JP2014083090A - Brain activity training support apparatus using optical measuring instrument for living body, signal processing program, and signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体自身が脳活動を制御するための訓練支援装置に関する。 The present invention relates to a training support apparatus for a subject to control brain activity.
特許文献１には、被検体に視覚的刺激や聴覚的刺激を与え、被検体のθ波、α波、β波等の脳波を検出し、脳波がより強く応答するように、被検体が訓練する装置が開示されている。被検体が刺激に応答して出力する多くの種類の信号を検出して被検体の意図をより多く推認するために、特許文献１に開示の技術では、検出信号のアーチファクトを除去し、検出信号の特徴を演算する構成を提案している。 In Patent Document 1, a visual stimulus or an auditory stimulus is given to a subject, a brain wave such as a θ wave, an α wave, or a β wave is detected, and the subject is trained so that the brain wave responds more strongly. An apparatus is disclosed. In order to detect many types of signals output by a subject in response to a stimulus and thereby more infer the intent of the subject, the technique disclosed in Patent Document 1 eliminates detection signal artifacts and detects signals. The structure which calculates the feature of is proposed.
脳の前頭葉は、高次な知的機能の中枢とも呼ばれ、状況を把握し、それに対して適切な判断を行い、行動を組織化する役割を果たすと言われている。そのため、前頭葉の働きが低下している被検体に対して、前頭葉を活性化させる訓練や療法が研究されている。 The frontal lobe of the brain, also called the center of higher-order intellectual functions, is said to play a role in grasping the situation, making appropriate judgments on it, and organizing actions. For this reason, training and therapy for activating the frontal lobe have been studied for subjects whose frontal lobe function is reduced.
一方、生体光計測装置は、生体内部の血液循環・血行動態及びヘモグロビン変化を簡便に、被検体に対して低拘束で、かつ生体に害を与えずに計測できる装置である。一般的に生体光計測装置では、大脳皮質活性化状態であるヘモグロビン変化信号を計測した報告が多くなされているが、ヘモグロビン変化信号の観察、評価は、計測終了後に、非被検体によって実施される場合がほとんどである。一方、非特許文献１によれば、生体光計測中に、被検体に対して、特定の関心領域のヘモグロビン変化をモニターに表示して呈示することが提案されている。 On the other hand, a biological light measurement device is a device that can easily measure blood circulation / hemodynamics and hemoglobin changes inside a living body with low restraint on a subject and without causing harm to the living body. In general, in biological light measurement devices, there are many reports of measuring hemoglobin change signals that are cerebral cortex activation states, but observation and evaluation of hemoglobin change signals are performed by non-subjects after the measurement is completed. Most cases. On the other hand, according to Non-Patent Document 1, it is proposed to display a change in hemoglobin of a specific region of interest on a monitor and present it to a subject during biological light measurement.
被検体が訓練や療法によって、前頭葉の活動を制御できるようになれば、被検体の状況把握力や判断力等を向上させることができると考えられる。しかしながら、訓練や療法によって前頭葉が実際に活性化しているかどうかを直接的に確認することは難しい。 If the subject can control the activity of the frontal lobe through training and therapy, it is considered that the subject's situation grasping ability, judgment ability, etc. can be improved. However, it is difficult to confirm directly whether the frontal lobe is actually activated by training and therapy.
特許文献１のようにθ波、α波、β波等の脳波を検出する方法は、脳全体の活動を検出するのには適しているが、特定の領域の活動のみを選択して検出することは困難である。このため、脳全体の検出信号から活動領域を演算により推定する方法が用いられるが、活動領域が複数ある場合には、推定が困難になる。よって、前頭葉の活動を脳波計で直接的に測定することは難しい。 The method of detecting brain waves such as θ wave, α wave, and β wave as in Patent Document 1 is suitable for detecting the activity of the entire brain, but selects and detects only the activity in a specific region. It is difficult. For this reason, a method of estimating the active area from the detection signal of the entire brain by calculation is used. However, when there are a plurality of active areas, the estimation becomes difficult. Therefore, it is difficult to directly measure frontal lobe activity with an electroencephalograph.
生体光計測装置は、頭皮から直下の大脳皮質に直接的に光を照射して、その通過光を検出できるため、前頭葉等の特定の脳領域の活動を直接的に計測することができる。しかしながら、非特許文献１の技術では、特定の一つの脳領域のヘモグロビン信号のみを被検体に呈示しているため、脳全体の活動が高まっているのか、それとも特定の一つの脳領域の脳活動のみが高まっているのかを被検体は判断できない。このため、被検体は、前頭葉の働きのみを制御する方法を訓練によって習得することができない。 The biological light measurement device can directly irradiate light from the scalp to the cerebral cortex directly below and detect the passing light, and thus can directly measure the activity of a specific brain region such as the frontal lobe. However, in the technique of Non-Patent Document 1, since only the hemoglobin signal of one specific brain region is presented to the subject, the activity of the entire brain is increasing, or the brain activity of one specific brain region The subject cannot determine if only the increase is occurring. For this reason, the subject cannot learn how to control only the function of the frontal lobe by training.
本発明の目的は、被検体が、特定の脳領域の活動の制御を習得可能な訓練支援装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a training support apparatus in which a subject can learn control of activity in a specific brain region.
本発明は、一以上の関心領域について、所定波長の光を被検体に照射し、被検体内部を通過した複数信号の光を検出して求めたヘモグロビン変化信号の特徴を表す値と、予め設定されている目標値とをリアルタイムで被検体用表示装置に表示する。 The present invention relates to a value representing characteristics of a hemoglobin change signal obtained by irradiating a subject with light of a predetermined wavelength for one or more regions of interest and detecting light of a plurality of signals that have passed through the subject. The target value being displayed is displayed in real time on the display device for the subject.
本発明によれば、被検体は、自身の関心領域（大脳皮質）のヘモグロビン変化をリアルタイムに把握し、目標値に到達するように活性化することができるため、関心領域の活性化を自分で制御する方法の習得を支援できる。 According to the present invention, the subject can grasp the hemoglobin change in his / her region of interest (cerebral cortex) in real time and activate it so as to reach the target value. Can help learn how to control.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明は、生体光計測装置を用いた脳活動訓練支援装置を提供する。生体光計測装置は、所定波長の光を被検体に照射し、被検体内部を通過した複数信号の光を検出し、ヘモグロビン変化信号を求める。トレーニング支援処理部は、一以上の関心領域について、生体光計測装置が検出したヘモグロビン変化信号の特徴を表す値と、予め設定されている目標値とをリアルタイムで被検体用表示装置に表示する。これにより、被検体は、自身の関心領域のヘモグロビン変化を被検体用表示装置の表示からリアルタイムに把握でき、目標値に到達するように自分自身を制御して活性化することができる。よって、本発明は、被検体が関心領域の活性化を自分で制御する方法を習得することを支援できる。 The present invention provides a brain activity training support device using a biological light measurement device. The biological light measurement apparatus irradiates a subject with light having a predetermined wavelength, detects a plurality of signals that have passed through the subject, and obtains a hemoglobin change signal. The training support processing unit displays a value representing the characteristic of the hemoglobin change signal detected by the biological light measurement device and a preset target value on the subject display device in real time for one or more regions of interest. Thereby, the subject can grasp the hemoglobin change of his / her region of interest in real time from the display on the subject display device, and can control and activate himself / herself so as to reach the target value. Therefore, the present invention can support the subject to learn how to control the activation of the region of interest by himself / herself.
以下、図面を用いて本実施形態の生体光計測装置を用いた脳活動訓練支援装置を具体的に説明する。図１は、生体光計測装置を用いた脳活動訓練支援装置の全体構成を示すブロック図である。図２は、被検体に訓練を支援している状態の装置の外観を示す説明図である。図３は、被検体の計測領域（チャンネル）を示す説明図である。 Hereinafter, the brain activity training support device using the biological light measurement device of the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a brain activity training support device using a biological light measurement device. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an appearance of the apparatus in a state where training is supported for a subject. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the measurement region (channel) of the subject.
図１のように、本実施形態の脳活動訓練支援装置は、生体光計測装置１とトレーニング支援処理部２と、トレーニング設定入力部５と、被検体用表示装置３と、被検体用入力部４とを備えている。
As shown in FIG. 1, the brain activity training support device of this embodiment includes a biological light measurement device 1, a training support processing unit 2, a training setting input unit 5, a
生体光計測装置は、近赤外光を被検体１０７内に照射し、生体の表面近傍から反射或いは生体内を通過した光（以下、単に通過光という）を検出し、光の強度に対応する電気信号を発生する装置である。この生体光計測装置は、図１に示すように、近赤外光を照射する光照射部１０１と、通過光を計測し、電気信号に変換する光計測部１０２と、光照射部１０１及び光計測部１０２の駆動を制御する制御部１０３と、信号処理部１１３と、表示装置１１４と、設定出力部１１６と、記憶部１１５とを備えている。制御部１０３および信号処理部１１３は、ＣＰＵ１１７が内蔵するメモリに予め格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、それぞれの機能が実現される。
The biological light measurement device irradiates near-infrared light into the
光照射部１０１は、所定の波長の光を出射する半導体レーザ１０４と、変調器１０５と、送信用光ファイバ１０６とを備えている。変調器１０５は、半導体レーザ１０４が発生する光を、照射位置ごとに異なる複数の周波数で変調する。送信用光ファイバ１０６は、半導体レーザ１０４の出力光を伝搬して、被検体１０７の所定の計測領域（ここでは頭部の複数箇所）まで導き、先端から被検体１０７に照射する。半導体レーザ１０４の波長は、生体内の注目物質の分光特性によるが、血液中の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の光の中から１つあるいは複数の波長を選択して用いる。具体的には例えば、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの２種類の測定対象に対応して２種類の波長、例えば７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光を照射する。これら二波長の光は合成され、一つの光ファイバ１０６の先端（照射位置）から被検体１０７に照射される。
The
送信用光ファイバ１０６の先端は、図２および図３のように、ホルダ１０８に固定され、被検体１０７の計測領域に配置される。送信用光ファイバ１０６の先端は、被検体１０７の測定部位の表面（例えば頭皮）に当接している。
The distal end of the transmission
光計測部１０２は、受信用光ファイバ１０９と、検出器１１０と、ロックインアンプ１１１と、Ａ／Ｄ変換器１１２とを含んでいる。受信用光ファイバ１０９の先端は、計測領域の所定の位置に当接するようにホルダ１０８に固定される。送信用光ファイバ１０６から照射された光のうち、所定の計測領域を通過し、被検体の表面から出射された光は、受信用光ファイバ１０９の先端から取り込まれ、光ファイバ１０９によって伝搬される。検出器１１０は、光ファイバ１０９を伝搬してきた光を、光量に対応する電気量に変換するフォトダイオード等である。ロックインアンプモジュール１１１は、光電変換素子１１０からの電気信号のうち、所定の光照射位置に対応した変調信号を選択的に検出する。Ａ／Ｄ変換器１１２は、ロックインアンプ１１１の出力信号をデジタル信号に変換する。これにより、光照射位置（光ファイバ１０６の先端位置）と検出位置（光ファイバ１０９の先端位置）との間の領域（計測領域）の数の２倍（２波長）のチャンネル数のヘモグロビン変化信号が得られる。
The
また、信号処理部１１３は、デジタルボード１１８を介してＡ／Ｄ変換器１１２からヘモグロビン変化信号を受け取って処理し、酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、全ヘモグロビン濃度変化などをチャンネル毎に示すグラフや、それを被検体の二次元画像上にプロットした画像（生体光計測画像）を生成する。表示装置１１４は、信号処理部１１３の生成したグラフや画像等を表示する。記憶部１１５は、信号処理部１１３の処理に必要なデータや処理結果や生成した画像を記憶する。入出力部１１６は、装置の動作に必要な種々の指令の入力を操作者から受け付ける。制御部１０３は、装置全体の動作を制御し、生体光計測を実行させる。
In addition, the
トレーニング支援処理部２は、被検体１０７の一以上の関心領域について、生体光計測装置１が測定したヘモグロビン変化信号を生体光計測装置１から受け取って、その特徴を表す値を求め、その値と、予め設定されている目標値とをリアルタイムで被検体用表示装置３に表示する。ＣＰＵ１１７は、内蔵されているメモリに予め格納されているプログラムを読み込んで実行することにより、トレーニング支援処理部２として機能することも可能である。これに限らず、生体光計測装置１とは別のコンピュータのＣＰＵがプログラムを実行することで、生体光計測装置１とは別にトレーニング支援処理部２の機能を実現する構成にすることももちろん可能である。
The training support processing unit 2 receives a hemoglobin change signal measured by the biological light measurement device 1 from the biological light measurement device 1 for one or more regions of interest of the subject 107, obtains a value representing the characteristic, The preset target value is displayed on the
本実施形態の生体光計測装置１を用いた脳活動訓練支援装置の動作を図４〜図７を用いて説明する。図４は、脳活動訓練支援装置の全体の動作を示すフローチャートである。 The operation of the brain activity training support device using the biological light measurement device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing the overall operation of the brain activity training support apparatus.
まず、トレーニング支援処理部２は、図５の設定受け付け画面を操作者用表示装置１１４に表示する（ステップ４１）。この設定受け付け画面において操作者は、トレーニング設定入力部５から、脳活動訓練支援に必要な条件を設定する。具体的には、設定受け付け画面の表示領域５１では、関心領域（脳の領域）の数を操作者が設定する。画面の表示領域５１で設定する関心領域の数は、１以上とする。関心領域数を一つに設定する場合は、表示領域５２で設定する関心領域に、活性化の訓練をしたい脳領域（例えば、前頭葉）を操作者が設定する。関心領域数を複数に設定する場合には、表示領域５２に活性化の訓練をしたい脳領域と、比較対象となる他の脳領域とをそれぞれ設定する。比較対象を設定することにより、活性化の訓練をしたい脳領域のみを活性化させる訓練を支援することができる。
First, the training support processing unit 2 displays the setting acceptance screen of FIG. 5 on the operator display device 114 (step 41). In this setting acceptance screen, the operator sets conditions necessary for brain activity training support from the training setting input unit 5. Specifically, in the
表示領域５２では、それぞれの関心領域に含ませる計測領域（チャンネル）を操作者が設定する。大脳皮質は領域毎に機能分化されていることが知られており、例えば、記憶や暗算課題時のヘモグロビン変化量を被検体に呈示したい場合、操作者は、前頭葉付近を関心領域として設定する。関心領域に含ませるチャンネルは、機能分化により関心領域に含まれるとして公知である計測領域（チャンネル）を選択することが好ましい。
In the
選択領域５３では、被検体用表示装置３に表示する「ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値」の種類を操作者が選択する。選択領域５３には、被検体用表示装置３に表示すべき「ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値」の種類として、５種類の選択可能領域５４〜５８が表示され、操作者はこれらのいずれかを択一的に選択する。なお、ここでいうヘモグロビン変化信号とは、信号処理部１１３が求めた酸化ヘモグロビン濃度、還元ヘモグロビン濃度およびそれらの総和である総ヘモグロビン濃度をいう。
In the
選択可能領域５４は、「現在値」を被検体用表示装置３に表示させたい場合に操作者によって選択される。これにより、リアルタイムのヘモグロビン変化信号の強度が被検体用表示装置３に表示される。
The
選択可能領域５５は、「現在値と過去値との差分値」を被検体用表示装置３に表示させたい場合に操作者によって選択される。これにより、リアルタイムのヘモグロビン変化信号の強度と予め定めた時間だけ過去に測定したヘモグロビン変化信号強度（過去値）との差分値が被検体用表示装置３に表示される。このとき、操作者は、表示領域６３に数字を入力することにより、過去値がどれくらい前の時間のヘモグロビン変換信号かを設定することができる。
The selectable area 55 is selected by the operator when the “difference value between the current value and the past value” is to be displayed on the
選択可能領域５６は、「関心領域間の差分値」を被検体用表示装置３に表示させたい場合に操作者によって選択される。これにより、表示領域５１、５２で複数の関心領域を設定している場合には、複数の関心領域のリアルタイムのヘモグロビン変化信号強度の差分値が被検体用表示装置３に表示される。操作者が表示領域６４，６５に関心領域の番号の数字を入力することにより、差分を求める関心領域を特定できる。
The
選択可能領域５７は、「関心領域間の相関値」を被検体用表示装置３に表示させたい場合に操作者によって選択される。これにより、表示領域５１、５２で複数の関心領域を設定している場合には、複数の関心領域のリアルタイムのヘモグロビン変化信号強度についての、予め定めた相関値が被検体用表示装置３に表示される。操作者が表示領域６６，６７に関心領域の番号の数字を入力することにより、相関値を求める関心領域を特定できる。相関値としては、例えば、ヘモグロビン変化信号強度の相互相関係数を用いる。
The
選択可能領域５８は、「現在値と過去データとの差分値」を被検体用表示装置３に表示させたい場合に操作者によって選択される。これを選択することにより、リアルタイムのヘモグロビン変化信号の強度と前回以前の計測で測定したヘモグロビン変化信号（過去データ）の強度との差分値が被検体用表示装置３に表示される。操作者が表示領域５８に過去の年月日を入力することにより、過去データを特定できる。
The
矢印表示時間表示領域５９では、被検体用表装置３に、被検体に脳活動の活性化（ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値の上昇）を促す表示（例えば矢印）を表示する時間の長さを操作者が設定する。矢印非表示時間表示領域６０では、上記矢印を表示しない時間の長さを操作者が設定する。繰り返し回数表示領域６１では、脳活動の活性化と非活性化（ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値の降下）を繰り返す回数を操作者が設定する。目標値バー表示領域６２では、目標値とする値を操作者が設定する。
In the arrow display
トレーニング支援処理部２は、ステップ４１で設定された関心領域についてのヘモグロビン変化信号を計測するように生体光計測装置１の制御部１０３に指示する（ステップ４２）。これにより、制御部１０３は、光照射部１０１と光計測部１０２を制御して、少なくとも関心領域についてヘモグロビン変化信号を計測する。
The training support processing unit 2 instructs the
トレーニング支援処理部２は、ステップ４３のトレーニング支援処理を行う。図６のフローを用いてステップ４３の詳細について説明する。トレーニング支援処理部２は、ステップ４１で設定された関心領域のヘモグロビン変化信号を、信号処理部１１３から受け取る。トレーニング支援処理部２は、受け取った関心領域のヘモグロビン変化信号から、選択領域５３で選択されている「ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値」を、選択領域５３で選択されている条件に従って算出し、被検体用表示装置３に表示する（ステップ７１）。例えば、選択領域５３において選択可能領域５４の「現在値」が選択されている場合には、ヘモグロビン変化信号の強度を表示する。選択領域５３において選択可能領域５７の「関心領域間の差分値」が選択されている場合には、ステップ７１で受け取ったヘモグロビン変化信号を設定された関心領域間で差分し、差分値を表示する。選択可能領域５６の「現在値と過去値との差分値」もしくは選択可能領域５８の「現在値と過去データとの差分値」が選択されている場合には、設定されている過去値または過去データを記憶部１１５から関心領域ごとに読み出して、現在値との差分値を求めて表示する。
The training support processing unit 2 performs a training support process in
ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値（以下、ヘモグロビン変化信号と略す）の被検体用表示装置３への表示方法は、どのような方法であってもよいが、例えば図７のように棒グラフ８１〜８３として表示する。これにより、被検体１０７は、関心領域のヘモグロビン変化信号をリアルタイムで把握できる。図７は、関心領域が３つ設定されている例である。これ以外にも、円グラフや数値そのもので表示することも可能である。
Any method may be used to display the value representing the characteristic of the hemoglobin change signal (hereinafter, abbreviated as hemoglobin change signal) on the
ステップ７１におけるヘモグロビン変化信号のリアルタイム表示は、以下のステップ７２〜８１を実行している間も、逐次更新し、常にリアルタイムのヘモグロビン変化信号が表示されるようにする。
The real-time display of the hemoglobin change signal in
つぎに、トレーニング支援処理部２は、ヘモグロビン変化信号とともに、ステップ４１の表示領域６２で設定を受け付けた目標値を被検体用表示装置３に表示する（ステップ７２）。図７の例では、目標値バー８４として表示している。この目標値は、複数の関心領域のうちの予め定められた一つの関心領域（図７では関心領域２）についての目標値である。被検体は、被検体用表示装置３の表示により、関心領域２の目標値を把握できる。
Next, the training support processing unit 2 displays the target value whose setting is received in the
続けて、トレーニング支援処理部２は、トレーニング支援処理部は、リアルタイムのヘモグロビン変化信号と目標値とを比較し、ヘモグロビン変化信号が目標値よりも小さい場合には、リアルタイムのヘモグロビン変化信号を上昇させるように被検体に促す表示を被検体用表示装置に表示する（ステップ７３）。例えば、図７のように矢印８５を表示する。矢印８５は、目標値が設定されている関心領域（図７では関心領域２）のヘモグロビン変化信号の棒グラフの上に表示する等して、目標が設定されている関心領域を被検体が把握できるようにすることが望ましい。被検体は、この矢印８５を見て、思考の訓練を行うことにより、関心領域２を活性化させる。このとき、比較対象となる関心領域１，３のヘモグロビン変化信号を被検体が表示上で確認することにより、目標値が設定されている関心領域２のみが活性化しているのか、すべての関心領域１〜３が活性化しているのか確認でき、関心領域２のみを活性化させるように思考の訓練を行うことができる。
Subsequently, the training support processing unit 2 compares the real-time hemoglobin change signal with the target value, and increases the real-time hemoglobin change signal when the hemoglobin change signal is smaller than the target value. In this way, a display prompting the subject is displayed on the subject display device (step 73). For example, an
被検体に上昇を促す表示（矢印８５）は、常に表示するのではなく、所定のタイミングで表示することが望ましい。例えば、目標値バー８４の表示されたタイミングで矢印８５の表示を開始する。
The display (arrow 85) that prompts the subject to ascend is not always displayed, but is preferably displayed at a predetermined timing. For example, the display of the
ステップ７４に進み、ヘモグロビン変化信号が目標値に到達したか、もしくは、ステップ４１で表示領域５９に設定された矢印表示時間（例えば１０秒）が継続したかを判断する。
Proceeding to step 74, it is determined whether the hemoglobin change signal has reached the target value or the arrow display time (for example, 10 seconds) set in the
ステップ７４において、ヘモグロビン変化信号が目標値に到達しない場合には、トレーニング支援処理部は、ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値を上昇させるための被検体へのヒントを被検体用表示装置に表示する（ステップ７５）。例えば、「もう少し頑張りましょう！人の名前を思い出してみて下さい」等の予め定めておいたメッセージ画面８６を被検体用表示装置３に表示する。このとき、ヒントの表示をするかどうかを尋ねる表示を、ステップ７４で被検体用表示装置３に表示し、被検体が被検体用入力部４を操作してヒントの表示を求めた場合のみステップ７５でヒントを表示してもよい。
In
また、トレーニング支援処理部２は、関心領域１〜３のヘモグロビン変化信号がすべて上昇している場合には、それを判断して、被検体用表示装置３に「関心領域２のみを上昇させるようにして下さい」等の表示を表示することも可能である。
In addition, when all the hemoglobin change signals of the regions of interest 1 to 3 are increased, the training support processing unit 2 determines that, and causes the
ヒントを表示したならば、被検体が了解（確認）したかどうかを被検体に尋ねる表示を行い、了解したことを被検体用入力部４で被検体が入力した場合には、ステップ７４に戻る（ステップ７６）。 If the hint is displayed, a display for asking the subject whether or not the subject has been approved (confirmed) is displayed. If the subject has input the approval by the subject input unit 4, the process returns to step 74. (Step 76).
一方、ステップ７４において、ヘモグロビン変化信号が目標値に到達したか、もしくは、ステップ４１で表示領域５９に設定された矢印表示時間（例えば１０秒）が経過した場合には、ステップ７７に進み、トレーニング支援処理部２は、矢印８５および目標値バー８４を消去し、関心領域２の非活性化を促す（ステップ７７）。このとき、被検体にヘモグロビン変化信号を低下させるように促す表示（例えば、下向きの矢印）や、非活性化時の目標値（低い値）を被検体用表示装置に表示することも可能である。
On the other hand, if the hemoglobin change signal has reached the target value in
つぎに、ステップ７８に進み、被検体にヘモグロビン変化信号が低下したか、もしくは、ステップ４１で表示領域５９に設定された矢印非表示時間（例えば１６秒）が経過したかどうかを判断する。
Next, the process proceeds to step 78, where it is determined whether the hemoglobin change signal has decreased in the subject or whether the arrow non-display time (for example, 16 seconds) set in the
ステップ７８において、ヘモグロビン変化信号が非活性化（低下）しない場合には、トレーニング支援処理部は、ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値を低下させるための被検体へのヒントを被検体用表示装置に表示する（ステップ７９）。例えば、「リラックスして下さい！’あいうえお’を繰り返してみて下さい」等の予め定めておいたメッセージ画面を被検体用表示装置３に表示する。このとき、ヒントの表示をするかどうかを尋ねる表示を、ステップ７８で被検体用表示装置３に表示し、被検体が被検体用入力部４を操作してヒントの表示を求めた場合のみステップ７９でヒントを表示してもよい。
If the hemoglobin change signal is not inactivated (decreased) in
ヒントを表示したならば、被検体が了解したかどうかを被検体に尋ねる表示を行い、了解したことを被検体用入力部４で被検体が入力した場合には、ステップ７８に戻る（ステップ８０）。 If the hint is displayed, a display for asking the subject whether or not the subject has been accepted is displayed. If the subject has entered the consent by the subject input unit 4, the process returns to step 78 (step 80). ).
一方、ステップ７８において、ヘモグロビン変化信号が低下したか、もしくは、矢印非表示時間（例えば１６秒）が経過した場合には、ステップ７１に戻す。ステップ７１〜８０、をステップ６１において表示領域６１に設定された回数（例えば１８回）繰り返す（ステップ８１）。
On the other hand, if the hemoglobin change signal has decreased or the arrow non-display time (for example, 16 seconds) has elapsed in
これにより、被検体は、自分の関心領域を活性化したのち非活性化するトレーニングを、実際に活性化および非活性化したかどうかを確認しながら設定された回数繰り返すことができる。よって、本実施形態によれば、脳の関心領域の自己制御を習得する訓練を支援することができる。 As a result, the subject can repeat the training for activating his / her region of interest and then deactivating it for the set number of times while confirming whether he / she actually activated and deactivated. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to support training for acquiring self-control of a region of interest in the brain.
なお、ステップ７１において表示される「ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値」として、選択領域５３において「現在値」を操作者が選択した場合、ヘモグロビン変化信号の強度そのものが被検体用表示装置３により被検体に呈示されるが、ヘモグロビン変化速度は秒単位のため被検体が認識する変化はゆったりとしたものになる。一方、「現在値と過去値との差分値」を選択した場合は、指定された過去時刻（例：現在値−１０秒前値）との差分値が表示されるため、被検体はヘモグロビン変化をよりダイナミックに認識することが可能となる。「関心領域間の差分値」を選択した場合は、被検体は脳機能領域毎のヘモグロビン変化差異を認識することができる。例えば、全身性の変化で全ての脳機能領域のヘモグロビン変化信号が変化した場合に、「関心領域間の差分値」はゼロになるため、被検体に「関心領域間の差分値」の変化としての呈示がされない。つまり、特定の脳機能領域のヘモグロビン変化信号が変化した場合にのみ、被検体にヘモグロビン変化が呈示されることとなる。「現在値と過去データとの差分値」を選択した場合は、データベース内に保存されている計測済のヘモグロビン変化信号の過去データを読み出し、現在の計測値（ヘモグロビン変化信号）との差分値が表示される。これにより、訓練の習熟等で過去よりもヘモグロビン変化信号が変化している場合に、「現在値と過去データとの差分値」の変化として被検体に呈示される。
If the operator selects “current value” in the
訓練終了後は、図４のステップ４４に進み、信号処理部１１３は、ステップ４２で計測したヘモグロビン変化信号を記憶装置１１５内のデータベース４６に登録する。計測データは過去の計測データと合わせて呼び出しが可能で、波形の比較表示や相関係数等を算出することで、波形差異を識別することが可能である。算出結果は、操作者用表示装置１１４に必要に応じて表示する。
After completing the training, the process proceeds to step 44 in FIG. 4, and the
上述してきたように、本実施形態の生体光計測装置を用いた脳活動訓練支援装置を用いることで、被検体は、自身の関心領域（大脳皮質）のヘモグロビン変化をリアルタイムに把握し、目標値に到達するように活性化することができるため、関心領域の活性化を自分で制御する方法を習得することが可能になる。 As described above, by using the brain activity training support device using the biological light measurement device according to the present embodiment, the subject grasps the hemoglobin change of his / her region of interest (cerebral cortex) in real time, and sets the target value. Therefore, it is possible to learn a method for controlling the activation of the region of interest by itself.
なお、本実施形態では、生体光計測装置を含んだ脳活動訓練支援装置の全体を説明したが、既存の生体光計測装置のＣＰＵにトレーニング支援処理部２の機能を実現するプログラムを実行させることにより、既存の生体光計測装置に、脳活動訓練支援装置の機能を付加することができる。また、コンピュータを生体光計測装置に接続し、コンピュータのＣＰＵにトレーニング支援処理部２の機能を実現するプログラムを実行させることにより、コンピュータを脳活動訓練支援装置として機能させることも可能である。 In this embodiment, the entire brain activity training support device including the biological light measurement device has been described. However, the CPU of the existing biological light measurement device is caused to execute a program that realizes the function of the training support processing unit 2. Thus, the function of the brain activity training support device can be added to the existing biological light measurement device. It is also possible to cause the computer to function as a brain activity training support device by connecting a computer to the biological light measurement device and causing the CPU of the computer to execute a program that realizes the function of the training support processing unit 2.
１：生体光計測装置、２：トレーニング支援処理部、３：被検体用表示装置、４：被検体用入力部、５：トレーニング設定入力部、１０１：光照射部、１０２：光計測部、１０３：制御部、１０７：被検体、１０４：半導体レーザ、１０５：変調器、１０６：送信用光ファイバ、１０７：被検体、１０８：ホルダ、１０９：受信用光ファイバ、１１０：検出器、１１１：ロックインアンプ、１１２：Ａ／Ｄ変換器、１１３：信号処理部、１１４：表示装置、１１５：記憶部、１１６：設定入力部、１１７：ＣＰＵ、１１８：デジタルボード 1: biological light measurement device, 2: training support processing unit, 3: subject display device, 4: subject input unit, 5: training setting input unit, 101: light irradiation unit, 102: light measurement unit, 103 : Control unit, 107: Subject, 104: Semiconductor laser, 105: Modulator, 106: Transmission optical fiber, 107: Subject, 108: Holder, 109: Optical fiber for reception, 110: Detector, 111: Lock In-amplifier, 112: A / D converter, 113: signal processing unit, 114: display device, 115: storage unit, 116: setting input unit, 117: CPU, 118: digital board
Claims (14)
一以上の関心領域についての前記ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値と、予め設定されている目標値とをリアルタイムで被検体用表示装置に表示するトレーニング支援処理部とを有することを特徴とする生体光計測装置を用いた脳活動訓練支援装置。 A biological light measurement device that irradiates a subject with light of a predetermined wavelength, detects a plurality of signals that have passed through the subject, and obtains a hemoglobin change signal;
A living body comprising: a training support processing unit that displays a value representing the characteristics of the hemoglobin change signal for one or more regions of interest and a preset target value on a display device for a subject in real time Brain activity training support device using an optical measurement device.
取り込んだ前記ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値と、予め設定されている目標値とを被検体用表示装置に表示するトレーニング支援処理部とを有することを特徴とする脳活動訓練支援装置。 Capture unit that captures real-time hemoglobin change signals of one or more regions of interest from a biological light measurement device that irradiates a subject with light of a predetermined wavelength, detects multiple signal lights that have passed through the subject, and obtains a hemoglobin change signal When,
A brain activity training support device, comprising: a training support processing unit that displays a value representing a characteristic of the captured hemoglobin change signal and a preset target value on a display device for a subject.
所定波長の光を被検体に照射し、被検体内部を通過した複数信号の光を検出し、ヘモグロビン変化信号を求める生体光計測装置から、一以上の関心領域のリアルタイムのヘモグロビン変化信号を取り込む取り込み手段と、
取り込んだ前記ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値と、予め設定されている目標値とを被検体用表示装置に表示するトレーニング支援処理手段として機能させることを特徴とする信号処理プログラム。 Computer
Captures real-time hemoglobin change signals of one or more regions of interest from a biological light measurement device that irradiates a subject with light of a predetermined wavelength, detects multiple signals that have passed through the subject, and obtains hemoglobin change signals Means,
A signal processing program that functions as a training support processing unit that displays a value representing a characteristic of the captured hemoglobin change signal and a preset target value on a display device for a subject.
取り込んだ前記ヘモグロビン変化信号の特徴を表す値と、予め設定されている目標値とを被検体用表示装置に表示することを特徴とする信号処理方法。 Irradiating a subject with light of a predetermined wavelength, detecting multiple signals that have passed through the subject, and capturing a real-time hemoglobin change signal of one or more regions of interest from a biological light measurement device that obtains a hemoglobin change signal;
A signal processing method comprising: displaying a value representing a characteristic of the captured hemoglobin change signal and a preset target value on a display device for a subject.
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