JP2011150408A - Human interface based on measurement of living body and brain function, and human error detecting and preventing method using the same - Google Patents
Human interface based on measurement of living body and brain function, and human error detecting and preventing method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011150408A JP2011150408A JP2010009106A JP2010009106A JP2011150408A JP 2011150408 A JP2011150408 A JP 2011150408A JP 2010009106 A JP2010009106 A JP 2010009106A JP 2010009106 A JP2010009106 A JP 2010009106A JP 2011150408 A JP2011150408 A JP 2011150408A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- subject
- information
- internal state
- measurement
- state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 230000003925 brain function Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000007635 classification algorithm Methods 0.000 claims description 43
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 43
- 230000007177 brain activity Effects 0.000 claims description 39
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 23
- 230000006399 behavior Effects 0.000 claims description 20
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims description 18
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims description 16
- 230000003936 working memory Effects 0.000 claims description 16
- 238000012706 support-vector machine Methods 0.000 claims description 11
- 210000001652 frontal lobe Anatomy 0.000 claims description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 8
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 8
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 6
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 6
- 238000002790 cross-validation Methods 0.000 claims description 5
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 5
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims description 4
- 210000001152 parietal lobe Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 2
- 238000012880 independent component analysis Methods 0.000 claims description 2
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 claims description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 14
- 230000016776 visual perception Effects 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 39
- 230000006870 function Effects 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000002599 functional magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 5
- 206010027175 memory impairment Diseases 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 4
- 206010015037 epilepsy Diseases 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 206010003062 Apraxia Diseases 0.000 description 3
- 206010010904 Convulsion Diseases 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 230000006403 short-term memory Effects 0.000 description 3
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 3
- 230000037007 arousal Effects 0.000 description 2
- 210000004227 basal ganglia Anatomy 0.000 description 2
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 2
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 210000000337 motor cortex Anatomy 0.000 description 2
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 2
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 1
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 241000287181 Sturnus vulgaris Species 0.000 description 1
- 230000016571 aggressive behavior Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013477 bayesian statistics method Methods 0.000 description 1
- 230000003542 behavioural effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 210000001638 cerebellum Anatomy 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000003064 k means clustering Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008035 nerve activity Effects 0.000 description 1
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 1
- 238000002610 neuroimaging Methods 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 230000001936 parietal effect Effects 0.000 description 1
- 210000002442 prefrontal cortex Anatomy 0.000 description 1
- 238000013102 re-test Methods 0.000 description 1
- 238000013468 resource allocation Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000015541 sensory perception of touch Effects 0.000 description 1
- 230000008326 skin blood flow Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
本発明は、生体および脳機能計測に基づくヒューマンインターフェイス及びそれを用いたヒューマンエラーの検出・防止方法に係り、特に、生体および脳機能計測に基づきヒューマンエラーの起こりやすい状態を予測・検出し、操作者にフィードバックするヒューマンインターフェイス及びそれを用いたヒューマンエラーの検出・防止方法に関する。 The present invention relates to a human interface based on living body and brain function measurement and a human error detecting / preventing method using the human interface, and in particular, predicting / detecting a state where human error is likely to occur based on living body and brain function measurement, The present invention relates to a human interface that provides feedback to a person and a human error detection / prevention method using the human interface.
機器の信頼性が向上し機械側が原因で生じる事故件数が減少している一方、総事故件数に占める人が原因で起こる事故(ヒューマンエラー)の割合は増加している。ヒューマンエラー防止を目的とするヒューマンファクター工学分野では、外部環境を整えることで人側の間違えを低減する、フールプルーフシステムの開発に重点が置かれている(非特許文献1)。見間違えを防ぐように書式を改善した道路案内や、少しの接触では作動しないような作動ボタン上のプラスチックカバーなどが例として挙げられる。 While the reliability of equipment has improved and the number of accidents caused by the machine side has decreased, the proportion of accidents (human errors) caused by people in the total number of accidents has increased. In the field of human factor engineering for the purpose of preventing human errors, emphasis is placed on the development of a foolproof system that reduces mistakes on the human side by preparing an external environment (Non-patent Document 1). Examples include road guides that have been improved in format to prevent mistakes, and plastic covers on operating buttons that do not operate with a slight contact.
特許文献1では、脳波スペクトラル解析から得られた脳活動信号を用いて操作者の意識レベルを推定し、その推定された意識レベルに応じて適切と思われる情報を呈示する装置を提案している。また、特許文献2には、生体の脳内部の血液循環・血行動態及びヘモグロビン変化に基づく生体及び脳機能の信号を光検出器で光トポグラフィ信号(以下、光トポ)として検出する生体光計測装置の例が開示されている。
その他、非特許文献3には、変化検出課題の例が示されている。また、非特許文献4では、癲癇の患者において、癲癇の起こる数時間〜7時間の脳活動から発作の予兆を見いだせることが報告されている。
In addition, Non-Patent
しかしながら、いくらフールプルーフシステムを整えても、操作者が外部環境に注意を払っていなかったり、覚醒度の低い状態で判断能力が低下していたりする場合には、見落とし・聞き間違え・考え違え・し忘れといったヒューマンエラー要因の事故は起こり得る。また、一度に視認できる視覚刺激の個数や、作業記憶に留めておける項数には上限があることが最近の認知神経科学分野では明らかにされてきている(非特許文献2)。したがって、外部環境の整備といったヒューマンファクター工学分野の手法では防ぎきれない人的要因が存在する。この人的要因に起因する過失を予防および検出するためには、操作者が過失を起こしやすい状態を予測および検出する人間科学からのアプローチが必要である。 However, no matter how much the foolproof system is in place, if the operator is not paying attention to the external environment or the judgment ability is low due to low arousal level, oversight, misunderstanding, misunderstanding, Accidents caused by human error such as forgetting to happen can occur. Moreover, it has been clarified in the recent cognitive neuroscience field that there is an upper limit to the number of visual stimuli visible at one time and the number of terms that can be retained in working memory (Non-patent Document 2). Therefore, there are human factors that cannot be prevented by techniques in the field of human factor engineering such as the maintenance of the external environment. In order to prevent and detect negligence due to this human factor, an approach from human science is needed to predict and detect conditions prone to error by the operator.
また、特許文献1に開示された手法は、覚醒度などといった全体の大まかな状態を推定するのに適している一方、その低い空間的解像度のため活動している脳部位を特定することが出来ず、どのような脳機能が具体的にどのような状態にあるかを明らかにすることは出来なかった。また、脳波では意識レベルの一般的な5段階指標を用いるため、操作者個々人の特性に合わせた脳状態の推定を考慮していなかった。
Moreover, while the technique disclosed in
本発明の解決すべき課題は、生体および脳機能計測信号から個々人の注意・記憶といった内部状態を推定もしくは予測し、ヒューマンエラーの起こりやすい状態を検出および警告することで、ヒューマンエラーを予防および防止することである。 The problem to be solved by the present invention is to prevent or prevent human errors by estimating or predicting internal states such as individual attention and memory from living body and brain function measurement signals, and detecting and warning states where human errors are likely to occur. It is to be.
本発明の代表的なものを示せば、次の通りである。本発明のヒューマンインターフェイスは、被験者の内部状態の情報と、該内部状態の情報と時間的関連性を有し生体由来の雑音を除去した前記被験者の生体計測情報とをセットとして取得し、個人用のデータベースを生成する個人データベース生成手段と、前記個人用のデータベースを訓練セットとして分類アルゴリズムを最適化する分類アルゴリズム最適化手段と、前記被験者の生体信号計測により得られた新たな生体計測情報に、前記最適化された分類アルゴリズムを適用して、前記被験者の内部状態を推定する行動推定手段と、前記推定結果に基く情報を呈示する情報呈示手段とを備えたことを特徴とする。 A representative example of the present invention is as follows. The human interface of the present invention obtains a set of information on the internal state of the subject and the biological measurement information of the subject that is temporally related to the information on the internal state and removes the biological noise. Personal database generation means for generating a database of the above, classification algorithm optimization means for optimizing a classification algorithm using the personal database as a training set, and new biometric information obtained by measuring the biosignal of the subject, A behavior estimation unit that estimates the subject's internal state by applying the optimized classification algorithm and an information presentation unit that presents information based on the estimation result are provided.
本発明によれば、生体および脳機能計測から推定した操作者個々の内部状態を基に、操作者の内部状態を推定もしくは予測し、ヒューマンエラーの起こりやすい状態を検出および警告することで操作者に注意を喚起し、ヒューマンエラーを防ぐことが可能となる。 According to the present invention, the operator's internal state is estimated or predicted based on the internal state of each operator estimated from the living body and brain function measurement, and a state in which human error is likely to occur is detected and warned. It is possible to call attention and prevent human error.
本発明は、生体および脳機能計測から機械学習のアルゴリズムを用いて人の内部状態を推定し、過失の起こしやすい状態を事前あるいは事後に検出し、その情報をデータベース化して利用することによって、ヒューマンエラーの防止を試みることに関するものである。 The present invention estimates human internal states using machine learning algorithms from living body and brain function measurements, detects pre- or post-faulty states, and uses the information in a database for human use. It is about trying to prevent errors.
すなわち、本発明は、機械を用いた作業場において、操作者の生体計測信号からの内部状態(視覚的注意・作業記憶・スキル習熟度など)を機械学習のアルゴリズムを適用して推定し、ヒューマンエラーの起こりやすい状態を予測・検出し、過失の危険度が高い状態にあると推定される場合に、視覚・聴覚・触覚のいずれか若しくはそれらを組み合わせて操作者にフィードバックすることにより過失を事前に防ぐ装置、方法に関するものである。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
That is, the present invention estimates an internal state (visual attention, working memory, skill proficiency, etc.) from an operator's biological measurement signal by applying a machine learning algorithm in a workplace using a machine, and human error Predicting and detecting the state where the risk is likely to occur, and if it is estimated that there is a high risk of negligence, feedback is made to the operator in advance by either visual, auditory, tactile, or a combination thereof. The present invention relates to an apparatus and a method for preventing it.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明の第一の実施例になるヒューマンインターフェイスについて、説明する。この例では、脳活動信号からの錯誤状態のモニターおよび予測を行う機能を備えたヒューマンインターフェイスを主体にして説明する。第一の実施例を実現するために、まず、次のような脳機能計測装置が必要である。 The human interface according to the first embodiment of the present invention will be described. In this example, a human interface having a function of monitoring and predicting an error state from a brain activity signal will be mainly described. In order to realize the first embodiment, first, the following brain function measuring apparatus is required.
「脳機能計測装置」
特定の脳機能を測定できる程度の空間分解能を持つ、かつ、錯誤のモニターと予測が区別できる程度の時間解像度を持つ。また実作業現場での応用を考慮して、比較的携帯可能なもの、また磁気シールドなどの設備を要しないものが望まれる。一例として光トポグラフィ法が挙げられるが、本発明はこれに特定するものではない。
"Brain function measuring device"
It has a spatial resolution that can measure a specific brain function, and a temporal resolution that can distinguish between error monitoring and prediction. In consideration of application at the actual work site, it is desirable that the device is relatively portable and does not require equipment such as a magnetic shield. An example is an optical topography method, but the present invention is not limited to this.
以下では脳機能計測法として光トポグラフィを想定して装置を説明する。
図1Aは、本発明のヒューマンインターフェイスの第一の実施例の概念図である。図1Aにおいて、本実施例のヒューマンインターフェイスは、生体計測装置110、信号解析装置120及び課題呈示装置130を含む装置本体100と、生体計測信号や内部状態信号のデータ、脳活動のデータベース、及び参照データなどを保持する外部記憶装置140と、操作者すなわち被験者160が操作する外部機器150とを備えており、これらは、通信ネットワークを介して相互に接続されている。生体計測装置110、信号解析装置120及び課題呈示装置130を含む装置本体100、外部記憶装置140及び外部機器150により、被験者の内部状態の情報と、該内部状態の情報と時間的関連性を有する前記被験者の生体計測情報とをセットとして取得し、個人用のデータベースを生成する個人データベース生成手段が構成されている。また、信号解析装置120を含む装置本体100と外部記憶装置140により、前記個人用のデータベースを訓練セットとして分類アルゴリズムを最適化する分類アルゴリズム最適化手段と、前記被験者の生体信号計測により得られた新たな生体計測情報に、前記最適化された分類アルゴリズムを適用して、前記被験者の内部状態を推定する行動推定手段とが構成されている。さらに、外部機器150は、前記推定結果に基く情報を呈示する情報呈示手段として機能する。
In the following, the apparatus will be described assuming optical topography as a brain function measurement method.
FIG. 1A is a conceptual diagram of a first embodiment of the human interface of the present invention. In FIG. 1A, the human interface of the present embodiment includes a device
すなわち、生体計測装置110は、生体(被験者)内部の生体情報を検出する装置であり、例えば光トポであり、近赤外光を生体に照射し、その光が生体内を透過・散乱したものを計測することによって、生体内の光学特性を時間的に連続的に計測し、生体内の状態を観測する装置を用いる。ただし計測点数は特に限定するものではない。あるいは、光トポに代えて、脳の複数部位の脳波の電位を測定することで神経活動を生体情報として計測する装置でも良い。さらに、生体情報として、血圧、脈拍、呼吸・サーモグラフィ、皮膚血流量、心電図等の生理的計測を行う機能も必要に応じて適宜併用される。
In other words, the living
また、課題呈示装置130は被験者に対するタスク(課題)や解析結果等を視聴覚的・触覚的に最適な情報を呈示する。外部機器150は、被験者からのタスク(課題)の選択、応答の受付などの機能を備えている。被験者160は、生体計測装置110による生体情報の計測と並行して、課題呈示装置130からのタスクによる刺激を受け、外部機器150の操作ボタンやマイクや等を介して応答を返す。操作者の応答結果は、個人データベースの一部を構成する操作者の内部状態の情報としてハードディスク等の記憶装置140に記録される。
In addition, the
信号解析装置120は、光検出器で検出された生体計測信号から生体由来の雑音を除去するための信号処理機能、及び処理された生体計測信号のデータ及びこれと時間的な関連を有する(対をなす)操作者の内部状態(視覚的注意・作業記憶・スキル習熟度など)に関する内部状態信号のデータを個人データベースとして記録する機能と、この個人データベースを訓練セットとして機械学習アルゴリズムを最適化する機能と、この最適化された機械学習アルゴリズムで実作業現場において生体信号計測から内部状態を推定する機能とを備えている。そして、ヒューマンエラーの起こりやすい状態を予測・検出し、過失の危険度が高い状態にあると推定される場合に、外部機器150の表示画面に提示する等、視覚・聴覚・触覚のいずれか若しくはそれらを組み合わせて操作者にフィードバックする。
The
なお、装置本体100の処理機能は、ホストコンピュータやそれにネットワーク接続されたパーソナルコンピュータ内のメモリにロードされた各種のプログラムをCPUにて実行することにより実現される。課題呈示装置130と外部機器150は、1つのパーソナルコンピュータを兼用して構成しても良い。個人用データベースの保存装置である記憶装置140として、ローカルハードディスクもしくはインターネットによるサーバを用いる。
The processing function of the apparatus
図1Bに、予め取得されたある操作者Aの応答結果及び生体内部情報に基く、操作者A固有の個人用データベースの一例を示している。データベース140Aは、正答確率の時系列パターン、データベース140Bは、ヒューマンエラーの起こりやすさの判定基準を与える判断境界のパターンのデータである。データベース140Aは、操作者Aの正答率の高い時間、換言すると状態判定区間が課題開始後、t2からt3の間であることを示している。一方、データベース140Bは、操作者Aの状態が良好な「状態A」の領域と、良好ではない「状態B」の領域とが「判断境界」で区画されていることを示している。タスク(課題)の種類やその用途により、データベースの生成方法や構成は異なる。詳細については、後で説明する。
FIG. 1B shows an example of a personal database unique to the operator A based on a response result of a certain operator A acquired in advance and internal biological information. The
次に、第一の実施例の動作の概要を、図2で説明する。図2は、光トポの常時測定を前提とした、ヒューマンエラーの検出・予防フローチャートである。 Next, the outline of the operation of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a human error detection / prevention flowchart based on the premise of constant measurement of optical topo.
本実施例のヒューマンインターフェイスでは、事前に操作者の頭部に生体計測装置110を装着し(S20)、操作者が選択した課題に応じて所定のタスクを与えながら脳機能計測を行う(S21)。このとき、取得した操作者の内部状態(注意・作業記憶・学習定着度など)の情報と生体信号計測(光トポグラフィ・脳波・脈拍・呼吸・血圧)の信号を取得する。例えば操作者が「注意課題」を選択した場合、見落とし・聞き間違え・勘違いといった感覚的錯誤を検出するために、生体計測として光トポを脳部位の全体、あるいは主に後頭頂葉と背側前頭葉、をそれぞれ複数点同時に計測する。そしてこれらの計測信号から生体由来の雑音を除去するための信号処理を行い、それらのデータを訓練セットすなわち個々人用に「脳活動・行動のデータベース」としてデータベース化し、外部記憶装置140に記録する(S22)。光トポの代わりに脳波を用いて同様なデータベースを作成しても良い。あるいは、光トポもしくは脳波と、脈拍・呼吸・血圧の少なくとも1つとを同時に計測し、これらを組み合わせた生体計測信号と操作者の内部状態の信号とから、データベースを作成しても良い。なお、生体信号計測の前処理には、周波数バンドパスフィルタ、多項式ベースライン補正、主成分分析、独立成分分析等を用いる。
In the human interface of the present embodiment, the
「脳活動・行動のデータベース」
ヒューマンエラーの可能性が高まっている状態を脳活動から推定するためには、機械学習分類アルゴリズムを最適化する必要があるため、操作者の行動を記録し、エラーが起きた場合と起きなかった場合の脳活動をデータベース化する必要がある。すなわち、操作者毎の行動とそれに対応する脳活動のデータベースを生成する。これは、一操作者専用としてローカルハードディスクに記憶してもよい。もしくは、同じ操作課題を行う複数操作者からのデータをインターネット上でデータベース化し、個人の特性と集団の特性を記憶する方法もある。
“Brain Activity / Behavior Database”
In order to estimate the state of increased human error from brain activity, it is necessary to optimize the machine learning classification algorithm, so the actions of the operator are recorded, and errors occur and do not occur It is necessary to create a database of brain activities. That is, a database of actions for each operator and the corresponding brain activity is generated. This may be stored on the local hard disk exclusively for one operator. Alternatively, there is a method of storing data from a plurality of operators who perform the same operation task as a database on the Internet and storing individual characteristics and group characteristics.
図2において、さらに、その個人データベースを訓練セットとして機械学習アルゴリズムを最適化する(S23)。 In FIG. 2, the machine learning algorithm is further optimized using the personal database as a training set (S23).
「分類アルゴリズムの最適化」
前記S22で得られたデータベースをトレーニングデータとして、分類アルゴリズムを最適化する。
"Classification algorithm optimization"
The classification algorithm is optimized using the database obtained in S22 as training data.
分類アルゴリズムには、マージン最大化原理に基づくサポートベクターマシンや、ベイズ学習に基づくレレバンスベクターマシンなどが利用できる。上記S22,S23で得られたデータから、分類アルゴリズムをトレーニングし、最適パラメタを決定する。サポートベクターマシンの場合、過学習を防ぐため、クロスバリデーション法を用いて汎化性能が最大になるように、パラメタを学習する。 As the classification algorithm, a support vector machine based on the margin maximization principle or a relevance vector machine based on Bayesian learning can be used. The classification algorithm is trained from the data obtained in S22 and S23, and the optimum parameter is determined. In the case of a support vector machine, in order to prevent overlearning, parameters are learned using a cross-validation method so that the generalization performance is maximized.
さらに、前記操作者に対して、その最適化された機械学習アルゴリズムに基づき、タスクを課し又はタスクの代わりに現場でのパソコン操作などの実務の作業(タスク無し)を開始し(S24)、この状態で生体信号の計測を行う(S25)。そして、生体信号の計測結果と予め取得された個人データベースの情報とから、操作者の内部状態を推定する(S26)。この内部状態を、予め設定された閾値と比較することで、ヒューマンエラーの起こりやすい状態を予測・検出する(S27)。 Further, based on the optimized machine learning algorithm, the operator is assigned a task or starts a practical work (no task) such as a personal computer operation in the field instead of the task (S24), In this state, the biological signal is measured (S25). Then, the internal state of the operator is estimated from the measurement result of the biological signal and the information in the personal database acquired in advance (S26). By comparing this internal state with a preset threshold value, a state in which a human error is likely to occur is predicted and detected (S27).
「実作業場で得られた脳活動信号からの行動分類」
実作業現場で測定した脳活動に、S23で最適化された分類アルゴリズムを適用し、過失が起きていないかどうかを分類し、過失の起こりうる確率(過失確率)を計算する。
"Behavior classification from brain activity signals obtained in actual workplaces"
The classification algorithm optimized in S23 is applied to the brain activity measured at the actual work site to classify whether or not negligence has occurred, and calculate the probability of negligence (fault probability).
この閾値には、後で説明する図6Bの「判断境界」を採用する。例えば、図1Bに示したように、操作者Aに対する課題開始後、時刻t2からt3の状態判定区間における操作者Aの生体計測信号の測定結果を処理した値が丸印で示したものであれば、「判断境界」よりも上側の「状態A」にあるので、装置本体100は、操作者Aの現在の状態が心身共に良好な状態であると判定する。逆に、「判断境界」よりも下側の「状態B」にあれば、操作者Aの現在の状態が良好ではないと判定する。なお、時刻t2からt3の区間では、所定の時間間隔、たとえは1秒毎に測定結果が得られるので、この状態判定区間における複数の測定結果の平均値を算出し、この平均値が「判断境界」のいずれの側にあるかを判定する。
As this threshold value, a “determination boundary” in FIG. 6B described later is adopted. For example, as shown in FIG. 1B, the values obtained by processing the measurement results of the biological measurement signals of the operator A in the state determination section from the time t2 to the time t3 after the start of the task for the operator A are indicated by circles. For example, since it is in the “state A” above the “determination boundary”, the apparatus
そして、この結果に応じて視聴覚的・触覚的に最適な情報を呈示する(S28、S29)。例えば、前記操作者が過失を起こしやすい状態にある場合には本人若しくは使用者の注意を喚起する表示等を行う。 Then, in accordance with this result, the optimum audiovisual and tactile information is presented (S28, S29). For example, when the operator is prone to negligence, a display for alerting the user or the user is performed.
「過失防止のための注意喚起呈示装置」
すなわち、前記S26、S27で得られた過失確率に応じて、操作者および監督者の注意を喚起する視覚的・聴覚的もしくは触覚的呈示装置を用意する。
"Awareness-presenting device to prevent negligence"
In other words, a visual / auditory or tactile presentation device that alerts the operator and supervisor is prepared in accordance with the negligence probability obtained in S26 and S27.
過失確率に応じた注意喚起画面のサイズ調節が例として挙げられる。注意喚起画面による作業への障害が最小限に留めつつ、見落としを防止することを目的とする。過失確率が高い場合(p>0.7)には、見逃しの起きる可能性が高いので、作業に障害が出ることを犠牲にしてでも注意喚起画面を大きく表示する。一方過失確率が小さい場合(p<=0.7)には、注意喚起画面を小さく表示する。 An example is the size adjustment of the alerting screen according to the negligence probability. The purpose is to prevent oversight while minimizing obstacles to work by the alert screen. When the negligence probability is high (p> 0.7), there is a high possibility that an oversight will occur, so that a warning screen is displayed large even at the expense of failure in work. On the other hand, when the negligence probability is small (p <= 0.7), the alert screen is displayed small.
「データベースの更新」
また、S24でタスク有りの状態で時得られた脳活動データと行動データについては、脳活動・行動のデータベースに追加し、正答確率の時系列パターンや判断境界のパターンのデータを更新することで、データベースの質向上をはかる(S30)。
"Updating the Database"
In addition, the brain activity data and action data obtained with the task in S24 are added to the brain activity / behavior database, and the time series pattern of the correct answer probability and the judgment boundary pattern data are updated. The quality of the database is improved (S30).
次に、「脳活動・行動のデータベース作成」の処理(図2のS20〜S22)の詳細について、発明者の行った実験結果も踏まえながら、説明する。すなわち、本発明による生体及び脳機能信号を用いた操作者内部状態の推定が技術的に可能であることを示すため、発明者が複数の被験者に対して行った、光トポにサポートベクターマシンを適用して視覚的錯誤状態を推定した実験の例、及びその結果について、以下に記述する。 Next, the details of the “brain activity / behavior database creation” process (S20 to S22 in FIG. 2) will be described based on the results of experiments conducted by the inventors. That is, in order to show that it is technically possible to estimate the internal state of the operator using the living body and brain function signals according to the present invention, a support vector machine is provided on the optical toppo that the inventor performed for a plurality of subjects. An example of an experiment in which the visual error state is estimated by applying the method and the result will be described below.
まず、図3は、変化検出課題を用いた、光トポ脳活動の測定の様子を示している。課題の提示期間中、被験者はノートPCの画面に呈示される視覚刺激に応じて、外部機器(またはノートPC)のキーボードを用いて反応する。これにより、被験者の内部状態のデータが得られた。同時に、その際の脳活動を、全頭88チャンネルの光トポによる全頭計測を行った。これにより、内部状態のデータの取得と時間的な関連を有する被験者の生体計測信号が得られた。我々は、視覚的錯誤を実験的に検証するため、6人の被験者に対して、非特許文献3で用いられた変化検出課題を提示して測定を行った。
First, FIG. 3 shows a state of measuring optical topo brain activity using a change detection task. During the task presentation period, the subject responds using the keyboard of the external device (or notebook PC) according to the visual stimulus presented on the notebook PC screen. As a result, data on the internal state of the subject was obtained. At the same time, the brain activity at that time was measured for all heads using 88 channels of optical topo. As a result, a biological measurement signal of the subject having a temporal relationship with the acquisition of the internal state data was obtained. In order to experimentally verify the visual error, we presented the change detection task used in
データベース作成にあたり、操作者は、図4の手順を踏まえるものとする。図4は、行動データおよび脳活動データの取得法、換言すると、「脳活動・行動データベース」の作成のフローチャートである。 In creating the database, the operator is based on the procedure shown in FIG. FIG. 4 is a flowchart for creating a behavior data and brain activity data, in other words, creating a “brain activity / behavior database”.
操作者は、光トポ計測装置を装着する(S40)。 The operator wears the optical topography measuring device (S40).
操作者は、ID、氏名、個人情報を登録し、新規データベースを作成する(S41)。 The operator registers the ID, name, and personal information, and creates a new database (S41).
プルダウンメニューから、自身が検出したいと思うヒューマンエラー要因、たとえば「注意力」、「作業記憶」、「スキル学習」などの項目を選択する(S42)。 From the pull-down menu, a human error factor that the user wants to detect, for example, items such as “attention”, “working memory”, and “skill learning” are selected (S42).
次に、操作者は、上記(S42)で選択された項目に応じた心理物理課題をこなす。すなわち、
注意課題を選択した場合(S43)、変化検出課題を行う(S44)。この場合行動データは各試行での正解(視覚刺激変化を正しく報告した)か、不正解(視覚刺激変化を見逃した)かである。図5A,図5Bは、実験に用いた変化検出課題の模式図である。この模式図に関しては後で説明する。
Next, the operator performs a psychophysical task corresponding to the item selected in (S42). That is,
When an attention task is selected (S43), a change detection task is performed (S44). In this case, the behavior data is either the correct answer (reported a visual stimulus change correctly) or an incorrect answer (missed a visual stimulus change) in each trial. 5A and 5B are schematic diagrams of a change detection task used in the experiment. This schematic diagram will be described later.
作業記憶課題を選択した場合(S45)、画面に呈示されたひらがなを数秒から数十秒間記憶した後、記憶したものと呈示されたものが同じかどうかを答える(S46)。この場合行動データは各試行での正解(覚えてマッチした)か不正解(忘れてマッチし損ねた)かである。 When the working memory task is selected (S45), the hiragana presented on the screen is stored for several seconds to several tens of seconds, and then whether or not the stored one is the same as the one presented is answered (S46). In this case, the behavior data is either correct answer (remembered and matched) or incorrect answer (forgotten and failed to match) in each trial.
スキル学習課題を選択した場合(S47)、位置が速度と変換されるようなジョイスティックを用いて画面上のターゲットを追従する操作を学習する(S48)。この場合行動データは、ターゲットからの位置誤差である。 When a skill learning task is selected (S47), an operation of following a target on the screen is learned using a joystick whose position is converted into a speed (S48). In this case, the behavior data is a position error from the target.
それぞれの課題を100回試行程度行い、脳活動および行動データを記録する(S49)。 Each task is performed about 100 times, and brain activity and behavior data are recorded (S49).
すなわち、上記心理物理課題の提示と並行して計測されたi番目試行の脳活動データ(被験者の生体計測信号)をxi、行動データ(被験者の内部状態のデータ)をyiとする。それらを対 (xi, yi)にする。これらのデータ対を全ての試行(xi, yi) (i=1,…,N)に亘ってハードディスク上に記録する。 That is, the i-th trial brain activity data (subject's biological measurement signal) measured in parallel with the presentation of the psychophysical task is x i and the action data (subject's internal state data) is y i . Make them a pair (x i , y i ). These data pairs are recorded on the hard disk over all trials (x i , y i ) (i = 1,..., N).
必要があれば、上記(S49)で記録した個人データをインターネット経由で登録し、被験者毎のデータベースを作成する(S50)。この時個人が特定されないよう配慮する。 If necessary, the personal data recorded in (S49) is registered via the Internet, and a database for each subject is created (S50). At this time, take care not to identify individuals.
図5Aの「変化検出課題」において、一試行は以下の(S51)〜(S55)からなり、被験者は以下に説明する「文字タスク」と「顔タスク」を呈示される。 In the “change detection task” in FIG. 5A, one trial consists of the following (S51) to (S55), and the subject is presented with a “character task” and a “face task” described below.
(S51) 被験者は顔の正面30cmに配置された液晶ディスプレイ上の固視点(+)を凝視する。 (S51) The subject stares at the fixed point (+) on the liquid crystal display placed 30 cm in front of the face.
(S52)その間、固視点の上下に三文字、例えばXBV,GVZのアルファベットからなる二つの文字列と、左右に二つの顔からなる画面が500ミリ秒呈示される。上下の文字列に特定のアルファベット(この場合”X”)が含まれるかどうかを、キーボードで即座に報告する(文字タスク)。 (S52) In the meantime, three characters such as XBV and GVZ alphabets on the top and bottom of the fixation point, and a screen consisting of two faces on the left and right are presented for 500 milliseconds. Whether the upper and lower character strings include a specific alphabet (in this case, “X”) is immediately reported on the keyboard (character task).
(S53)灰色のブランク画面が500ミリ秒呈示される。 (S53) A gray blank screen is presented for 500 milliseconds.
(S54)上記ステップ(S52)と(S53)を4回繰り返す。この際左右いずれかの顔刺激が入れ替わる場合がある(図5B参照)。 (S54) The above steps (S52) and (S53) are repeated four times. At this time, either the left or right face stimulation may be switched (see FIG. 5B).
(S55)画面上の顔刺激が入れ替わったかどうかをキーボードで報告する(顔タスク)。 (S55) It is reported with the keyboard whether or not the face stimulation on the screen has been changed (face task).
一セッションは30試行からなり、全体の1/3の試行では同じ顔が繰り返し表示されるのに対し、2/3の試行では左右どちらかの顔が他の顔に入れ替わる事とした。認知心理学の分野では、人が一度に処理できる情報には上限あることが示されている(非特許文献2)。ここでは、文字タスクと顔タスクを同時に課す二重タスクの設定により、被験者が顔変化に向けられる注意のリソース配分が減り、顔変化を見逃すことが予想される。 One session consists of 30 trials, and the same face is repeatedly displayed in 1/3 of the total trials, whereas in the 2/3 trial, either the left or right face is replaced with another face. In the field of cognitive psychology, it has been shown that there is an upper limit to information that can be processed by a person at one time (Non-Patent Document 2). Here, by setting a dual task that imposes a character task and a face task at the same time, it is expected that the resource allocation of attention directed to the face change will be reduced and the face change will be missed.
実際、被験者6名の平均正答率は55.6%であった。顔変化があった試行のうち、変化があったと被験者が報告した試行を変化検出試行、変化がなかったと被験者が報告した試行を変化見落とし施行と呼ぶことにする。上記の変化検出課題で測定された脳活動から、変化に気付いた試行と見落とした試行を分類できるかどうかを検討する必要がある。 Actually, the average correct answer rate of 6 subjects was 55.6%. Among trials with face changes, trials reported by the subject as having changed are referred to as change detection trials, and trials reported by the subject as having no changes are referred to as change oversight enforcement. It is necessary to examine whether the trial that noticed the change and the trial that missed it can be classified from the brain activity measured in the above change detection task.
次に「分類アルゴリズムの最適化」の処理(図2のS23)の詳細について、発明者の行った実験結果も踏まえながら、説明する。
以下では、光トポ信号から変化検出試行と変化見落とし試行を分類した手法について、4ステップに分けて順次説明する。
Next, the details of the “classification algorithm optimization” process (S23 in FIG. 2) will be described based on the results of experiments performed by the inventors.
In the following, a method of classifying a change detection trial and a change oversight trial from the optical topo signal will be sequentially described in four steps.
(S1)「光トポ信号に含まれるノイズ除去の前処理」
光トポ信号には、心拍や呼吸といった全身性由来の信号や生体特有のノイズ、また測定器レーザーの揺らぎによるノイズなどが含まれている。これらを除去し、脳活動由来の信号を抽出するため、移動平均(3秒)による平滑化および多項式(三次)フィッティングによるベースライン除去を行った。
(S1) “Pre-processing for removing noise contained in optical topo signal”
The optical topo signal includes signals derived from the whole body such as heartbeat and respiration, noise peculiar to the living body, and noise caused by fluctuation of the measuring instrument laser. In order to remove these and extract signals derived from brain activity, smoothing by moving average (3 seconds) and baseline removal by polynomial (third order) fitting were performed.
(S2)「チャンネル除外」
光トポ振幅が0.5以上、または周波数スペクトラムが白色雑音と統計的に区別できないチャンネルは、ノイズの寄与が強いと判断し、以下の解析から除外した。
(S2) “Channel exclusion”
Channels with an optical toppo amplitude of 0.5 or more or whose frequency spectrum cannot be statistically distinguished from white noise were judged to have a strong noise contribution and were excluded from the following analysis.
(S3)「複数チャンネル信号を用いた分類アルゴリズムによる変化検出・変化見落とし試行の分類化」
分類アルゴリズムにおいて複数チャンネルを用いる際、いくつのチャンネルを用いればいいかを決定する必要がある。一般にチャンネル数を増やすとトレーニングデータに対する分類確率は向上するが、テストデータに対する汎化はむしろ悪化する。そのため、チャンネル数を1,2,3の場合を検討した。ステップ(2)で除外されなかった総チャンネル数をNとすると、それぞれ、N, N(N-1)/2!, N(N-1)(N-2)/3!の場合に付いて分類アルゴリズムを適用することになる。
(S3) “Classification of change detection / change oversight trials by classification algorithm using multiple channel signals”
When multiple channels are used in the classification algorithm, it is necessary to determine how many channels should be used. In general, when the number of channels is increased, the classification probability for training data is improved, but generalization for test data is rather deteriorated. Therefore, the case of 1, 2 and 3 channels was examined. Assuming that the total number of channels not excluded in step (2) is N, N, N (N-1) / 2 !, N (N-1) (N-2) / 3! A classification algorithm will be applied.
分類アルゴリズムとして、サポートベクターマシンを用いた。変化検出・変化見落としでラベル付けした光トポ信号から分類正答確率を計算する際、汎化性能を評価するために、実験データをトレーニングデータとテストデータにランダムに分けて汎化性能を評価するN-foldクロスバリデーションを用いた。光トポ信号は10Hzの時系列信号として与えられているため、各試行開始時刻を0として、上述した計算を−5〜12秒まで0.1秒刻みで計算し、分類正答確率の時間変化を追った。 A support vector machine was used as a classification algorithm. When calculating classification correct answer probability from optical topo signal labeled with change detection / change oversight, in order to evaluate generalization performance, test data is randomly divided into training data and test data to evaluate generalization performance N -fold cross validation was used. Since the optical toppo signal is given as a time-series signal of 10 Hz, the above-mentioned calculation is calculated in increments of 0.1 seconds from -5 to 12 seconds with each trial start time being 0, and the time variation of the classification correct answer probability is calculated. followed.
サポートベクターマシンとは、機械学習における分類アルゴリズムの一手法で、「判断境界」から分類データのマージンを最大化するという基準のもとに最適な判断境界を決定するものである。図6A、図6Bにサポートベクターマシンの概念図を示す。トレーニングにおいて、図6Aに示すように、状態Aの二次元データ(白点)と状態Bの二次元データ(黒点)が与えられた際、マージンを最大にするように「判断境界は決定される。黒丸で囲まれたデータは判断境界を決める上で重要な役割を果たすサポートベクターと呼ばれる。マージン最大化により、テストデータが誤って分類される危険性が最小化される。 The support vector machine is a method of a classification algorithm in machine learning, and determines an optimal determination boundary based on a criterion of maximizing a classification data margin from a “determination boundary”. 6A and 6B are conceptual diagrams of the support vector machine. In the training, as shown in FIG. 6A, when the two-dimensional data (white dot) in the state A and the two-dimensional data (black dot) in the state B are given, the “determination boundary is determined so as to maximize the margin. Data surrounded by black circles are called support vectors that play an important role in determining decision boundaries, and maximizing margins minimizes the risk of misclassifying test data.
次に、図6Bに示すように、トレーニングデータから計算された判断境界を用いて、テストデータへの汎化性能が計算できる。すなわち、図6Aで決定された判断境界を用いて、新たに得られたデータxに対して、(式1)であれば状態A、(式2)であれば状態Bであると判断する。 Next, as shown in FIG. 6B, the generalization performance to the test data can be calculated using the judgment boundary calculated from the training data. That is, using the determination boundary determined in FIG. 6A, it is determined that the newly obtained data x is in state A if (Expression 1) and in state B if (Expression 2).
クロスバリデーションとは、与えられた訓練データセットのみで統計解析のパフォーマンスを評価する手法である。まず、訓練データセットを人工的にトレーニングとテスト用に分ける。前者で統計解析を最適化し、後者を用いてその統計解析のパフォーマンスを評価する。N-fold クロスバリデーションでは、訓練データの分け方をランダムにしたものをN回繰り返すことで、より正確なパフォーマンスを評価する。 Cross validation is a method for evaluating the performance of statistical analysis using only a given training data set. First, the training data set is artificially divided for training and testing. The former is optimized for statistical analysis, and the latter is used to evaluate the performance of the statistical analysis. In N-fold cross validation, more accurate performance is evaluated by repeating random training data N times.
(S4)教師なしクラスタリングアルゴリズムを用いた分類正答確率の特徴抽出
上記(S3)で計算された全ての複数チャンネルの組合せから得られる分類正答確率がどのような時間変化パターンをもつかを調べるため、教師なしクラスタリングアルゴリズムを用いた。クラスターの数は自動的に決定することも出来るが、ここでは得られた時系列パターンを目視して適当と思われる個数を指定した。クラスタリングアルゴリズムとして、代表的なk-meansクラスタリング法を用いた。
(S4) Feature extraction of classification correct answer probability using unsupervised clustering algorithm In order to examine what time change pattern the classification correct answer probability obtained from the combination of all the plurality of channels calculated in (S3) has, An unsupervised clustering algorithm was used. The number of clusters can be determined automatically, but here, the number considered to be appropriate was designated by visually observing the obtained time series pattern. A representative k-means clustering method was used as a clustering algorithm.
上記実験の解析結果として、以下の4点が得られた。
(a)複数チャンネル仕様による分類確率の向上:
図7に、総チャンネル数Nを変化させた場合の分類確率を示す。ここでは、左から1チャンネル(A)、2チャンネル(B)、3チャンネル(C)を選んでサポートベクトルマシンを適用した場合の、分類確率で振幅が大きいものの上位20系列を示した。図7から明らかな通り、分類アルゴリズムに用いるチャンネル数は1個では不十分で、複数個用いる必要がある。また、2個と3個では分類確率にそれほど差がなく、計算時間を短縮する実用上2個で十分と思われる。
The following four points were obtained as analysis results of the above experiment.
(A) Improvement of classification probability by multiple channel specification:
FIG. 7 shows the classification probability when the total number N of channels is changed. Here, the top 20 sequences with large classification probability and large amplitude when 1 channel (A), 2 channel (B), and 3 channel (C) are selected from the left and the support vector machine is applied are shown. As is apparent from FIG. 7, the number of channels used in the classification algorithm is not sufficient, and a plurality of channels must be used. In addition, there is not much difference in classification probability between 2 and 3, and it seems that 2 is sufficient for practical use to shorten the calculation time.
例えば、内部状態として「注意」を選定した場合、見落とし・聞き間違え・勘違いといった感覚的錯誤を検出するために、生体計測として、被験者の後頭頂葉と背側前頭葉の各脳部位から各1チャンネル選んで1組のペアを構成し光トポを測定しても、十分な効果が得られる。また、内部状態として「作業記憶」を選定した場合、度忘れ・し忘れといった失念および失行を検出するために、生体計測として、被験者の背側前頭葉の各脳部位から各1チャンネル選んで1組のペアを構成し光トポを測定しても良い。さらに、内部状態として「スキル学習の固定化」を選定した場合、スキル不足により生じる過失を検出するために、生体計測として、脳部位として被験者の前頭葉と運動野の各脳部位から各1チャンネル選んで1組のペアを構成し光トポを測定しても良い。 For example, when “attention” is selected as the internal state, one channel from each brain region of the subject's occipital parietal lobe and dorsal frontal lobe is used as a biometric measurement in order to detect sensory errors such as oversight, misunderstanding, and misunderstanding. A sufficient effect can be obtained even if one pair is selected to measure the optical toppo. In addition, when “working memory” is selected as the internal state, one channel is selected from each brain region of the subject's dorsal frontal lobe as a living body measurement in order to detect forgetfulness and apraxia such as forgetting / forgetting. A pair of pairs may be formed to measure the optical toppo. In addition, when “fixed skill learning” is selected as the internal state, in order to detect errors caused by lack of skills, one channel is selected from each brain region of the subject's frontal lobe and motor cortex as a biometric measurement. One pair may be configured to measure the optical toppo.
(b)分類確率の時系列パターン:
図8に、脳機能計測における変化検出課題において、被験者が変化に気づいたか、又は見落としたかを示す、分類確率の時系列パターンの典型的な例を示す。(A)の例は、変化検出課題の「錯誤課題期間」の呈示後に分類確率が上昇しており、被験者が外界に向ける注意のメカニズムが良好ではないことを示している。一方、(B)の例は、課題終了前から分類確率が上昇しており、被験者が外界に向ける注意のメカニズムが良い状態にあることを示している。
(B) Time series pattern of classification probability:
FIG. 8 shows a typical example of a time series pattern of classification probabilities indicating whether or not the subject has noticed or overlooked a change detection task in brain function measurement. The example of (A) shows that the classification probability has increased after the “detection task period” of the change detection task has been presented, and that the mechanism of attention that the subject turns to the outside world is not good. On the other hand, the example of (B) has shown that the classification probability has risen before the end of the task, and the subject's attention mechanism toward the outside is in a good state.
図9は、分類確率の時系列パターンに関する被験者4名の実験データを、測定チャンネルのペアと共に示したものである。(ここでは、全チャンネルについて測定したのを示している。)
このように、分類正答確率には大きく分けて二通りの時系列パターンがある。一つは、課題終了まではチャンスレベル程度の分類確率を示すが、課題終了直後に上昇を始め、課題終了5秒後あたりで最大値を取るものである(図8の(A)および図9の(A),(B))。もう一つは、課題実行前から既にチャンスレベル以上の分類確率を示し、課題開始前後で最大値を取り、その後緩やかにチャンスレベルに戻っていくものである(図8の(B)および図9(C))。また、被験者によっては、両方のパターンが含まれることもある(図9の(D))。
FIG. 9 shows experimental data of four subjects regarding a time series pattern of classification probabilities together with a pair of measurement channels. (Here, measurements are made for all channels.)
As described above, there are two types of time-series patterns of classification correct answer probabilities. One shows a classification probability of a chance level until the end of the task, but starts increasing immediately after the end of the task and takes a maximum value around 5 seconds after the end of the task (FIG. 8A and FIG. 9). (A), (B)). The other is a classification probability that is already greater than or equal to the chance level before the task execution, takes a maximum value before and after the task starts, and then gradually returns to the chance level (FIG. 8B and FIG. 9). (C)). Depending on the subject, both patterns may be included ((D) of FIG. 9).
(c)変化検出のモニター(錯誤のモニター):
図8の(A)に示したように、課題終了後に分類確率が最大値をとるものは、被験者が変化に気付いたかどうかという内観を分類していると考えられる。すなわち、この光トポ複数チャンネル信号にここでの手順を適用することで、直前に起きた外界変化に気付いたかどうかをモニターすることが可能になる。この信号は主に左半球の頭頂葉由来のもので、被験者のトップダウン型注意を表しているものと考えられる。なお、図11に、トップダウン注意とボトムアップ注意に関する脳部位を示す。
(C) Change detection monitor (monitoring error):
As shown in FIG. 8 (A), it is considered that the one whose classification probability has the maximum value after completion of the task classifies the introspection of whether or not the subject notices the change. In other words, by applying the procedure here to this optical topo multi-channel signal, it becomes possible to monitor whether or not a change in the external environment that has just occurred has been noticed. This signal is mainly derived from the parietal lobe of the left hemisphere and is thought to represent the subject's top-down attention. FIG. 11 shows brain regions related to top-down attention and bottom-up attention.
(d)変化検出の予測(錯誤の予測):
図8の(B)に示したように、課題開始前に分類確率が最大値をとるものは、被験者が変化に気付きそうかどうかという直後のパフォーマンスを予測していると考えられる。すなわち、この光トポ複数チャンネル信号にここの手順を適用することで、直後に起きる外界の変化に気付きそうかどうかという予測をすることが可能になる。この信号は主に右半球の頭頂葉由来のもので、被験者のボトムアップ型注意を表しているものと考えられる。
(D) Change detection prediction (error prediction):
As shown in FIG. 8 (B), it is considered that a subject whose classification probability has the maximum value before the start of the task predicts the performance immediately after whether or not the subject is likely to notice the change. In other words, by applying this procedure to this optical topo multi-channel signal, it is possible to predict whether or not it is likely to notice a change in the external environment that occurs immediately after. This signal is mainly derived from the parietal lobe of the right hemisphere and is considered to represent the subject's bottom-up attention.
再現性の確認:
我々は、被験者二名に変化検出課題を後日繰り返し、同じ解析を適用し、分類確率の時系列パターンが同様に得られることを確認した。その結果を図10の(A)、(B)に示す。すなわち、(1)分類確率の時系列パターンは被験者毎に異なり、かつ、(2)同じ被験者であれば、所定の繰り返し回数により得られた分類確率の時系列パターンは常に同じものになる、ということを確認した。
Check reproducibility:
We repeated the change detection task for two subjects at a later date and applied the same analysis to confirm that a time-series pattern of classification probabilities was obtained in the same way. The results are shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B). That is, (1) the time series pattern of classification probability varies from subject to subject, and (2) if the subject is the same, the time series pattern of classification probability obtained by a predetermined number of repetitions is always the same. It was confirmed.
上記の実験結果から、我々は、光トポ信号複数チャンネルを機械学習の分類アルゴリズムで分類し、操作者の内部状態を推定できる可能性を確認できた。このことから、被験者毎に正答率の高い時間を状態判定区間として操作者の内部状態を推定する、換言すると、図1Bに示したような判定用のデータベースを作成すればよいことが分かる。 From the above experimental results, we have confirmed the possibility of classifying multiple channels of optical topo signals with the machine learning classification algorithm and estimating the internal state of the operator. From this, it is understood that the operator's internal state is estimated using a time with a high correct answer rate for each subject as a state determination section, in other words, a determination database as shown in FIG. 1B may be created.
見落とし・身間違いに代表される視覚的錯誤は、ヒューマンエラーの一要因として挙げられており、信号見落としやメール誤送信といった重大過失にもなり得るので、この予防策を提案することは社会的・経済的に重要性が高い。事前の脳機能計測における変化検出課題において、被験者が変化に気づいたか、又は見落としたかを、チャンスレベル50%のところ、全頭光トポグラフィ信号から70%−90%程度の確率で再現することができた。すなわち、本発明によれば、高い確率でヒューマンエラーの起こりやすい状態を予測・検出し、過失の危険度が高い状態にあると推定される場合には、操作者等にフィードバックすることができる。 Visual errors, such as oversight and misrepresentation, are cited as a factor in human error, and can lead to gross negligence such as signal oversight and email mistransmission. Economically important. In the change detection task in the prior brain function measurement, whether the subject has noticed or overlooked the change can be reproduced with a probability of about 70% -90% from the whole-body optical topography signal at a chance level of 50%. It was. That is, according to the present invention, it is possible to predict and detect a state where a human error is likely to occur with a high probability, and when it is estimated that the risk of negligence is high, it can be fed back to the operator or the like.
実施例1で示した脳活動信号からの錯誤状態のモニターおよび予測は、他のタイプのヒューマンエラーにも一般化可能と期待できる。 The monitoring and prediction of the error state from the brain activity signal shown in the first embodiment can be expected to be generalizable to other types of human errors.
本発明の第二の実施例として、作業記憶状態の推定による失念・失行の防止機能を備えたヒューマンインターフェイスについて、説明する。 As a second embodiment of the present invention, a human interface having a function of preventing forgetting and apraxia by estimating a working memory state will be described.
ここでは、失念(ど忘れ)や失行(し忘れ)といったヒューマンエラー要因を、脳機能計測から予測及びモニターする実施例を説明する。失念および失効には、ある特定の作業に使われるための短期記憶である作業記憶が正しく機能する必要がある。短期記憶には大きく分けて空間性と言語性があり、前頭葉外側部のそれぞれ45野と46野によって処理されていることが知られている。 Here, an embodiment will be described in which human error factors such as forgetfulness (forgotten) and apraxia (forgotten) are predicted and monitored from brain function measurement. Forgetfulness and expiration requires working memory, which is short-term memory to be used for a particular task, to function correctly. Short-term memory is broadly divided into spatiality and linguisticity, and it is known that the short-term memory is processed by 45 and 46 areas on the outer frontal lobe, respectively.
図12Aは、最適タスク設定のデータベース作成のフローチャート、図12Bは、最適タスク判定手法のフローチャートである。
図12Aにおいて、事前に操作者の頭部に生体計測装置110を装着し(S120)、安静状態(タスク無し)で、所定時間だけ操作者の脳機能計測を行う(S121)。次に、操作者は、例えば職場で毎朝、職場のパソコン操作などの実務の作業(タスク無し)を開始し(S122)、操作者の脳機能計測は行わずに作業を続ける(S123)。そして、操作者が、当日の作業内容・作業成績を基に主観的な評価を行い、その結果を毎日、外部機器などを介して装置本体100に入力する(S124)。装置本体100は、入力を受け付ける度に、安静状態での操作者の生体信号の計測結果と主観的な評価の情報とから、操作者の内部状態を推定するためのデータベースを生成、更新する(S125)。この処理は、十分な数のデータ数が得られるまで、日々繰り返される(S126、S127)。このような生体信号と主観的な評価に基づくデータを用いて、汎化分類確率を最大化するように機械学習の分類アルゴリズムを最適化する。すなわち、これらのデータに対して図6Aに示したような状態A,状態Bの分類を行い、図6Bに示したような「判断境界」が得られる。このようにして、図1Bで述べたものと同様な、ヒューマンエラーの起こりやすさの判定基準を与える判断境界のパターンを有する最適タスク設定のデータベース140B’が作成される。なお、装置本体100の他の機能に関しては、実施例1の装置と同じものとする。
FIG. 12A is a flowchart for creating an optimal task setting database, and FIG. 12B is a flowchart for an optimal task determination method.
In FIG. 12A, the
次に、操作者が日々の業務における失念・失行を防止するために、上記の最適タスク設定のデータベースを利用する状態を図12Bで説明する。この場合も、操作者の頭部に生体計測装置を装着し(S130)、安静状態(タスク無し)で、所定時間だけ脳機能計測を行う(S131)。装置本体100は、当日測定された生体計測の情報と最適タスク設定のデータベース140B’に基づき、当日の操作者の内部状態を推定し、判定結果やアドバイスを生成、出力する(S132)。
Next, FIG. 12B illustrates a state in which the above-described optimal task setting database is used in order to prevent the operator from forgetting and failing in daily work. In this case as well, a biological measuring device is mounted on the operator's head (S130), and brain function measurement is performed for a predetermined time in a resting state (no task) (S131). The apparatus
次に、操作者が現場でのパソコン操作などの実務の作業(タスク無し)を開始し(S133)、操作者の脳機能計測は行わずに作業を続ける(S134)。そして、操作者が、当日の作業内容・作業成績を基に、主観的な評価を行い、その結果を装置本体に入力する(S135)。装置本体100は、安静状態での操作者の生体信号の計測結果と主観的な評価の情報とから、操作者の内部状態を推定するためのデータベース140B’を更新する(S136)。
Next, the operator starts a work (no task) such as a personal computer operation in the field (S133), and continues the work without measuring the brain function of the operator (S134). Then, the operator performs a subjective evaluation based on the work contents / work results of the day, and inputs the result to the apparatus main body (S135). The apparatus
このようにして、最適化された分類アルゴリズムを用いて、操作者が現在の課題に対して作業記憶を適切に保っていられそうかどうか(作業記憶の予測)、また作業記憶を適切に保っているかどうか(作業記憶のモニター)を、測定された脳活動から推定することが可能であると期待される。作業記憶に関して過失を犯す確率が高くなった場合には、視覚的・聴覚的もしくは触覚的呈示装置を用いて操作者もしくは管理者に対して注意を喚起することにより、失念・失行によるヒューマンエラーを防ぐことが可能となる。 In this way, using an optimized classification algorithm, the operator is likely to be able to keep working memory properly for the current task (predicting working memory) and keep working memory properly. It is expected that it can be estimated from the measured brain activity (monitoring of working memory). Human error due to forgetfulness or aggression by alerting the operator or manager using a visual, auditory, or tactile presentation device when the probability of negligence in working memory increases Can be prevented.
本実施例は第一の実施例と比較して、最適タスク設定のデータベースの作成に時間を要する欠点があるが、作業現場で手軽に利用できる利点がある。 Compared with the first embodiment, this embodiment has a drawback that it takes time to create a database for setting optimal tasks, but has an advantage that it can be easily used at the work site.
本発明は、スキル定着度の評価による、スキル不足に起因する過失の防止にも適用できる。
ヒューマンエラーの一要因として、課題を遂行するのに十分なスキルを身につけていないというスキル不足が挙げられている。例としては、制御盤の手順を十分に習得していないまま実作業現場で操作したり、運転技能が未熟なまま道路に出たりといった際に、重大な事故に繋がる可能性がある。したがって、特定のスキルが十分習得されているかどうかを定量化することは、操作者が実作業現場に配置可能かどうかの一つの判断基準になる。
The present invention can also be applied to the prevention of negligence caused by a lack of skills by evaluating skill fixing.
One of the causes of human error is the lack of skills that do not have enough skills to accomplish the task. As an example, there is a possibility that a serious accident may occur when the user operates the actual work site without sufficiently acquiring the control panel procedure or goes out on the road with inexperienced driving skills. Therefore, quantifying whether or not a specific skill is sufficiently acquired is one criterion for determining whether or not an operator can place the skill on an actual work site.
最近の認知心理科学によると、(1)スキルの定着には一定以上の時間および練習回数が必要なこと、(2)パフォーマンスが飽和した状態で即練習を終了すると、スキルは定着化しないこと、(3)スキルの定着化には、パフォーマンスが飽和した状態で練習を続けなければならないこと、といった点が明らかになった(文献)。しかし、飽和した状態でどれくらい練習を積めば定着化するかは明らかになっておらず、後日の再テストによってのみ、スキル学習が定着化したかどうかが明らかになる。一方、実際のトレーニング、例えば原子力作業盤操作のトレーニングでは、トレーニングセンターに出向き訓練を受けたあと、それぞれの作業現場に配置されるため、再テストの機会を作ることが出来ない。このため、トレーニングセンターではあるスキルに関して一定のパフォーマンスを収めたが、そのスキルが定着化しないまま実務につくことになった場合、大事故に繋がる危険性がある。したがって、スキル定着化度を定量化することはヒューマンエラーの防止に不可欠である。 According to recent cognitive psychology, (1) it takes more than a certain amount of time and number of exercises to establish a skill, (2) if the practice ends immediately when the performance is saturated, the skill will not become established, (3) It became clear that in order to establish skills, it was necessary to continue practice with the performance saturated (references). However, it is not clear how much practice will take place in a saturated state, and it will become clear only by retesting at a later date whether skill learning has become established. On the other hand, in actual training, for example, training for nuclear power panel operation, after going out to the training center and being placed at each work site, it is not possible to create a retest opportunity. For this reason, the training center has achieved a certain level of performance with respect to a certain skill, but there is a risk of leading to a major accident if the skill comes into practice without becoming established. Therefore, quantifying the degree of skill establishment is essential to prevent human error.
実施例1及び2では、脳機能計測装置を常時装着する必要があった。実施例3では、操作者のスキル定着度評価を目的に、常時装着を必須としない場合を説明する。 In Examples 1 and 2, it was necessary to always wear a brain function measuring device. In the third embodiment, for the purpose of evaluating the skill fixing level of the operator, a case where the constant wearing is not essential will be described.
実施例3でも、上記実施例1,2と同様に、スキル学習時の脳活動に分類アルゴリズムを適用してスキル定着化度を計算する。例えば、図2のS20〜S22や図4のS41〜S42、S47〜S50と同様な処理により、スキル定着化度を計算し、行動および脳活動データをデータベース化する。 In the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the skill fixing degree is calculated by applying the classification algorithm to the brain activity at the time of skill learning. For example, the skill fixing degree is calculated and the behavior and brain activity data is made into a database by the same processing as S20 to S22 in FIG. 2, S41 to S42, and S47 to S50 in FIG.
この実施例3は、上記実施例1,2と以下の二点で異なる。
まず、S22の「脳活動・行動のデータベース作成」において、単一の被験者ではなく、様々なスキル定着段階にある複数の被験者からの行動および脳活動データをデータベース化し、それをトレーニングセットとして分類アルゴリズムを最適化する。実施例1,2の好ましい適用対象は、視覚的錯誤や失念といった比較的短時間(数秒〜数十秒)の認知的過失である。この場合、時間的揺らぎが大きく、個人差間の比較は難しいと思われる。一方、スキル定着化は長い時間スケール(数十分〜数時間)で起こる現象であるため、時間的平均が取り易く、個人差間の比較が可能であると期待される。これにより、被験者が同じ学習課題を繰り返し行う労力と時間を節約できる。
The third embodiment differs from the first and second embodiments in the following two points.
First, in the “creating a database of brain activity / behavior” in S22, action and brain activity data from a plurality of subjects at various skill establishment stages, not a single subject, are databased, and this is used as a training set for classification algorithm To optimize. A preferable application target of the first and second embodiments is cognitive negligence in a relatively short time (several seconds to several tens of seconds) such as visual error and forgetfulness. In this case, the temporal fluctuation is large, and it seems difficult to compare between individual differences. On the other hand, skill fixation is a phenomenon that occurs on a long time scale (tens of minutes to several hours), so it is expected that a temporal average can be easily taken and comparison between individual differences is possible. This saves labor and time for the subject to repeat the same learning task.
実施例3では、脳機能計測はスキル定着化を評価する際のみに用い(図4のS48〜S49)、最初の光トポ計測の処理(S40)は省略される。このような被験者からの行動および脳活動データを用いて、汎化分類確率を最大化するように機械学習の分類アルゴリズムを最適化する。すなわち、これらのデータに対して図6Aに示したような状態A,状態Bの分類を行い、図6Bに示したような「判断境界」が得られる。このようにして、図1B等で述べたものと同様な、ヒューマンエラーの起こりやすさの判定基準を与える判断境界のパターンを有する最適タスク設定のデータベース140B”が作成される。なお、装置本体100の他の機能に関しては、実施例1の装置と同じものとする。
In the third embodiment, the brain function measurement is used only when skill fixation is evaluated (S48 to S49 in FIG. 4), and the first optical topo measurement process (S40) is omitted. Using such behavior and brain activity data from the subject, the machine learning classification algorithm is optimized so as to maximize the generalized classification probability. That is, the state A and the state B as shown in FIG. 6A are classified with respect to these data, and a “determination boundary” as shown in FIG. 6B is obtained. In this way, a
これにより脳機能計測による身体的拘束や付随する身体的負担・疲労を除くことが出来る。 As a result, it is possible to eliminate physical restraint and accompanying physical burden / fatigue by brain function measurement.
近年の脳機能イメージング研究では、スキルが定着化する際に、行動面では変化が無くとも、脳活動の活動中心が転移することが示されている。例えば外力場のスキル学習では前頭前野から運動野へ、手順を覚える系列学習では大脳基底核の吻側部から尾側部に、スキル固定化に伴い活動が移る。したがって、スキル学習中に脳活動測定を行い活動の中心がどのように転移したかを定量化することで、スキル定着化度を定量化することができる。この方法を用いることで後日の再テストが不要となり、またスキル不足のまま実作業現場に配置されることが防止される。 Recent functional brain imaging studies show that when skills become established, the activity center of brain activity is transferred even if there is no change in behavior. For example, in the external force field skill learning, the activity moves from the prefrontal cortex to the motor cortex, and in the sequence learning that learns the procedure, the activity shifts from the rostral part to the caudal part of the basal ganglia as the skill is fixed. Therefore, the degree of skill retention can be quantified by measuring brain activity during skill learning and quantifying how the center of the activity has been transferred. By using this method, retesting at a later date becomes unnecessary, and it is prevented that the skills are insufficient and placed on the actual work site.
本発明は、生体信号から推定される状態に応じて、個人の適性に合わせた課題の選択、にも適用できる。 The present invention can also be applied to selection of a task that suits an individual's suitability according to a state estimated from a biological signal.
上記実施例1,2,3は、「錯誤が起きた(起きる)かどうか」、「失念したか(するか)どうか」、あるいは「スキルが定着化したかどうか」といった二値判断課題の例について説明した。実施例4では、より一般の多値判断課題を提案し、一応用例としてその日の状態に応じた仕事内容の決定支援装置を説明する。 Examples 1, 2 and 3 above are examples of binary judgment tasks such as “whether or not an error has occurred (whether it has occurred)”, “whether or not it has been forgotten”, or “whether or not the skill has become established”. Explained. In the fourth embodiment, a more general multi-value determination task is proposed, and a work content determination support apparatus according to the state of the day is described as an application example.
まず、非特許文献4によれば、癲癇の患者において、癲癇の起こる数時間〜7時間の脳活動から発作の予兆を見いだせることが報告されている。したがって、朝の脳活動データから、その日一日のパフォーマンスを予測できることが期待できる。 First, according to Non-Patent Document 4, it is reported that in patients with epilepsy, signs of seizures can be found from brain activity for several hours to seven hours when epilepsy occurs. Therefore, it can be expected that the daily performance of the day can be predicted from the morning brain activity data.
実施例4では、ある被験者が、朝に十分程度測った脳活動データと、同日の終わりに日中どのような仕事内容に従事し、個人的なパフォーマンスを評価した行動データを、対にしてデータベースとして記憶する。仕事内容としては大きくカテゴリー化したものを被験者が予め設定し、例えば、記憶課題・プレゼンテーション・詳細なチェック課題・文章構成・対外交渉などとする。一日のデータを一単位とし、数ヶ月測定したデータベースをトレーニングデータとし、分類アルゴリズムの最適パラメタを決定する。この実施例は、上記実施例1,2,3と異なり、複数の仕事内容からその日に最適な仕事内容を一つ選ぶことが目的であるため、多値判断問題である。このような問題には、ベイズ統計に基づくレレバンスベクターマシンが有用である。実施例4でも、図1B等で述べたデータベースに相当する、ヒューマンエラーの起こりやすさの判定基準を与える最適タスク設定のデータベースを生成する。このようにして、最適化されたレレバンスベクターマシンを用いて、被験者に対して、朝の脳活動からその日最高のパフォーマンスを見せる仕事内容を提案することができる。これにより、その日に不向きな仕事内容で時間を費やすことが減り、またヒューマンエラーの減少も期待することが出来る。 In Example 4, a database of a subject obtained by pairing brain activity data measured enough in the morning with behavioral data that was engaged in what kind of work during the day and evaluated personal performance at the end of the day. Remember as. The subjects set the work contents largely categorized in advance, for example, a memory task, a presentation, a detailed check task, a sentence structure, and an external negotiation. The data for one day is taken as one unit, and a database measured for several months is used as training data, and the optimum parameters of the classification algorithm are determined. Unlike the first, second, and third embodiments, this embodiment is a multi-value determination problem because the purpose is to select one optimal job content from a plurality of job contents on the day. Relevance vector machines based on Bayesian statistics are useful for such problems. Also in the fourth embodiment, an optimal task setting database that provides a criterion for determining the likelihood of human error, corresponding to the database described in FIG. 1B and the like, is generated. In this way, using the optimized relevance vector machine, it is possible to suggest work contents that show the best performance of the day from morning brain activity to the subject. As a result, it is possible to reduce the time spent on unsuitable work contents on that day and to reduce human errors.
[変形例]
なお、上述の各実施例は脳機能計測法として光トポグラフィを用いたが、機能的MRIや脳波といった他手法でも同様に実施可能である。
脳機能計測法として機能的MRIを用いる場合には、その比較的低い時間的解像度のため、実施例1および2のような実時間でヒューマンエラーを検出する応用には直接的に応用は難しい。むしろ、実施例3もしくは4のように長い時間的スケールの脳活動状態を、機能的MRIの高い空間分解能で解析するのに適していると思われる。また、機能的MRIでは、光トポグラフィでは観察できない小脳・大脳基底核などといった脳深部位活動を計測できる。それらは系列学習や運動の自動化といった機能に関連が知られているため、機能的MRIによるそれらの機能定量化に応用することが可能である。
[Modification]
In each of the above-described embodiments, optical topography is used as a brain function measuring method. However, other methods such as functional MRI and brain waves can be similarly implemented.
When functional MRI is used as a brain function measurement method, due to its relatively low temporal resolution, it is difficult to directly apply to an application for detecting human error in real time as in the first and second embodiments. Rather, it seems that it is suitable for analyzing a brain activity state on a long time scale as in Example 3 or 4 with a high spatial resolution of functional MRI. Functional MRI can also measure deep brain activity such as the cerebellum and basal ganglia that cannot be observed by optical topography. Since they are known to be related to functions such as sequence learning and movement automation, they can be applied to quantifying their functions by functional MRI.
100…装置本体、110…生体計測装置、120…信号解析装置、130…課題呈示装置、140…外部記憶装置、150…外部機器、160…操作者(被験者)。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記個人用のデータベースを訓練セットとして分類アルゴリズムを最適化する分類アルゴリズム最適化手段と、
前記被験者の生体信号計測により得られた新たな生体計測情報に、前記最適化された分類アルゴリズムを適用して、前記被験者の内部状態を推定する行動推定手段と、
前記推定結果に基く情報を呈示する情報呈示手段とを備えた
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 A personal database for obtaining a personal database by acquiring information on the internal state of the subject and the biological measurement information of the subject that is temporally related to the information on the internal state and from which biological noise is removed. Generating means;
A classification algorithm optimizing means for optimizing a classification algorithm using the personal database as a training set;
Applying the optimized classification algorithm to new biometric information obtained by measuring the biosignal of the subject, behavior estimating means for estimating the internal state of the subject,
A human interface comprising information presenting means for presenting information based on the estimation result.
前記被験者の内部状態が感覚的錯誤に関するものであり、
前記個人データベース生成手段は、前記被験者に対する課題の呈示手段と、該課題の呈示状態と関連して前記被験者に対する光トポグラフィによる生体計測を行う生体計測手段とを有しており、
前記感覚的錯誤を検出するために、前記新たな生体計測として、前記光トポグラフィを前記被験者の主に後頭頂葉と背側前頭葉の少なくとも1組の脳部位において同時に計測する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The internal state of the subject is related to sensory error,
The personal database generation means includes a subject presentation means for the subject, and a biological measurement means for performing biological measurement by optical topography for the subject in relation to the presentation state of the subject,
In order to detect the sensory error, as the new living body measurement, the optical topography is simultaneously measured in at least one set of brain regions mainly in the occipital parietal lobe and dorsal frontal lobe of the subject. Interface.
前記被験者の内部状態が作業記憶に関するものであり、
前記個人データベース生成手段は、前記被験者に対する課題の呈示手段と、該課題の呈示状態と関連して前記被験者に対する光トポグラフィによる生体計測を行う生体計測手段とを有しており、
前記作業記憶を検出するために、前記新たな生体計測として、前記光トポグラフィを前記被験者の主に背側前頭葉の少なくとも1組の脳部位において同時に計測する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The internal state of the subject relates to working memory;
The personal database generation means includes a subject presentation means for the subject, and a biological measurement means for performing biological measurement by optical topography for the subject in relation to the presentation state of the subject,
In order to detect the working memory, as the new living body measurement, the optical topography is simultaneously measured in at least one set of brain regions mainly in the subject's dorsal frontal lobe.
前記被験者の内部状態がスキル学習の固定化に関するものであり、
前記個人データベース生成手段は、前記被験者に対する課題の呈示手段と、該課題の呈示状態と関連して前記被験者に対する光トポグラフィによる生体計測を行う生体計測手段とを有しており、
前記スキル学習の固定化を検出するために、前記新たな生体計測として、前記光トポグラフィを前記被験者の主に前頭葉と運動野の少なくとも1組の脳部位において同時に計測する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The internal state of the subject relates to the fixation of skill learning;
The personal database generation means includes a subject presentation means for the subject, and a biological measurement means for performing biological measurement by optical topography for the subject in relation to the presentation state of the subject,
In order to detect fixation of the skill learning, as the new biometric measurement, the optical topography is simultaneously measured mainly in at least one set of brain regions of the frontal lobe and the motor area of the subject. .
前記感覚的錯誤を検出するために、前記新たな生体計測として、前記光トポグラフィと共に、前記被験者の脈拍、呼吸もしくは血圧を測定する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 2,
In order to detect the sensory error, the human interface is characterized by measuring the pulse, respiration or blood pressure of the subject together with the optical topography as the new biological measurement.
前記個人データベース生成手段は、前記被験者に対する課題の呈示手段と、該課題の呈示状態と関連して前記被験者に対する脳波による生体計測を行う生体計測手段とを有している
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The human database generating means includes a subject presenting means for the subject, and a living body measuring means for performing living body measurement by means of an electroencephalogram for the subject in relation to the presenting state of the subject. .
前記個人データベース生成手段は、前記生体計測情報に関する信号の前処理において、周波数バンドパスフィルタを用いると共に、多項式ベースライン補正、主成分分析、もしくは独立成分分析の少なくとも1つを用いる
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The personal database generation means uses a frequency band-pass filter and at least one of polynomial baseline correction, principal component analysis, or independent component analysis in pre-processing of the signal related to the biological measurement information. Human interface.
前記個人データベース生成手段は、前記個人用のデータベースの保存装置として、ローカルハードディスクもしくはインターネットによるサーバを備えている
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The human interface, wherein the personal database generating means includes a local hard disk or a server using the Internet as a storage device for the personal database.
前記個人データベース生成手段は、前記被験者に対する課題の呈示手段と、該課題の呈示状態と関連して前記被験者に対する光トポグラフィによる生体計測を行う生体計測手段とを有しており、
前記分類アルゴリズム最適化手段は、前記生体計測もしくは脳機能活動計測において、複数チャンネル信号を機械学習の分類アルゴリズム入力として用いる
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The personal database generation means includes a subject presentation means for the subject, and a biological measurement means for performing biological measurement by optical topography for the subject in relation to the presentation state of the subject,
The human interface, wherein the classification algorithm optimizing means uses a multi-channel signal as a machine learning classification algorithm input in the biological measurement or brain function activity measurement.
前記分類アルゴリズム最適化手段は、前記機械学習アルゴリズムとして、分類法に、サポートベクターマシン、レレバンスベクターマシン、またはバギングのいずれかを用いる
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 9,
The human interface, wherein the classification algorithm optimizing unit uses any one of a support vector machine, a relevance vector machine, and bagging as a classification method as the machine learning algorithm.
前記分類アルゴリズム最適化手段は、前記機械学習アルゴリズムにおいて、記憶・失念といった二値分類課題において、サポートベクターマシンとクロスバリデーションを用いる
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 9,
The human interface, wherein the classification algorithm optimization means uses a support vector machine and cross-validation in a binary classification task such as memory / disappointment in the machine learning algorithm.
前記分類アルゴリズム最適化手段は、前記機械学習アルゴリズムにおいて、二値以上の分類課題において、レレバンスベクターマシンを用いる
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 9,
The human interface, wherein the classification algorithm optimizing means uses a relevance vector machine in a binary or higher classification task in the machine learning algorithm.
前記分類アルゴリズム最適化手段は、
前記被験者に対する課題の提示と並行して計測されたi番目試行の前記生体計測信号をxi、前記内部状態のデータをyiとしたとき、前記生体計測の信号と前記内部状態のデータを対 (xi, yi)にして、これらのデータ対を全ての試行(xi, yi) (i=1,…,N)に亘って記録装置上に記録し、これら訓練セットとして前記分類アルゴリズムを最適化する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
The classification algorithm optimization means includes:
When the biometric signal of the i-th trial measured in parallel with the presentation of the task to the subject is x i and the internal state data is y i , the biometric signal and the internal state data are paired. (x i , y i ), these data pairs are recorded on the recording device over all trials (x i , y i ) (i = 1,..., N), and the classification is made as these training sets. Human interface characterized by optimizing algorithms.
予め取得される前記被験者の内部状態の情報及び前記生体計測情報は、前記被験者に生体計測装置を装着し課題を与えた状態での計測結果であり、
前記被験者に生体計測装置を装着し課題を与えた状態で前記新たな生体計測情報と新たな前記内部状態の情報を取得し、これらの情報に前記最適化された分類アルゴリズムを適用して、前記被験者の内部状態を推定する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
Information on the internal state of the subject and the biometric information acquired in advance are measurement results in a state in which the subject is attached with a biometric device and given a problem,
Obtaining the new biometric information and new information on the internal state in a state in which the subject is wearing a biometric device and giving a problem, and applying the optimized classification algorithm to the information, A human interface characterized by estimating the internal state of a subject.
予め取得される前記被験者の内部状態の情報及び前記生体計測情報は、前記被験者に生体計測装置を装着し課題を与えた状態での計測結果であり、
前記被験者に生体計測装置を装着し課題を与えず実作業下で前記新たな生体計測情報と新たな前記内部状態の情報を取得し、これらの情報に前記最適化された分類アルゴリズムを適用して、前記被験者の内部状態を推定する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
Information on the internal state of the subject and the biometric information acquired in advance are measurement results in a state in which the subject is attached with a biometric device and given a problem,
The biometric measurement device is attached to the subject, and the new biometric information and the new internal state information are acquired under actual work without giving a problem, and the optimized classification algorithm is applied to these pieces of information. A human interface characterized by estimating an internal state of the subject.
前記被験者に生体計測装置を装着し安静状態の脳機能計測を行った生体計測情報と、該被験者が前記生体計測装置を装着しない状態での実務の作業内容・作業成績を基に主観的な評価を行った結果に基いて生成された前記被験者の内部状態の情報とにより、前記個人データベースとして最適タスク設定のデータベースを生成し、
安静状態で計測された前記被験者の新たな内部状態のと前記最適タスク設定のデータベースに基づき、当日の前記被験者の内部状態を推定し、判定結果やアドバイスを生成、出力する
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 1,
Subjective evaluation based on biological measurement information obtained by wearing a biological measurement device on the subject and performing brain function measurement in a resting state, and actual work contents / work results in a state where the subject does not wear the biological measurement device With the information on the internal state of the subject generated based on the result of performing the above, the database of the optimal task setting is generated as the personal database,
Based on the new internal state of the subject measured in a resting state and the database of the optimal task settings, the internal state of the subject on the day is estimated, and a determination result and advice are generated and output. Interface.
前記データベースのデータをトレーニングセットとして分類アルゴリズムを最適化する分類アルゴリズム最適化手段と、
特定の前記被験者の生体信号計測により得られた新たな生体計測情報に、前記最適化された分類アルゴリズムを適用して、前記特定の被験者のスキル定着度評価する行動推定手段と、
前記推定結果に基く情報を呈示する情報呈示手段とを備えた
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 Database generation means for creating a database of data on the degree of skill establishment based on actions from a plurality of subjects in various skill establishment stages and data on brain activity;
Classification algorithm optimization means for optimizing a classification algorithm using the data of the database as a training set;
Applying the optimized classification algorithm to new biometric information obtained by measuring the biosignal of the specific subject, action estimating means for evaluating the skill fixing degree of the specific subject,
A human interface comprising information presenting means for presenting information based on the estimation result.
前記分類アルゴリズム最適化手段は、前記複数の被験者からの行動および脳活動データを用いて、汎化分類確率を最大化するように機械学習の分類アルゴリズムを最適化し、
前記行動推定手段は、前記スキル定着化を評価する際にのみ、前記特定の前記被験者の脳機能計測を行う、
ことを特徴とするヒューマンインターフェイス。 In claim 17,
The classification algorithm optimizing means optimizes a machine learning classification algorithm so as to maximize a generalized classification probability using behavior and brain activity data from the plurality of subjects.
The behavior estimation means measures the brain function of the specific subject only when evaluating the skill fixation.
Human interface characterized by that.
前記ヒューマンインターフェイスは、
個人データベース生成手段と、記憶装置と、分類アルゴリズム最適化手段と、行動推定手段と、情報呈示手段とを備えており、
事前に取得した操作者の内部状態の情報と、該内部状態の情報と時間的関連性を有し生体由来の雑音を除去した前記被験者の生体計測信号の情報とを取得し、
前記生体計測信号の情報から生体由来の雑音を除去するための信号処理を行い、
前記内部状態の情報と前記生体計測信号の情報とを訓練セットとして個々人用にデータベース化し、
前記個人データベースを訓練セットとして機械学習アルゴリズムを最適化し、
実作業現場において前記被験者の新たな生体計測信号を取得し、該生体計測信号に基づき、前記最適化された機械学習アルゴリズムで前記被験者の内部状態を推定し、
該推定結果に応じて視聴覚的・触覚的に最適な情報を前記情報呈示手段に呈示する
ことを特徴とするヒューマンエラーの検出・防止方法。 A human error detection / prevention method using a human interface,
The human interface is
A personal database generation means, a storage device, a classification algorithm optimization means, a behavior estimation means, and an information presentation means,
Information on the internal state of the operator acquired in advance, and information on the biological measurement signal of the subject that has a temporal relationship with the information on the internal state and removes noise derived from the biological body,
Perform signal processing to remove biological noise from information on the biological measurement signal,
The information on the internal state and the information on the biological measurement signal are made into a database for each person as a training set,
Optimize machine learning algorithms using the personal database as a training set,
Obtaining a new biological measurement signal of the subject at the actual work site, based on the biological measurement signal, estimating the internal state of the subject with the optimized machine learning algorithm,
A human error detection / prevention method characterized in that audiovisually and tactilely optimal information is presented to the information presenting means in accordance with the estimation result.
前記被験者の内部状態が感覚的錯誤に関するものであり、
前記感覚的錯誤を検出するために、前記新たな生体計測として、光トポグラフィを前記被験者の主に後頭頂葉と背側前頭葉の少なくとも1組の脳部位において同時に計測する
ことを特徴とするヒューマンエラーの検出・防止方法。 In claim 19,
The internal state of the subject is related to sensory error,
In order to detect the sensory error, human error is characterized in that, as the new biometric measurement, optical topography is simultaneously measured mainly in at least one set of brain regions of the occipital and dorsal frontal lobes of the subject. Detection / prevention method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010009106A JP5476137B2 (en) | 2010-01-19 | 2010-01-19 | Human interface based on biological and brain function measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010009106A JP5476137B2 (en) | 2010-01-19 | 2010-01-19 | Human interface based on biological and brain function measurement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011150408A true JP2011150408A (en) | 2011-08-04 |
JP5476137B2 JP5476137B2 (en) | 2014-04-23 |
Family
ID=44537350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010009106A Expired - Fee Related JP5476137B2 (en) | 2010-01-19 | 2010-01-19 | Human interface based on biological and brain function measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5476137B2 (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014106375A (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-09 | Railway Technical Research Institute | Danger sensibility improvement system for human error prevention |
JP2017512510A (en) * | 2014-02-24 | 2017-05-25 | ソニー株式会社 | Body position optimization and biological signal feedback of smart wearable device |
JP2017118912A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 学校法人自治医科大学 | Method for determining optimum way of giving attention for promoting effect of exercise learning |
JP2017153963A (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | ダイキン工業株式会社 | Determination result output device, determination result providing device and determination result output system |
WO2018025361A1 (en) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 株式会社島津製作所 | Analysis data processing method and analysis data processing device |
JP2019032591A (en) * | 2017-08-04 | 2019-02-28 | 株式会社日立製作所 | Computer system |
US10285652B2 (en) | 2012-12-07 | 2019-05-14 | Advanced Telecommunications Research Institute International | Tendency discrimination device, task execution assisting device, tendency discrimination computer program, and task execution assisting computer program |
KR20190067774A (en) * | 2016-08-26 | 2019-06-17 | 아킬리 인터랙티브 랩스 인크. | Coupled cognitive platform with physiological components |
KR20190077305A (en) * | 2016-07-19 | 2019-07-03 | 아킬리 인터랙티브 랩스 인크. | Platforms for implementing signal detection metrics in adaptive response duration procedures |
US10699057B2 (en) | 2015-10-07 | 2020-06-30 | Hitachi Ltd. | System and method for controlling information presented to user referring to contents |
JP2020109576A (en) * | 2019-01-07 | 2020-07-16 | 株式会社ビジュアルジャパン | Information processing device |
JP2021504068A (en) * | 2017-11-21 | 2021-02-15 | パリ シアンス エ レットル‐カルティエ ラタン | Systems for real-time measurement of cognitive activity and how to calibrate such systems |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008178546A (en) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Advanced Telecommunication Research Institute International | Behavior estimating method and behavior estimating device |
-
2010
- 2010-01-19 JP JP2010009106A patent/JP5476137B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008178546A (en) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Advanced Telecommunication Research Institute International | Behavior estimating method and behavior estimating device |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014106375A (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-09 | Railway Technical Research Institute | Danger sensibility improvement system for human error prevention |
US10285652B2 (en) | 2012-12-07 | 2019-05-14 | Advanced Telecommunications Research Institute International | Tendency discrimination device, task execution assisting device, tendency discrimination computer program, and task execution assisting computer program |
US10254825B2 (en) | 2014-02-24 | 2019-04-09 | Sony Corporation | Body position optimization and bio-signal feedback for smart wearable devices |
JP2017512510A (en) * | 2014-02-24 | 2017-05-25 | ソニー株式会社 | Body position optimization and biological signal feedback of smart wearable device |
US10699057B2 (en) | 2015-10-07 | 2020-06-30 | Hitachi Ltd. | System and method for controlling information presented to user referring to contents |
JP2017118912A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 学校法人自治医科大学 | Method for determining optimum way of giving attention for promoting effect of exercise learning |
US11357443B2 (en) | 2016-02-29 | 2022-06-14 | Daikin Industries, Ltd. | Determination result output device, determination result provision device, and determination result output system |
WO2017150576A1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-08 | ダイキン工業株式会社 | Determination result output device, determination result provision device, and determination result output system |
JP2017153963A (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | ダイキン工業株式会社 | Determination result output device, determination result providing device and determination result output system |
KR102449377B1 (en) * | 2016-07-19 | 2022-09-30 | 아킬리 인터랙티브 랩스 인크. | Platforms for implementing signal detection metrics in adaptive response deadline procedures |
KR20190077305A (en) * | 2016-07-19 | 2019-07-03 | 아킬리 인터랙티브 랩스 인크. | Platforms for implementing signal detection metrics in adaptive response duration procedures |
WO2018025361A1 (en) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 株式会社島津製作所 | Analysis data processing method and analysis data processing device |
JPWO2018025361A1 (en) * | 2016-08-03 | 2019-06-27 | 株式会社島津製作所 | Analysis data processing method and analysis data processing apparatus |
JP7077303B2 (en) | 2016-08-26 | 2022-05-30 | アキリ・インタラクティヴ・ラブズ・インコーポレイテッド | Cognitive platform connected to physiological components |
US11304657B2 (en) | 2016-08-26 | 2022-04-19 | Akili Interactive Labs, Inc. | Cognitive platform coupled with a physiological component |
JP2019534061A (en) * | 2016-08-26 | 2019-11-28 | アキリ・インタラクティヴ・ラブズ・インコーポレイテッド | Cognitive platform connected to physiological components |
KR20190067774A (en) * | 2016-08-26 | 2019-06-17 | 아킬리 인터랙티브 랩스 인크. | Coupled cognitive platform with physiological components |
KR102426385B1 (en) * | 2016-08-26 | 2022-07-28 | 아킬리 인터랙티브 랩스 인크. | Cognitive platform coupled with physiological components |
JP2022117988A (en) * | 2016-08-26 | 2022-08-12 | アキリ・インタラクティヴ・ラブズ・インコーポレイテッド | Cognitive platform coupled with physiological component |
US11315033B2 (en) | 2017-08-04 | 2022-04-26 | Hitachi, Ltd. | Machine learning computer system to infer human internal states |
JP2019032591A (en) * | 2017-08-04 | 2019-02-28 | 株式会社日立製作所 | Computer system |
JP2021504068A (en) * | 2017-11-21 | 2021-02-15 | パリ シアンス エ レットル‐カルティエ ラタン | Systems for real-time measurement of cognitive activity and how to calibrate such systems |
JP7206287B2 (en) | 2017-11-21 | 2023-01-17 | パリ シアンス エ レットル | Systems for real-time measurement of cognitive activity and methods of calibrating such systems |
JP2020109576A (en) * | 2019-01-07 | 2020-07-16 | 株式会社ビジュアルジャパン | Information processing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5476137B2 (en) | 2014-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5476137B2 (en) | Human interface based on biological and brain function measurement | |
Hughes et al. | Dissociable correlates of response conflict and error awareness in error-related brain activity | |
CN109069081B (en) | Devices, systems and methods for predicting, screening and monitoring encephalopathy/delirium | |
AU2004253483B2 (en) | Method and apparatus for an automated procedure to detect and monitor early-stage glaucoma | |
KR20160145131A (en) | Portable brain activity sensing platform for assessment of visual field deficits | |
JP2015503414A (en) | Apparatus and method for psychiatric evaluation | |
WO2016200952A1 (en) | Method and system for locating seizure focus from interictal data | |
US11931574B2 (en) | Apparatus, systems and methods for monitoring symptoms of neurological conditions | |
JP2021514721A (en) | Systems and methods for detecting and correcting abnormal movements | |
KR20230169160A (en) | Ocular systems for mental health diagnosis and monitoring | |
US20230062081A1 (en) | Systems and methods for provoking and monitoring neurological events | |
Wriessnegger et al. | Mental state detection using riemannian geometry on electroencephalogram brain signals | |
CN107296586A (en) | Collimation error detection device/method and writing system/method based on the equipment | |
US20230107435A1 (en) | Brain Wave Analysis of Human Brain Cortical Function | |
JP2022542730A (en) | Determination of Subject's Relative Cognitive Ability | |
US11612757B1 (en) | Inducement, verification and optimization of neural entrainment through biofeedback, data analysis and combinations of adaptable stimulus delivery | |
US20240021313A1 (en) | System and a method for detecting and quantifying electroencephalographic biomarkers in alzheimer's disease | |
EP3164057B1 (en) | System and method for the determination of parameters of eye fixation | |
Pearce et al. | Neurophysiological mechanisms underlying post-stroke deficits in contralesional perceptual processing | |
Singh et al. | Continuous Health Monitoring for Early Stroke Prediction at Home | |
Rajeev et al. | Epilepsy detection using Machine Learning | |
WO2024171180A1 (en) | System and method of detecting electrophysiological events in a subject | |
WO2024065052A1 (en) | Functional neuroimaging biomarkers of brain injury recovery and uses thereof | |
Bos | Automated Artifact Detection in BrainStream | |
KR20230173645A (en) | Systems and methods for collecting retinal signal data and removing artifacts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120802 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130305 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130514 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130716 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140121 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140207 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5476137 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |