み合わせでも良い。

また、この生体光計測方法では、血流の変化から、心拍数や心拍変動(ＨＲＶ（Heart Rate Variability)。心拍間の変動性の度合いを表すもの）を算出（生成）することもできる。なお、この生体光計測方法では、脳血流以外に、頭皮１０５の血流（以下「頭皮血流」ともいう。）の影響も受ける。なぜなら、光は、頭皮血流中のヘモグロビンにも吸収されるからである。そして、反射光を解析して、脳血流と頭皮血流の一方あるいは両方の変化量を特定することも、ある程度は可能である。そこで、解析の精度をさらに上げるための本発明の生体光計測方法の他の例に関する原理について、次に説明する。

図２に示すように、この生体光計測方法の他の例では、近赤外光を人体の頭部（例えば額など）に照射し、頭皮の内部（およびその付近）で乱反射して戻ってきた光（反射光）と、大脳皮質などで乱反射して頭部の外部に戻ってきた光（反射光）を、別々の光検出手段で検出し、その検出光量の変化から脳や頭皮における血流量を測定する。なお、使用する光の波長については、前記した生体光計測方法の一例の場合と同様である。

具体的には、図２に示すように、光照射手段１０１から頭皮１０５に向けて近赤外光を照射すると、この光は、一部は頭皮の内部（およびその付近）で乱反射して光検出手段１０２１に達し（符号１０３１はこのときの光の伝播の様子を表す。）、また他の一部は脳内の活動領域（灰白質１０７、白質１０８）で乱反射して光検出手段１０２２に達する。なお、光照射手段１０１による光の照射角度にもよるが、この例では、光検出手段１０２１は光照射手段１０１から１cmほどの位置に配置され、光検出手段１０２２は光照射手段１０１から３cmほどの位置に配置される。もちろん、これらの距離に限定されるものではない。

このように、この生体光計測方法では、光照射手段１０１から照射された光の反射光を、光検出手段１０２１と光検出手段１０２２の２つで検出し、それらの検出データに基づいて頭皮血流に関する情報と脳血流に関する情報を解析することで、脳活動状態をより精度良く把握することができ、また、心拍数や心拍変動に関する情報もより精度良く把握することができる。以下、本実施形態については、この生体光計測方法の他の例に基づいた場合について説明する。

（構成）
図４に示すように、本実施形態のゲームシステム１０００は、ゲーム機１、および、ゲーム機１と接続される生体光計測装置２を備えて構成される。なお、ゲーム機１と生体光計測装置２の接続は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルなどの有線によるものであっても良いし、あるいは、無線によるものであっても良い。

ゲーム機１は、プレーヤによって操作される機器であり、入力手段１１、制御手段１２、記憶手段１３および表示手段１４を備えている。
入力手段１１は、プレーヤによって操作される手段であり、例えば、プレーヤの手によって操作されるコントローラである。

制御手段１２は、生体光計測装置２との通信、および、ゲーム機１によるゲームの制御を行う手段であり、例えば、ＣＰＵが、所定のプログラムを記憶手段１３から読み出してメモリに展開して演算することによって実現される。制御手段１２は、光照射指示部１２１、ゲーム制御部１２２、ゲーム進行内容決定部１２３およびプレーヤ状態表示作成部１２４を備えている。

光照射指示部１２１は、ゲーム制御部１２２からの指示により、ゲーム開始時や所定のタイミングで、生体光計測装置２の照射光制御手段２０１（後記）に対して、光照射の指示を与える。
ゲーム制御部１２２は、記憶手段１３に記憶された所定のプログラムに基づき、また、入力手段１１からの入力信号と、生体光計測装置２の信号処理手段２１０（後記）から入力する生体信号とを用いて、ゲームの制御を行う。

ゲーム進行内容決定部１２３は、信号処理手段２１０からゲーム制御部１２２を介して受けた生体信号に基づき、プレーヤの脳血流や頭皮血流の時間的変化から、プレーヤの脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を算出し、その算出した情報を用いて、ゲーム進行の内容を決定する。ゲーム進行の内容を決定する際、例えば、プレーヤの脳の前頭葉（論理的思考を司ると推定されている部位）の賦活度（活性の度合い）が所定値を超えていないと判定した場合、プレーヤの思考にまだ余裕があると推定できるので、次のゲーム内容の難易度を上げる処理を行う。なお、ゲーム内容の難易度を上げる代わりに、逆に難易度を下げて獲得する得点をアップさせるようにしても良い（以下においても同様）。

プレーヤ状態表示作成部１２４は、信号処理手段２１０からゲーム制御部１２２を介して受けた生体信号に基づき、プレーヤの脳血流や頭皮血流の時間的変化から、プレーヤの脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を算出し、その算出した情報を用いて、プレーヤの身体または心理の状態（以下、単に「プレーヤの状態」ともいう。）を判定し、その判定内容を、ゲーム制御部１２２を介して表示手段１４に表示させる。プレーヤの状態を判定する場合、例えば、心拍数の変化率に基づいてプレーヤの平静度を判定する。あるいは、例えば、心拍のゆらぎの指標となるＬＦ(Low Frequency)／ＨＦ(High Frequency)の値に基づいてリラックス度を判定する（ＬＦ／ＨＦの値が高いほどリラックス度が低い）。

記憶手段１３は、ゲームの動作プログラムやデータ、生体光計測装置２の信号処理手段２１０から受信したデータなどを記憶するもので、例えば、フラッシュメモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）によって実現される。
表示手段１４は、画像表示を行うものであり、例えば、液晶表示機により実現される。
なお、ゲーム機１は、その他に、音声出力手段など、他の構成を備えていても良い。

次に、生体光計測装置２の構成について説明する。生体光計測装置２は、ゲーム機１のプレーヤ３（以下、単に「プレーヤ」ともいう。）の頭部に取り付けられ、ゲーム機１においてゲーム進行の内容の決定、および、プレーヤ３の状態の表示の少なくとも１つを行うために使用されるプレーヤ３の生体信号を発生（生成）するための装置である。

生体光計測装置２において、照射光制御手段２０１は、ゲーム機１の光照射指示部１２１からの指示により、アンプ２０２に信号を出力する。アンプ２０２は、照射光制御手段２０１からの出力を増幅し、光照射器２０３（図２の光照射手段１０１に対応）に入力する。光照射器２０３は、アンプ２０２からの入力を受けて、プレーヤ３の頭部に光を照射するものであり、例えば、近赤外光照射用ＬＥＤ（light emitting diode）により実現される。

光検出器２０４（図２の光検出手段１０２１に対応）は、プレーヤ３の頭部の頭皮の内部（およびその付近）からの反射光を主に検出するものであり、例えば、受光用フォトダイオードにより実現される。アンプ２０５は、光検出器２０４が検出した反射光による信号を増幅する。Ａ／Ｄ２０６（Analog / Digital 変換器）は、アンプ２０５が増幅したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

光検出器２０４１（図２の光検出手段１０２２に対応）は、プレーヤ３の頭部の脳内の活動領域（図２の灰白質１０７、白質１０８）からの反射光を主に検出するものであり、例えば、受光用フォトダイオードにより実現される。アンプ２０５１は、光検出器２０４１が検出した反射光による信号を増幅する。Ａ／Ｄ２０６１は、アンプ２０５１が増幅したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

加速度検出手段２０７は、プレーヤ３の頭部の動きによる加速度を検出するものであり、例えば、加速度センサにより実現される。アンプ２０８は、加速度検出手段２０７が検出した加速度による信号を増幅する。Ａ／Ｄ２０９は、アンプ２０８が増幅したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

信号処理手段２１０は、Ａ／Ｄ２０６、Ａ／Ｄ２０６１およびＡ／Ｄ２０９から入力した信号に基づき、プレーヤ３の脳血流や頭皮血流の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を算出し、算出した情報を生体信号としてゲーム機１に送信する。具体的には、例えば、プレーヤ３の脳血流や頭皮血流の時間的変化から、脳の前頭葉の賦活度、心拍数の変化、および、心拍におけるＬＦ／ＨＦの値などを算出し、その算出した情報を生体信号としてゲーム機１に送信する。

続いて、生体光計測装置２の構造などについて説明する。図５Ａに示すように、生体光計測装置２は、プレーヤ３の頭部に装着される構造となっている。生体光計測装置２は、プレーヤ３の頭部に装着された際、光照射器２０３と光検出器２０４と光検出器２０４１が額部分に位置する構造となっている。これにより、光照射器２０３からプレーヤ３の頭部の前頭葉に向けて光を照射し、その反射光を光検出器２０４と光検出器２０４１で検出することができる。例えば、生体光計測装置２の斜視図は、図５Ｂに示す通りである。

（処理）
次に、ゲームシステム１０００による処理について説明する（適宜図４参照）。なお、以下において、アンプ２０２，２０５，２０５１，２０８およびＡ／Ｄ２０６，２０６１，２０９の動作については、説明を適宜省略する。

図６のフローチャートに示すように、生体光計測装置２を頭部に装着したプレーヤ３が、ゲーム機１における入力手段１１を用いてゲームを開始すると、ゲーム制御部１２２からの指示により、光照射指示部１２１が生体光計測装置２の照射光制御手段２０１に対して、ゲーム開始通知、つまり、光照射の開始指示を与える（ステップＳ１）。

ゲーム開始通知を受けた生体光計測装置２において、光照射器２０３は、プレーヤ３の頭部に対して光を照射する（ステップＳ２）。
その後、光検出器２０４と光検出器２０４１は、プレーヤ３の頭部からの反射光を検出する（ステップＳ３）。

次に、信号処理手段２１０は、反射光による信号に基づき処理を行う、つまり、プレーヤ３の脳血流や頭皮血流の時間的変化から、脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を算出する（ステップＳ４）。
その後、信号処理手段２１０は、その算出した情報を生体信号としてゲーム機１に送信する（ステップＳ５）。ここで、算出および送信する生体信号としては、例えば、前記したように、脳の前頭葉の賦活度、心拍数の変化、心拍におけるＬＦ／ＨＦの値などがある。

次に、信号処理手段２１０から生体信号を受信したゲーム機１において、ゲーム進行内容決定部１２３は、ゲーム進行の内容を決定する（ステップＳ６：詳細は図７で後記）。
続いて、プレーヤ状態表示作成部１２４は、プレーヤの状態の表示を作成する（ステップＳ７：詳細は図８で後記）。

次に、ゲーム制御部１２２は、ゲーム進行内容決定部１２３が決定したゲーム進行の内容や、プレーヤ状態表示作成部１２４が作成したプレーヤの状態の表示に基づき、ゲーム制御を行う（ステップＳ８：詳細は図９で後記）。
続いて、ゲーム制御部１２２は、ゲームが終了したか否かを判定し（ステップＳ９）、終了していなければ（Ｎｏ）、ステップＳ２〜Ｓ８の処理が繰り返され、終了していれば（Ｙｅｓ）、処理を終了する。
なお、ステップＳ６，Ｓ７の処理は、必ずしも両方を実行する必要はなく、いずれか一方の処理のみを実行するようにしても良い。

次に、図６のステップＳ６の処理について説明する（適宜図４参照）。図７に示すように、ゲーム進行内容決定部１２３は、信号処理手段２１０からゲーム制御部１２２を介して受けた生体信号に基づき、プレーヤ３の前頭葉の血流量が所定値以上の割合で増加したか否かを判定する（ステップＳ６１）。ここでは、例えば、プレーヤ３の前頭葉の血流量が、平常時の値（ゲーム開始からそのときまでの最小値など）に比べて２割以上増加したか否かを判定する。

ステップＳ６１でＹｅｓの場合、すでに前頭葉はかなり活性化されている、つまり、プレーヤ３は充分に思考を行っている（プレーヤ３の思考にもう余裕があまりない）と推定できるので、ゲーム進行内容決定部１２３は、次のゲーム内容（プレーヤ３に与える課題）の難易度をそのままと決定し、処理を終了する。
一方、ステップＳ６１でＮｏの場合、まだ前頭葉はあまり活性化されていない、つまり、プレーヤ３の思考にまだ余裕があると推定できるので、ゲーム進行内容決定部１２３は、次のゲーム内容（プレーヤ３に与える課題）の難易度を上げると決定し、処理を終了する。

次に、図６のステップＳ７の処理について説明する（適宜図４参照）。図８に示すように、プレーヤ状態表示作成部１２４は、信号処理手段２１０からゲーム制御部１２２を介して受けた生体信号に基づき、心拍数の変化率に基づいてプレーヤの平静度を判定する（ステップＳ７１）。ここでは、心拍数が多くなればなるほど平静度が低くなると判定する。

次に、プレーヤ状態表示作成部１２４は、信号処理手段２１０からゲーム制御部１２２を介して受けた生体信号に基づき、心拍におけるＬＦ／ＨＦの値に基づいてリラックス度を判定する（ステップＳ７２）。ここでは、ＬＦ／ＨＦの値が高いほどリラックス度が低いと判定する。

続いて、プレーヤ状態表示作成部１２４は、判定した平静度とリラックス度に基づいて情動チャート表示を作成する（ステップＳ７３：詳細は図９で後記）。
その後、プレーヤ状態表示作成部１２４は、判定した平静度とリラックス度などの情報に基づいて擬似プレーヤ表示を作成し（ステップＳ７４：詳細は図９で後記）、処理を終了する。

（表示例）
次に、ゲーム機１の表示手段１４に表示される画面の例について説明する。ここでは、表計算ゲームを例にとって説明する。なお、表計算ゲームとは、二次元表における最上行の各数字と最左列の各数字とを左上の演算子（ここでは加法演算子（＋））を用いて演算し、その結果を該当する行と列の位置に書き込むゲームである。

図９（ａ）に示すように、ゲームの開始直後において、ゲーム機１の表示手段１４には、表計算ゲーム１４１と、そのゲーム自体の難易度を示すレベル１４２と、制限時間１４３と、残り時間１４４とが表示されている。

このゲームにおいて、図６のフローチャートのうち、ステップＳ７以外の処理が行われたとする。そして、図７のフローチャートに示すように、ステップＳ６１で前頭葉の血流量が所定値以上の割合で増加していない場合（Ｎｏ）、プレーヤの思考にまだ余裕があると推定できるので、ゲーム進行内容決定部１２３は、次のゲーム内容の難易度を上げると決定する。そうすると、次のゲームは、例えば、図９（ｂ）に示すように、表計算ゲーム１４１自体の難易度はレベル１のまま（レベル１４２参照）であるが、制限時間１４３が「３分」から「２分」に短縮される。その結果、ゲームの難易度が上がり、プレーヤは、より高度な思考（より速い思考）を求められ、そのゲームによってより大きな緊張感や達成感を得ることができるようになる。

また、ゲームの難易度を上げるには、制限時間１４３を短縮するのではなく、表計算ゲーム１４１自体の難易度を上げるようにしても良い。例えば、図９（ｃ）に示すように、表計算ゲーム１４１自体の難易度をレベル３（レベル１４２参照）に上げれば良い。図９（ｃ）の例では、表計算ゲーム１４１における最上行の各数字と最左列の各数字が図９（ａ）の場合に比べて大きくなっており、表計算ゲーム１４１自体の難易度が上がっている。これにより、プレーヤは、制限時間１４３が同じでも、より高度な思考を求められ、そのゲームによってより大きな緊張感や達成感を得ることができるようになる。

また、ステップＳ６１で前頭葉の血流量が所定値以上の割合で増加した場合（Ｙｅｓ）、プレーヤは充分に思考を行っている（プレーヤの思考にもう余裕があまりない）と推定できるので、ゲーム進行内容決定部１２３は、次のゲーム内容の難易度をそのままと決定する。そうすると、次のゲームにおいて、難易度は上がらず、プレーヤは、適度な緊張感や達成感を得ることができる。

また、図６のフローチャートのうち、ステップＳ７の処理も行われた場合、図９（ｄ）に示すように、ゲーム中に、情動チャート表示１４５と擬似プレーヤ表示１４６が画面の下部に表示される。これらの表示をするプレーヤ状態表示作成部１２４の動作プログラムは記憶手段１３に記憶されており、そのプレーヤ状態表示作成部１２４による具体的な表示処理の内容は次の通りである。

情動チャート表示１４５におけるポインタＰは、図８のステップＳ７１で判定された平静度に基づき、心拍数が平常時の値（ゲーム開始からそのときまでの最小値など）に近いほど「平静」に近く、心拍数が多いほど「ドキドキ」に近くなるように表示される。また、そのポインタＰは、図８のステップＳ７２で判定されたリラックス度に基づき、ＬＦ／ＨＦの値が小さいほど「リラックス」に近く、ＬＦ／ＨＦの値が大きいほど「イライラ」に近くなるように表示される。つまり、ポインタＰは、平静度とリラックス度の２つを表す位置に表示される。プレーヤは、この情動チャート表示１４５を見ることで、自分の平静度とリラックス度を把握することができ、より大きな興趣をもってゲームをすることができる。また、観覧者（ゲームを見ている他者）も、この情動チャート表示１４５を見ることで、プレーヤの状態を把握することができ、より大きな興趣をもってゲームを見ることができる。

また、擬似プレーヤ表示１４６では、生体光計測装置２から得られた生体信号に基づき、ロボットによる擬似プレーヤ表示によって、プレーヤの状態を表示する。具体的には、例えば、図８のステップＳ７１で判定された平静度が低いほど、ロボットの顔を赤くする。また、図８のステップＳ７２で判定されたリラックス度が低いほど、ロボットの顔をイライラした表情にする。また、前頭葉の血流量が多いほど、思考量が増えているので、ロボットの顔を大きく表示するようにしても良い。また、加速度検出手段２０７による検出信号に基づいて、プレーヤの頭部の動作（前後左右への揺れなど）を、ロボットの頭部の動作に反映しても良い。これにより、プレーヤや観覧者は、この擬似プレーヤ表示１４６を見ることで、プレーヤの状態を把握することができ、より大きな興趣をもつことができる。

（信号の補正）
次に、図１０、図１１を参照して、信号の補正について説明する。図１０は、脳の前頭前野部分を計測中に一瞬眉が動いたときの状態を示したものである。波形ａは、そのときの加速度検出手段２０７から得られた加速度の変化を示すグラフである。波形ｂは、信号処理手段２１０の出力値で眉の動きによって影響を受け偽信号を含んだ（つまり、補正前の）ヘモグロビン量の変化を示すグラフである。波形ｃは、信号処理手段２１０によって偽信号を除去した補正後のヘモグロビン量の変化を示すグラフである。グラフの横軸はいずれも時間（時刻）で、同座標位置は同じ時間（時刻）を示している。

眉がぴくっと一瞬動くとき、加速度は急峻な変化となって現れる（波形ａの変化部分参照）。また、この変化に同期してヘモグロビン量の変化に大きな波形の変化が見られる（波形ｂの変化部分参照）。ところで、実際のヘモグロビン量の変化は数秒から数十秒という比較的ゆっくりした周期で現れるのに対し、眉が動いた場合の加速度変化は１秒以内の変化である。よって、このとき波形ｂに現れたような偽信号は本来の脳活動信号ではないため取り除くことが望ましい。

したがって、このとき信号処理手段２１０は急峻な加速度の立ち上がりを検知した際、そのときのヘモグロビン量を記憶し、記憶した値を出力し続け、加速度がゼロに戻った時点でこのときのヘモグロビン量の値に出力を切り替えるという制御を行えば良い。このような処理をすることにより、波形ｃに示すような偽信号のないヘモグロビン量の変化のグラフを得ることができる。

なお、補正の仕方として、リアルタイムで表示する必要がない場合など処理時間に余裕がある場合は、急峻な加速度を検出した瞬間のヘモグロビンの量を記憶し、加速度がゼロに戻ったときのヘモグロビンの量で平均的に補間することも可能である。また、加速度の状態に応じて制御を開始する加速度強度や加速度ゼロを判定するレベルを変えることで、補正の効果を変えられることは言うまでもない。

また、この信号の補正を行う場合、生体光計測装置２に加速度が生じた場合の生体信号の変化に関する変化情報を信号処理手段２１０の記憶部（不図示）に記憶しておき、当該補正時にその変化情報を使用すれば良い。

次に、図１１は、頭部を大きく動かした際のヘモグロビン量の変化を示すグラフである。生体光計測装置２は、プレーヤの頭部に装着されるため、プレーヤが首を縦横に大きく振った場合などに、大きくずれることがあり、そのときに図１１に示すように大きな偽信号が発生する。グラフ中の点線は偽信号が発生しない場合の予想軌跡であり、加速度がなくなっても生体光計測装置２の位置ずれなどにより、ヘモグロビン量が加速度発生の瞬間の値に戻らない場合もある。このような現象を回避するために、信号処理手段２１０におけるヘモグロビンのずれを補正する機能が有効となる。

ここで、信号処理手段２１０は、一定以上の強さの加速度が発生した時刻t0での光検出信号から求まるヘモグロビン量と、加速度がゼロに近づき平常状態に戻ったと判断した時刻t1での光検出信号から求まるヘモグロビン量の差（Ｌ）をオフセットとして保持する。そして、時刻t1以降は、このオフセットを考慮してヘモグロビン量を算出することにより、計算の精度を上げることができる。なお、オフセットとして保持するのは、ヘモグロビン量の差でなくても、光検出信号の差やその他の量の差であっても良い。

このように、本実施形態のゲームシステム１０００によれば、生体光計測装置２における信号処理手段２１０は、光検出器２０４と光検出器２０４１で検出した反射光に基づいて、プレーヤ３の脳血流と頭皮血流との一方あるいは両方の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を生成し、その生成した情報を生体信号としてゲーム機１に送信することができる。

また、信号処理手段２１０は、生体信号として、例えば、プレーヤ３の血流の時間的変化から、脳の前頭葉の賦活度、心拍数の変化、および、心拍におけるＬＦ／ＨＦの値のうち少なくとも１つを生成することができる。

また、信号処理手段２１０は、加速度検出手段２０７からの加速度信号を用いて、生体信号の値を補正することができる。

なお、本実施形態において、信号処理手段２１０は、生体光計測装置２に備えられているものとしたが、ゲーム機１に備えられていても良い。
その場合、ゲーム機１におけるゲーム制御部１２２は、生体光計測装置２から受け付けたデジタル信号（Ａ／Ｄ２０６、Ａ／Ｄ２０６１、Ａ／Ｄ２０９が出力する信号）に基づいて、プレーヤ３の脳血流と頭皮血流との一方あるいは両方の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を生成し、その生成した情報を用いて、ゲーム進行の内容の決定、および、プレーヤ３の状態の表示手段への表示、の少なくとも１つを行いながら、ゲーム制御を行うことができる。

また、ゲーム制御部１２２は、プレーヤ３の脳血流の時間的変化から、脳の前頭葉の賦活度が所定値を超えていないと判定した場合、ゲーム進行の内容を決定するとき、その後のゲームの難易度を上げる処理を行うことができる。これにより、プレーヤ３は、適度な緊張感や達成感を得ることができるゲームを行うことができる。

以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、左脳と右脳の脳血流を別々に計測して、左脳の脳血流に基づいて論理的思考に関する指標値を算出し、右脳の脳血流に基づいて図形や音楽の認識に関する指標値を算出するなどして、それらをゲーム進行の内容や表示に反映しても良い。また、前頭葉以外の他の部位を計測しても良いのは言うまでもない。

また、プレーヤの状態の表示は、情動チャート表示１４５や擬似プレーヤ表示１４６以外に、脳血流量、心拍数、ＬＦ／ＨＦの値などの数値やグラフなどを直接表示したり、あるいは、それらの数値を情動チャート表示１４５や擬似プレーヤ表示１４６とは別の加工をして表示したりするなどしても良い。

また、生体光計測装置２をプレーヤ３の頭部に固定する方法は、生体光計測装置２をサンバイザー（日よけ用の帽子）の形状にする方法、ゴムやベルトを使用する方法など、いかなる方法であっても良い。
また、本実施形態では、光検出器が２つの場合について説明したが、光検出器が１つであっても、本発明は実現可能である。
その他、具体的な構成や処理について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１ ゲーム機
２ 生体光計測装置
１１ 入力手段
１２ 制御手段
１３ 記憶手段
１４ 表示手段
３ プレーヤ
２０１ 照射光制御手段
２０３ 光照射器
２０４，２０４１ 光検出器
２０７ 加速度検出手段
２１０ 信号処理手段
１０００ ゲームシステム

Claims (7)

1. ゲーム機のプレーヤの頭部に取り付けられ、前記ゲーム機においてゲーム進行の内容の決定および前記プレーヤの身体または心理の状態の表示の少なくとも１つを行うために使用されるプレーヤの身体に関する生体信号を生成する生体光計測装置であって、
   前記プレーヤの頭部に光を照射する光照射器と、
   前記照射された光の前記頭部における反射光を検出する光検出器と、
   前記検出した反射光に基づいて、前記プレーヤの脳血流と頭皮血流との一方あるいは両方の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を生成し、前記生成した情報を前記生体信号として前記ゲーム機に送信する信号処理手段と、
   を備えることを特徴とする生体光計測装置。
2. 前記信号処理手段は、
   前記脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報として、脳の前頭葉の賦活度、心拍数の変化、および、心拍におけるＬＦ(Low Frequency)／ＨＦ(High Frequency)の値のうち少なくとも１つを生成し、前記生成した情報を前記生体信号として前記ゲーム機に送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
3. 前記生体光計測装置に生じた加速度に応じた加速度信号を出力する加速度検出手段と、
   前記生体光計測装置に加速度が生じた場合の生体信号の変化に関する変化情報を記憶する記憶部と、をさらに備え、
   前記信号処理手段は、前記加速度信号を用いて、前記記憶部に記憶された変化情報を参照して、前記生体信号の値を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
4. プレーヤによって操作されるゲーム機と、前記ゲーム機と接続され、前記ゲーム機のプレーヤの頭部に取り付けられる生体光計測装置と、を備えるゲームシステムであって、
   前記生体光計測装置は、
   前記プレーヤの頭部に光を照射する光照射器と、
   前記照射された光の前記頭部における反射光を検出する光検出器と、
   前記検出した反射光の情報をデジタル信号に変換する変換器と、を有し、
   前記ゲーム機は、
   ゲーム画面の表示を行う表示手段と、
   前記変換したデジタル信号の入力を受け付け、前記受け付けたデジタル信号に基づいて、前記プレーヤの脳血流と頭皮血流との一方あるいは両方の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を生成し、前記生成した情報を用いて、ゲーム進行の内容の決定、および、前記プレーヤの身体または心理の状態の前記表示手段への表示、の少なくとも１つを行いながら、ゲーム制御を行うゲーム制御部と、を有する
   ことを特徴とするゲームシステム。
5. 前記ゲーム制御部は、
   前記脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報として、脳の前頭葉の賦活度、心拍数の変化、および、心拍におけるＬＦ(Low Frequency)／ＨＦ(High Frequency)の値のうち少なくとも１つを生成する
   ことを特徴とする請求項４に記載のゲームシステム。
6. 前記ゲーム制御部は、
   前記プレーヤの脳血流の時間的変化から、前記プレーヤの脳の前頭葉の賦活度を算出し、当該賦活度が所定値を超えていないと判定した場合、ゲーム進行の内容を決定するとき、その後のゲームの難易度を変える処理を行う
   ことを特徴とする請求項４に記載のゲームシステム。
7. ゲーム機のプレーヤの頭部に取り付けられ、前記ゲーム機においてゲーム進行の内容の決定および前記プレーヤの身体または心理の状態の表示の少なくとも１つを行うために使用されるプレーヤの身体に関する生体信号を発生する生体光計測装置による生体信号発生方法であって、
   前記生体光計測装置は、光照射器と、光検出器と、信号処理手段と、を備えており、
   前記光照射器が、光を発生し、
   前記光検出器が、前記発生した光の前記頭部における反射光を検出し、
   前記信号処理手段が、前記検出した反射光に基づいて、前記プレーヤの脳血流と頭皮血流との一方あるいは両方の時間的変化から脳および心臓の少なくとも１つの状態の情報を生成し、前記生成した情報を前記生体信号として前記ゲーム機に送信する
   ことを特徴とする生体信号発生方法。