JP2011078705A - Organism fatigue evaluation device - Google Patents

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Kotoko Kanai
江都子 金井
Shozo Funakura
正三 船倉
Yasuyoshi Watanabe
恭良 渡辺
Masaaki Tanaka
雅彰 田中
Yoshihito Shigihara
良仁 鴫原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that there is not developed any objective technique yet for evaluating accumulated fatigue by a simpler and physical method that is noninvasive, easy and not required to collect specimens. <P>SOLUTION: The device includes a biosignal measuring part 101 to measure a biosignal from a measured subject, a feature quantity extracting part 102 to extract the quantity of visual sight stimulation related features from the biosignal measured by the biosignal measuring part 101, and a fatigue evaluation part 103 to evaluate whether there is left any accumulated fatigue in the subject based on the feature quantity extracted by the feature quantity extracting part 102, wherein the fatigue evaluation part 103 evaluates whether there is any accumulated fatigue left in the subject based on the feature quantity detected during or after the prescribed amount of operations done by the subject, so that an objective evaluation is possible about his/her usual accumulated fatigue by the method without being required to collect specimens. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明はヒトの疲労状態を評価する生体疲労評価装置、その方法に関するものである。   The present invention relates to a biological fatigue evaluation apparatus and method for evaluating a human fatigue state.

近年、車や職域などの分野において、交通事故死、或いは過労死を予防するべく、専門家などにより、ヒトの疲労を客観的に評価することの重要性が唱えられている。この際、従来のような実験室における疲労評価ではなく、実用面でリアルタイムに評価をすることが重要となるが、従来の方法は、非侵襲さ、無拘束さ、また簡易さに乏しい評価方法であった。   In recent years, the importance of objectively evaluating human fatigue has been advocated by specialists and the like in the fields of cars and occupations in order to prevent death from traffic accidents or death from overwork. At this time, it is important to evaluate in real time in practice, not the conventional fatigue evaluation in the laboratory, but the conventional method is an evaluation method that is non-invasive, unconstrained, and poor in simplicity. Met.

そこで、実用面での使用を目指した生体疲労評価装置として、ヒトの脈波信号から得られる特徴量と疲労との関係性を明らかにし、脈波から疲労を評価する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図12(a)および図12(b)は、特許文献1に記載された従来の生体疲労評価装置の構成を示すブロック図である。以下、特許文献1に記載された装置について図12(a)および図12(b)を用いて説明する。   Therefore, as a biological fatigue assessment device aimed at practical use, a method for evaluating fatigue from pulse waves has been proposed by clarifying the relationship between the feature value obtained from human pulse wave signals and fatigue ( For example, see Patent Document 1). FIG. 12A and FIG. 12B are block diagrams showing the configuration of a conventional biological fatigue evaluation apparatus described in Patent Document 1. FIG. The apparatus described in Patent Document 1 will be described below with reference to FIGS. 12 (a) and 12 (b).

脈波計測部1201で脈波信号を計測すると、加速度脈波算出(計算)部1202で加速度脈波に変換し、加速度脈波の波形成分を抽出して第1波(a波)から第5波(e波)までの波高を計算する。次に、評価部1204で、記憶部1203に記憶された加速度脈波の波高の基準値に対し新たに計算された波高が小さい場合、疲労していると評価する。特許文献1では、加速度脈波の波形成分の中でも特にa波に注目し、a波波高の低下と疲労との関係性をデータで示している。また、図12(b)に示すように、脈波計測部1205で脈波信号を計測し、加速度脈波計算部1206で加速度脈波に変換した後、カオス解析部1208で加速度脈波をカオス解析して最大リアプノフ指数を計算することも開示している。この際、評価部1209で、記憶部1207に記憶された最大リアプノフ指数の基準値に対し新たに計算された最大リアプノフ指数が小さい場合、疲労していると評価する。   When the pulse wave signal is measured by the pulse wave measurement unit 1201, the acceleration pulse wave calculation (calculation) unit 1202 converts the pulse wave signal into an acceleration pulse wave, extracts the waveform component of the acceleration pulse wave, and extracts the first wave (a wave) to the fifth wave. The wave height up to the wave (e wave) is calculated. Next, when the newly calculated wave height is smaller than the reference value of the pulse height of the acceleration pulse wave stored in the storage unit 1203, the evaluation unit 1204 evaluates that the user is tired. In Patent Document 1, attention is particularly paid to the a wave among the waveform components of the acceleration pulse wave, and the relationship between the decrease of the a wave wave height and the fatigue is shown as data. 12B, the pulse wave signal is measured by the pulse wave measuring unit 1205, converted into an acceleration pulse wave by the acceleration pulse wave calculating unit 1206, and then the acceleration pulse wave is chaotic by the chaos analyzing unit 1208. It also discloses analyzing and calculating the maximum Lyapunov exponent. At this time, when the maximum Lyapunov exponent newly calculated with respect to the reference value of the maximum Lyapunov exponent stored in the storage unit 1207 is small, the evaluation unit 1209 evaluates fatigue.

また、脳活動を評価するにあたって時間分解能および空間分解能ともに優れているとされている脳磁図に着目し、実際の車両内において、ドライバの脳磁図を計測し、脳磁図の変化から覚醒度や集中度を評価する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。図13は、特許文献2に記載された従来の車両内生体状態監視および制御システムの構成を示すブロック図である。以下、特許文献2に記載されたシステムについて図13を用いて説明する。   Focusing on the magnetoencephalogram, which is considered to be superior in both time resolution and spatial resolution in evaluating brain activity, the driver's magnetoencephalogram is measured in an actual vehicle, and the arousal level and concentration are determined from the change in the magnetoencephalogram. A method for evaluating the degree has also been proposed (see, for example, Patent Document 2). FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a conventional in-vehicle biological state monitoring and control system described in Patent Document 2. As shown in FIG. Hereinafter, the system described in Patent Document 2 will be described with reference to FIG.

脳活動検出装置15で運転者11の脳磁図を検出すると、記憶装置18に記憶されている参考データと脳磁図から運転者11の2つ以上の身体状態を演算装置17により判定する。判定された身体状態が運転に適さない場合には、賦活装置19により運転者11の賦活化を行う。具体的な賦活方法としては、酸素供給機20から高濃度酸素を運転者11に付与する方法を採用している。   When the brain activity detection device 15 detects the magnetoencephalogram of the driver 11, the arithmetic device 17 determines two or more physical states of the driver 11 from the reference data and the magnetoencephalogram stored in the storage device 18. When the determined body condition is not suitable for driving, the driver 11 is activated by the activation device 19. As a specific activation method, a method of applying high concentration oxygen from the oxygen supply machine 20 to the driver 11 is adopted.

また、未だ開拓されていなかった日常生活における蓄積疲労の客観評価については、昨今、ヒトの唾液中に分泌されるウィルス量を分析するという生化学的な方法が発表されている(例えば、特許文献3および特許文献4参照)。特許文献3および特許文献4は、具体的な評価方法として、唾液中のヘルペスウィルス6型または7型の分泌量の増減に基づいて蓄積疲労を評価することを提案している。   In addition, for objective assessment of accumulated fatigue in daily life that has not yet been pioneered, a biochemical method for analyzing the amount of virus secreted in human saliva has recently been published (for example, patent literature). 3 and Patent Document 4). Patent Document 3 and Patent Document 4 propose as a specific evaluation method that the accumulated fatigue is evaluated based on the increase or decrease in the amount of secretion of herpesvirus 6 or 7 in saliva.

特許第3790266号公報Japanese Patent No. 3790266 特開2008−6007号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2008-6007 特許第4218842号公報Japanese Patent No. 4218842 特開2007−330263号公報JP 2007-330263 A

田中博昭、他2名,「臨床現場と開発する脳磁計解析技術」,生体医工学,2009年4月,47巻,2号,p.125−130Hiroaki Tanaka and two others, “Clinical field and developed magnetoencephalographic analysis technology”, Biomedical Engineering, April 2009, 47, 2, p. 125-130

しかしながら、従来の特許文献1および特許文献2における構成は、ユーザーの比較的短時間(数時間程度)における急性的な状態変化を評価対象としており、実際の日常生活で蓄積した亜急性的な蓄積疲労(1週間〜1ヶ月程度継続する疲労)を評価する用途として使用するのは難しかった。そこで、過労や事故などを未然に防ぐことのできる、日常生活における蓄積疲労を評価する技術が求められていた。   However, the conventional configurations in Patent Document 1 and Patent Document 2 are intended for evaluation of acute changes in the user's relatively short time (several hours), and the subacute accumulation accumulated in actual daily life. It was difficult to use as an application for evaluating fatigue (fatigue lasting for about one week to one month). Therefore, a technique for evaluating accumulated fatigue in daily life that can prevent overwork and accidents has been required.

一方、日常生活における蓄積疲労を客観評価する方法として、特許文献3および特許文献4における方法が提案されたものの、これらは生化学的な方法を用いた蓄積疲労の客観評価技術であり、対象となるヒトの検体採取を必要とし、評価に手間のかかる方法であった。検体採取を必要としないより手軽な方法による蓄積疲労の客観評価技術は未だ開拓されてはいなかった。   On the other hand, although methods in Patent Literature 3 and Patent Literature 4 have been proposed as methods for objectively evaluating accumulated fatigue in daily life, these are objective assessment techniques for accumulated fatigue using biochemical methods. Therefore, it was a time-consuming method for evaluation. The objective assessment technique of accumulated fatigue by a simpler method that does not require sample collection has not been developed yet.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、検体採取を必要とせずに蓄積疲労を客観評価する生体疲労評価装置、またはその方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a biological fatigue evaluation apparatus or method for objectively evaluating accumulated fatigue without requiring sample collection.

上記従来の課題を解決するために、本発明の生体疲労評価装置は、対象者の生体信号を計測する生体信号計測部と、計測された生体信号から視覚刺激に関連する特徴量を抽出する特徴量抽出部と、抽出された特徴量に基づいて対象者における蓄積疲労の有無を評価する疲労評価部とを備える。生体信号計測部は、対象者が精神疲労負荷となる作業を実行した後に、生体信号を計測して、蓄積疲労の有無を評価する。   In order to solve the above conventional problems, the biological fatigue evaluation apparatus of the present invention is characterized in that a biological signal measuring unit that measures a biological signal of a subject and a feature amount that is related to a visual stimulus are extracted from the measured biological signal. A quantity extraction unit; and a fatigue evaluation unit that evaluates the presence or absence of accumulated fatigue in the subject based on the extracted feature quantity. The biological signal measuring unit measures the biological signal and evaluates the presence or absence of accumulated fatigue after the subject performs an operation that becomes a mental fatigue load.

本構成によって、検体採取を必要としない方法により日常的に蓄積する疲労を客観評価することのできる生体疲労評価装置を提供することができる。   With this configuration, it is possible to provide a biological fatigue evaluation apparatus that can objectively evaluate fatigue accumulated on a daily basis by a method that does not require sample collection.

また、本発明の生体疲労評価装置は、生体信号として、脳機能を示す電気信号または磁気信号を計測し、特徴量抽出部が、前記生体信号から視覚刺激により誘発された事象関連信号を抽出し、疲労評価部が、前記事象関連信号の強度に基づいて蓄積疲労の有無を評価する構成であってもよい。   The biological fatigue evaluation apparatus of the present invention measures an electrical signal or a magnetic signal indicating a brain function as a biological signal, and the feature amount extraction unit extracts an event-related signal induced by a visual stimulus from the biological signal. The fatigue evaluation unit may evaluate the presence or absence of accumulated fatigue based on the intensity of the event-related signal.

本構成によって、脳磁図や脳波などの検体採取を必要としない方法により、生体信号計測部と生体を接触させるだけで手軽に日常的に蓄積する疲労を客観評価することのできる生体疲労評価装置を提供することができる。   With this configuration, a biological fatigue assessment device that can objectively evaluate fatigue accumulated on a daily basis simply by bringing the biological signal measurement unit into contact with the living body by a method that does not require sample collection such as magnetoencephalogram or electroencephalogram. Can be provided.

また、本発明の生体疲労評価装置は、特徴量抽出部が、対象者が実行する作業が脳内におけるワーキングメモリを使う作業である場合に、視覚刺激後100msec以上経過した所定時間区間における事象関連信号を特徴量として抽出し、疲労評価部が、事象関連信号の所定時間区間における平均強度が予め設定された閾値を超えた場合に蓄積疲労が存在すると評価する構成であってもよい。   Further, in the biological fatigue assessment device of the present invention, when the feature amount extraction unit is a task that uses a working memory in the brain, the feature amount extraction unit is related to an event in a predetermined time interval after 100 msec or more after visual stimulation. The signal may be extracted as a feature amount, and the fatigue evaluation unit may evaluate that accumulated fatigue exists when the average intensity of the event-related signal in a predetermined time interval exceeds a preset threshold.

本構成によって、困難な作業をしている対象者の作業後或いは作業の合間に日常的に蓄積する疲労を非侵襲的で簡易に客観評価することのできる生体疲労評価装置を提供することができる。これにより、事業主や管理者において、労働者のパフォーマンスを客観的に把握して経営に役立てることが可能になるとともに、労働者においても、自己の日常的な疲労の蓄積度合いを把握することができ、健康管理に役立てることが可能となる。   With this configuration, it is possible to provide a living body fatigue evaluation apparatus that can easily and objectively evaluate the fatigue that accumulates on a daily basis after the work of a subject who is performing difficult work or between work. . As a result, business owners and managers can objectively understand the performance of workers and use it for management, and workers can also grasp the degree of their daily fatigue accumulation. Can be used for health management.

また、本発明の生体疲労評価装置は、特徴量抽出部が、前記対象者が実行する作業が脳内におけるワーキングメモリを使わない作業である場合に、視覚刺激直後から視覚刺激後145msec経過するより前までの所定時間区間における事象関連信号を特徴量として抽出し、疲労評価部が、事象関連信号の所定時間区間における平均強度が予め設定された閾値を超えた場合に蓄積疲労が存在すると評価する構成であってもよい。   Further, in the biological fatigue assessment device of the present invention, when the work performed by the subject is a work that does not use a working memory in the brain, 145 msec after the visual stimulus elapses from immediately after the visual stimulus. The event-related signal in the predetermined time interval until the previous time is extracted as a feature amount, and the fatigue evaluation unit evaluates that accumulated fatigue exists when the average intensity of the event-related signal in the predetermined time interval exceeds a preset threshold value It may be a configuration.

本構成によって、単調な作業をしている労働者の作業後或いは作業の合間に日常的に蓄積する疲労を非侵襲的で簡易に客観評価することのできる生体疲労評価装置を提供することができる。これにより、事業主や管理者において、労働者のパフォーマンスを客観的に把握して経営に役立てることが可能になるとともに、労働者においても、自己の日常的な疲労の蓄積度合いを把握することができ、健康管理に役立てることが可能となる。   With this configuration, it is possible to provide a living body fatigue evaluation apparatus that can easily and objectively evaluate the fatigue that accumulates on a daily basis after the work of a worker who performs monotonous work or between work. . As a result, business owners and managers can objectively understand the performance of workers and use it for management, and workers can also grasp the degree of their daily fatigue accumulation. Can be used for health management.

また本発明の生体疲労評価装置は、対象者に対し視覚刺激を与える刺激出力部をさらに備え、特徴量抽出部が、生体信号から、刺激出力部による視覚刺激に関連する特徴量を抽出する構成であってもよい。   The biological fatigue evaluation apparatus of the present invention further includes a stimulus output unit that gives a visual stimulus to the subject, and the feature amount extraction unit extracts a feature amount related to the visual stimulus by the stimulus output unit from the biological signal. It may be.

本構成によって、労働者の作業中或いは作業後に視覚刺激を自動的に与えることが可能となり、より手軽な生体疲労評価装置を提供することができる。   With this configuration, it is possible to automatically give a visual stimulus during or after a worker's work, and a more convenient biological fatigue evaluation apparatus can be provided.

また、本発明の生体疲労評価装置は、刺激出力部が、δ波帯域、またはβ波帯域の周波数をもつ点滅光を出力する構成であってもよい。   In the biological fatigue assessment apparatus of the present invention, the stimulus output unit may output blinking light having a frequency in the δ wave band or the β wave band.

本構成によって、対象者に対して適当な視覚刺激を自動的に与えることが可能となり、日常的に蓄積する疲労の客観評価をより精度よく実現することができる。   With this configuration, an appropriate visual stimulus can be automatically given to the subject, and objective assessment of fatigue accumulated on a daily basis can be realized with higher accuracy.

また、本発明の生体疲労評価装置は、対象者に対し、脳内におけるワーキングメモリを使う作業、または脳内におけるワーキングメモリを使わない作業を実行させる作業実行部をさらに備え、生体信号計測部が、作業実行部により作業が実行された後に、対象者の生体信号を計測する構成であってもよい。   The biological fatigue assessment apparatus of the present invention further includes a work execution unit that causes the subject to perform a work that uses a working memory in the brain or a work that does not use a working memory in the brain. The configuration may be such that the biological signal of the subject is measured after the work is executed by the work execution unit.

本構成によって、対象者に対して自動的に困難な作業或いは単調な作業を実行することが可能となり、医療や健診の現場においても検査機器として手軽に導入しやすく、疾患の1次スクリーニングを目的とした検査、或いは病後の経過における定期的な検査等に応用することが可能となる。   With this configuration, it becomes possible to automatically perform difficult tasks or monotonous tasks for the target person, and can be easily introduced as a testing device even in the medical or medical check-up, and can be used for primary screening of diseases. It can be applied to the intended test or a regular test in the course after the disease.

また、本発明の生体疲労評価装置は、疲労評価部により評価された結果に基づいて、外部機器を制御する機器制御部をさらに備える構成であってもよい。   Moreover, the structure which further includes the apparatus control part which controls an external apparatus based on the result evaluated by the fatigue evaluation part may be sufficient as the biological fatigue evaluation apparatus of this invention.

本構成によって、対象者に日常的に蓄積する疲労の評価結果を提示、或いは評価結果に基づいたケアを自動で行うことが可能となる。   With this configuration, it is possible to present the evaluation result of fatigue that is routinely accumulated in the subject, or to automatically perform care based on the evaluation result.

また、本発明の生体疲労評価装置は、疲労評価部により評価された結果を記憶する記憶部をさらに備える構成であってもよい。   Moreover, the structure which further includes the memory | storage part which memorize | stores the result evaluated by the fatigue evaluation part may be sufficient as the biological fatigue evaluation apparatus of this invention.

本構成によって、対象者の日常的に蓄積する疲労の評価結果を長期的に記録することが可能となる。   With this configuration, it is possible to record the evaluation results of fatigue accumulated on a daily basis by the subject over a long period of time.

また、上記課題を解決するために、本発明の生体疲労評価方法は、対象者の生体信号を計測する生体信号計測ステップと、計測された生体信号から視覚刺激に関連する特徴量を抽出する特徴量抽出ステップと、抽出された特徴量に基づいて対象者における蓄積疲労の有無を評価する疲労評価ステップとを含む。生体信号計測ステップでは、前記対象者が所定の作業を行った後に、前記生体信号を計測する。   In order to solve the above-described problem, the biological fatigue evaluation method of the present invention includes a biological signal measuring step for measuring a biological signal of a subject, and a feature for extracting a feature amount related to a visual stimulus from the measured biological signal. A quantity extraction step, and a fatigue evaluation step for evaluating the presence or absence of accumulated fatigue in the subject based on the extracted feature quantity. In the biological signal measurement step, the biological signal is measured after the subject performs a predetermined work.

本構成によって、検体採取を必要としない方法により日常的に蓄積する疲労を客観評価することができる。   With this configuration, it is possible to objectively evaluate fatigue accumulated on a daily basis by a method that does not require specimen collection.

本発明の生体疲労評価装置によれば、検体採取をせずに、日常的に蓄積する疲労を客観評価することのできる生体疲労評価装置を提供することができる。   According to the biological fatigue evaluation apparatus of the present invention, it is possible to provide a biological fatigue evaluation apparatus that can objectively evaluate daily accumulated fatigue without collecting a specimen.

本発明の実施の形態1における生体疲労評価装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the biological fatigue evaluation apparatus in Embodiment 1 of this invention. ユーザーが実施している作業が困難な作業の場合の、実施の形態1における生体疲労評価装置の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the biological fatigue evaluation apparatus in Embodiment 1 in the case of the operation | work which the user is implementing difficult. ユーザーが実施している作業が単調な作業の場合の、実施の形態1における生体疲労評価装置の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the biological fatigue evaluation apparatus in Embodiment 1 in case the operation | work which the user is implementing is a monotonous operation. 本発明の実施の形態2の生体疲労評価装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the biological fatigue evaluation apparatus of Embodiment 2 of this invention. 作業実行部により実行される作業プログラムが、困難な作業を強いる困難作業プログラムである場合の、本発明の実施の形態2の生体疲労評価装置における処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in the biological fatigue evaluation apparatus of Embodiment 2 of this invention when the work program run by the work execution part is a difficult work program which forces a difficult work. 作業実行部により実行される作業プログラムが、単調な作業を強いる単調作業プログラムである場合の、本発明の実施の形態2の生体疲労評価装置における処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in the biological fatigue evaluation apparatus of Embodiment 2 of this invention when the work program run by the work execution part is a monotonous work program which forces a monotonous work. 精神疲労負荷前後のATMTの成績変化を示すグラフである。It is a graph which shows the results change of ATMT before and after mental fatigue load. (a)で、精神疲労負荷前後の主観申告スコアを、(b)で、試験終了時に記録したN−backテスト遂行時の主観申告スコアを各々示す図である。(A) is a figure which shows the subjective report score before and behind mental fatigue load, and (b) shows the subjective report score at the time of N-back test recorded at the end of a test, respectively. 課題実施前後におけるVEFの反応強度とChalder’s fatigue scaleスコアの相関図である。It is a correlation diagram of the reaction intensity | strength of VEF before and after implementation of a task, and a Chalder's fatigue scale score. 課題実施前後におけるVEFの反応強度とChalder’s fatigue scaleスコアの相関図である。It is a correlation diagram of the reaction intensity | strength of VEF before and after implementation of a task, and a Chalder's fatigue scale score. 課題実施前後におけるVEFの反応強度とChalder’s fatigue scaleスコアの相関図である。It is a correlation diagram of the reaction intensity | strength of VEF before and after implementation of a task, and a Chalder's fatigue scale score. (a)で、従来の生体疲労評価装置の構成を、(b)で、従来の生体疲労評価装置の構成を各々示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional biological fatigue evaluation apparatus by (a), respectively, and the structure of the conventional biological fatigue evaluation apparatus by (b). 従来の車両内生体状態監視および制御システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional in-vehicle biological condition monitoring and control system.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における生体疲労評価装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の実施の形態1における生体疲労評価装置は、生体信号を計測する生体信号計測部101と、生体信号から特徴量を抽出する特徴量抽出部102と、特徴量に基づいて蓄積疲労を評価する疲労評価部103と、ユーザーに対して刺激を出力する刺激出力部104と、疲労評価結果に基づいて機器を制御する機器制御部105とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the biological fatigue evaluation apparatus in Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the biological fatigue evaluation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention includes a biological signal measurement unit 101 that measures a biological signal, a feature amount extraction unit 102 that extracts a feature amount from the biological signal, and a feature amount. Are provided with a fatigue evaluation unit 103 that evaluates accumulated fatigue, a stimulus output unit 104 that outputs a stimulus to the user, and a device control unit 105 that controls the device based on the fatigue evaluation result.

生体信号計測部101は、例えば脳波や脳磁図のような脳機能を計測する生体センサである。脳波のような生体電気量を取得する場合は、生体皮膚表面に複数の電極を装着し、電気信号として体外に導出する方法が代表的である。脳磁図のような生体磁気量を取得する場合は、微弱な磁束密度を計測するため、フラックスゲート形磁束計またはさらに高感度のSQUID(Superconducting Quantum Interference Device(超電動量子干渉素子))磁束計が用いられる。本発明の実施の形態1における生体疲労評価装置では、生体信号計測部101で脳磁図を計測する場合について、以下に説明する。   The biological signal measuring unit 101 is a biological sensor that measures a brain function such as an electroencephalogram or a magnetoencephalogram. When acquiring the amount of bioelectricity such as an electroencephalogram, a typical method is to attach a plurality of electrodes to the surface of the living body and derive it as an electrical signal outside the body. When acquiring a biomagnetism quantity such as a magnetoencephalogram, a fluxgate magnetometer or a more sensitive SQUID (Superducting Quantum Interference Device) magnetometer is used to measure a weak magnetic flux density. Used. In the biological fatigue evaluation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, a case where a magnetoencephalogram is measured by the biological signal measurement unit 101 will be described below.

脳磁図とは、大脳皮質に存在する錐体細胞の興奮性シナプス後電位に伴って流れる電流が周囲に発生する微弱な磁場である。脳磁図を計測することで、従来の脳波計やfMRI(functional Magnetic Resonance Imaging (機能的磁気共鳴画像))などの装置と同様に、脳の機能を非侵襲的に観察することができる。脳磁図計測装置の最大の特長は、ミリ秒単位の高い時間分解能とミリメートル単位の高い空間分解能を併せ持っている点にあり、近年、医学分野を中心に急速に普及が進みつつある。現状普及している脳磁図計測装置は脳波計などに比べ、液体ヘリウムや液体窒素による冷却が必要なSQUID磁束計を用いるなど、大掛かりなものが多いが、最近では、常温で計測可能な高感度薄膜磁界センサも開発されつつあり、技術の進歩により、脳磁図が日常の1シーンで計測可能となる世界もそう遠くはない。   A magnetoencephalogram is a weak magnetic field in which a current that flows along with the excitatory post-synaptic potential of pyramidal cells present in the cerebral cortex is generated. By measuring the magnetoencephalogram, the function of the brain can be observed non-invasively as in the case of a device such as a conventional electroencephalograph or fMRI (Functional Magnetic Resonance Imaging). The greatest feature of the magnetoencephalogram measuring apparatus is that it has both a high temporal resolution in milliseconds and a high spatial resolution in millimeters. In recent years, it has been rapidly spreading mainly in the medical field. There are many large-scale magnetoencephalography measuring devices that are currently in widespread use, such as SQUID magnetometers that require cooling with liquid helium or liquid nitrogen. Thin-film magnetic field sensors are also being developed, and the world in which magnetoencephalograms can be measured in an everyday scene is not far away due to technological advances.

脳磁図計測装置から得られた信号の表現方法として現在よく用いられているのは、等価電流双極子法(Equivalent Current Dipole(ECD))と空間フィルタ法である。前者は、信号源として単一の電流双極子を仮定して順問題と測定磁場とのフィッテングの繰り返しにより推定を行う手法である。座標変換行列を用いて、結果をMRIなどの解剖画像の上に重ね合わせることによる位置精度の高い脳機能マッピングや、脳活動の定量的な評価として臨床に最も多く応用されている。しかし、この手法は、双極子の個数を予め設定する必要性があるなど、人的な介在も多く解析に時間がかかり、客観性に欠ける場合があった。一方、後者の手法は、先述したような磁場パターンや信号源の個数を意識せずに解析できる手法として最近注目されており、脳内に設定されたボクセルの脳活動を各センサで測定された信号の重み付き線形結合によって表す手法である。空間フィルタ法はさらにNon−adaptiveとAdaptiveに分けられるが、これは、信号源の時間変化の情報を取り入れるか(Adaptive)、入れないか(Non−adaptive)ということになる。近傍した信号源の分離を特に必要としない場合は、Non−adaptiveな手法を選択すればよく、その中でも、最近Tanakaら(非特許文献1参照)により開発されたsLORETA−qm(standardized low resolution electromagnetic tomography modified for a quantifiable method)という手法が広く普及しつつある。sLORETA−qm法は、空間フィルタの解析結果ではもともと広がりは捕らえられないという考えのもと、空間的な強度の最大値や極大値をとるボクセルのみをピックアップし、定量的な値に変換する手法である。これにより、従来個人内における相対変化を表現するに留まっていたのが個人間での比較が可能になった。よって、脳磁図の信号解析にsLORETA−qm法を用いた場合は、近傍した信号源の分類の必要性が少ない場合には、人的な介在が不要かつ脳内磁場活動を定量的な値として出力することができるため、入力信号として脳磁図を計測し、その信号を解析して結果を出力するという一連の処理をコンピューターなどにより自動で実現することは十分可能である。   Currently, the equivalent current dipole method (ECD) and the spatial filter method are often used as methods for expressing the signals obtained from the magnetoencephalogram measuring apparatus. The former is a method of performing estimation by repeating fitting of a forward problem and a measurement magnetic field, assuming a single current dipole as a signal source. It is most frequently applied in clinical practice as mapping of brain functions with high positional accuracy by superimposing results on anatomical images such as MRI using a coordinate transformation matrix and quantitative evaluation of brain activity. However, this method requires a lot of human intervention, such as the necessity to set the number of dipoles in advance, and the analysis takes time, and the objectivity is sometimes lacking. On the other hand, the latter method has recently attracted attention as a method that can be analyzed without being conscious of the magnetic field pattern and the number of signal sources as described above, and the brain activity of voxels set in the brain was measured by each sensor. This is a technique expressed by weighted linear combination of signals. The spatial filter method is further divided into non-adaptive and adaptive, which means whether information on the time change of the signal source is taken in (Adaptive) or not (Non-adaptive). If separation of nearby signal sources is not particularly required, a non-adaptive method may be selected. Among them, sLORETA-qm (standardized low resolution electrical magnetic) recently developed by Tanaka et al. (See Non-Patent Document 1). A technique called tomography modified for a quantifiable method is becoming widespread. The sLORETA-qm method is a method that picks up only the voxels that take the maximum value or maximum value of spatial intensity and converts them into a quantitative value based on the idea that the spatial filter analysis results cannot originally capture the spread. It is. As a result, it has become possible to make comparisons between individuals that have traditionally been limited to expressing relative changes within individuals. Therefore, when the sLORETA-qm method is used for magnetoencephalogram signal analysis, if there is little need to classify nearby signal sources, human intervention is unnecessary and the magnetic field activity in the brain is used as a quantitative value. Since it can be output, it is sufficiently possible to automatically realize a series of processes such as measuring a magnetoencephalogram as an input signal, analyzing the signal and outputting the result, using a computer or the like.

今回、本発明者らは、独自で実施した生体疲労の非侵襲評価に関する可能性検証実験を通じ、被験者に精神疲労負荷を与えた後の1Hzもしくは16Hzの赤色点滅光刺激による脳磁図の視覚誘発磁場(Visual Evoked Magnetic Fields、略してVEF)解析において、sLORETA−qm法によって求めた点滅刺激後70msecから210msec間の反応強度と精神疲労負荷前に採取していた被験者における慢性的な疲労の強さを示すChalder’s fatigue scaleのスコアとに正の相関関係が存在することを見出した。具体的には、被験者に精神疲労負荷として脳内のワーキングメモリを使う比較的困難な作業をさせた場合は、点滅刺激後130msecから210msec間のVEFの反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに正の相関関係が存在し、一方、精神負荷として脳内のワーキングメモリを使わない比較的単調な作業をさせた場合は、点滅刺激後70msecから130msec間のVEFの反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに正の相関関係が存在することを見出した。本発明者らが実施した生体疲労の非侵襲評価に関する可能性検証実験については後に詳細に説明する。後述する実験内容においても説明するが、上記130msec、210msecというのはこの数値に限定するものではない。視覚刺激により誘発される脳の信号の特徴に鑑みれば、上記で130とした値は、100以上、145未満の値であればよい。また、上記で210とした値は、145以上で330未満であればよい。   This time, the present inventors conducted a possibility verification experiment on non-invasive evaluation of biological fatigue conducted independently, and visually induced magnetic field of magnetoencephalogram by 1 Hz or 16 Hz red flashing light stimulation after subject was given mental fatigue load. (Visual Evoked Magnetic Fields, abbreviated as VEF) In the analysis, the reaction intensity between 70 msec and 210 msec after blinking stimulation obtained by the sLORETA-qm method and the intensity of chronic fatigue in subjects who were collected before mental fatigue loading It was found that there was a positive correlation with the score of the indicated Chalder's fatigue scale. Specifically, when the subject is made to perform a relatively difficult task using the working memory in the brain as a mental fatigue load, the reaction intensity of VEF and the score of Chalder's fatigue scale between 130 and 210 msec after the blinking stimulus and On the other hand, when a relatively monotonous work that does not use the working memory in the brain is used as a mental load, the reaction intensity of VEF between 70 msec and 130 msec after flashing stimulation and Chalder's fatigue It was found that there was a positive correlation with the score of the scale. The possibility verification experiment regarding the non-invasive evaluation of biological fatigue conducted by the present inventors will be described in detail later. As will be described later in the experimental contents, the above 130 msec and 210 msec are not limited to these values. In view of the characteristics of the brain signal induced by the visual stimulus, the value 130 described above may be a value of 100 or more and less than 145. Also, the value 210 above may be 145 or more and less than 330.

以下で、労働の現場等において、精神疲労負荷となる困難な作業或いは単調な作業を強いられているユーザーが生体疲労評価装置を使用する場面を想定して、詳細を説明する。   The details will be described below assuming that a user who is forced to perform a difficult task or a monotonous task that is a mental fatigue load at a work site or the like uses the biological fatigue assessment device.

本実施の形態における生体疲労評価装置において、刺激出力部104は、視覚刺激を出力するアクチュエータであり、δ波帯域(3Hz以下)もしくはβ波帯域(13Hz以上から25Hz以下)の周波数をもつ点滅光を出力する機能を有する。刺激出力部104は、δ波帯域の周波数をもつ点滅光とβ波帯域の周波数をもつ点滅光により、対象者に視覚刺激を与える。具体的には、σ波帯域またはβ波帯域の周波数として、それぞれ医学分野の臨床実験でよく用いられる1Hzまたは16Hzの赤色点滅光を出力するとよい。   In the living body fatigue evaluation apparatus according to the present embodiment, the stimulus output unit 104 is an actuator that outputs a visual stimulus, and blinking light having a frequency of δ wave band (3 Hz or less) or β wave band (13 Hz to 25 Hz). Has a function of outputting. The stimulus output unit 104 gives a visual stimulus to the subject by blinking light having a frequency of δ wave band and blinking light having a frequency of β wave band. Specifically, it is preferable to output red flashing light of 1 Hz or 16 Hz, which is often used in clinical experiments in the medical field, as the frequency of the σ wave band or β wave band, respectively.

特徴量抽出部102は、ユーザーが実施している作業が困難な作業である場合は、生体信号計測部101により計測された脳磁図からsLORETA−qm法により、刺激出力部104により出力された視覚刺激後130msecから210msec間のVEFの反応強度を特徴量として抽出し、ユーザーが実施している作業が単調な作業である場合は、生体信号計測部101により計測された脳磁図からsLORETA−qm法により、刺激出力部104により出力された視覚刺激後70msecから130msec間のVEFの反応強度を特徴量として抽出する。抽出した特徴量は疲労評価部103へ出力する。なお、130msecのVEFは、複雑な作業の場合であっても、単調な作業の場合であっても、特徴量として抽出してもよいし、どちらか一方の作業の場合にのみ抽出するのであってもよい。   When the work performed by the user is difficult, the feature amount extraction unit 102 uses the sLORETA-qm method to output the visual output from the magnetoencephalogram measured by the biological signal measurement unit 101. When the response intensity of VEF between 130 msec and 210 msec after stimulation is extracted as a feature quantity, and the work performed by the user is a monotonous work, the sLORETA-qm method is obtained from the magnetoencephalogram measured by the biological signal measurement unit 101. Thus, the reaction intensity of VEF between 70 msec and 130 msec after visual stimulation output by the stimulus output unit 104 is extracted as a feature amount. The extracted feature amount is output to the fatigue evaluation unit 103. Note that the 130 msec VEF may be extracted as a feature value, whether it is a complex work or a monotonous work, or only in one of the work. May be.

疲労評価部103は、特徴量抽出部102により抽出されたVEFの反応強度の平均値と予め保持していた閾値を比較し、特徴量抽出部102より抽出されたVEFの反応強度が閾値よりも大きい場合に蓄積疲労が存在すると評価する。この時使用する閾値の具体例としては、ユーザーが実施している作業が困難な作業の場合は、例えば2.5nA・mという数値(以降、閾値L1)である。一方で、ユーザーが実施している作業が単調な作業の場合は、例えば5.0nA・mという数値(以降、閾値L2)である。なお、ここで用いた閾値L1や閾値L2の具体的な数値は、本発明者が実施した生体疲労の非侵襲評価に関する可能性検証実験の結果に基づいて抽出した数値であるが、これに限定されるものではない。検証実験の詳細およびその結果に基づく閾値の抽出については、後述するが、閾値L1は、2.5nA・m以上3.3nA・m以下に設定するのが望ましく、閾値L2は、4.5nA・m以上6.0nA・m以下に設定するのが望ましい。   The fatigue evaluation unit 103 compares the average value of the VEF reaction intensity extracted by the feature amount extraction unit 102 with a previously held threshold value, and the VEF reaction intensity extracted by the feature amount extraction unit 102 is greater than the threshold value. When it is large, it is evaluated that accumulated fatigue exists. A specific example of the threshold value used at this time is a numerical value of 2.5 nA · m (hereinafter referred to as a threshold value L1), for example, in the case where the work performed by the user is difficult. On the other hand, when the work performed by the user is a monotonous work, the value is, for example, 5.0 nA · m (hereinafter, threshold L2). In addition, although the specific numerical value of the threshold value L1 and the threshold value L2 used here is a numerical value extracted based on the result of the possibility verification experiment regarding the non-invasive evaluation of living body fatigue which this inventor implemented, it is limited to this Is not to be done. The details of the verification experiment and the extraction of the threshold based on the result will be described later. The threshold L1 is desirably set to 2.5 nA · m to 3.3 nA · m, and the threshold L2 is set to 4.5 nA · m. It is desirable to set to m or more and 6.0 nA · m or less.

機器制御部105は、疲労評価部103により出力された蓄積疲労の評価結果に基づいて機器を制御する。例えば、表示機能をもつディスプレイや音を出力するスピーカーを制御してユーザーへ疲労評価結果を報知してもよいし、疲労を回復または軽減させる効果のある香りや気流、温熱などの刺激を出力してもよい。或いは、疲労評価部103により出力された評価結果を保存・蓄積してもよいし、ユーザーを管理監督する部門へ報知してもよい。   The device control unit 105 controls the device based on the accumulated fatigue evaluation result output by the fatigue evaluation unit 103. For example, the fatigue evaluation result may be reported to the user by controlling a display with a display function or a speaker that outputs sound, or a stimulus such as fragrance, airflow, or heat that is effective in restoring or reducing fatigue is output. May be. Alternatively, the evaluation results output by the fatigue evaluation unit 103 may be stored and accumulated, or may be notified to a department that supervises and supervises the user.

図2は、ユーザーが実施している作業が困難な作業の場合の、本実施の形態における生体疲労評価装置の処理を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing the process of the biological fatigue evaluation apparatus according to the present embodiment in the case where the work performed by the user is difficult.

図2に示すように、本実施の形態における生体疲労評価装置において、ユーザーの困難な作業中或いは作業後に、生体信号計測部101によりユーザーの脳磁図が計測される(ステップS21)。視覚刺激部(刺激出力部)104により1Hzの赤色点滅光刺激が出力されると(ステップS22)、特徴量抽出部102により生体信号計測部101で計測された脳磁図からsLORETA−qm法により、点滅刺激後130msecから210msec間のVEFの反応強度が抽出され、出力される(ステップS23)。疲労評価部103において、特徴量抽出部102からVEFの反応強度が出力されると、予め保持していた閾値L1と大小を比較する(ステップS24)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L1より大きければ(ステップS24でYes)、蓄積疲労が存在すると評価し、機器制御部105へ評価結果を出力する(ステップS25)。機器制御部105では、疲労評価部103から出力された評価結果に基づいてユーザーに対して評価結果を報知する(ステップS26)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L1より小さければ(ステップS24でNo)、次回特徴量抽出部102からVEFの反応強度が出力されるまで待機する(ステップS23)。   As shown in FIG. 2, in the biological fatigue evaluation apparatus according to the present embodiment, the user's magnetoencephalogram is measured by the biological signal measuring unit 101 during or after the user's difficult work (step S <b> 21). When a 1 Hz red flashing light stimulus is output by the visual stimulation unit (stimulation output unit) 104 (step S22), the magnetoencephalogram measured by the biological signal measurement unit 101 by the feature amount extraction unit 102 is obtained by the sLORETA-qm method. The reaction intensity of VEF between 130 msec and 210 msec after the blinking stimulus is extracted and output (step S23). In the fatigue evaluation unit 103, when the VEF reaction intensity is output from the feature amount extraction unit 102, the threshold value L1 held in advance is compared with the magnitude (step S24). If the reaction intensity of VEF output from the feature quantity extraction unit 102 is greater than the threshold L1 (Yes in step S24), it is evaluated that accumulated fatigue exists, and the evaluation result is output to the device control unit 105 (step S25). The device control unit 105 notifies the user of the evaluation result based on the evaluation result output from the fatigue evaluation unit 103 (step S26). If the VEF reaction intensity output from the feature quantity extraction unit 102 is smaller than the threshold L1 (No in step S24), the process waits until the next time the VEF reaction intensity is output from the feature quantity extraction unit 102 (step S23).

一方、図3は、ユーザーが実施している作業が単調な作業の場合の、本実施の形態における生体疲労評価装置の処理を示すフローチャートである。   On the other hand, FIG. 3 is a flowchart showing a process of the biological fatigue evaluation apparatus in the present embodiment when the work performed by the user is a monotonous work.

図3に示すように、本実施の形態における生体疲労評価装置において、ユーザーの単調な作業中或いは作業後に、生体信号計測部101によりユーザーの脳磁図が計測される(ステップS31)。刺激出力部104により1Hzの赤色点滅光刺激が出力されると(ステップS32)、特徴量抽出部102により生体信号計測部101で計測された脳磁図からsLORETA−qm法により、点滅刺激後70msecから130msec間のVEFの反応強度が抽出され、出力される(ステップS33)。疲労評価部103において、特徴量抽出部102からVEFの反応強度が出力されると、予め保持していた閾値L2と大小を比較する(ステップS34)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L2より大きければ(ステップS34でYes)、蓄積疲労が存在すると評価し、機器制御部105へ評価結果を出力する(ステップS35)。機器制御部105では、疲労評価部103から出力された評価結果に基づいてユーザーに対して評価結果を報知する(ステップS36)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L2より小さければ(ステップS34でNo)、次回特徴量抽出部102からVEFの反応強度が出力されるまで待機する(ステップS33)。   As shown in FIG. 3, in the biological fatigue evaluation apparatus according to the present embodiment, the user's magnetoencephalogram is measured by the biological signal measuring unit 101 during or after the user's monotonous work (step S <b> 31). When a 1 Hz red flashing light stimulus is output by the stimulus output unit 104 (step S32), from the magnetoencephalogram measured by the biometric signal measurement unit 101 by the feature amount extraction unit 102 by the sLORETA-qm method from 70 msec after the flashing stimulus. The reaction intensity of VEF for 130 msec is extracted and output (step S33). When the FEF reaction intensity is output from the feature amount extraction unit 102 in the fatigue evaluation unit 103, the threshold value L2 held in advance is compared with the magnitude (step S34). If the reaction intensity of VEF output from the feature quantity extraction unit 102 is greater than the threshold value L2 (Yes in step S34), it is evaluated that accumulated fatigue exists, and the evaluation result is output to the device control unit 105 (step S35). The device control unit 105 notifies the user of the evaluation result based on the evaluation result output from the fatigue evaluation unit 103 (step S36). If the VEF reaction intensity output from the feature quantity extraction unit 102 is smaller than the threshold L2 (No in step S34), the process waits until the next time the VEF reaction intensity is output from the feature quantity extraction unit 102 (step S33).

かかる構成によれば、ユーザーにおける作業中或いは作業後に、生体信号計測部101がユーザーの脳磁図を計測し、刺激出力部104がユーザーに視覚刺激を与え、特徴量抽出部102が視覚刺激後のVEFの反応強度を抽出し、疲労評価部103が特徴量抽出部102により抽出されたVEFの反応強度に基づいて蓄積疲労を評価することで、労働などの現場においてユーザーの作業中或いは作業後に、検体採取を必要としない簡便な方法により日常的に蓄積する疲労を客観評価することのできる生体疲労評価装置を提供することができる。これにより、事業主や管理者において、労働者のパフォーマンスを客観的に把握して経営に役立てることが可能になるとともに、労働者においても、自己の日常的な疲労の蓄積度合いを把握することができ、健康管理に役立てることが可能となる。   According to this configuration, during or after the user's work, the biological signal measurement unit 101 measures the magnetoencephalogram of the user, the stimulus output unit 104 gives a visual stimulus to the user, and the feature amount extraction unit 102 receives the visual stimulus. By extracting the reaction intensity of VEF, the fatigue evaluation unit 103 evaluates accumulated fatigue based on the reaction intensity of VEF extracted by the feature amount extraction unit 102, so that during or after the user's work in the workplace such as labor, It is possible to provide a living body fatigue evaluation apparatus that can objectively evaluate fatigue accumulated on a daily basis by a simple method that does not require sample collection. As a result, business owners and managers can objectively understand the performance of workers and use it for management, and workers can also grasp the degree of their daily fatigue accumulation. Can be used for health management.

なお、本実施の形態における生体疲労評価装置は、刺激出力部104を備えた構成として説明したが、外部の機器を用いて刺激を与えればよく、刺激出力部104を自ら保持しない構成でも実現できる。   In addition, although the biological fatigue evaluation apparatus in this Embodiment was demonstrated as a structure provided with the stimulus output part 104, what is necessary is just to give irritation | stimulation using an external apparatus and can also implement | achieve even the structure which does not hold | maintain the stimulus output part 104 itself. .

なお、本実施の形態における生体疲労評価装置は、機器制御部105を備えた構成として説明したが、外部の構成により制御すればよく、機器制御部105を自ら保持しない構成でも実現できる。   In addition, although the biological fatigue evaluation apparatus in this Embodiment was demonstrated as a structure provided with the apparatus control part 105, what is necessary is just to control by an external structure and the structure which does not hold | maintain the apparatus control part 105 itself is realizable.

なお、本実施の形態における生体疲労評価装置は、生体信号計測部101が脳磁図を計測し、特徴量抽出部102が脳磁図から視覚刺激後のVEFの反応強度を抽出したが、これに限らず、生体信号計測部101が脳波を計測し、特徴量抽出部102が脳波から視覚刺激後の視覚刺激から誘発される電圧値である事象関連電位の反応強度を抽出しても成り立つ。   In the biological fatigue evaluation apparatus according to the present embodiment, the biological signal measurement unit 101 measures the magnetoencephalogram, and the feature amount extraction unit 102 extracts the VEF response intensity after visual stimulation from the magnetoencephalogram, but the present invention is not limited thereto. Alternatively, the biological signal measuring unit 101 measures the electroencephalogram, and the feature amount extraction unit 102 extracts the reaction intensity of the event-related potential that is a voltage value induced from the visual stimulus after the visual stimulus from the electroencephalogram.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2の生体疲労評価装置の構成を示すブロック図である。図4において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the biological fatigue evaluation apparatus according to the second embodiment of the present invention. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図4に示すように、本発明の実施の形態2における生体疲労評価装置は、実施の形態1における生体信号計測部101と、特徴量抽出部102と、疲労評価部103と、刺激出力部104と、機器制御部105に加え、作業プログラムを実行する作業実行部401と、疲労の評価結果を蓄積する記憶部402とを備える。   As shown in FIG. 4, the biological fatigue evaluation apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a biological signal measurement unit 101, a feature amount extraction unit 102, a fatigue evaluation unit 103, and a stimulus output unit 104 according to the first embodiment. In addition to the device control unit 105, a work execution unit 401 that executes a work program, and a storage unit 402 that accumulates fatigue evaluation results.

よって、本実施の形態では、医療や労働の現場等において、ユーザーに対して精神疲労負荷となる困難な作業或いは単調な作業を強いるプログラムを搭載した生体疲労評価装置を使用する場面を想定して、以下に詳細を説明する。   Therefore, in the present embodiment, it is assumed that a biological fatigue assessment device equipped with a program that forces a user to perform a difficult task or a monotonous task that causes a mental fatigue load in a medical or labor site. Details will be described below.

生体信号計測部101、特徴量抽出部102、疲労評価部103、刺激出力部104、機器制御部105における動作は、実施の形態1と同様に行われるものとする。なお、実施の形態1と同様に、機器制御部105は必須の構成ではない。   The operations in the biological signal measurement unit 101, the feature amount extraction unit 102, the fatigue evaluation unit 103, the stimulus output unit 104, and the device control unit 105 are performed in the same manner as in the first embodiment. As in the first embodiment, the device control unit 105 is not an essential configuration.

作業実行部401は、ユーザーに対して課題を与える作業プログラムを実行する。作業プログラムとしては、例えば脳内のワーキングメモリを使う比較的困難な作業を強いる内容や、逆に脳内のワーキングメモリを使わない比較的単調な作業を強いる内容など、少なくとも1種類以上のプログラムを実行する。具体例としては、困難な作業を強いるプログラムとして、一定間隔ごとに数字や記号が提示され、提示された数字や記号と2つ前に提示された数字や記号が一緒であるかを判断する2−backテストと言われるようなテストが搭載されており、単調な作業を強いるプログラムとして、一定間隔ごとに数字や記号が提示され、提示された数字や記号が予め告知されている数字や記号と一緒であるかを判断する0−backテストと言われるようなテストが搭載されていることが望ましい。ユーザーは、マウスなどのPCの入力インタフェース機器により都度回答を入力し、プログラム側は回答された答えに対して正解であるか不正解であるかを都度提示するような、インタラクティブなプログラムであることが望ましい。また作業プログラムが実行される時間としては、例えば20分など、少なくとも数十分程度の間継続して実行することが望ましい。   The work execution unit 401 executes a work program that gives a task to the user. As a work program, for example, at least one kind of program such as content forcing relatively difficult work using the working memory in the brain, or content forcing relatively monotonous work without using the working memory in the brain. Execute. As a specific example, as a program for forcing a difficult task, numbers and symbols are presented at regular intervals, and it is determined whether the presented numbers and symbols are the same as the numbers and symbols presented two times before. -A test called "back test" is installed, and as a program forcing monotonous work, numbers and symbols are presented at regular intervals, and the presented numbers and symbols are announced in advance. It is desirable that a test called a 0-back test for determining whether they are the same is installed. An interactive program in which a user inputs an answer each time using a PC input interface device such as a mouse, and the program side presents whether the answer is correct or incorrect. Is desirable. It is desirable that the work program is continuously executed for at least several tens of minutes, for example, 20 minutes.

記憶部402は、疲労評価部103により評価結果を時系列的に蓄積する記憶媒体である。   The storage unit 402 is a storage medium that accumulates evaluation results in time series by the fatigue evaluation unit 103.

図5は、作業実行部401により実行される作業プログラムが、困難な作業を強いる困難作業プログラムである場合の、本発明の実施の形態2の生体疲労評価装置における処理を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing processing in the biological fatigue evaluation apparatus according to the second embodiment of the present invention when the work program executed by the work execution unit 401 is a difficult work program forcing a difficult work.

図5に示すように、作業実行部401において困難作業プログラムが実行されると(ステップS51)、生体信号計測部101によりユーザーの脳磁図が計測される(ステップS52)。作業実行部401が実行する作業プログラムが終了すると刺激出力部104により視覚刺激が出力される(ステップS53)。刺激出力部104により1Hzの赤色点滅光刺激が出力されると、特徴量抽出部102により生体信号計測部101で計測された脳磁図からsLORETA−qm法により、点滅刺激後130msecから210msec間のVEFの反応強度が抽出され、出力される(ステップS54)。疲労評価部103において、特徴量抽出部102からVEFの反応強度が出力されると、予め保持していた閾値L1と大小を比較する(ステップS55)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L1より大きければ(ステップS55でYes)、蓄積疲労が存在すると評価し、評価結果を記憶部402と機器制御部105へそれぞれ出力する(ステップS56)。記憶部402では、疲労評価結果(疲労評価部)103から出力された評価結果を時系列的に記憶する(ステップS57)。機器制御部105では、疲労評価部103から出力された評価結果をユーザーに報知する(ステップS58)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L1より小さければ(ステップS55でNo)、蓄積疲労が存在しない評価結果として、記憶部402へ出力し、記憶部402にて時系列的に記憶する(ステップS57)。   As shown in FIG. 5, when the difficult task program is executed in the task execution unit 401 (step S51), the biosignal measuring unit 101 measures the user's magnetoencephalogram (step S52). When the work program executed by the work execution unit 401 ends, the stimulus output unit 104 outputs a visual stimulus (step S53). When a 1 Hz red flashing light stimulus is output by the stimulus output unit 104, a VEF between 130 msec and 210 msec after the flashing stimulus is generated from the magnetoencephalogram measured by the biometric signal measurement unit 101 by the feature amount extraction unit 102 by the sLORETA-qm method. Are extracted and output (step S54). When the FEF reaction intensity is output from the feature amount extraction unit 102 in the fatigue evaluation unit 103, the threshold value L1 held in advance is compared with the magnitude (step S55). If the reaction intensity of the VEF output from the feature amount extraction unit 102 is greater than the threshold L1 (Yes in step S55), it is evaluated that accumulated fatigue exists, and the evaluation results are output to the storage unit 402 and the device control unit 105, respectively ( Step S56). The storage unit 402 stores the evaluation results output from the fatigue evaluation result (fatigue evaluation unit) 103 in time series (step S57). The appliance control unit 105 notifies the user of the evaluation result output from the fatigue evaluation unit 103 (step S58). If the reaction intensity of VEF output from the feature quantity extraction unit 102 is smaller than the threshold value L1 (No in step S55), the evaluation result indicating no accumulated fatigue is output to the storage unit 402. (Step S57).

一方、図6は、作業実行部401により実行される作業プログラムが、単調な作業を強いる単調作業プログラムである場合の、本発明の実施の形態2の生体疲労評価装置における処理を示すフローチャートである。   On the other hand, FIG. 6 is a flowchart showing processing in the biological fatigue evaluation apparatus according to the second embodiment of the present invention when the work program executed by the work execution unit 401 is a monotonous work program forcing monotonous work. .

図6に示すように、作業実行部401において単調作業プログラムが実行されると(ステップS61)、生体信号計測部101によりユーザーの脳磁図が計測される(ステップS62)。作業実行部401が実行する作業プログラムが終了すると刺激出力部104により視覚刺激が出力される(ステップS63)。刺激出力部104により1Hzの赤色点滅光刺激が出力されると、特徴量抽出部102により生体信号計測部101で計測された脳磁図からsLORETA−qm法により、点滅刺激後70msecから130msec間のVEFの反応強度が抽出され、出力される(ステップS64)。疲労評価部103において、特徴量抽出部102からVEFの反応強度が出力されると、予め保持していた閾値L2と大小を比較する(ステップS65)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L2より大きければ(ステップS65でYes)、蓄積疲労が存在すると評価し、評価結果を記憶部402と機器制御部105へそれぞれ出力する(ステップS66)。記憶部402では、疲労評価部103から出力された評価結果を時系列的に記憶する(ステップS67)。機器制御部105では、疲労評価部103から出力された評価結果をユーザーに報知する(ステップS68)。特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が閾値L2より小さければ(ステップS65でNo)、蓄積疲労が存在しない評価結果として、記憶部402へ出力し、記憶部402にて時系列的に記憶する(ステップS67)。   As shown in FIG. 6, when the monotonous work program is executed in the work execution unit 401 (step S61), the biosignal measurement unit 101 measures the user's magnetoencephalogram (step S62). When the work program executed by the work execution unit 401 ends, the stimulus output unit 104 outputs a visual stimulus (step S63). When a 1 Hz red flashing light stimulus is output by the stimulus output unit 104, a VEF between 70 msec and 130 msec after the flashing stimulus is obtained from the magnetoencephalogram measured by the biometric signal measurement unit 101 by the feature amount extraction unit 102 by the sLORETA-qm method. Are extracted and output (step S64). In the fatigue evaluation unit 103, when the reaction intensity of VEF is output from the feature amount extraction unit 102, the threshold value L2 held in advance is compared with the magnitude (step S65). If the reaction intensity of VEF output from the feature quantity extraction unit 102 is greater than the threshold value L2 (Yes in step S65), it is evaluated that accumulated fatigue exists, and the evaluation results are output to the storage unit 402 and the device control unit 105, respectively ( Step S66). The storage unit 402 stores the evaluation results output from the fatigue evaluation unit 103 in time series (step S67). The appliance control unit 105 notifies the user of the evaluation result output from the fatigue evaluation unit 103 (step S68). If the reaction intensity of VEF output from the feature quantity extraction unit 102 is smaller than the threshold value L2 (No in step S65), the evaluation result without accumulated fatigue is output to the storage unit 402. (Step S67).

かかる構成によれば、作業実行部401がユーザーに対し作業プログラムを実行し、生体信号計測部101がユーザーの脳磁図を計測し、刺激出力部104がユーザーに視覚刺激を与え、特徴量抽出部102が視覚刺激後のVEFの反応強度を抽出し、疲労評価部103が特徴量抽出部102により抽出されたVEFの反応強度に基づいて蓄積疲労を評価し、評価結果を記憶部402に記憶し、機器制御部105が疲労評価部103から出力された評価結果をユーザーに報知することで、医療や労働などの現場において、ユーザーに対して作業プログラムを実行して日常的に蓄積する疲労を客観評価する検査機器、さらには評価結果に基づく機器制御により回復を支援する機器として実現することができ、現場においても手軽に導入しやすく、疾患の1次スクリーニングを目的とした検査、或いは患者の病後の経過を追うための定期的な検査等に応用することが可能となる。   According to such a configuration, the work execution unit 401 executes a work program for the user, the biological signal measurement unit 101 measures the user's magnetoencephalogram, the stimulus output unit 104 gives a visual stimulus to the user, and the feature amount extraction unit 102 extracts the VEF reaction intensity after visual stimulation, the fatigue evaluation unit 103 evaluates accumulated fatigue based on the VEF reaction intensity extracted by the feature amount extraction unit 102, and stores the evaluation result in the storage unit 402. The device control unit 105 notifies the user of the evaluation result output from the fatigue evaluation unit 103, so that the fatigue accumulated on a daily basis by executing the work program for the user in the field of medical care or labor is objectively observed. It can be realized as an inspection device to be evaluated, and as a device that supports recovery by device control based on the evaluation result, and it can be easily introduced on site. Examination for the purpose of primary screening of the disease, or it is possible to apply a periodic inspection or the like for keeping track of the illness of the patient.

なお、本実施の形態における生体疲労評価装置は、疲労評価部103が、特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度と予め保持していた閾値L1或いはL2とを比較することで蓄積疲労の評価を行ったが、これに限らず、記憶部402において記憶されている前回の評価に用いたVEFの反応強度と今回特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度とを比較し、今回特徴量抽出部102から出力されたVEFの反応強度が大きい場合に、蓄積疲労が存在すると評価してもよい。   In the biological fatigue evaluation apparatus according to the present embodiment, the fatigue evaluation unit 103 compares the VEF reaction intensity output from the feature amount extraction unit 102 with the threshold value L1 or L2 held in advance, thereby accumulating fatigue. However, the present invention is not limited to this, the VEF reaction intensity used in the previous evaluation stored in the storage unit 402 is compared with the VEF reaction intensity output from the current feature amount extraction unit 102, and When the reaction intensity of the VEF output from the feature amount extraction unit 102 this time is large, it may be evaluated that accumulated fatigue exists.

以上の実施の形態1および実施の形態2は、本発明者らが非侵襲的な生体疲労評価可能性検証を目的とした被験者実験を通じて、ヒトが疲労の中でも、困難な作業による疲労或いは単調な作業による疲労に陥った状態で、脳磁図における視覚刺激による視覚誘発磁場(VEF)の反応強度と慢性的な疲労の強さを表すChalder’s fatigue scaleのスコアとに正の相関関係があることを見出したことに基づくものである。以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   In the first and second embodiments described above, the present inventors conducted a subject experiment for the purpose of verifying the feasibility of assessing non-invasive living body fatigue. There is a positive correlation between the response intensity of visual evoked magnetic field (VEF) by visual stimulation in the magnetoencephalogram and the score of Chalder's fatigue scale indicating the intensity of chronic fatigue in the state of fatigue due to work. This is based on the finding. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

<精神疲労負荷の妥当性検証>
(1)試験デザイン
本発明者らは、健常成人20名(男性、年齢32.0±10.2歳(平均±標準偏差))を被験者として、パーソナルコンピュータ(PC)を用いた2種類のN−backテストを30分間実施することで精神疲労負荷を与え、その前後にAdvanced trail making test(ATMT)によるパフォーマンス評価(課題遂行時の総トライアル数およびエラー数の測定)をそれぞれ30分間実施した。ATMT実施前後には主観検査を実施し、その内容としては、Visual analog scale(VAS)により全体的疲労感、精神的疲労感、身体的疲労感、ストレス、意欲、眠気、難しさ、単調さ、退屈さを、Karolinska sleepness scale(KSS)により眠気を測定した。2種類の試験はクロスオーバーで実施し、試験を行う順序による影響を除外した。
<Validity verification of mental fatigue load>
(1) Test design The present inventors used 20 healthy adults (male, age 32.0 ± 10.2 years (mean ± standard deviation)) as subjects, and two types of N using a personal computer (PC). -A mental fatigue load was applied by performing a back test for 30 minutes, and performance evaluation (measurement of the total number of trials and errors during task execution) was performed for 30 minutes before and after that, respectively, by advanced trail making test (ATMT). Subjective tests were conducted before and after the ATMT, and the contents included visual fatigue scale (VAS), overall fatigue, mental fatigue, physical fatigue, stress, motivation, drowsiness, difficulty, monotony, Boredness was measured with a Karolinska sleepness scale (KSS). Two types of tests were performed at the crossover, and the influence of the order of the tests was excluded.

(2)精神疲労負荷方法
N−backテストの中でも、0−backテストと2−backテストを採用した。0−backテストは、ワーキングメモリを使用せず、指定された数字や文字或いは記号が表示されたかどうかを被験者に判断させるテストであり、単調作業を強いるものである。本発明者らはこれを30分間連続して実施することにより、被験者に対して単調な作業による疲労を引き起こすことを想定した。具体的な作業としては、PCの画面に指定した数字や文字或いは記号が表示された場合はPCマウスの右クリックを、そうでない場合はPCマウスの左クリックを実行してもらう、というものである。一方、2−backテストは、ワーキングメモリを使用し、現在表示されている数字や文字或いは記号が2つ前に表示された数字や文字或いは記号と同一かどうかを被験者に判断させるテストであり、困難作業を強いるものである。本発明者らはこれを30分間連続して実施することにより、被験者に対して困難な作業による疲労を引き起こすことを想定した。具体的な作業としては、PCの画面に表示された数字や文字或いは記号が2つ前に表示された数字や文字或いは記号と同一である場合はPCマウスの右クリックを、そうでない場合はPCマウスの左クリックを実行してもらう、というものである。数字や文字或いは記号の表示時間は0.5secとし、数字や文字或いは記号の表示を消滅させてから次の表示までの表示タイミングは2.5sec間隔とした。
(2) Mental fatigue loading method Among the N-back tests, 0-back test and 2-back test were adopted. The 0-back test is a test that makes a subject judge whether or not a designated number, character, or symbol is displayed without using a working memory, and imposes monotonous work. The present inventors assumed that fatigue was caused by monotonous work on the subject by carrying out this continuously for 30 minutes. Specifically, when a specified number, character, or symbol is displayed on the PC screen, the PC mouse is right-clicked, and if not, the PC mouse is left-clicked. . On the other hand, the 2-back test is a test that uses a working memory and allows the subject to determine whether the currently displayed number, character, or symbol is the same as the last displayed number, character, or symbol. It is a difficult task. The present inventors assumed that the fatigue caused by difficult work was caused to the subject by carrying out this continuously for 30 minutes. Specifically, if the number, character, or symbol displayed on the PC screen is the same as the number, character, or symbol displayed two times before, right-clicking on the PC mouse, otherwise PC It asks you to perform a left mouse click. The display time of numbers, characters or symbols was 0.5 sec, and the display timing from the disappearance of the display of numbers, characters or symbols to the next display was 2.5 sec.

(3)結果
30分間のN−backテスト遂行にて疲労が誘発されるかどうかを判断するために、精神疲労負荷前後のATMTの成績を見てみると、0−backテスト実施群および2−backテスト実施群ともにエラー数において有意な増加が認められた (図7。なお、30分間のリラックス課題においては、課題前後のATMTのエラー数の変化が認められないことは、従前、確認されている)。さらに、精神疲労負荷前後の全体的疲労感および精神的疲労感VASスコアの成績を見てみると、0−backテスト実施群および2−backテスト実施群とも有意な増加が認められた(図8(a))。したがって、精神的パフォーマンスの低下および疲労感の増加が、30分間のN−backテスト遂行にて示され、本試験 (30分間のN−backテスト) は疲労試験として適切であると判定した。また、試験終了時に記録したN−backテスト遂行時の主観検査では、2−backテスト実施群は0−backテスト実施群に比し精神的疲労感および難しさVASスコアが有意に高値を示した一方、0−backテスト実施群は2−backテスト実施群に比し単調さおよび退屈さVASおよびKSSスコアが有意に高値を示した(図8(b))。
(3) Results In order to determine whether or not fatigue is induced by performing the N-back test for 30 minutes, looking at the results of ATMT before and after mental fatigue, the 0-back test group and 2- In the back test group, a significant increase in the number of errors was observed (Fig. 7. In addition, it was previously confirmed that there was no change in the number of errors in the ATMT before and after the 30-minute relaxation task. ) Furthermore, looking at the results of overall fatigue and mental fatigue VAS scores before and after mental fatigue loading, a significant increase was observed in both the 0-back test implementation group and the 2-back test implementation group (FIG. 8). (A)). Therefore, a decrease in mental performance and an increase in fatigue were shown by performing a 30-minute N-back test, and this test (30-minute N-back test) was determined to be appropriate as a fatigue test. Moreover, in the subjective test at the time of performing the N-back test recorded at the end of the test, the 2-back test group showed significantly higher mental fatigue and difficulty VAS score than the 0-back test group. On the other hand, monotonicity and boredom VAS and KSS scores were significantly higher in the 0-back test implementation group than in the 2-back test implementation group (FIG. 8B).

このことは、30分間の0−backテストが、「単調で、退屈な、負荷の小さい課題」であり、30分間の2−backテストが、「困難で、負荷の大きい課題」であることを示している。   This means that the 30-minute 0-back test is a "monotonous, tedious, low-load problem" and the 30-minute 2-back test is a "difficult, high-load problem" Show.

以上により、30分間の0−backテストが、「単調で、負荷の小さい作業による疲労を引き起こす課題」として適切であり、同時に、30分間の2−backテストが、「困難で、負荷の大きい作業による疲労を引き起こす課題」として適切であると考えられた。   From the above, the 30-minute 0-back test is appropriate as “a problem that causes fatigue due to monotonous and light-load work”, and at the same time, the 30-minute 2-back test is “difficult and heavy-load work” It was thought that it was appropriate as “a task that causes fatigue by

<非侵襲的疲労評価可能性検証>
(1)試験デザイン
本発明者らは、健常成人10名(男性、年齢30.8±9.4歳(平均±標準偏差))を被験者として、実施例1で「単調で、負荷の小さい作業による疲労を引き起こす課題」として適切だと証明された0−backテストと「困難で、負荷の大きい作業による疲労を引き起こす課題」として適切だと証明された2−backテストを、精神疲労を引き起こす課題としてそれぞれ30分間実施した。試験の具体的な流れとしては、課題実施前検査として、安静時検査、視覚刺激検査、聴覚刺激検査を行った。最初に安静時検査として、開眼状態で2分間安静にしてもらい、続いて閉眼状態で1分間安静にしてもらった。次に視覚刺激検査として、赤色発光ダイオードの点滅による左半視野に対する光刺激を負荷した。刺激は1分ずつ2回試行し、1回目は1Hz、2回目は16Hzの点滅刺激を用いた。その次に聴覚刺激検査として、トーンバースト刺激(1000Hz、90dB)を用いて約4分ずつ1回目は右耳へ、2回目は左耳へ刺激を負荷した。聴覚刺激検査終了の後、0−backテストおよび2−backテストを30分間実施した。N−backテスト実施後は、課題実施後検査を行った。課題実施後検査は課題実施前検査と同様であるが、安静時検査、聴覚刺激検査、視覚刺激検査の順に実施した。そして、課題実施前の安静時検査から課題実施後の視覚刺激検査までの間、連続で脳波(EEG)、脳磁図(MEG)を計測した。また、課題実施前後には主観検査を実施し、Visual analog scale(VAS)により全体的疲労感、精神的疲労感、身体的疲労感、ストレス、意欲、眠気、難しさ、単調さ、退屈さを、Karolinska sleepness scale(KSS)により眠気を測定した。さらに、被験者における慢性的な疲労具合も調査するため、2種類の試験の実施日のうち初日のみ、試験開始前にChalder’s fatigue scaleにより疲労の強さを測定した。また、2種類の試験はクロスオーバーで実施し、試験を行う順序による影響を除外した。
<Verification of possibility of noninvasive fatigue assessment>
(1) Test design The present inventors used 10 healthy adults (male, age 30.8 ± 9.4 years (mean ± standard deviation)) as subjects in Example 1, “monotonous and light work” Tasks that cause mental fatigue: 0-back test proved appropriate as “problems that cause fatigue due to stress” and 2-back test proved appropriate as “issues that cause fatigue due to difficult and heavy work” Each for 30 minutes. As a specific flow of the test, a resting test, a visual stimulus test, and an auditory stimulus test were performed as a pre-task test. First, as a resting test, the patient was rested for 2 minutes in the open eye state, and then rested for 1 minute in the closed eye state. Next, as a visual stimulus test, a light stimulus was applied to the left half visual field by blinking of a red light emitting diode. Stimulation was tried twice a minute, and a blinking stimulus of 1 Hz was used for the first time and 16 Hz for the second time. Next, as an auditory stimulation test, a tone burst stimulation (1000 Hz, 90 dB) was used, and stimulation was applied to the right ear for the first time for about 4 minutes and to the left ear for the second time. After completion of the auditory stimulation test, a 0-back test and a 2-back test were performed for 30 minutes. After the N-back test, an inspection after the task was performed. The post-task inspection was the same as the pre-task inspection, but was performed in the order of rest test, auditory stimulus test, and visual stimulus test. Then, during the period from the rest test before the task execution to the visual stimulus test after the task execution, the electroencephalogram (EEG) and magnetoencephalogram (MEG) were measured continuously. Subjective tests are conducted before and after the task, and overall fatigue scale, mental fatigue, physical fatigue, stress, motivation, drowsiness, difficulty, monotony, and boredom are achieved through Visual analog scale (VAS). Drowsiness was measured by Karolinska sleepness scale (KSS). Furthermore, in order to investigate the chronic fatigue condition in the test subjects, the fatigue strength was measured only by the first day of the two kinds of test days before the start of the test by means of Chalder's fatigue scale. In addition, two types of tests were conducted at the crossover, and the influence due to the order of the tests was excluded.

(2)観察項目
MEG検査: 測定には160チャネルヘルメット型脳磁図計 (MEG vision)(横河電機株式会社製)を用いた。これより磁場活動をMEG装置により測定し、sLORETA−qm法による視覚誘発磁場(VEF)解析を行った。
(2) Observation items MEG examination: A 160-channel helmet type magnetoencephalograph (MEG vision) (manufactured by Yokogawa Electric Corporation) was used for measurement. From this, the magnetic field activity was measured by the MEG apparatus, and visual evoked magnetic field (VEF) analysis by the sLORETA-qm method was performed.

なお、2群間の比較についてはPaired t−testを実施した。2群間の相関についてはPearsonの相関分析を実施した。P値は0.05未満を統計学的有意と判定した。   For comparison between the two groups, Paired t-test was performed. For the correlation between the two groups, Pearson's correlation analysis was performed. A P value of less than 0.05 was determined to be statistically significant.

(3)結果
N−backテスト実施後の主観データでは、0−backテスト実施群は2−backテスト実施群に比し眠気、単調、退屈VASスコアが有意に高値を示し、一方では、2−backテスト実施群は0−backテスト実施群に比しストレスおよび難しさのVASスコアが有意に高値を示す傾向にあった。これらの結果は、実施例1の結果とほぼ同じ傾向であり、本試験の信頼性・妥当性を保証するものと考えられた。
(3) Results In the subjective data after the N-back test, the 0-back test group showed significantly higher drowsiness, monotony, and bored VAS scores than the 2-back test group. The back test group tended to show significantly higher VAS scores for stress and difficulty compared to the 0-back test group. These results were almost the same as the results of Example 1, and were considered to guarantee the reliability and validity of this test.

MEGにおける1Hzもしくは16Hzの赤色点滅光刺激によるVEF解析において、sLORETA−qm法によって求めた刺激後70msecから330msec間の反応強度と、試験実施前に調査していたChalder’s fatigue scaleのスコアとの相関を分析した。本実験で上記時間間隔の反応強度を分析した理由は、視覚刺激から70msec程度後の脳の信号に、視覚刺激により誘発された信号が生じやすいためである。また、実験データを観察したところ、視覚刺激により誘発された信号が生じるのは刺激後330msec程度までであったためである。   In VEF analysis with 1 Hz or 16 Hz red flashing light stimulation in MEG, the reaction intensity between 70 msec and 330 msec after stimulation determined by sLORETA-qm method and the score of Chalder's fatigue scale that was investigated before the test was conducted The correlation was analyzed. The reason for analyzing the reaction intensity at the time interval in this experiment is that a signal induced by the visual stimulus is likely to occur in the brain signal after about 70 msec from the visual stimulus. Further, when the experimental data was observed, the signal induced by the visual stimulus was generated until about 330 msec after the stimulus.

1Hzの赤色点滅光刺激を与えた場合、2−backテスト実施群では、課題実施前における赤色点滅光刺激後130msecから210msec間における反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに相関関係は見られなかった。一方、課題実施後における赤色点滅光刺激後130msecから210msec間における反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに正の相関関係が見られた(図9)。同様に1Hzの赤色点滅光刺激を与えた場合、0−backテスト実施群では、課題実施前における赤色点滅刺激後70msecから130msec間における反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに相関関係は見られなかった。一方、課題実施後における赤色点滅刺激後70msecから130msec間における反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに正の相関関係が見られた(図10)。   When a 1 Hz red flashing light stimulus was applied, in the 2-back test group, there was a correlation between the reaction intensity between 130 msec and 210 msec after the red flashing light stimulus before the task was performed and the score of the Chalder's fatigue scale. There wasn't. On the other hand, a positive correlation was observed between the reaction intensity between 130 msec and 210 msec after stimulation of the red flashing light after the task was implemented, and the score of the Chalder's fatigue scale (FIG. 9). Similarly, when a 1 Hz red flashing light stimulus is given, in the 0-back test group, there is a correlation between the reaction intensity between 70 msec and 130 msec after the red flashing stimulus before the task is performed and the score of the Chalder's fatigue scale. I couldn't. On the other hand, a positive correlation was found between the reaction intensity between 70 msec and 130 msec after the red light stimulation after the task was performed, and the score of the Chalder's fatigue scale (FIG. 10).

16Hzの赤色点滅光刺激を与えた場合、2−backテスト実施群では、課題実施前における赤色点滅光刺激後130msecから210msec間における反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに相関関係は見られなかった。しかし、課題実施後における赤色点滅光刺激後130msecから210msec間における反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとに正の相関関係が見られた(図11)。同様に16Hzの赤色点滅光刺激を与えた場合、0−backテスト実施群では、課題実施前、課題実施後ともに有意な相関関係は見られなかった。   When a 16 Hz red flashing light stimulus was applied, in the 2-back test group, there was a correlation between the reaction intensity between 130 msec and 210 msec after the red flashing light stimulus before the task was performed and the score of the Chalder's fatigue scale. There wasn't. However, a positive correlation was found between the reaction intensity between 130 msec and 210 msec after stimulation of the red flashing light after the task was implemented, and the score of the Chalder's fatigue scale (FIG. 11). Similarly, when a 16 Hz red flashing light stimulus was applied, no significant correlation was observed in the 0-back test implementation group both before and after the implementation of the task.

なお、上記で70msecから130msec、130msecから210msec間の反応強度について特に分析したのは、実験データから、上記区間に差があるように観察されたためである。ただし、この130、210という数値は分析において便宜的に設定した値であって、この数値に限るものではない。   Note that the reason why the reaction intensity between 70 msec to 130 msec and 130 msec to 210 msec was analyzed in particular is that experimental data were observed to have a difference in the interval. However, the numerical values 130 and 210 are values set for convenience in the analysis, and are not limited to these numerical values.

医療分野において、視覚刺激により誘発される信号として刺激後75msec、100msec、145msec付近の信号に着目することが提案されていることに鑑みれば、注目すべき3つの時間における信号のうち、早い時間に起こる2つの信号(特に強い信号である100msec付近の信号)を含むような区間の反応強度と、残りの1つの信号(145msec付近の信号)を含むような区間の反応強度に、作業の困難性に応じた差が生じたと考えられる。   In view of the fact that it has been proposed in the medical field to focus on signals in the vicinity of 75 msec, 100 msec, and 145 msec after stimulation as signals induced by visual stimulation, among the signals at three time points to be noted, Difficulty in work due to the reaction intensity of the section including two signals that occur (particularly a strong signal near 100 msec) and the reaction intensity of the section including the remaining one signal (signal near 145 msec) It is thought that a difference according to

そこで、VEFの反応強度における蓄積疲労を評価するための閾値について検討した。その際、まず、本発明者らの従来の研究で得たデータより、Chalder’s fatigue scaleにおける重度の疲労の有無についてのカットオフ値を検討したところ、Chalder’s fatigue scaleで17以上とすることが望ましいことが分かった。この値はROC(Receiver Operating Characteristic curve)曲線を用いた計算により求め、その際の有意確率は0.001以下、ROC下面積は0.80以上、感度は75.0%、特異度は77.1%であり、信頼できる結果と言えた。つまり、Chalder’s fatigue scaleが17以上であれば蓄積疲労があると判断し、17未満であれば蓄積疲労がないと判断すればよい。なお、上記17という数字は厳密にこれに限るものではなく、ある程度信頼性がある16以上から18以下の範囲内であればよいと考えられる。そして、図8および図9、さらに図10で示した相関関係における最小二乗法による相関式から、Chalder’s fatigue scaleで重度の疲労が存在すると判断できるカットオフ値17に相当するVEFの反応強度の値を抽出した。図9の相関式(式1)から、2−backテスト実施群では、1Hzの赤色点滅光刺激の場合が2.8nA・m(対数値で1.0)、図11の相関式(式2)から、16Hzの赤色点滅光刺激の場合が1.7nA・m(対数値で0.56)が導かれた。また、図10の相関式(式3)から、0−backテスト実施群では、1Hzの赤色点滅光刺激の場合で5.3nA・m(対数値で1.7)という値が導かれた。   Then, the threshold value for evaluating the accumulation fatigue in the reaction intensity of VEF was examined. In that case, first, from the data obtained in the conventional research of the present inventors, the cutoff value for the presence or absence of severe fatigue in the Chalder's fatigue scale was examined, and the Chalder's fatigue scale was set to 17 or more. I found it desirable. This value is obtained by calculation using a ROC (Receiver Operating Characteristic curve) curve. In this case, the significance probability is 0.001 or less, the area under the ROC is 0.80 or more, the sensitivity is 75.0%, and the specificity is 77. It was 1%, which was a reliable result. In other words, it is determined that there is accumulated fatigue if the Chalder's fatigue scale is 17 or more, and it is determined that there is no accumulated fatigue if it is less than 17. Note that the number 17 is not strictly limited to this, and may be within a range of 16 or more and 18 or less with some reliability. 8 and FIG. 9 and further the correlation intensity of the correlation shown in FIG. 10 by the least square method, the reaction intensity of VEF corresponding to the cut-off value 17 that can be judged that severe fatigue is present in the Chalder's fatigue scale The value of was extracted. From the correlation equation (Equation 1) of FIG. 9, in the 2-back test implementation group, the case of 1 Hz red flashing light stimulation is 2.8 nA · m (logarithmic value 1.0), and the correlation equation of FIG. ) Led to 1.7 nA · m (logarithmic value 0.56) in the case of 16 Hz red flashing light stimulation. Also, from the correlation equation (Equation 3) in FIG. 10, in the 0-back test implementation group, a value of 5.3 nA · m (logarithmic value of 1.7) was derived in the case of 1 Hz red flashing light stimulation.

(式1)y=0.1255x−1.0866
(式2)y=0.0824x−0.8428
(式3)y=0.1838x−1.465
(Formula 1) y = 0.1255x-1.0866
(Formula 2) y = 0.0824x-0.8428
(Formula 3) y = 0.1838x-1.465

また、カットオフ値を16以上18以下とするならば、2−backテスト実施群では1Hzの点滅光刺激の場合2.5nA・m以上3.3nA・mであり、16Hzの点滅刺激の場合4.5nA・m以上6.0nA・m以下である。同様に、0−backテスト実施群では1.6nA・m以上1.9nA・m以下である。   If the cut-off value is 16 or more and 18 or less, in the 2-back test implementation group, it is 2.5 nA · m to 3.3 nA · m in the case of 1 Hz blinking light stimulus, and in the case of 16 Hz blinking stimulus 4 It is not less than 5 nA · m and not more than 6.0 nA · m. Similarly, in the 0-back test implementation group, it is 1.6 nA · m or more and 1.9 nA · m or less.

以上の結果から、本発明者らは、独自で行った非侵襲的な生体疲労評価可能性検証を目的とした被験者実験を通じ、MEGのVEF解析における反応強度とChalder’s fatigue scaleのスコアとの相関関係が、「単調で、負荷の小さい作業により生じる疲労」と「困難で、負荷の大きい作業により生じる疲労」を引き起こしている際には濃く現れるということを見出した。さらに、得られた相関関係から蓄積疲労を評価するためのVEFの反応強度における閾値を抽出した。これより、本発明者らは、これまでにはなされていなかった脳磁図のような物理的な生体センサにより慢性的な蓄積疲労を評価できる可能性を立証した。   Based on the above results, the present inventors conducted a subject experiment for the purpose of verifying the possibility of evaluating non-invasive body fatigue performed independently, and the reaction intensity in the VEG analysis of MEG and the score of the Chalder's fatigue scale. It was found that the correlation appears deeply when it causes “fatigue caused by work that is monotonous and lightly loaded” and “fatigue caused by work that is difficult and heavily loaded”. Furthermore, the threshold value in the reaction intensity of VEF for evaluating accumulated fatigue was extracted from the obtained correlation. Thus, the present inventors have demonstrated the possibility that chronic accumulated fatigue can be evaluated by a physical biosensor such as a magnetoencephalogram which has not been made so far.

本発明にかかる生体疲労評価装置は、ヒトの疲労を非侵襲的かつ簡易に評価することが可能となり、日常生活における疲労の早期発見に有用である。医療現場における疾患の1次スクリーニングを目的とした検査システムや職域における従業員管理システム、さらには自動車におけるドライバ状態推定システム等の用途にも応用できる。   The biological fatigue evaluation apparatus according to the present invention can non-invasively and easily evaluate human fatigue, and is useful for early detection of fatigue in daily life. The present invention can also be applied to uses such as an inspection system for primary screening of diseases in a medical field, an employee management system in an occupational area, and a driver state estimation system in an automobile.

101 生体信号計測部
102 特徴量抽出部
103 疲労評価部
104 刺激出力部
105 機器制御部
401 作業実行部
402 記憶部
1201 脈波計測部
1202 加速度脈波算出部
1203 記憶部
1204 評価部
1205 脈波計測部
1206 加速度脈波算出部
1207 記憶部
1208 カオス解析部
1209 評価部
11 運転者
12 前方風景
13 ステアリング
14 ペダル
15 脳活動検出装置
16 信号処理部
17 演算装置
18 記憶装置
19 賦活装置
20 酸素供給機
21 スピーカー
22 光源
23 振動発生器
24 シート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Biometric signal measurement part 102 Feature-value extraction part 103 Fatigue evaluation part 104 Stimulus output part 105 Device control part 401 Work execution part 402 Storage part 1201 Pulse wave measurement part 1202 Acceleration pulse wave calculation part 1203 Storage part 1204 Evaluation part 1205 Pulse wave measurement Unit 1206 Acceleration Pulse Wave Calculation Unit 1207 Storage Unit 1208 Chaos Analysis Unit 1209 Evaluation Unit 11 Driver 12 Front Scene 13 Steering 14 Pedal 15 Brain Activity Detection Device 16 Signal Processing Unit 17 Arithmetic Device 18 Storage Device 19 Activation Device 20 Oxygen Supply Machine 21 Speaker 22 Light source 23 Vibration generator 24 Sheet

Claims (10)

対象者の生体信号を計測する生体信号計測部と、
前記生体信号計測部より計測された生体信号から視覚刺激に関連する特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量抽出部により抽出された特徴量に基づいて対象者における蓄積疲労の有無を評価する疲労評価部と、を備え、
前記生体信号計測部は、前記対象者が精神疲労負荷となる作業を実行した後に、前記生体信号を計測する生体疲労評価装置。
A biological signal measuring unit for measuring the biological signal of the subject,
A feature amount extraction unit that extracts a feature amount related to a visual stimulus from the biological signal measured by the biological signal measurement unit;
A fatigue evaluation unit that evaluates the presence or absence of accumulated fatigue in the subject based on the feature amount extracted by the feature amount extraction unit,
The biological signal measuring unit is a biological fatigue evaluation device that measures the biological signal after the subject performs an operation that becomes a mental fatigue load.
前記生体信号は、脳機能を示す電気信号または磁気信号であり、
前記特徴量抽出部は、前記生体信号から視覚刺激により誘発された事象関連信号を抽出し、
前記疲労評価部は、前記事象関連信号の強度に基づいて蓄積疲労の有無を評価する請求項1に記載の生体疲労評価装置。
The biological signal is an electrical signal or a magnetic signal indicating brain function,
The feature amount extraction unit extracts an event-related signal induced by a visual stimulus from the biological signal,
The biological fatigue evaluation apparatus according to claim 1, wherein the fatigue evaluation unit evaluates the presence or absence of accumulated fatigue based on the intensity of the event-related signal.
前記特徴量抽出部は、前記対象者が実行する作業が脳内におけるワーキングメモリを使う作業である場合に、視覚刺激後100msec経過した後の所定時間区間における事象関連信号を特徴量として抽出し、
前記疲労評価部は、前記特徴量抽出部により抽出された前記事象関連信号の所定時間区間における平均強度が予め設定された閾値を超えた場合に蓄積疲労が存在すると評価する請求項1または2に記載の生体疲労評価装置。
The feature amount extraction unit extracts, as a feature amount, an event-related signal in a predetermined time interval after 100 msec has elapsed after visual stimulation when the work performed by the subject is a work using a working memory in the brain.
The said fatigue evaluation part evaluates that accumulation fatigue exists when the average intensity | strength in the predetermined time interval of the said event related signal extracted by the said feature-value extraction part exceeds the preset threshold value. The biological fatigue evaluation apparatus described in 1.
前記特徴量抽出部は、前記対象者が実行する作業が脳内におけるワーキングメモリを使わない作業である場合に、視覚刺激直後から視覚刺激後145msec経過するより前までの所定時間区間における事象関連信号を特徴量として抽出し、
前記疲労評価部は、前記特徴量抽出部により抽出された前記事象関連信号の所定時間区間における平均強度が予め設定された閾値を超えた場合に蓄積疲労が存在すると評価する請求項1または2に記載の生体疲労評価装置。
When the work performed by the subject is a work that does not use a working memory in the brain, the feature amount extraction unit detects an event-related signal in a predetermined time interval from 145 msec after the visual stimulation to immediately before the visual stimulation. Are extracted as features,
The said fatigue evaluation part evaluates that accumulation fatigue exists when the average intensity | strength in the predetermined time interval of the said event related signal extracted by the said feature-value extraction part exceeds the preset threshold value. The biological fatigue evaluation apparatus described in 1.
前記対象者に対し視覚刺激を与える刺激出力部をさらに備え、
前記特徴量抽出部は、前記生体信号から、前記刺激出力部による視覚刺激に関連する特徴量を抽出する請求項1から4のいずれか一項に記載の生体疲労評価装置。
A stimulus output unit for applying visual stimulus to the subject;
5. The biological fatigue evaluation apparatus according to claim 1, wherein the feature amount extraction unit extracts a feature amount related to visual stimulation by the stimulus output unit from the biological signal.
前記刺激出力部は、δ波帯域、またはβ波帯域の周波数をもつ点滅光を出力する請求項5に記載の生体疲労評価装置。   The living body fatigue evaluation apparatus according to claim 5, wherein the stimulus output unit outputs blinking light having a frequency in a δ wave band or a β wave band. 前記対象者に対し、脳内におけるワーキングメモリを使う作業、または脳内におけるワーキングメモリを使わない作業を実行させる作業実行部をさらに備え、
前記生体信号計測部は、前記作業実行部により前記作業が実行された後に、前記対象者の前記生体信号を計測する請求項1から6のいずれか一項に記載の生体疲労評価装置。
A work execution unit for causing the subject to perform a work using a working memory in the brain or a work not using a working memory in the brain;
The biological fatigue evaluation apparatus according to claim 1, wherein the biological signal measurement unit measures the biological signal of the subject after the work is executed by the work execution unit.
前記疲労評価部により評価された結果に基づいて、外部機器を制御する機器制御部をさらに備える請求項1から7のいずれか一項に記載の生体疲労評価装置。   The living body fatigue evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a device control unit that controls an external device based on a result evaluated by the fatigue evaluation unit. 前記疲労評価部により評価された結果を記憶する記憶部をさらに備える請求項1から8のいずれか一項に記載の生体疲労評価装置。   The living body fatigue evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 8, further comprising a storage unit that stores a result evaluated by the fatigue evaluation unit. 対象者の生体信号を計測する生体信号計測ステップと、
前記生体信号計測ステップにおいて計測された生体信号から視覚刺激に関連する特徴量を抽出する特徴量抽出ステップと、
前記特徴量抽出ステップにおいて抽出された特徴量に基づいて対象者における蓄積疲労の有無を評価する疲労評価ステップと、を含み、
前記生体信号計測ステップでは、前記対象者が所定の作業を行った後に、前記生体信号を計測する生体疲労評価方法。
A biological signal measuring step for measuring a biological signal of the subject;
A feature amount extraction step for extracting a feature amount related to a visual stimulus from the biological signal measured in the biological signal measurement step;
A fatigue evaluation step of evaluating the presence or absence of accumulated fatigue in the subject based on the feature amount extracted in the feature amount extraction step,
In the biological signal measuring step, the biological fatigue evaluation method of measuring the biological signal after the subject performs a predetermined work.
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