JP2011167252A - 快適性判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】快適性の判定精度を向上させることができる快適性判定装置の提供。
【解決手段】快適性判定装置８０は、脳波測定部２０と、快・不快判定部４０とを備えている。脳波測定部２０は、被験者の左側頭部の脳波を測定する。快・不快判定部４０は、脳波測定部２０によって測定された脳波のうちのβ波を抽出する。また、快・不快判定部４０は、β波の振幅値に基づいて、快・不快を判定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、脳波に基づいて快・不快を判定する快適性判定装置に関する。

人や動物の脳が動いている時には電気活動が生じており、頭皮上や脳表等に電極を装着することで、その電気活動を脳波として測定することができる。また、脳波は、その周波数によって、その人の心理状態や生理状態が判定できると言われている。例えば、１４〜３０Ｈｚの周波数の脳波は、β波と呼ばれており、覚醒状態の時や、意識が緊張した時に現れる波形とされている。また、７〜１３Ｈｚの周波数の脳波は、α波と呼ばれており、リラックスしている時に現れる波形とされている。また、４〜６Ｈｚの周波数の脳波は、θ波と呼ばれており、浅い睡眠状態の時に現れる波形とされている。また、０．５〜４Ｈｚの周波数の脳波は、δ波と呼ばれており、深い睡眠状態の時に現れる波形とされている。このため、近年では、検出される脳波を利用して設備機器等を制御するシステムが開発されている。

例えば、特許文献１（特開平８−７１０５０）に開示されている快適環境創造システムは、個人が希望する環境を設定する状態設定手段と、個人の脳波を検出する脳波検出手段と、脳波検出手段で得られた脳波情報に基づいて個人の心理状態等を評価する快適性評価手段と、状態設定手段からの出力と快適性評価手段からの出力とを比較する比較判定手段と、比較判定手段からの出力に基づいて機器を制御する制御手段とを備えている。この快適環境創造システムでは、まず、検出された脳波情報を利用して、最も強度の高い脳波の周波数帯に基づいて快適性が評価されたり、所定時間内における周波数帯毎の脳波強度に基づいて快適性が評価されたりしている。そして、評価された快適性に基づく現在の個人の状態と、状態設定手段で設定された個人が望む状態とが比較され、比較された結果を利用して個人が望む生理状態または心理状態となるように機器が制御されている。このようにして、この快適環境創造システムでは、快適な環境を創出しようとしている。

そこで、本発明の課題は、快適性の判定精度を向上させることができる快適性判定装置を提供することにある。

第１発明に係る快適性判定装置は、脳波測定手段と、判定手段とを備えている。脳波測定手段は、被験者の左側頭部を少なくとも含む頭部の脳波を測定する。判定手段は、脳波測定手段によって測定された脳波の所定周波数帯域を抽出する。また、判定手段は、所定周波数帯域の振幅値に基づいて、快・不快を判定する。

ところで、人は、所定の環境に対して、意識下において不快であると感じていなくても、無意識下において不快であると感じている可能性がある。このため、意識下における快・不快感覚のみによって快適性が判定される場合には、無意識下において不快を感じているにもかかわらず不快であると判定されないために、快適性が誤って判定されるおそれがある。

また、近年盛んに行われている人の脳に関する研究において、人の脳は、外部からの熱等の刺激を左島皮質および右島皮質によって捉え、左島皮質および右島皮質から右前部島皮質に刺激情報を送ることで、暑い・寒い等の快・不快の感覚を意識化するとされている。また、左島皮質では無意識下における刺激が捉えられ、右島皮質では意識下における刺激が捉えられているとされている。

さらに、発明者が鋭意検討した結果、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部において検出されるβ波の振幅値と快・不快感覚との間に相関性があること、右島皮質、左島皮質および体性感覚野の領域の賦活と不快感覚とが関連していることが判明した。このため、例えば、左側頭部において測定される脳波が左島皮質の賦活を反映しており、所定周波数帯域としてβ波が抽出される場合には、β波の振幅値に基づいて被験者が意識下もしくは無意識下において不快を感じているか否かを判定することができる。したがって、快適性が誤って判定されるおそれを減らすことができる。

これによって、快適性の判定精度を向上させることができる。

第２発明に係る快適性判定装置は、第１発明の快適性判定装置であって、所定周波数帯域は、β波前後の周波数帯域である。このため、β波の振幅値に基づいて、快・不快を判定することができる。

なお、ここでいうβ波とは、周波数が１４〜３０Ｈｚの脳波のことである。

第３発明に係る快適性判定装置は、第１発明または第２発明の快適性判定装置であって、脳波には、左島皮質の活動を反映する脳波が含まれる。

発明者が鋭意検討した結果、左側頭部において検出されるβ波は、左島皮質の賦活を反映していることが判明した。このため、この快適性判定装置では、左島皮質の活動を反映する脳波を測定することができる。

第１発明に係る快適性判定装置では、快適性の判定精度を向上させることができる。

第２発明に係る快適性判定装置では、β波の振幅値に基づいて、快・不快を判定することができる。

第３発明に係る快適性判定装置では、左島皮質の活動を反映する脳波を測定することができる。

右側頭部において検出されるβ波の振幅と快・不快感覚評価との相関性を示す図。 左後側頭部において検出されるβ波の振幅と快・不快感覚評価との相関性を示す図。 右頭頂部において検出されるβ波の振幅と快・不快感覚評価との相関性を示す図。 右側頭部において検出されるα波の振幅と快・不快感覚評価との相関性を示す図。 左後側頭部において検出されるα波の振幅と快・不快感覚評価との相関性を示す図。 右頭頂部において検出されるα波の振幅と快・不快感覚評価との相関性を示す図。 不快な刺激を与えた場合の脳の活動領域の測定結果を示す図であって、（ａ）右島皮質および左島皮質を含む脳領域の測定結果を示す図、（ｂ）体性感覚野を含む脳領域の測定結果を示す図。 本発明の実施形態に係る快適性判定装置の概略図。

本発明の実施形態を説明する前に、まず、本発明者が本発明を為すにあたって重要な基礎となった、本発明者による知見について説明する。

＜本発明者による知見の要点＞
本発明者は、まず、頭皮上の多数の部位において測定される脳波と快・不快感覚との関係を鋭意検討した結果、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部の各部位において検出されるβ波の振幅と快・不快感覚とが有意に関係することを見いだした。また、本発明者は、右島皮質、左島皮質および体性感覚野の領域の賦活と不快感覚とが関連していることを見いだした。なお、ここでいう各部位においてβ波が検出されるとは、各部位において測定される脳波にβ波が出現していることを意味している。

具体的には、人が主観的に不快を感じている場合、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部のβ波の振幅が増大することが判った。また、人は、不快な刺激を与えられた場合には、脳の領域のうちの右島皮質、左島皮質および体性感覚野が賦活することが判った。さらに、右側頭部において検出されるβ波は右島皮質の賦活を反映しており、左後側頭部において検出されるβ波は左島皮質の賦活を反映しており、右頭頂部において検出されるβ波は体性感覚野の賦活を反映していることが判った。このため、本発明者は、これらの点に着目することで、後述する本発明に到達した。

＜脳波解析方法および快・不快感覚評価方法＞
次に、本発明者が上記の知見を得るに際して用いた脳波解析方法および快・不快感覚評価方法を説明する。

８名の被験者（男性５名、女性３名、２０歳代から４０歳代）に対して、不快な刺激として寒冷刺激を与え、寒冷刺激を与えている間の脳波解析を行うとともに快・不快感覚評価の内省報告を収集した。なお、被験者に対する寒冷刺激の付与は、室温２５℃、湿度５１％〜６１％のシールドルームにおいて行った。

具体的には、寒冷刺激の付与は、被験者の左中指の指先（指の先端から第１関節までの部分）を寒冷パッドに接触させることで行った。また、被験者の指先を寒冷パッドに１０分間接触させ続けることで、被験者に対して寒冷刺激を１０分間与え続けた。なお、寒冷パッドの温度は、１℃に設定した。

また、脳波解析では、脳波を測定し、測定した脳波を周波数解析して脳波の振幅値を算出した。また、脳の活動領域の測定も行った。

脳波の測定は、被験者の頭皮上に電極（６４ｃｈ）を接続して行った。なお、脳波測定には、ＥＧＩ社製のネットステーションシステム２００を使用した。

脳波の周波数解析は、寒冷刺激を与えている間（１０分間）に測定した脳波について行った。脳波の周波数解析では、測定した脳波を１分毎に区切り、各区分の脳波についてＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を行うことで、各分毎のα波およびβ波の平均振幅値（μＶ）を算出した。なお、脳波の周波数解析には、ＭＥＧＩＳ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製のＢＥＳＡを使用した。さらに、周波数解析では、脳波周波数フィルタの設定として、Ｌｏｗ Ｃｕｔフィルタを１．６Ｈｚとし、Ｈｉｇｈ Ｃｕｔフィルタを３０Ｈｚとし、Ｈｕｍフィルタを５０Ｈｚとした。

脳の活動領域の測定は、８名の被験者のうちの２名に対して、機能的磁気共鳴画像法（ｆＭＲＩ：functional Magnetic Resonance Imaging）を用いて、寒冷刺激を与えたときについて行った。なお、脳の活性化領域の測定には、ＧＥ（ジェネラル・エレクトリック）社製のＳＩＧＮＡ １．５Ｔ Ｅｘｃｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍを使用した。

また、快・不快感覚評価は、被験者の主観的な快・不快の程度を数値で評価させることで行った。具体的には、被験者に対して寒冷刺激を与えている間（１０分間）の快・不快度を、１分毎に点数で被験者自身に表示させた。なお、快・不快度は、−９から９の範囲で評価され、点数が低い程不快であるものとした。

＜脳波解析結果および快・不快感覚評価結果＞
上記の脳波解析方法および快・不快感覚評価方法によって得られた結果から、頭部の複数の部位のうち右側頭部、左後側頭部および右頭頂部においてそれぞれ検出されたβ波の賦活量と快・不快感覚評価との間に有意な相関がみられた（図１、図２および図３参照）。また、比較例として、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部においてそれぞれ検出されたα波の賦活量と快・不快感覚評価との間に相関があるか否かを検討した結果、図４、図５および図６に示すように、α波の賦活量と主観的な快・不快感覚に関する評価との間には相関はみられなかった。これにより、快・不快感覚の主観的評価における点数が低い、すなわち、主観的な不快感覚が大きいほど、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部において検出されるβ波の振幅が大きくなることが示された。

さらに、ｆＭＲＩによる測定結果から、図７に示すように、右島皮質、左島皮質および体性感覚野の領域の賦活が確認された。

これらの結果から、本発明者は、以下に示す知見を得た。

被験者に寒冷刺激を与えることによってみられる右側頭部、左後側頭部および右頭頂部のβ波の賦活量と主観的な快・不快の評価とを比較したところ、これらにおいて有意な相関が認められた。すなわち、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部において検出されるβ波の振幅値の増減と主観的な快・不快感覚とは、密接に関連しており、高い相関性を有していることが判明した。また、被験者に寒冷刺激を与えることで右島皮質、左島皮質および体性感覚野の賦活化が認められたことから、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部において検出されるβ波の振幅と右島皮質、左島皮質および体性感覚野の賦活とは密接に関連しており、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部において検出されるβ波は右島皮質、左島皮質および体性感覚野の賦活を反映していることが判明した。

また、近年盛んに行われている人の脳に関する研究において、人の脳は、外部からの熱等の刺激を左島皮質および右島皮質によって捉え、左島皮質および右島皮質から右前部島皮質に刺激情報を送ることで、暑い・寒い等の快・不快の感覚を意識化するとされている。また、左島皮質では無意識下における刺激が捉えられ、右島皮質では意識下における刺激が捉えられているとされている。

このことから、本発明者は、左後側頭部において検出されるβ波の振幅値に基づいて快・不快感覚を判定することで、意識下だけでなく無意識下における快・不快感覚を判定可能である、という知見を得た。

なお、ここでいう「脳波の振幅」とは、「脳波の波形の谷から山までの高さ」、すなわち、振幅値を意味している。また、ここでいうβ波の賦活量とは、β波の振幅値を意味している。

＜快適性判定装置＞
次に、上記に説明した知見に基づいて、本発明者が完成するに至った本発明の実施形態である快適性判定装置８０について説明する。

図８は、本発明の実施形態に係る快適性判定装置８０の概略図である。

快適性判定装置８０は、個人（被験者）が、意識下もしくは無意識下で不快を感じているか否かを判定可能な装置である。また、快適性判定装置８０は、脳波測定部２０と、快・不快判定部４０とを備えている。

脳波測定部２０は、個人の脳波データを測定するための電極部（図示せず）を有しており、快・不快判定部４０と有線接続されている。また、電極部は、個人の頭部において左後側頭部に相当する部分の頭皮上に装着される。さらに、脳波測定部２０は、測定した脳波データを快・不快判定部４０に送信する。なお、本実施形態では、脳波測定部２０と快・不快判定部４０とが有線接続されているが、測定した脳波データを快・不快判定部に送信可能であれば、無線接続であってもよい。

快・不快判定部４０は、測定される脳波に基づいて、不快を感じているか否かを判定する。具体的には、快・不快判定部４０は、β波を指標として不快を感じているか否かを判定する。より具体的には、快・不快判定部４０は、β波の振幅値の増減に基づいて不快を感じているか否かを判定する。

また、快・不快判定部４０は、解析部４１と判定部４２とを有している。

解析部４１は、脳波データに基づいて周波数解析処理を行うことで、周波数帯域データおよびβ波の振幅値データを作成する。また、解析部４１は、取得部４３と、演算部４４とを含む。

取得部４３は、脳波測定部２０から送信される脳波データを、所定時間（例えば、１分）単位（以下、１区分という）毎に増幅し、アナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行う。

演算部４４は、取得部４３においてＡ／Ｄ変換処理が行われた脳波データをＦＦＴ処理し、周波数成分毎に分離して、周波数帯域毎にパワースペクトル（強度）を算出する。なお、脳波の周波数帯域は、δ波（０．５〜４Ｈｚ）、θ波（４〜８Ｈｚ）、α波（８〜１３Ｈｚ）およびβ波（１３〜３５Ｈｚ）とする。さらに、演算部４４は、パワースペクトルの最も大きい周波数成分を周波数帯域データとして、後述する判定部４２に送信する。また、演算部４４は、β波のパワースペクトルが最も高い場合には、１区分のβ波を抽出し、１区分におけるβ波の最大の振幅を振幅値データとして判定部４２に送信する。

判定部４２は、周波数データおよびβ波の振幅値データに基づいて、快適性を判定する。具体的には、判定部４２は、β波の振幅値データに基づいて、個人が意識下もしくは無意識下において不快を感じているか否かを判定する。より具体的には、判定部４２は、演算部４４から送信されるβ波の振幅値データの値が予め設定されている所定値以上である場合には、意識下もしくは無意識下において不快を感じていると判定する。また、判定部４２は、演算部４４から送信されるβ波の振幅値データの値が前記所定値未満である場合には、意識下もしくは無意識下において不快を感じていないと判定する。さらに、判定部４２は、演算部４４から送信される周波数帯域データの周波数帯域がβ波以外の周波数帯域である場合には、意識下もしくは無意識下において不快を感じていないと判定する。

このような構成によって、この快適性判定装置８０では、左側頭部において検出されるβ波の振幅値に基づいて、個人が意識下もしくは無意識下において不快を感じているか否かを判定することができる。このため、この快適性判定装置８０による判定結果がディスプレイ等に表示されることで、意識下もしくは無意識下において不快を感じていない状態である快状態であるか、あるいは、意識下もしくは無意識下において不快を感じている状態である不快状態であるかを報知することができる。

＜特徴＞
近年盛んに行われている人の脳に関する研究において、人の脳は、外部からの熱等の刺激を左島皮質および右島皮質によって捉え、左島皮質および右島皮質から右前部島皮質に刺激情報を送ることで、暑い・寒い等の快・不快の感覚を意識化するとされている。また、左島皮質では無意識下における刺激が捉えられ、右島皮質では意識下における刺激が捉えられているとされている。

さらに、本発明者が鋭意検討した結果、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部において検出されるβ波の振幅値の増減と主観的な快・不快感覚とが相関性を有していること、また、右側頭部、左後側頭部および右頭頂部において検出されるβ波の振幅と右島皮質、左島皮質および体性感覚野の賦活とが密接に関連していることが判明した。

これらのことから、発明者は、左後側頭部において検出されるβ波の振幅値に基づいて、意識下もしくは無意識下における人の不快感覚を判定可能である、という知見を得た。

そこで、上記実施形態では、左後側頭部の脳波が測定され、測定された脳波について周波数解析が行われている。また、周波数解析において、β波のパワースペクトルが最も高い場合には、β波の振幅値が算出されている。すなわち、左後側頭部において検出されるβ波の振幅値に基づいて、快・不快感覚が判定されている。このため、β波の振幅値に基づいて、意識下だけでなく無意識下において不快を感じているか否かを判定することができる。したがって、快・不快感覚が誤って判定されるおそれを減らすことができるため、快適性が誤って判定されるおそれを減らすことができる。

これによって、快適性の判定精度を向上させることができている。

また、上記実施形態では、左後側頭部の脳波が測定されている。このため、左島皮質領域の活動を反映する脳波を測定することができている。

＜変形例＞
上記実施形態では、β波の振幅値が所定値以上であるか否かで快・不快が判定されている。

これに代えて、過去のβ波の振幅値と現在のβ波の振幅値とを比較して、振幅値が大きくなった場合に不快状態であると判定されてもよい。

また、上記実施形態では、快・不快の判定基準となる所定値が、予め設定されている。

これに代えて、個人のβ波の振幅値および個人の快・不快評価に基づいて、快・不快の判定基準となる所定値が決定されてもよい。

例えば、快・不快判定部が、個人が主観的な快・不快評価を入力可能な入力部と、入力部から入力された評価と演算部において算出されたβ波の振幅値とを比較して快・不快基準値を決定する決定部とを更に含む場合には、快・不快の判定基準となる快・不快基準値（所定値に相当）を個人単位で決定することができる。これによって、快・不快判定の精度を向上させることができる。

本発明は、意識下だけでなく無意識下における快・不快を判定することができる快適性判定装置についての発明であるため、快適性の判定を必要とする各種機器への適用が有効である。

２０ 脳波測定部（脳波測定手段）
４０ 快・不快判定部（判定手段）
８０ 快適性判定装置

特開平８−７１０５０

Claims (3)

1. 被験者の左側頭部を少なくとも含む頭部の脳波を測定する脳波測定手段（２０）と、
   前記脳波測定手段によって測定された前記脳波の所定周波数帯域を抽出し、前記所定周波数帯域の振幅値に基づいて快・不快を判定する判定手段（４０）と、
   を備える快適性判定装置（８０）。
2. 前記所定周波数帯域は、β波前後の周波数帯域である、
   請求項１に記載の快適性判定装置。
3. 前記脳波には、左島皮質の活動を反映する脳波が含まれる、
   請求項１または２に記載の快適性判定装置。