JP2015192870A - Intention estimation method, intention estimation program, and intention estimation device - Google Patents
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
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Abstract
Description
この発明は、計測した人間の脳波を解析して、人間の選択意図を推定あるいは判別する意図推定方法に関し、特に、選択意図を推定あるいは判別するために用いる脳波を適切に設定できるようにした方法に関する。 The present invention relates to an intention estimation method for estimating or discriminating a human selection intention by analyzing a measured human brain wave, and more particularly, a method for appropriately setting an electroencephalogram used for estimating or discriminating a selection intention. About.
人間の脳波を計測し、計測した脳波から人間の意図を推定、もしくは、判別する方法がいくつか提案されている。例えば、刺激を与えた時に脳波に現れる事象関連電位(例:P300やP3と呼ばれる成分)から、被験者の意思を判別する方法がある。特許文献1(国際公開第2009/122685号、「脳波識別方法の調整装置、方法およびコンピュータプログラム」)には、P300の計測方法が示されている。特許文献2(国際公開第2011/105000号、「脳波インタフェースシステム、脳波インタフェース提供装置、脳波インタフェースの実行方法、および、プログラム」)には、できるだけ短時間で意図推定精度を高める方法が示されている。また、非特許文献1(藤岡,楢崎,藤井による「視覚刺激に対する脳波を利用した意思伝達装置」;12th Symposium on Human Interface, Oct.22-25, 1996, Yokohama)では、異なる課題を与えて画像刺激を見せた時に、被験者の後頭部に誘発される脳波の特徴量(潜時約120〜140msec)が異なることを利用して、Yes/Noを判別している。 Several methods have been proposed for measuring human brain waves and estimating or discriminating human intentions from the measured brain waves. For example, there is a method of discriminating a subject's intention from an event-related potential (eg, a component called P300 or P3) that appears in an electroencephalogram when a stimulus is given. Patent Document 1 (International Publication No. 2009/122585, “Adjustment apparatus, method and computer program for electroencephalogram identification method”) shows a measurement method of P300. Patent Document 2 (International Publication No. 2011/105000, “Electroencephalogram interface system, electroencephalogram interface providing apparatus, electroencephalogram interface execution method, and program”) describes a method of increasing intention estimation accuracy in as short a time as possible. Yes. Non-Patent Document 1 (Fujioka, Amagasaki, Fujii's “Communication Device Using EEG for Visual Stimulation”; 12th Symposium on Human Interface, Oct.22-25, 1996, Yokohama) Yes / No is discriminated using the fact that the characteristic amount of the electroencephalogram induced in the occipital region of the subject when the stimulus is shown (latency: about 120 to 140 msec) is different.
これらの事象関連電位を用いる方法は、刺激を与えた時の脳波の反応を利用しており、刺激を与える装置や、複雑な計測手順が必要である。また、刺激を与えた時の脳波の反応が微弱であるため、一般に、複数回の加算平均を行う必要がある。そのために、計測時間が長くなる、あるいは、計測時間を短くするための複雑なアルゴリズムが必要になる。すなわち、被験者が計測手順に対応できない、複雑なアルゴリズムが個人差やノイズに対応できないなどの問題が生じ、意図を正確に識別できないことが多い。 These methods using event-related potentials utilize the electroencephalogram response when a stimulus is applied, and a device for applying the stimulus and a complicated measurement procedure are required. In addition, since the response of the electroencephalogram when a stimulus is given is weak, it is generally necessary to perform a plurality of addition averaging. Therefore, a complicated algorithm for increasing the measurement time or shortening the measurement time is required. That is, problems such as the inability of the subject to cope with the measurement procedure and the inability of complicated algorithms to deal with individual differences and noise often occur and the intent cannot be accurately identified.
このような問題は、自然な脳波(自発脳波)を用いることで解決される。特許文献3(特開平10−262943号公報、「脳波計測方法およびその装置並びに該計測方法を用いた意思伝達方法およびその装置」)では、頭皮上の複数箇所の脳波から所定の周波数成分を抽出し、差分を算出して脳波トポグラフィを作成し、トポグラフィのパターンから意図を推定している。また、特許文献4(特開2003−325467号公報、「意思伝達支援装置、及び意思伝達支援ソフトウエア」)では、動作準備や動作についての想像をするときにμ波(α波より少し速い7〜13Hz程度のμ字型の波)やβ波(緊張しているときなどに出る13〜30Hzの速い波)の振幅が減少することを利用して、頭皮上の複数箇所の脳波パワー値から算出した入力値を人工ニューラルネットワーク(ANN)に入力して意図を推定している。また、所定の状態あるいは所定の事項を想起した場合に現れる自発脳波のβ波パワー値が増加することを利用して、自発的な意図の判別結果が正しいか否かの確認を被験者に行わせるようにしている。 Such a problem is solved by using a natural brain wave (spontaneous brain wave). In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-262943, “EEG measurement method and apparatus and intention transmission method and apparatus using the measurement method”), predetermined frequency components are extracted from brain waves at a plurality of locations on the scalp. Then, the brain wave topography is created by calculating the difference, and the intention is estimated from the topography pattern. Further, in Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-325467, “intention transmission support apparatus and intention transmission support software”), when thinking about operation preparation or operation, μ wave (slightly faster than α wave 7) Based on the decrease in the amplitude of a ~ 13 Hz μ-shaped wave) and β wave (13-30 Hz fast wave appearing when nervous), the brain wave power values at multiple locations on the scalp are used. The calculated input value is input to an artificial neural network (ANN) to estimate the intention. In addition, by using the increase in the β-wave power value of the spontaneous brain wave that appears when recalling a predetermined state or a predetermined matter, the subject is made to confirm whether the determination result of the spontaneous intention is correct. I am doing so.
これらの自発脳波を用いる方法は、いずれも複数個所の脳波を同時に使用するため、例えば、どこかの部位の脳波電極が頭皮から浮くなどの原因でその部位の脳波にノイズが含まれた場合に、意図推定精度が低下する。また、脳波電極を複数個所に設置する時間と手間がかかり、さらに、計算が複雑であるために特別な解析装置が必要である。さらに、複雑な計算や人工ニューラルネットワークの検証が困難であるため、個人差や時間変化などの原因で推定精度が低かった場合に改善することが難しい。 These methods that use spontaneous brain waves simultaneously use multiple brain waves at the same time.For example, if the brain waves at a certain location contain noise due to the brain electrode at some location floating from the scalp, etc. Intention estimation accuracy decreases. Moreover, it takes time and labor to install the electroencephalogram electrodes at a plurality of locations, and the calculation is complicated, so that a special analysis device is required. Furthermore, since it is difficult to verify complicated calculations and artificial neural networks, it is difficult to improve when the estimation accuracy is low due to individual differences or temporal changes.
このように、人間の脳波を計測し、計測した脳波から人間の意図を判別あるいは推定する方法としては、意図推定対象者(被験者)の誘発脳波である事象関連脳電位を用いるもの、および、意図推定対象者の自発脳波を用いるものが知られている。また、従来における方法には、判別あるいは推定の対象が、意図推定対象者の自発的な各種の意図である場合と、意図推定対象者の選択意図である場合(人間のYes/Noによるに二者択一の意思決定を判別する場合)とがある。 As described above, as a method of measuring a human brain wave and discriminating or estimating a human intention from the measured brain wave, a method using an event-related brain potential which is an evoked brain wave of an intention estimation target person (subject), and an intention Those using the spontaneous brain wave of the person to be estimated are known. In addition, in the conventional method, the target of discrimination or estimation is various intentions of the intention estimation target person or the intention estimation target person's selection intention (depending on the human Yes / No). When determining alternative decision making).
しかしながら、本発明が対象としている自発脳波を用いて意図推定対象者の選択意図を判別する方法あるいは装置については、簡便に精度良く選択意図の判別あるいは推定を行うことのできるものは従来において提案されていない。 However, as a method or apparatus for discriminating the selection intention of the intention estimation target person using the spontaneous brain wave targeted by the present invention, a method or apparatus that can easily and accurately discriminate or estimate the selection intention has been proposed in the past. Not.
すなわち、自発脳波を用いて選択意図を推定する場合には、対象者に特定の状態あるいは特定の事項を自発的に想起して貰い、その想起状態での脳波を計測する必要がある。自発脳波は個人差が大きく、同一の状態、事項を想起して貰っても、或る意図推定対象者からは明確に識別可能な脳波パターンが得られる場合であっても、別の意図推定対象者からは有効な脳波パターンが得られないことが多い。そこで、意図推定対象者毎に選択意図を推定するための脳波パターンを設定することが考えられる。しかし、同一の被験者であっても、被験者の心身状態、場所、時間等の外部環境が異なると、同一の状態、事項を想起して貰っても、同様なパターン脳波の再現性が低いという問題がある。このため、少ない部位から取得した自発脳波を用いて簡便に精度良く選択意図の判別あるいは推定を行うことが困難である。 In other words, when the selection intention is estimated using spontaneous brain waves, it is necessary to voluntarily recall a specific state or a specific matter from the subject, and to measure the brain waves in the recall state. Spontaneous EEGs vary greatly from person to person, even if recalling the same state and matters, even if an EEG pattern that can be clearly identified is obtained from a certain intent estimation target, In many cases, an effective electroencephalogram pattern cannot be obtained from a person. Therefore, it is conceivable to set an electroencephalogram pattern for estimating the selection intention for each intention estimation target person. However, even if the subject is the same, if the subject's mental and physical conditions, location, time, etc. are different, the reproducibility of the same pattern EEG is low even if the same state and matter are recalled. There is. For this reason, it is difficult to determine or estimate the selection intention simply and accurately using the spontaneous electroencephalogram acquired from a small part.
本発明の課題は、このような点に鑑みて、少ない部位の自発脳波から簡便に精度よく選択意図を推定できる意図推定方法、意図推定用プログラムおよび意図推定装置を提供することにある。 In view of these points, an object of the present invention is to provide an intention estimation method, an intention estimation program, and an intention estimation device that can easily and accurately estimate a selection intention from spontaneous brain waves of a small number of parts.
また、本発明の課題は、少ない部位の自発脳波から簡便に精度よく選択意図を推定できるように、意図推定に用いる脳波を適切に設定可能な意図推定用脳波の設定プログラムおよび設定装置を提供することにある。 Also, an object of the present invention is to provide a setting program and a setting device for an intention estimation electroencephalogram capable of appropriately setting an electroencephalogram used for intention estimation so that a selection intention can be easily and accurately estimated from spontaneous electroencephalograms of a small number of parts. There is.
上記の課題を解決するために、本発明の意図推定方法は、
第1の状態および第2の状態を対象者に作って貰ったときに計測される当該対象者の脳波を取得する第1計測工程と、
前記第1の状態および当該第1の状態で計測された第1脳波を、前記対象者が選択意図の一方を選択する場合の状態および脳波であると設定し、前記第2の状態および当該第2の状態で計測された第2脳波を、前記対象者が前記選択意図の他方を選択する場合の状態および脳波であると設定する設定工程と、
質問を与えた前記対象者に、前記第1の状態および前記第2の状態のいずれかを作って貰ったときに計測される当該対象者の脳波を取得する第2計測工程と、
前記第2計測工程で計測された前記脳波を前記第1脳波および前記第2脳波と比較して、前記対象者の前記質問に対する選択意図を判別する意図判別工程と、
を含むことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the intention estimation method of the present invention is:
A first measurement step of acquiring the subject's brain waves measured when the subject is made to make the first state and the second state;
The first electroencephalogram measured in the first state and the first state is set as the state and the electroencephalogram when the subject selects one of the selection intentions, and the second state and the first electroencephalogram are set. A setting step for setting the second electroencephalogram measured in the state of 2 to be a state and an electroencephalogram when the subject selects the other of the selection intentions;
A second measurement step of acquiring the subject's brain wave measured when the subject who gave the question is asked to make either the first state or the second state;
An intention determination step of comparing the brain wave measured in the second measurement step with the first brain wave and the second brain wave to determine a selection intention of the subject with respect to the question;
It is characterized by including.
本発明の意図推定方法における設定工程では、対象者に対し、第1の状態、例えばリラックスした安静状態のような比較的容易に作ることができる状態(以下では「ベース状態」と呼ぶ場合もある。)と、第2の状態、例えば、ベース状態と最も明確に区別できる脳波パターンになる意図を想起した状態(以下では「最適意図」と呼ぶ場合もある。)を決定する。同時に、意図推定に使用する脳波の計測位置(電極位置)も決定される場合がある。設定した第1、第2の状態と、これらに対応する第1、第2脳波とが、選択意図の一方および他方に対応付けされる。なお、以下の説明において、「安静状態」あるいは「安静」とは、安静開眼の状態(例えば、寝たきりの人が薄目を開いている半眼のような状態も含まれる。)および安静閉眼の状態(例えば、閉眼状態で寝たきりになっている人等の場合。)が含まれ、対象者に応じて適切な安静状態あるいは安静が定義される。 In the setting step in the intention estimation method of the present invention, the subject can be relatively easily created in a first state, for example, a relaxed rest state (hereinafter sometimes referred to as a “base state”). )) And a second state, for example, a state recalling an intention to become an electroencephalogram pattern that can be most clearly distinguished from the base state (hereinafter, sometimes referred to as “optimum intention”). At the same time, the measurement position (electrode position) of the electroencephalogram used for intention estimation may be determined. The set first and second states and the corresponding first and second electroencephalograms are associated with one and the other of the selection intentions. In the following description, “resting state” or “resting” means a state of resting open eyes (for example, a state where a bedridden person has a half eye with thin eyes open) and a state of resting closed eyes ( For example, a person who is bedridden in a closed eye state) is included, and an appropriate rest state or rest is defined according to the subject.
本発明の意図推定方法の意図判別工程では、設定されている計測位置(電極位置)で計測した対象者の脳波を、第1、第2脳波と比較して、第1の状態であるベース状態と第2の状態である最適意図の判別を行う。例えば、ベース状態を選択意図の「No」、最適意図を選択意図の「Yes」に割り振ることを対象者に事前に伝えておき、対象者に質問をする。対象者に、ベース状態のまま維持して貰うか最適意図を想起して貰うかによって、対象者のYes/Noという意図を確認(意図推定)することができる。 In the intention determination step of the intention estimation method of the present invention, the brain state of the subject measured at the set measurement position (electrode position) is compared with the first and second brain waves, and the base state is the first state. The optimum intention that is the second state is determined. For example, the subject is informed in advance that the base state is assigned to the selection intention “No” and the optimum intention is assigned to the selection intention “Yes”, and the subject is asked a question. The subject's intention of Yes / No can be confirmed (intention estimation) depending on whether the subject is kept in the base state or recalls the optimum intention.
ここで、前記第1、第2の状態のうちの一方の状態は、前記対象者が作れる所定の心身状態、特に対象者が容易に作れる状態とすることが望ましい。また、他方の状態は、前記対象者が想起できる所定の事項を想起している想起状態、特に対象者が容易に想起できる事項を想起している想起状態とすることが望ましい。 Here, it is desirable that one of the first and second states is a predetermined mind-body state that can be created by the subject, particularly a state that can be easily created by the subject. The other state is preferably a recall state that recalls a predetermined matter that can be recalled by the subject, and particularly a recall state that recalls a matter that can be easily recalled by the subject.
このためには、前記第1計測工程では、前記第1、第2の状態のうちの少なくとも一方の状態において計測される脳波として、当該一方の状態の候補である複数の候補の状態を前記対象者に作って貰ったときに計測される脳波をそれぞれ取得し、前記設定工程では、計測された複数の前記脳波の中から抽出した1つの脳波が計測された前記状態の候補を、前記一方の状態に設定することが望ましい。 For this purpose, in the first measurement step, a plurality of candidate states that are candidates for one state are used as the electroencephalogram measured in at least one of the first and second states. Each of the brain waves measured when the person makes and asks the person, and in the setting step, the candidate of the state where one brain wave extracted from the plurality of measured brain waves is measured It is desirable to set the state.
例えば、前記第1計測工程では、前記複数の候補の状態のそれぞれについて、前記対象者に各候補の状態を複数回ずつ作って貰ったときに計測される当該対象者の脳波を取得し、前記設定工程では、各候補について計測される複数の前記脳波の間における一致度合が最も高い候補の状態を、前記一方の状態に設定することが望ましい。このようにすれば、対象者が容易に作ることができ、再現性のある脳波が得られる状態を第1あるいは第2の状態に設定でき、意図判別の精度を上げることができる。 For example, in the first measurement step, for each of the plurality of candidate states, the subject's brain waves measured when the candidate is asked to make each candidate state multiple times are obtained, In the setting step, it is desirable to set the candidate state having the highest degree of coincidence between the plurality of electroencephalograms measured for each candidate as the one state. In this way, the subject can easily create a state where a reproducible electroencephalogram can be obtained can be set to the first or second state, and the accuracy of intention determination can be increased.
また、前記設定工程では、前記第1、第2の状態のうちの一方の状態を決定した後に、前記第1、第2の状態の他方の状態を、決定済みの前記一方の状態の脳波とのかい離度合が最も大きくなる脳波が得られる状態に設定することが望ましい。このようにすれば、対象者が作ることができる一組の状態のうち、明確に識別可能な脳波が得られる状態を第1、第2の状態に設定できる。これにより、意図判別の精度を上げることができる。 In the setting step, after determining one state of the first and second states, the other state of the first and second states is changed to the determined electroencephalogram of the one state. It is desirable to set a state in which an electroencephalogram having the largest degree of separation is obtained. If it does in this way, the state from which the brain wave which can be clearly identified among the set of states which a subject can make can be set to the 1st, 2nd state. Thereby, the precision of intention determination can be raised.
なお、脳波は対象者の体調や気分によって変化するので、意図推定は、第1の状態(ベース状態)、第2の状態(最適意図)の決定後、所定の時間が経過する前、例えば、少な
くとも1日以内に行うことが望ましい。また、同じ意味で回答が逆になる質問を繰り返し行う、もしくは、対象者やその関係者しかわからない質問をすることで推定精度の検証が容易に行える。もし、推定精度が低かった場合は、第1の状態(ベース状態)、第2の状態(最適意図)等を再設定することで推定精度を高めることができる。
Since the electroencephalogram changes depending on the physical condition and mood of the subject, the intention estimation is performed after a predetermined time elapses after the determination of the first state (base state) and the second state (optimum intention), for example, It is desirable to do it within at least one day. In addition, it is possible to easily verify the estimation accuracy by repeatedly asking questions whose answers are reversed in the same meaning, or by asking questions that only the target person or related parties know. If the estimation accuracy is low, the estimation accuracy can be increased by resetting the first state (base state), the second state (optimum intention), and the like.
次に、本発明の脳波による意図推定方法において、より簡便に、より精度よく、短時間で意図推定を行うことができるようにするためには、第1の状態を安静状態とし、第2の状態を対象者に所定の意図を想起して貰った状態とすることが望ましい。例えば、安静状態(ベース状態)を選択意図の「No」とし、第2の状態(最適意図)を「Yes」とすればよい。第2の状態は、対象者が想起しやすい事項を複数の候補のうちから選ぶようにすればよい。また、脳波の計測位置は1箇所(1チャンネル)とすることが簡便であり、そのためには、第1の状態である安静状態で得られる第1脳波と、第2の状態である最適意図を想起した状態で得られる第2脳波とのかい離の度合いが最も大きな計測位置を最適計測位置と定め、当該位置において脳波を計測して意図推定を行うことが望ましい。 Next, in the intention estimation method using an electroencephalogram of the present invention, in order to be able to perform intention estimation more easily, more accurately, and in a short time, the first state is set to the rest state, and the second state It is desirable that the state is a state in which the subject is reminded of a predetermined intention. For example, the rest state (base state) may be “No” as the selection intention, and the second state (optimum intention) may be “Yes”. In the second state, an item that the subject can easily recall may be selected from a plurality of candidates. In addition, it is easy to set the measurement position of the electroencephalogram to one place (one channel). For that purpose, the first electroencephalogram obtained in the rest state, which is the first state, and the optimum intention, which is the second state, are set. It is desirable to determine the measurement position having the greatest degree of separation from the second brain wave obtained in the recalled state as the optimum measurement position and measure the brain wave at the position to perform intention estimation.
同一の対象者についての2回目以降の意図推定においては、それまでに最も多く第2の状態として設定された最適意図を、当該第2の状態の候補として選択することが望ましい。これにより、第1計測工程における脳波計測時間を短縮化できる。また、当該候補を設定工程において第2の状態として設定すれば、短時間で、意図推定用の第2計測工程に移行することができる。 In the second and subsequent intention estimations for the same subject, it is desirable to select the optimal intention that has been set as the second state most frequently so far as candidates for the second state. Thereby, the electroencephalogram measurement time in a 1st measurement process can be shortened. Moreover, if the candidate is set as the second state in the setting step, the process can move to the second measurement step for intention estimation in a short time.
また、第2の状態を設定する設定工程においては、事前に予測した意図推定精度に基づき設定されるしきい値を用いて、第2の状態として採用する最適意図を設定することにより、例えば、80%以上の推定精度が見込まれるときに、意図推定の工程である第2計測工程および意図判別工程に移行するようにすることが望ましい。 Further, in the setting step of setting the second state, by setting the optimum intention to be adopted as the second state using a threshold value set based on the intention estimation accuracy predicted in advance, for example, When an estimation accuracy of 80% or more is expected, it is desirable to shift to the second measurement process and the intention determination process, which are intention estimation processes.
さらに、計測された脳波には、対象者のまばたきに起因するノイズ成分が含まれている場合がある。したがって、まばたきに起因するノイズを除去して意図推定の精度を高めるためには、意図推定に用いる脳波の周波数帯域を、まばたきの周波数が含まれにくい周波数帯域である例えば8〜30Hzに設定することが望ましい。まばたきによるノイズを考慮する必要が無い場合には、意図推定に用いる脳波の周波数帯域を広げて、例えば4〜30Hzに設定することができる。 Further, the measured electroencephalogram may include a noise component resulting from the subject's blinking. Therefore, in order to remove the noise caused by blinking and increase the accuracy of intention estimation, the frequency band of the brain wave used for intention estimation is set to, for example, 8 to 30 Hz, which is a frequency band in which blinking frequencies are not easily included. Is desirable. When there is no need to consider the noise caused by blinking, the frequency band of the brain wave used for intention estimation can be expanded and set to, for example, 4 to 30 Hz.
また、意図推定時間の短縮化を図るためには、上記の第2計測工程における脳波計測毎、もしくは、別途設定した周期ごとに、計測脳波を用いて上記の意図判別工程を実行することが望ましい。 In addition, in order to shorten the intention estimation time, it is desirable to execute the intention determination step using the measured electroencephalogram for each electroencephalogram measurement in the second measurement step or for each separately set period. .
一方、寝たきりの対象者等の場合には、対象者が活動状態なのか睡眠状態なのかを目視により判別できず、脳波による意図推定によって当該対象者とのコミュニケーションを図ることができない場合がある。そこで、対象者の脳波を連続計測し、計測脳波パターンに基づき対象者が活動状態であることを確認して、活動状態のときに、脳波による意図推定によるコミュニケーションを図ることが望ましい。また、脳波から活動状態が認められない場合は、対象者に、例えば毎日ほぼ同じ時刻に外部からの刺激を与えて対象者のサーカディアンリズムを整え、その時刻頃に活性状態になるように誘導したうえで、脳波による意図推定によるコミュニケーションを行うことが望ましい。 On the other hand, in the case of a bedridden target person or the like, it may not be possible to visually determine whether the target person is in an active state or a sleep state, and communication with the target person may not be achieved by intention estimation using brain waves. Therefore, it is desirable to continuously measure the brain wave of the subject, confirm that the subject is in an active state based on the measured brain wave pattern, and attempt communication by intent estimation using an electroencephalogram in the active state. In addition, when the activity state is not recognized from the electroencephalogram, the subject was given an external stimulus at approximately the same time every day, for example, to adjust the circadian rhythm of the subject and induced to become active around that time In addition, it is desirable to perform communication based on intention estimation based on brain waves.
なお、本発明では、脳波を用いて意図推定を行っているが、場合によって、脳波に加えて、脳波以外の生理指標を計測して、脳波および生理指標に基づき、意図推定を行うことも可能である。この場合には、計測した脳波と生理指標を同様に取り扱うことができるように、例えばそれぞれを平均0、分散1に正規化すればよい。 In the present invention, intention estimation is performed using brain waves. However, in some cases, physiological indices other than brain waves can be measured in addition to brain waves, and intention estimation can be performed based on the brain waves and physiological indices. It is. In this case, the measured electroencephalogram and physiological index can be treated in the same way, for example, each may be normalized to mean 0 and variance 1.
本発明では、最初に、対象者毎に、脳波を計測して意図推定のために用いる2種類の自発脳波、すなわち選択意図(Yes/No判定)の一方および他方を示す自発脳波が得られる対象者の第1、第2の状態(ベース状態と最適意図)が決定される。第1、第2の状態を対象者に応じて適切に設定することにより、これらの状態を対象者に作って貰ったときに計測される自発脳波を精度良く識別可能になる。特に、第1の状態として安静状態を設定し、第2の状態として対象者が最も想起しやすい最適意図を設定することによって、自発脳波を精度良く識別可能になる。よって、対象者毎に設定した2種類の自発脳波を用いることで、高い精度で対象者の選択意図を推定できる。また、識別可能な2種類の自発脳波を用いるので、対象者の心身状態、外部環境に大きく影響されることなく、再現性の高い選択意図の推定動作が保証される。 In the present invention, first, for each subject, two types of spontaneous electroencephalograms used for intent estimation by measuring electroencephalograms, that is, subjects from which spontaneous electroencephalograms indicating one and the other of the selection intention (Yes / No determination) are obtained. First and second states (base state and optimum intention) of the person are determined. By appropriately setting the first and second states according to the subject, it becomes possible to accurately identify the spontaneous brain waves measured when these states are created by the subject. In particular, by setting a resting state as the first state and setting an optimal intention that is most easily recalled by the subject as the second state, it becomes possible to accurately identify the spontaneous brain waves. Therefore, the selection intention of the subject can be estimated with high accuracy by using two types of spontaneous brain waves set for each subject. Also, since two types of identifiable spontaneous electroencephalograms are used, the selection intention estimation operation with high reproducibility is guaranteed without being greatly affected by the subject's mind-body condition and the external environment.
また、本発明によれば、選択意図の推定のために対象者毎に最も適した2種類の自発脳波を用いることができるので、少ない部位で計測した脳波を用いて意図推定を高い精度で行うことができる。よって、多数の脳波計測位置に脳波計測用の電極を配置し、多数の配線を行う場合等とは異なり、計測準備の時間と手間を削減できる。また、多数の部位で計測した多数の脳波を用いる必要が無いので、意図推定あるいは判別のための計算やアルゴリズムを単純化できる。よって、汎用PCを用いて、簡便で高い精度で意図推定が可能な意図推定装置を実現できる。 Further, according to the present invention, two types of spontaneous electroencephalograms that are most suitable for each target person can be used for estimation of selection intention, so intention estimation is performed with high accuracy using electroencephalograms measured at a small number of sites. be able to. Therefore, unlike the case where electrodes for electroencephalogram measurement are arranged at a large number of electroencephalogram measurement positions and a large number of wirings are performed, the time and labor for measurement preparation can be reduced. In addition, since it is not necessary to use a large number of electroencephalograms measured at a large number of sites, calculations and algorithms for intention estimation or discrimination can be simplified. Therefore, it is possible to realize an intention estimation device that can perform simple and high-precision intention estimation using a general-purpose PC.
さらに、本発明によれば、ノイズなどに影響されない高精度の意図推定(意図判定)が可能となる。例えば、複数の脳波計測部のうち一部の部位の脳波電極が頭皮から浮くなどの原因でその部位の脳波にノイズが含まれるおそれがある場合でも、正しく脳波を計測できている部位が1ヶ所でもあれば、意図が推定できる可能性がある。 Furthermore, according to the present invention, high-precision intention estimation (intention determination) that is not affected by noise or the like can be performed. For example, even if there is a possibility that the electroencephalogram of a part of the plurality of electroencephalogram measurement parts floats from the scalp, the electroencephalogram of that part may contain noise, and there is one part that can correctly measure the electroencephalogram. However, there is a possibility that the intention can be estimated.
これに加えて、同じ意味で回答が逆になる質問を繰り返し行う、もしくは、対象者やその関係者しかわからない質問をすることで、意図推定結果の検証を容易に行うことができる。仮に、推定精度が低かった場合には、第1想定内容(ベース状態)、第2想定内容(最適意図)、脳波計測部位(電極位置)を再設定すれば、簡単に推定精度を高めることができる。 In addition to this, it is possible to easily verify the intention estimation result by repeatedly asking questions with opposite answers in the same meaning, or by asking questions that only the target person or related parties understand. If the estimation accuracy is low, the estimation accuracy can be easily increased by resetting the first assumed content (base state), the second assumed content (optimum intention), and the electroencephalogram measurement site (electrode position). it can.
以下に、図面を参照して、本発明を適用した意図推定装置の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る意図推定装置を用いて意図が推定される対象者は、視覚や聴覚などの知覚機能が維持されているが、発声や表情などの意図表現が全くできない状況にあると想定している。すなわち、音声や画面で指示や質問ができるものの、脳波等の生理反応以外では、その反応や回答を得ることはできない状況である。 Embodiments of an intention estimation apparatus to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. The target person whose intention is estimated using the intention estimation apparatus according to the present embodiment is assumed to be in a situation where the perceptual functions such as vision and hearing are maintained, but the intention expression such as utterance and facial expression cannot be performed at all. doing. In other words, although instructions and questions can be given by voice or screen, the responses and answers cannot be obtained except for physiological responses such as brain waves.
[実施の形態1]
(意図推定装置)
図1(a)は実施の形態1に係る意図推定装置の全体構成を示す概略ブロック図であり、図1(b)は意図推定装置の動作を示す概略フローチャートである。図1(a)に示すように、意図推定装置1は意図推定用脳波の設定装置としても機能し、対象者Pの脳波を計測するための脳波計測部である脳波計2と、パーソナルコンピュータ(PC)3と、キーボード、マウス等の入力装置4と、モニター等の表示装置5とを備えている。PC3は、CPU、ROM、RAM等を備え、ROM等に格納されている意図推定用脳波の設定プログラムを含む意図推定用プログラムを実行することにより、予備計測部(第1計測部)および本計測部(第2計測部)としての脳波取得部6、設定部および意図判定部としての脳波解析部7、表示装置5を駆動制御する表示制御部8等として機能する。そして、記憶部9で対象者毎に意図推定用の脳波等の情報を設定する設定動作を行う。そして、記憶部9で設定された情報に基づき、脳波解析部7で、対象者の意図推定動作(Yes/No判定動作)を行う。
[Embodiment 1]
(Intention estimation device)
FIG. 1A is a schematic block diagram showing the overall configuration of the intention estimation apparatus according to Embodiment 1, and FIG. 1B is a schematic flowchart showing the operation of the intention estimation apparatus. As shown in FIG. 1 (a), the intention estimation apparatus 1 also functions as an intention estimation brain wave setting apparatus, and an electroencephalograph 2 that is an electroencephalogram measurement unit for measuring the brain waves of the subject P, and a personal computer ( PC) 3, an input device 4 such as a keyboard and a mouse, and a display device 5 such as a monitor. The PC 3 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and executes an intention estimation program including an intention estimation brain wave setting program stored in the ROM or the like, whereby a preliminary measurement unit (first measurement unit) and a main measurement are performed. It functions as an electroencephalogram acquisition unit 6 as a unit (second measurement unit), an electroencephalogram analysis unit 7 as a setting unit and an intention determination unit, a display control unit 8 that drives and controls the display device 5, and the like. And the setting operation | movement which sets information, such as a brain wave for intention estimation, for every subject in the memory | storage part 9 is performed. Based on the information set in the storage unit 9, the brain wave analysis unit 7 performs an intention estimation operation (Yes / No determination operation) of the subject.
図1(b)に示すように、意図推定装置1による意図推定用脳波の設定動作においては、脳波計2により、複数の異なる想起内容を対象者に想起させた場合に生じる脳波が計測され、計測された脳波情報が脳波取得部6を介してPC3に取り込まれる(ステップI:予備計測工程)。PC3に取り込まれた脳波は脳波解析部7に送られ、これらの脳波情報の解析が行われ、相互に識別可能な変化が生じている一対の脳波が、選択意図の推定に用いる第1、第2脳波として抽出される。また、抽出された第1、第2脳波のそれぞれが計測された対象者の状態が、それぞれ、意図推定に用いる第1の状態および第2の状態として抽出される。記憶部9には、抽出された第1脳波および第1の状態が選択意図の一方の第1意図(例えばYes)を推定するために用いる情報として設定される。また、抽出された第2脳波および第2の状態が選択意図の他方の第2意図(例えば、No)を推定するために用いる情報として設定される(ステップII:設定工程)。 As shown in FIG. 1 (b), in the setting operation of the intention estimation brain wave by the intention estimation apparatus 1, an electroencephalogram 2 measures an electroencephalogram generated when a subject is caused to recall a plurality of different recall contents, The measured electroencephalogram information is taken into the PC 3 via the electroencephalogram acquisition unit 6 (step I: preliminary measurement process). The electroencephalogram captured by the PC 3 is sent to the electroencephalogram analysis unit 7, and the electroencephalogram information is analyzed, and a pair of electroencephalograms in which changes that can be distinguished from each other occur are used for estimation of the selection intention. Two brain waves are extracted. Moreover, the state of the subject from which each of the extracted first and second electroencephalograms is measured is extracted as a first state and a second state used for intention estimation, respectively. In the storage unit 9, the extracted first electroencephalogram and the first state are set as information used for estimating one of the selection intentions (for example, Yes). Further, the extracted second electroencephalogram and the second state are set as information used for estimating the other second intention (for example, No) of the selection intention (step II: setting step).
意図推定動作においては、対象者に質問をして、質問に対する選択意図(Yes/Noの意図)を、対象者に、回答する意図に対応する第1の状態および第2の状態の一方を想
起して貰い、この状態で計測される脳波をPC3に取り込む(ステップSTIII:本計測
工程)。取り込まれた脳波は、脳波解析部7において、第1脳波および第2脳波のいずれに対して、より一致しているのかが解析される(ステップIV:意図判別工程)。解析結果である推定意図は、表示制御部8を介して、表示装置5の画面に表示される。
In the intention estimation operation, a question is asked to the target person, and the selection intention (Yes / No intention) for the question is recalled to the target person in one of the first state and the second state corresponding to the intention to answer. Then, the electroencephalogram measured in this state is taken into the PC 3 (step STIII: main measurement process). In the electroencephalogram analysis unit 7, it is analyzed whether the captured electroencephalogram matches the first electroencephalogram or the second electroencephalogram (step IV: intention determination step). The estimation intention as an analysis result is displayed on the screen of the display device 5 via the display control unit 8.
本実施例では、対象者の脳波を、図1(a)に示す国際10−20法にもとづく脳波計測用の電極配置のうち、CzとFzの2部位で計測している。他の部位での脳波計測、あるいは3部位以上の部位での脳波計測でも勿論構わない。なお、左右の耳朶のA1、A2の電極位置は基準電極の部位であり、各部の脳波は、各電極部位に取り付けた電極と基準電極の間の電位差として求められる。 In the present embodiment, the brain wave of the subject is measured at two sites of Cz and Fz in the electrode arrangement for electroencephalogram measurement based on the international 10-20 method shown in FIG. Needless to say, electroencephalogram measurement at other sites, or electroencephalogram measurement at three or more sites. In addition, the electrode positions of A1 and A2 of the left and right earlobe are reference electrode parts, and the electroencephalogram of each part is obtained as a potential difference between the electrode attached to each electrode part and the reference electrode.
(予備計測・設定工程)
図2Aは意図推定装置1の予備計測におけるデータ計測開始までの動作の流れを示す概略フローチャートである。対象者に脳波計2の電極を取り付けた後に、意図推定装置1を起動させる(ステップST1)。意図推定装置1が起動すると、表示装置5に初期設定の画面(図示せず)が表示される(ステップST2)。初期設定の画面には、脳波計2で計測している対象者の脳波がリアルタイムで表示される。測定者は、初期設定の画面をみて、正常に脳波計測ができていることを確認できる。ただし、画面で判断できないノイズも存在するため、後述のノイズ検出方法を採用している(図3A、ST25およびST27参照)。
(Preliminary measurement / setting process)
FIG. 2A is a schematic flowchart showing a flow of operations up to the start of data measurement in preliminary measurement of the intention estimation apparatus 1. After attaching the electrodes of the electroencephalograph 2 to the subject, the intention estimation device 1 is activated (step ST1). When the intention estimation device 1 is activated, an initial setting screen (not shown) is displayed on the display device 5 (step ST2). On the initial setting screen, the brain waves of the subject measured by the electroencephalograph 2 are displayed in real time. The measurer can confirm that the electroencephalogram can be normally measured by looking at the initial setting screen. However, since there is noise that cannot be determined on the screen, the noise detection method described later is employed (see FIG. 3A, ST25 and ST27).
初期設定の画面では、意図推定の判断に基準となる第1の状態であるベース状態の候補として、以下に示す3種類の候補を表示することをデフォルトにしている。
(1)リラックスした安静状態(例:何も考えずに穏やかにくつろいでいる)
(2)興奮した高覚醒状態(例:何かに非常に怒ってイライラしている)
(3)集中して計算問題を行っている状態(例:100から7を引く計算を繰り返す)
In the initial setting screen, the following three types of candidates are displayed as defaults as candidates for the base state, which is the first state serving as a reference for determination of intention estimation.
(1) Relaxed rest (eg, relaxed calmly without thinking)
(2) Excited high arousal state (eg, something very angry and frustrated)
(3) State in which calculation problem is concentrated (eg, repeat calculation by subtracting 7 from 100)
測定者が候補(1)〜(3)のいずれかを選択し(ステップST3)、それを口頭で対象者に伝える。通常は候補(1)を選択する。しかし、客観的かつ定量的に決定したい場合は、例えば、1つの候補を複数回提示して脳波の変動が小さかったら(予め設定した所定の変動幅に収まれば)決定する。この代わりに、複数の候補をランダムに一定回数ずつ提示して脳波の変動が最も小さかった候補を選択してもよい。この変動が大きいかどうかの判断方法、あるいは、最も変動が小さい候補を選ぶ方法は後述する(段落番号0053に記載)。 The measurer selects any one of the candidates (1) to (3) (step ST3) and verbally conveys it to the subject. Normally, candidate (1) is selected. However, when it is desired to determine objectively and quantitatively, for example, when one candidate is presented a plurality of times and the fluctuation of the electroencephalogram is small (if it falls within a predetermined fluctuation range set in advance), it is decided. Instead of this, a plurality of candidates may be presented at a fixed number of times at random, and the candidate with the smallest fluctuation of the electroencephalogram may be selected. A method for determining whether this variation is large or a method for selecting a candidate having the smallest variation will be described later (described in paragraph number 0053).
初期設定の画面で候補(1)〜(3)のいずれかが選択されると、対象者の意図推定用脳波を設定するための予備計測の画面(図示せず)に移行する(ステップST4)。本実施例の場合、予備計測の「計測開始ボタン」の上部に、「これから予備計測を行って、その結果を用いて、意図推定(Yes/No判定)を行います。」、「予備計測も意図推定も開眼状態で行いますので、決して目を閉じないでください。ただし、まばたきはかまいません。」、「予備計測は約10分で終了します」、「計測が始まったら、5秒間のカウントダウンに引き続き、指示が5秒間表示されます。その後20秒間、指示にそって状態維持か意図想起をお願いします。このサイクルを20回繰り返します。」という注意書きを表示している。これらは、対象者に見せるとともに、測定者が口頭でも説明する。予備計測画面上に表示されている計測開始ボタンを押すと(ステップST5)、データ計測(予備計測)が開始される(ステップST10)。 When any of candidates (1) to (3) is selected on the initial setting screen, the screen shifts to a preliminary measurement screen (not shown) for setting the brain wave for estimating the intention of the subject (step ST4). . In the case of the present embodiment, “Preliminary measurement is performed from now on, and intention estimation (Yes / No determination) is performed using the result” on the upper part of “Measurement start button” of preliminary measurement. Intent estimation is also performed with the eyes open, so never close your eyes. However, blinking does not matter. "" Preliminary measurement will be completed in about 10 minutes. " After the countdown, the instruction is displayed for 5 seconds.After that, please keep the state or recall the intention according to the instruction for 20 seconds. This cycle is repeated 20 times. " These are shown to the subject and explained verbally by the measurer. When the measurement start button displayed on the preliminary measurement screen is pressed (step ST5), data measurement (preliminary measurement) is started (step ST10).
本実施例の場合、予備計測において、対象者に想起して貰う第2の状態の候補として、6種類の意図1〜意図6がデフォルトとして用意されている。そして、以下に示す合計20回の指示を、ランダムな順序で表示する。
(指示1)ベース状態(指示例:リラックスして安静にしてください) :8回
(指示2)意図1(指示例:すっぱい味がしているイメージをしてください) :2回
(指示3)意図2(指示例:自分の考えを主張しているイメージをしてください):2回(指示4)意図3(指示例:入浴してくつろいでいるイメージをしてください) :2回(指示5)意図4(指示例:右手を動かしているイメージをしてください) :2回
(指示6)意図5(指示例:穏やかな音楽が聞こえているイメージをしてください):2回
(指示7)意図6(指示例:咀嚼しているイメージをしてください) :2回
In the case of the present embodiment, six types of intentions 1 to 6 are prepared as defaults as candidates for the second state recalled by the subject in the preliminary measurement. Then, the following 20 instructions are displayed in a random order.
(Instruction 1) Base state (Instruction example: Please relax and rest): 8 times (Instruction 2) Intent 1 (Instruction example: Please image sour taste): 2 times (Instruction 3) Intent 2 (instruction example: please insist on your thoughts): 2 times (instruction 4) Intent 3 (instruction example: please take a bathing and relaxing image): 2 times (instructions 5) Intent 4 (instruction example: please image the right hand moving): 2 times (instruction 6) Intent 5 (instruction example: please image that calm music is heard): 2 times (instruction 7) Intent 6 (Instruction example: Please image chewing): 2 times
図2Bは予備計測画面上の計測開始ボタンが押された後のデータ計測の処理手順を示す概略フローチャートである。計測開始ボタンが押されると、まず、「5、4、3、2、1」というカウントダウンが1秒間ずつ表示され(ステップST11)、次の5秒間で指示が表示される(ステップST12)。対象者は、この予備計測画面を見ているが、同時に、測定者が口頭でも指示するようにしている。その後の20秒間は、画面が消えて、対象者に指示に沿った想起内容を想起して貰う。この間に計測される脳波を取り込む(ステップST13)。ステップST11〜ST13の合計時間が30秒間であり、これが指示の1サイクルである。その後、順次、指示内容がランダムな順序で切り替わって、合計20回繰り返される(ステップST11〜ST14)。20回の指示が終了すると、すなわち、ベース状態維持を8回、及び、6種類の意図を各2回ずつ想起して貰った状態での計20回の脳波計測が終了すると、引き続き、データ解析(ステップST20)が開始される。 FIG. 2B is a schematic flowchart showing a data measurement processing procedure after the measurement start button on the preliminary measurement screen is pressed. When the measurement start button is pressed, first, a countdown “5, 4, 3, 2, 1” is displayed for one second (step ST11), and an instruction is displayed for the next five seconds (step ST12). The subject looks at this preliminary measurement screen, and at the same time, the measurer also gives an oral instruction. For the next 20 seconds, the screen disappears, and the subject is reminded of the recall contents in accordance with the instructions. The brain wave measured during this time is captured (step ST13). The total time of steps ST11 to ST13 is 30 seconds, which is one cycle of instruction. Thereafter, the instruction contents are sequentially switched in a random order and repeated 20 times in total (steps ST11 to ST14). When 20 instructions have been completed, that is, when the base state maintenance has been performed 8 times and 6 types of intentions have been recalled 2 times each, a total of 20 electroencephalogram measurements have been completed. (Step ST20) is started.
脳波は、計測開始ボタンが押された時から128Hzのサンプリング周波数で連続記録される。解析対象のデータは、画面が消えて対象者が指示に沿ったベース状態を維持もしくは意図想起を行っている20秒間(2560データ)のうち、中央部分の16秒間(2048データ)とする。 The electroencephalogram is continuously recorded at a sampling frequency of 128 Hz from when the measurement start button is pressed. The data to be analyzed is 16 seconds (2048 data) in the central portion of 20 seconds (2560 data) in which the screen disappears and the subject maintains the base state in accordance with the instruction or performs intention recall.
(設定工程:データ解析)
図3A、3B、3Cおよび図4は、予備計測によって取得された脳波を解析するデータ解析(脳波解析)の処理の流れを示す概略フローチャートである。データ解析は、まずCzから行う(ステップST21、22)。そして、8回のベース状態について順次解析してゆく(ステップST23〜ST30)。
(Setting process: data analysis)
3A, 3B, 3C and FIG. 4 are schematic flowcharts showing the flow of data analysis (electroencephalogram analysis) for analyzing the electroencephalogram acquired by the preliminary measurement. Data analysis is first performed from Cz (steps ST21 and ST22). Then, the eight base states are sequentially analyzed (steps ST23 to ST30).
ここで、解析を進める際に、計測された脳波の振幅の一部に、予め設定した振幅幅から外れる部分が有る場合には、その部位で計測したデータは解析しないようにする。例えば、±50μV以上の値の部分が有る場合には、その部位にノイズが混入していると判断して、その部位で計測したデータは解析しないようにする(ステップST25)。 Here, when the analysis proceeds, if a part of the measured amplitude of the electroencephalogram includes a part that deviates from the preset amplitude width, the data measured at that part is not analyzed. For example, if there is a portion with a value of ± 50 μV or more, it is determined that noise is mixed in that portion, and data measured at that portion is not analyzed (step ST25).
データ解析では、まず、計測脳波にFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)を行って、パワースペクトル(PS)を算出し、各周波数帯域のパワー値を算出する(ステップST26)。パワースペクトルの一部が予め設定した値を超える値となる場合、例えば、2500μV2以上の値となる場合には、その部位にノイズが混入していると判断して、その部位で計測したデータは、これ以降の解析を行わないようにする(ステップST27)。 In the data analysis, first, FFT (Fast Fourier Transform: Fast Fourier Transform) is performed on the measured electroencephalogram, a power spectrum (PS) is calculated, and a power value of each frequency band is calculated (step ST26). When a part of the power spectrum exceeds a preset value, for example, when the value is 2500 μV 2 or more, it is determined that noise is mixed in the part, and data measured at the part Does not perform the subsequent analysis (step ST27).
本実施例では、解析に使用する計測脳波の周波数帯域、すなわち解析対象の全周波数帯域を0〜30Hzに設定し、当該全周波数帯域に含まれるデルタ波を0〜3.5Hz、シータ波を3.5〜7.5Hz、アルファ波を7.5〜13.5Hz、ベータ波を13.5〜30Hzと設定した。また、これまでの予備的検討の結果、8〜11Hzのパワー値が意図によって変動する例が多かったため、この帯域をニュー波と名付けて、本実施例では
、ニュー波8〜11Hzも設定した。この結果、ニュー波の帯域がアルファ波と重なり、この帯域のみが二重に計算されることになるが、意図に対する反応が大きい帯域であるため、意図推定の精度が高まると推察した。しかしながら、必ずしも本実施と同一の設定をする必要はない。
In this embodiment, the frequency band of the measurement electroencephalogram used for analysis, that is, the entire frequency band to be analyzed is set to 0 to 30 Hz, the delta wave included in the entire frequency band is 0 to 3.5 Hz, and the theta wave is 3 .5 to 7.5 Hz, alpha wave was set to 7.5 to 13.5 Hz, and beta wave was set to 13.5 to 30 Hz. In addition, as a result of preliminary studies so far, there are many examples in which the power value of 8 to 11 Hz varies depending on the intention. Therefore, this band is named a new wave, and in this embodiment, a new wave of 8 to 11 Hz is also set. As a result, the band of the new wave overlaps with the alpha wave, and only this band is calculated twice. However, since it is a band that has a large response to the intention, it is assumed that the accuracy of intention estimation is improved. However, it is not always necessary to make the same setting as in this embodiment.
次に、各周波数帯域のパワー値から、以下の指標を算出する(ステップST28)。
A:デルタ波パワー比率 = デルタ波パワー値/全周波数パワー値
B:シータ波パワー比率 = シータ波パワー値/全周波数パワー値
C:アルファ波パワー比率 = アルファ波パワー値/全周波数パワー値
D:ニュー波パワー比率 = ニュー波パワー値/全周波数パワー値
E:ベータ波パワー比率 = ベータ波パワー値/全周波数パワー値
Next, the following index is calculated from the power value of each frequency band (step ST28).
A: Delta wave power ratio = Delta wave power value / Full frequency power value B: Theta wave power ratio = Theta wave power value / Full frequency power value C: Alpha wave power ratio = Alpha wave power value / Full frequency power value D: New wave power ratio = New wave power value / Full frequency power value E: Beta wave power ratio = Beta wave power value / Full frequency power value
8回のベース状態について、パワー比率(An,Bn,Cn,Dn,En: n=1〜8)が全て算出された後は、それぞれの平均値を算出する(ステップST29→ST31)。各平均値を、B_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, B_Eaveと記載するものとする。ただし、この算出方法は、単純な平均ではなく、図4に示す処理を行っている。 After all the power ratios (An, Bn, Cn, Dn, En: n = 1 to 8) have been calculated for the eight base states, the respective average values are calculated (steps ST29 → ST31). Each average value is described as B_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, B_Eave. However, this calculation method is not a simple average but performs the processing shown in FIG.
図4のフローチャートに従ってパワー比率の平均値の算出方法を説明する。まず、8回のベース状態について、パワー比率が全て算出されると(ステップST32、ST33)、A,B,C,D,Eそれぞれについて、n個(=8個)のベース状態の平均とばらつきを表すSD(Standard Deviation:標準偏差)を算出し(ステップST34)、次に、「平均±2SD」を計算し、A,B,C,D,Eの1つでもこの範囲からはずれたベース状態は、平均値算出に使用しないようにする(ステップST35)。そして、除外したベース状態を除いて、再度「平均±2SD」を計算して、この処理を繰り返す(ステップST34〜ST38)。 A method for calculating the average value of the power ratio will be described with reference to the flowchart of FIG. First, when all power ratios are calculated for eight base states (steps ST32 and ST33), the average and variation of n (= 8) base states for each of A, B, C, D, and E. SD (Standard Deviation: Standard Deviation) is calculated (step ST34), then "average ± 2SD" is calculated, and even one of A, B, C, D, and E is out of this range. Is not used for calculating the average value (step ST35). Then, excluding the excluded base state, “average ± 2SD” is calculated again, and this process is repeated (steps ST34 to ST38).
一般に、外部刺激や覚醒低下などによってベース状態を適切に作れないことが想定され、その時は、適切に作れた時のA,B,C,D,Eと比較して、全部もしくは一つが大きく外れることが予想される。したがって、A,B,C,D,Eのうちの一つでも「平均±2SD」から外れた場合は、適切にベース状態を作れなかったと判断し、その時のA,B,C,D,Eは全て、平均値算出から除外した。また、そのように除外していって残ったベース状態の数が4個以下になる場合には、ベース状態の変動が大きすぎると判断して、その部位で計測したデータは、これ以降の解析を行わないようにする(ステップST38のYESの流れ)。結局、上記の処理で生き残ったベース状態が5個以上の時に、B_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, B_Eaveを算出する(ステップST39)。しかし、この算出を行ったときに、A,B,C,D,EのそれぞれでSDを算出し、その平均値がもし0.05以上になる場合には、ベース状態の変動が大きすぎると判断し、その場合も、その部位で計測したデータは、これ以降の解析を行わないようにする(ステップST40のYESの流れ)。 In general, it is assumed that the base state cannot be properly created due to external stimuli or arousal reduction, and at that time, all or one is significantly different from A, B, C, D, E when properly created. It is expected that. Therefore, if any one of A, B, C, D, and E deviates from the “average ± 2SD”, it is determined that the base state could not be properly created, and A, B, C, D, and E at that time Were all excluded from the mean calculation. In addition, when the number of base states remaining after such exclusion is 4 or less, it is determined that the fluctuation of the base state is too large, and the data measured at that part is analyzed after this Is not performed (YES in step ST38). Eventually, B_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, and B_Eave are calculated when there are five or more base states that survive the above processing (step ST39). However, when this calculation is performed, SD is calculated for each of A, B, C, D, and E, and if the average value is 0.05 or more, the fluctuation of the base state is too large. Even in this case, the data measured at that part is not analyzed thereafter (YES in step ST40).
次に、図3Bのフローチャートに戻って説明すると、各2回ずつ対象者に想起して貰った意図1〜6について、計測脳波にノイズが混入していないと判断されれば、2回の差のRMS(Root Mean Square:二乗平均平方根)を算出する(ステップST41〜ST46)。意図1のRMSは、以下のように算出される。
I1_rms
=(((I1_1_A − I1_2_A)2+(I1_1_B − I1_2_B)2
+(I1_1_C − I1_2_C)2+(I1_1_D − I1_2_D)2
+(I1_1_E − I1_2_E)2)/5)1/2
Next, returning to the flowchart of FIG. 3B, for the intentions 1 to 6 recalled by the subject twice each time, if it is determined that noise is not mixed in the measured brain wave, the difference between the two times RMS (Root Mean Square) is calculated (steps ST41 to ST46). The RMS of intention 1 is calculated as follows.
I1_rms
= (((I1_1_A−I1_2_A) 2 + (I1_1_B−I1_2_B) 2
+ (I1_1_C−I1_2_C) 2 + (I1_1_D−I1_2_D) 2
+ (I1_1_E−I1_2_E) 2 ) / 5) 1/2
ここで、I1_rmsは意図1のRMSであり、I2_rmsは意図2のRMS、、、、となる。I1_1_Aは意図1を1回目に想起した時のAであり、I1_2_Aは意図1を2回目に想起した時のAである。同様に、I1_1_Bは意図1を1回目に想起した時のB、I1_2_Bは意図1を2回目に想起した時のB、、、、、、となる。同様にして、I2_rms、I3_rms、I4_rms、I5_rms、I6_rmsも、それぞれ算出される(ステップST42〜ST49)。 Here, I1_rms is the RMS of intention 1, and I2_rms is the RMS of intention 2. I1_1_A is A when recalling intention 1 for the first time, and I1_2_A is A when recalling intention 1 for the second time. Similarly, I1_1_B is B when recalling intention 1 for the first time, and I1_2_B is B when recalling intention 1 for the second time. Similarly, I2_rms, I3_rms, I4_rms, I5_rms, and I6_rms are also calculated (steps ST42 to ST49).
次に、各2回ずつ想起した意図1〜6について、A,B,C,D,Eのそれぞれの平均値を算出する。ここでは、意図1の各周波数帯域におけるパワー比率の平均値は、I1_Aave, I1_Bave, I1_Cave, I1_Dave, I1_Eaveと記載する。同様に、意図2における平均値は、I2_Aave, I2_Bave, I2_Cave, I2_Dave, I2_Eaveと記載する。そして、これらとB_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, B_Eaveとの差のRMSを算出する。例えば、
I1_B_rms
=(((I1_Aave − B_Aave)2+(I1_Bave − B_Bave)2+(I1_Cave − B_Cave)2+(I1_Dave − B_Dave)2
+(I1_Eave − B_Eave)2)/5)1/2
となる。ここで、I1_B_rmsは意図1の平均値とベース状態の平均値との差のRMSである。同様に、I2_B_rms、I3_B_rms、I4_B_rms、I5_B_rms、I6_B_rmsも算出される(ステップST50)。
Next, the average values of A, B, C, D, and E are calculated for intentions 1 to 6 recalled twice. Here, the average value of the power ratio in each frequency band of intention 1 is described as I1_Aave, I1_Bave, I1_Cave, I1_Dave, I1_Eave. Similarly, the average value in intention 2 is described as I2_Aave, I2_Bave, I2_Cave, I2_Dave, and I2_Eave. Then, the RMS of the difference between these and B_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, B_Eave is calculated. For example,
I1_B_rms
= (((I1_Aave−B_Aave) 2 + (I1_Bave−B_Bave) 2 + (I1_Cave−B_Cave) 2 + (I1_Dave−B_Dave) 2
+ (I1_Eave−B_Eave) 2 ) / 5) 1/2
It becomes. Here, I1_B_rms is the RMS of the difference between the average value of intention 1 and the average value of the base state. Similarly, I2_B_rms, I3_B_rms, I4_B_rms, I5_B_rms, and I6_B_rms are also calculated (step ST50).
最後に、「In_B_rms − In_rms: n=1〜6」が、すべての部位のすべての意図の中で最も大きくなる時を選ぶ(ステップST51)。例えば、意図1の平均値とベース状態の平均値との差のRMS「I1_B_rms」から、意図1を2回想起した際の差のRMS「I1_rms」を減算した値を算出し、この部位がCzの場合、この値をCz1とする。同様に、Cz2、Cz3、Cz4、Cz5、Cz6も算出し、それらの中で最大となる値をMAX_Czとする。同様に、MAX_Fzも算出する(ステップST52、53→ステップST22〜ST51)。 Finally, the time when “In_B_rms−In_rms: n = 1 to 6” is the largest among all the intentions of all the sites is selected (step ST51). For example, a value obtained by subtracting the RMS “I1_rms” of the difference when recalling the intention 1 twice from the RMS “I1_B_rms” of the difference between the average value of the intention 1 and the average value of the base state is calculated. In this case, this value is Cz1. Similarly, Cz2, Cz3, Cz4, Cz5, and Cz6 are also calculated, and the maximum value among them is set to MAX_Cz. Similarly, MAX_Fz is also calculated (steps ST52, 53 → steps ST22 to ST51).
この後に、MAX_CzとMAX_Fzを比較して大きいほうを選択すれば、その部位におけるその意図がYes/No判定時のYesに使用できる可能性がある。ここで、ノイズ混入などによって、MAX_CzとMAX_Fzのいずれかもしくは両方が算出できないこともあり得る。また、MAX_CzとMAX_Fzの両方が存在している場合でも、両者のうちの大きいほうが正の数でなければ、すべての意図において、意図を数回想起した時の脳波の変動が、意図とベース状態との変動よりも大きかったことになるので、どの意図をYesに決定したとしてもベース状態と正確に区別できないと判断される。また、MAX_CzとMAX_Fzの片方のみが存在し、その値が正の数でない場合も同様である。MAX_CzとMAX_Fzの両方が算出できなかった場合も含め、これらの場合は、Yesのときの部位(電極位置)と意図を決定できない。このような場合、初期設定と予備計測をやりなおす、もしくは、Yes/No判定を断念する。 After this, if MAX_Cz and MAX_Fz are compared and the larger one is selected, there is a possibility that the intention at that part can be used for Yes when determining Yes / No. Here, one or both of MAX_Cz and MAX_Fz may not be calculated due to noise mixing. Even if both MAX_Cz and MAX_Fz are present, if the larger of them is not a positive number, the fluctuation of the EEG when the intention is recalled several times in all intentions is Therefore, it is determined that it cannot be accurately distinguished from the base state no matter what intention is determined to be Yes. The same applies when only one of MAX_Cz and MAX_Fz exists and the value is not a positive number. In these cases, including the case where both MAX_Cz and MAX_Fz cannot be calculated, the site (electrode position) and intention at the time of Yes cannot be determined. In such a case, the initial setting and the preliminary measurement are performed again, or the Yes / No determination is abandoned.
以上のように、Yesの電極位置と意図を決定できる場合は、MAX_CzとMAX_Fzの両方が存在し、かつ、大きいほうが正の数の場合(図3CのステップST54→ST55)、もしくは、MAX_CzとMAX_Fzのうち片方のみが存在し、その値が正の数である場合(図3CのステップST56→ST57)となる。これ以外の場合には、初期設定と予備計測をやり直す(図3CのステップST59→ST61)か、もしくは、Yes/No判定を断念して処理を終了する(図3CのステップST59→ST60)。 As described above, when the electrode position and intention of Yes can be determined, when both MAX_Cz and MAX_Fz exist and the larger one is a positive number (step ST54 → ST55 in FIG. 3C), or MAX_Cz and MAX_Fz Only one of them exists and the value is a positive number (step ST56 → ST57 in FIG. 3C). In other cases, the initial setting and the preliminary measurement are performed again (step ST59 → ST61 in FIG. 3C), or the Yes / No determination is abandoned and the process is terminated (step ST59 → ST60 in FIG. 3C).
なお、本実施例では、予備計測で各意図を2回ずつ想起して貰ったが、3回以上想起し
て貰って変動を確認してもよい。その場合は、変動の指標はRMSではなくSDにして、上記と同様の計算を行えばよい。
In this embodiment, each intention is recalled twice in the preliminary measurement, but it may be recalled three or more times to check the fluctuation. In that case, the calculation similar to the above may be performed by setting the variation index to SD instead of RMS.
初期設定の時にベース状態を変更する場合は、どのような状態でもよいが、対象者が作りやすいと予想される状態を選ぶ。また、作ったベース状態の脳波について、変動が大きいかどうかを判断するには、複数回計測したA,B,C,D,EのそれぞれでSDを算出し、SDの平均値が0.05より小さければ変動が小さいと判断してもよい。さらに、複数種類のベース状態の候補を一定回数ずつ作って貰って、最もSDの平均値が小さかった候補を選んでもよい。これが、候補の脳波の変動が大きいかどうかの判断方法、及び、最も変動が小さい候補を選ぶ方法である。 When changing the base state at the time of initial setting, any state may be used, but a state expected to be easily created by the subject is selected. Further, in order to determine whether or not the fluctuation of the generated electroencephalogram in the base state is large, SD is calculated for each of A, B, C, D, and E measured multiple times, and the average value of SD is 0.05. If it is smaller, it may be determined that the fluctuation is small. Further, a plurality of types of base state candidates may be created a predetermined number of times, and the candidate having the smallest SD average value may be selected. This is a method for determining whether or not a candidate's electroencephalogram fluctuation is large, and a method for selecting a candidate having the smallest fluctuation.
また、電極位置を変更する場合は、必ずしも国際10−20法にもとづく必要はない。しかしながら、例えば、Yesを左手を動かすイメージ、Noを右手を動かすイメージにするというように、脳波の左右差を検出したい場合は、左右対称の電極位置(例えば、C3とC4)を含めるほうが望ましい。 Moreover, when changing an electrode position, it is not necessarily based on the international 10-20 method. However, for example, when it is desired to detect the left-right difference of the electroencephalogram, such as Yes is an image of moving the left hand and No is an image of moving the right hand, it is desirable to include symmetrical electrode positions (for example, C3 and C4).
さらに、最適意図の候補を変更する場合は、意識が活性する意図とリラックスする意図を含めるほうが望ましい。また、ベース状態がリラックスする状態であれば活性する意図を多くするほうが望ましい。逆に、ベース状態が活性する状態であればリラックスする意図を多くするほうが望ましい。本実施例では、上記の他に、マッサージを受けている、左手を動かしている、よい匂いがしている、きれいな花が見える、画像を細かく観察している、甘い味がしている、やさしく人に語りかけている、100から7を引く暗算を素早く行う、大きな音が連続して聞こえている、トイレで排尿しているなどを、候補として表示可能にしている。 Furthermore, when changing the optimal intention candidate, it is desirable to include an intention to activate consciousness and an intention to relax. Further, if the base state is a relaxed state, it is desirable to increase the intention to activate. Conversely, if the base state is active, it is desirable to increase the intention to relax. In this example, in addition to the above, being massaged, moving the left hand, smelling good, seeing beautiful flowers, observing images finely, having a sweet taste, gently Candidates can be displayed, such as talking to a person, performing mental arithmetic quickly by subtracting 7 from 100, hearing a loud sound continuously, urinating in the toilet, and the like.
なお、本実施例では、対象者の意図推定を常時実施する場合は、状態変化に伴って脳波が変化することを想定して、初期設定と予備計測を1日1回のペースで実施している。 In this embodiment, when the target person's intention estimation is always performed, the initial setting and the preliminary measurement are performed once a day on the assumption that the electroencephalogram changes with the state change. Yes.
(意図判定工程:Yes/No判定)
次に、図5A、図5Bのフローチャートを参照して、上記のようにして決定されて、記憶部9に設定されている第1の状態(Noを表すベース状態)および第2の状態(Yesを表す意図)を用いて、対象者の選択意図を判定する動作を説明する。
(Intent determination process: Yes / No determination)
Next, referring to the flowcharts of FIGS. 5A and 5B, the first state (base state indicating No) and the second state (Yes) determined in the above manner and set in the storage unit 9. The operation for determining the selection intention of the target person will be described.
本実施例でYesの意図が無事決定できた場合、予備計測が終了してから、Yesの意図を表示装置5の画面に表示するまでに必要な時間は約3秒である。その時の具体的な表示内容(図示せず)は、「Yes/No判定ボタン」と、そのボタンの上に、「これから質問が口頭で行われます。その質問に対する回答がNoの場合はXXXXX(ベース状態を作ることを依頼する文章)。Yesの場合はYYYYY(予備計測で決定したYesの意図を想起することを依頼する文章)。質問終了と同時に、Noの状態作成もしくはYesの意図想起を20秒間お願いします。」である。 When the intention of Yes is successfully determined in the present embodiment, the time required until the intention of Yes is displayed on the screen of the display device 5 after the preliminary measurement is completed is about 3 seconds. The specific display contents (not shown) at that time are “Yes / No judgment button” and on the button, “The question will be spoken verbally. If the answer to the question is No, XXXXXX ( (Sentence requesting to create a base state) .If yes, YYYYY (sentence requesting to recall the intention of Yes determined by preliminary measurement). Please give me 20 seconds. "
Yes/No判定の処理においては、まず測定者が、対象者に対して何らかの質問をして(ステップST71)、すみやかに「Yes/No判定ボタン」を押す(ステップST72)。対象者は、その後20秒間、その質問にNoの場合はベース状態を作る、もしくは、Yesの場合はYesに決定された意図を想起する(ステップST73)。この間、脳波は128Hzで20秒間(2560データ)連続記録されるが、中央部分の16秒間(2048データ)を選択し(ステップST74)、これらを対象にして、以下に述べるように、解析が行われる。 In the Yes / No determination process, first, the measurer asks the subject about any question (step ST71), and immediately presses the “Yes / No determination button” (step ST72). The subject then creates a base state if the question is No for 20 seconds, or recalls the intention determined as Yes if Yes (step ST73). During this time, the brain waves are continuously recorded at 128 Hz for 20 seconds (2560 data), but the central portion of 16 seconds (2048 data) is selected (step ST74), and the analysis is performed as described below for these. Is called.
まず、Yes/No判定に使用する部位の脳波にノイズが混入していないと判断された
場合(ステップST75、ST76、ST77)、各周波数帯域のパワー値が算出され、パワー比率(A,B,C,D,E)が算出される(ステップST78)。そして、Noを表すベース状態の各周波数帯域の平均パワー比率(B_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, B_Eave)、及び、Yesの時に想起して貰う意図の平均パワー比率(仮に、意図1をYesに設定した場合を想定し、I1_Aave, I1_Bave, I1_Cave, I1_Dave, I1_Eaveとする)と、今回算出したパワー比率(A,B,C,D,E)との間でRMSを算出する(ステップST79、ST80)。
First, when it is determined that noise is not mixed in the electroencephalogram of the site used for Yes / No determination (steps ST75, ST76, ST77), the power value of each frequency band is calculated and the power ratio (A, B, C, D, E) are calculated (step ST78). Then, the average power ratio (B_Aave, B_Bave, B_Cave, B_Dave, B_Eave) of each frequency band in the base state representing No, and the average power ratio of the intention to be recalled when Yes (tentative 1 is set to Yes) In this case, the RMS is calculated between I1_Aave, I1_Bave, I1_Cave, I1_Dave, and I1_Eave) and the power ratio (A, B, C, D, E) calculated this time (steps ST79 and ST80). .
すなわち、ベース状態と今回計測した脳波との差のRMSをNo_RMS、Yesの時に想起して貰う意図と今回計測した脳波との差のRMSをYes_RMSとしたとき、以下の式となる。
No_RMS
=(((B_Aave − A)2+(B_Bave − B)2
+(B_Cave − C)2+(B_Dave − D)2
+(B_Eave − E)2)/5)1/2
Yes_RMS
=(((I1_Aave − A)2+(I1_Bave − B)2
+(I1_Cave − C)2+(I1_Dave − D)2
+(I1_Eave − E)2)/5)1/2
That is, when the RMS of the difference between the base state and the brain wave measured this time is No_RMS, Yes, and the RMS of the difference between the brain wave measured this time and the intention measured at this time is Yes_RMS, the following equation is obtained.
No_RMS
= ((((B_Aave−A) 2 + (B_Bave−B) 2
+ (B_Cave−C) 2 + (B_Dave−D) 2
+ (B_Eave−E) 2 ) / 5) 1/2
Yes_RMS
= (((I1_Aave−A) 2 + (I1_Bave−B) 2
+ (I1_Cave−C) 2 + (I1_Dave−D) 2
+ (I1_Eave−E) 2 ) / 5) 1/2
なお、本実施の形態1におけるNoを表すベース状態の平均パワー比率およびYesを表す意図の平均パワー比率は、それぞれ、後述の実施の形態2における平均パターンTnoおよびTyesに対応する指標である。また、本実施の形態1におけるNo_RMSおよびYes_RMSは、それぞれ、後述の実施の形態2におけるRMSno_iおよびRMSyes_iに対応する指標である。 The average power ratio of the base state representing No and the average power ratio of the intention representing Yes in the first embodiment are indices corresponding to average patterns Tno and Ties in the second embodiment described later, respectively. Further, No_RMS and Yes_RMS in the first embodiment are indices corresponding to RMSno_i and RMSyes_i in the second embodiment described later, respectively.
次に、Yes_RMSとNo_RMSの差が0.01未満であれば、Yes/No判定を行うための十分な差がなかったと判断し、判定を保留にする(ステップST81→ST85)。この差が0.01以上であれば、No_RMSとYes_RMSを比較して、小さいほうを判定結果として表示する(ステップST81、ST82、ST83、ST84)。なお、脳波にノイズが混入していた場合は判定不可能と表示する(ステップST86)。判定(推定)を繰り返し行う場合には、ステップST87からステップST71に戻り、そうでない場合には処理を終了する。 Next, if the difference between Yes_RMS and No_RMS is less than 0.01, it is determined that there is not a sufficient difference for performing Yes / No determination, and the determination is suspended (steps ST81 → ST85). If this difference is 0.01 or more, No_RMS and Yes_RMS are compared, and the smaller one is displayed as the determination result (steps ST81, ST82, ST83, ST84). If noise is mixed in the electroencephalogram, it is displayed that determination is impossible (step ST86). When the determination (estimation) is repeatedly performed, the process returns from step ST87 to step ST71, and otherwise, the process ends.
なお、本実施例では、同じ意味で回答が逆になる質問を繰り返し行うことで推定精度の検証が容易に行える。例えば、「お腹がすいていますか?」という質問に対する回答が「Yes」であれば、「お腹がすいていませんよね?」という質問に対しては「No」になるはずである。このような2つの質問の回答が、YesとNoで入れ替われば、正確に判定できていると考えることができる。しかし、このような否定形での質問は日常的にあまり使用しないため、対象者が間違えて回答する場合もありうる。そのような場合には、対象者やその家族しかわからない質問をすることで検証できる。 In this embodiment, it is possible to easily verify the estimation accuracy by repeatedly asking questions having the same meaning and the opposite answers. For example, if the answer to the question “I am hungry?” Is “Yes”, it should be “No” to the question “I am not hungry?”. If the answers to these two questions are switched between Yes and No, it can be considered that the determination has been made accurately. However, since such negative questions are not frequently used on a daily basis, there is a possibility that the subject may answer by mistake. In such a case, it can be verified by asking a question that only the target person and his family know.
このような検証を行って、もし判定精度が低いと判断された場合は、初期設定と予備計測をやりなおす。しかしながら、初期設定と予備計測をやりなおしても判定精度が改善しない場合は、対象者が睡眠している、強い痛みなどがあって指示や質問に対応できていない、等の事態が予想される。そのような場合は、一旦、Yes/No判定を終了し、少なくとも数時間経過してから初期設定からやりなおすほうが望ましい。また、脳波にノイズが混入する場合は、周囲のノイズ源を除外することや電極を付け直すなどの対策が必要である。 If such verification is performed and it is determined that the determination accuracy is low, initial setting and preliminary measurement are performed again. However, if the determination accuracy is not improved even after performing the initial setting and the preliminary measurement again, it is expected that the subject is sleeping, has strong pain, etc., and cannot respond to the instruction or question. In such a case, it is desirable to once complete the Yes / No determination and start over from the initial setting after at least several hours have elapsed. In addition, when noise is mixed in an electroencephalogram, it is necessary to take measures such as removing surrounding noise sources and reattaching electrodes.
(検証実験)
図6A、図6Bおよび図6Cには、発明者らが開発した意図推定システムを用いて、3名の対象者のYes/No判定を行った実験例を表1〜3として示してある。対象者3名ともに、初期設定で安静状態をベース状態に設定し、その後、予備計測を行った。表1〜3には、結果だけでなく、次の値も記載してある。
ベース状態の各パワー比率の平均SD
各意図を2回ずつ想起した際の差のRMS
各意図の平均値とベース状態の平均値との差のRMS
(Verification experiment)
FIGS. 6A, 6B, and 6C show experimental examples as Tables 1 to 3 in which Yes / No determinations of three subjects were performed using the intention estimation system developed by the inventors. For all three subjects, the resting state was set to the base state by default, and then preliminary measurement was performed. Tables 1 to 3 list not only the results but also the following values.
Average SD for each power ratio in the base state
RMS of differences when recalling each intention twice
RMS of the difference between the average value of each intention and the average value of the base state
また、Yes/No判定では、ランダムに、Yesの意図想起を6回、Noのベース状態作成を6回実施させた。ただし、これは検証実験として実施したため、6回のYesの意図想起時には6つの意図をそれぞれ想起させ、表中のYesの判定結果は1列にまとめて記載した。また、Noの判定にも、6つの意図をそれぞれ使用している。したがって、各部位(電極位置)において、各意図をYesに使ってYes/No判定を行った結果は、各7回施行のうち何回正解するかで正解率が求められる。 Moreover, in Yes / No determination, the intention recall of Yes was performed 6 times and No base state creation was performed 6 times at random. However, since this was carried out as a verification experiment, six intentions were recalled at the time of six Yes intention recalls, and the Yes determination results in the table were listed together in one column. Also, each of the six intentions is used for the determination of No. Therefore, in each part (electrode position), the result of performing Yes / No determination using each intention as Yes, the correct answer rate is determined by how many times the answer is correct among the seven times of execution.
まず、図6Aに示す表1の対象者Aは、本方法にしたがってYes/No判定を行う場合、右手を動かすイメージをしたときのFz脳波がYesに設定される。この時の正解数は7/7回、正解率は100%であった。次に、図6Bの表2の対象者Bは、本方法にしたがってYes/No判定を行う場合、入浴してくつろいでいるイメージをしたときのCz脳波がYesに設定される。この時の正解数は7/7回、正解率は100%であった。 First, when the subject A in Table 1 shown in FIG. 6A makes a Yes / No determination according to the present method, the Fz electroencephalogram when moving the right hand is set to Yes. At this time, the number of correct answers was 7/7, and the correct answer rate was 100%. Next, when subject B in Table 2 of FIG. 6B makes a Yes / No determination according to the present method, the Cz electroencephalogram when taking an image of taking a bath and relaxing is set to Yes. At this time, the number of correct answers was 7/7, and the correct answer rate was 100%.
次に、図6Cの表3の対象者Cは、本方法にしたがってYes/No判定を行う場合、Fzにおいては、8回のベース状態のうち1回が除外された後の平均SDが0.084であり、0.05以上であるので本来は判定不可能となる。何らかの原因でベース状態が安定しなかったと考えられる。また、Czにはノイズが混入しており計算不能であった。ここでは検証の為、入浴してくつろいでいるイメージをしたときのFz脳波をYesに設定してYes/No判定を行った。この時の正解数は6/7回、正解率は86%であった。正解率が100%にならなかったことから、ベース状態が安定していることが必須であると推察された。 Next, when subject C in Table 3 of FIG. 6C makes a Yes / No determination according to the present method, in Fz, the average SD after one out of the eight base states is 0. Since it is 084 and is 0.05 or more, it cannot be determined originally. It is considered that the base state was not stable for some reason. Moreover, noise was mixed in Cz and calculation was impossible. Here, for verification, Yes / No determination was performed by setting the Fz electroencephalogram to Yes when taking a bathing and relaxing image. At this time, the number of correct answers was 6/7, and the correct answer rate was 86%. Since the accuracy rate did not reach 100%, it was inferred that the base state was stable.
以上の検証の結果、本方法でYes/No判定を行う際に、脳波を正しく計測できた場合の正解率は100%になることが明らかになった。ただし、脳波は気分や環境の変化に応じて変動するため、常に100%の正解率を維持できるとは限らない。本発明では、容易に判定精度を検証できるため、判定精度を検証しながらYes/No判定を進めることで、結果として、実用上問題なく使用できるといえる。 As a result of the above verification, it has been clarified that when the Yes / No determination is performed by this method, the correct answer rate when the brain waves can be measured correctly is 100%. However, since the electroencephalogram fluctuates according to changes in mood and environment, it is not always possible to maintain a 100% accuracy rate. In the present invention, since the determination accuracy can be easily verified, it can be said that, as a result, it can be used without any problem in practice by advancing Yes / No determination while verifying the determination accuracy.
[実施の形態2]
以下に、本発明を適用した実施の形態2の意図推定装置および方法を説明する。実施の形態2の意図推定装置および方法の全体構成および手順は、前述の実施の形態1と同様である。すなわち、意図推定装置の全体構成は図1(a)に示す意図推定装置1と同様であり、意図推定手順は図1(b)に示す手順と同様であり、予備計測工程におけるデータ計測開始までの手順は図2Aに示す手順と同様である。
[Embodiment 2]
The intention estimation apparatus and method according to Embodiment 2 to which the present invention is applied will be described below. The overall configuration and procedure of the intention estimation apparatus and method of the second embodiment are the same as those of the first embodiment. That is, the overall configuration of the intention estimation device is the same as that of the intention estimation device 1 shown in FIG. 1A, the intention estimation procedure is the same as the procedure shown in FIG. 1B, and until the start of data measurement in the preliminary measurement process. The procedure is the same as the procedure shown in FIG. 2A.
実施の形態2においては、脳波計測部位を1チャンネルのみとしている。前述の実施の形態1の場合のように2チャンネル、あるいはそれ以上の部位で計測することも可能である。計測部位を1チャンネルとする場合は、予備計測の時に、複数チャンネルのうち、最も推定精度が高いと予想されたチャンネンルを選択する。この選択方法の具体例は、後述の図7に示す意図maxを選ぶ場合と同様に、安静と意図(意図の想起状態)とのRMS
が最も大きいチャンネルを選択する。
In the second embodiment, the electroencephalogram measurement site is only one channel. As in the case of the first embodiment described above, it is possible to measure at two or more sites. When the measurement site is one channel, a channel that is predicted to have the highest estimation accuracy is selected from a plurality of channels at the time of preliminary measurement. A specific example of this selection method is the RMS of rest and intention (intention recall state), as in the case of selecting the intention max shown in FIG.
Select the channel with the largest.
また、実施の形態2では、選択意図がNoの時の第1の状態は、安静で何も想起しない状態(以下、単に「安静」という場合もある。)に予め設定される。Yesの時に想起してもらう意図は、予備計測工程および設定工程を経て決定される。勿論、実施の形態1の場合のように、予備計測工程および設定工程を経て、ベース状態と最適意図を設定するとともに、NoとYesをベース状態と最適意図に割り当てることも可能である。 Further, in the second embodiment, the first state when the selection intention is No is set in advance to a state of resting and not recalling anything (hereinafter sometimes simply referred to as “resting”). The intention to be recalled at the time of Yes is determined through a preliminary measurement process and a setting process. Of course, as in the case of the first embodiment, it is possible to set the base state and the optimum intention through the preliminary measurement step and the setting step, and to assign No and Yes to the base state and the optimum intention.
さらに、実施の形態2においても、計測した脳波のノイズ混入時の対処方法は、実施の形態1の場合の対処方法を採用することができる。これに加えて、実施の形態2では、対象者のまばたきに起因するノイズについては、まばたきによるノイズ成分を除去するために、計測脳波のうち周波数帯域が8Hz以上の成分(例えば8〜30Hz)を用いるようにしている。対象者によっては、まばたきによるノイズを考慮する必要が無い場合があり、この場合には、計測脳波のうち周波数帯域が8Hz以下も含む成分(例えば4〜30Hz)を用いるようにしている。 Further, also in the second embodiment, the coping method in the case of the first embodiment can be adopted as the coping method when the measured brain wave noise is mixed. In addition to this, in Embodiment 2, for noise caused by blinking of the subject, in order to remove the noise component due to blinking, a component (for example, 8 to 30 Hz) having a frequency band of 8 Hz or more in the measured electroencephalogram is used. I use it. Depending on the subject, it may not be necessary to consider noise caused by blinking. In this case, a component (for example, 4 to 30 Hz) including a frequency band of 8 Hz or less is used in the measured electroencephalogram.
(予備計測工程および設定工程)
図7は、実施の形態2における予備計測工程および設定工程の手順である予備計測の流れを示すフローチャートであり、初回の場合を示す。図8は、同一対象者について2回目以降の意図推定の場合における予備計測の流れを示すフローチャートである。
(Preliminary measurement process and setting process)
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of preliminary measurement, which is the procedure of the preliminary measurement process and the setting process in the second embodiment, and shows the first case. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of preliminary measurement in the case of intention estimation for the second and subsequent times for the same target person.
図7の工程においては、第1の状態である安静のNoを表す教師信号(脳波パターン)と、第2の状態である意図のYesを表す教師信号(脳波パターン)が設定される。この設定処理に費やされる時間を、各手順を工夫することで短縮化してあり、約6.5分で処理できるようになっている。 In the process of FIG. 7, a teacher signal (electroencephalogram pattern) representing rest No in the first state and a teacher signal (electroencephalogram pattern) representing Yes of the intention in the second state are set. The time spent for this setting process has been shortened by devising each procedure, and can be processed in about 6.5 minutes.
また、同一の対象者についての2回目以降の教師信号の設定に当っては、図8のステップST120、ST121に示すように、これまでに最も多くYesに設定した意図を、Yesを表す候補意図である意図maxに選ぶ。これにより、予備計測における意図maxの設定動作(図7のステップST100〜ST106)を省略でき、例えば、約6.5分の処理時間を約3.5分に短縮可能である。 Further, when setting the teacher signal for the second time or later for the same target person, as shown in steps ST120 and ST121 of FIG. 8, the intention set to “Yes” most frequently so far is a candidate intention representing “Yes”. The intention max is selected. Thereby, the setting operation of the intention max in the preliminary measurement (steps ST100 to ST106 in FIG. 7) can be omitted. For example, the processing time of about 6.5 minutes can be shortened to about 3.5 minutes.
なお、2回目以降において、図8のステップST107〜ST110に示す処理を省略して、これまでに最も多くYesに設定した意図の教師信号(脳波パターン)および、その際に設定された安静の教師信号(脳波パターン)をそのまま用いることもできる。この場合には、図7におけるステップST100〜ST110までの計測および演算処理が不要となり、処理時間を大幅に短縮できる。例えば、約6.5分掛かる処理時間を、実質的に零にすることができる。 In the second and subsequent times, the process shown in steps ST107 to ST110 in FIG. 8 is omitted, and the teacher signal (an electroencephalogram pattern) of the intention set to Yes most so far, and the rest teacher set at that time The signal (electroencephalogram pattern) can be used as it is. In this case, the measurement and calculation processes in steps ST100 to ST110 in FIG. 7 are not necessary, and the processing time can be greatly shortened. For example, the processing time which takes about 6.5 minutes can be made substantially zero.
さらに、本実施の形態2では、意図推定精度を自動予測し、80%以上の推定精度が見込まれる時に、意図推定モードに移行するようにしている(図7、図8のステップST110における「RMSrest_max/SDall_ave>TH3?」)。 Furthermore, in the second embodiment, the intention estimation accuracy is automatically predicted, and when an estimation accuracy of 80% or more is expected, the mode is shifted to the intention estimation mode (“RMSrest_max in step ST110 of FIGS. 7 and 8). / SDall_ave> TH3? ").
図7、図8に示すフローチャートのステップに従って説明すると、まずステップST101〜ST105においては、5つの意図(i=1〜5)を候補として対象者に提示して想起して貰う。提示する5つの意図はデフォルトを用意しているが、対象者の趣味や思い出などと関連の深い意図などに、自由に設定変更できるようにすればよい。一般に、趣味(例:ピアノを弾いている)や思い出(例:登山)などは、想起しやすい。デフォルトとして用意される第1の状態(安静)と、第2の状態の5つの意図の例を以下に示す。
No:安静(何も考えない)
Yesの候補意図:
(1)すっぱい味がしているイメージ
(2)自分の考えを主張しているイメージ
(3)入浴してくつろいでいるイメージ
(4)右手を動かしているイメージ
(5)好きな音楽が聞こえているイメージ
7 and 8 will be described. First, in steps ST101 to ST105, five intentions (i = 1 to 5) are presented as candidates to the subject and recalled. Defaults are prepared for the five intentions to be presented. However, it is only necessary that the settings can be freely changed to intentions closely related to the subject's hobbies and memories. In general, hobbies (eg: playing the piano) and memories (eg: climbing) are easy to recall. Examples of five intentions of the first state (rest) and the second state prepared as defaults are shown below.
No: Rest (do not think anything)
Yes candidate intention:
(1) An image that tastes sour (2) An image that insists on my thoughts (3) An image of bathing and relaxing (4) An image of moving the right hand (5) I hear my favorite music Image
意図を想起した時の解析対象の脳波は、16秒間(128Hzで計測した2048データ)としている。1意図あたりの計測手順は、提示5秒、意図想起20秒、休憩5秒の計30秒であり、解析対象は意図想起20秒の中央部分16秒とした。なお、実施の形態2の予備計測工程では、実際に意図を提示して脳波計測している以外に、画面の切り替わりや操作時間などの時間として、30秒程度を見込んでいる。 The brain wave to be analyzed when recalling the intention is 16 seconds (2048 data measured at 128 Hz). The measurement procedure per intention was a total of 30 seconds including presentation 5 seconds, intention recall 20 seconds, and break 5 seconds, and the analysis target was the central portion 16 seconds of intention recall 20 seconds. Note that, in the preliminary measurement process of the second embodiment, in addition to actually presenting the intention and measuring the electroencephalogram, about 30 seconds are expected as the time for screen switching and operation time.
また、まばたきによるノイズが約8Hz未満と特定できたため、まばたき可能な被験者(対象者)の意図推定に使用する計測脳波の周波数帯域を、8〜30Hzに設定している。この周波数帯域8〜30Hzが意図推定に使用する全周波数帯域である。以下に述べるように、この全周波数帯域のパワー値を全周波数パワー値として算出している。また、この全周波数帯域を、スローα波(8〜9.5Hz)、ファストα波(9.5〜13Hz)、β波(13〜30Hz)の3つの区画に分けて、各周波数帯域のパワー値を算出している。これに対して、まばたきできない被験者の場合には、意図推定に使用する脳波の周波数帯域を、4〜30Hzにする。実際には、θ波(4〜8Hz)、α波(8〜13Hz)、β波(13〜30Hz)の周波数帯域の各パワー値を用いる。この場合の全周波数パワー値は計測脳波の4〜30Hzの周波数帯域全体のパワー値である。本発明者等の実験によれば、このように3帯域に区画して解析処理を行うと意図推定精度を高めることができ、これよりも多くの帯域に区画して解析処理を行うと計算量が多くなる割には意図推定精度を高めることができないことが確認された。 Further, since the noise due to blinking can be specified to be less than about 8 Hz, the frequency band of the measured electroencephalogram used for estimating the intention of the subject (subject) who can blink is set to 8 to 30 Hz. This frequency band of 8 to 30 Hz is the entire frequency band used for intention estimation. As will be described below, the power value of this entire frequency band is calculated as the total frequency power value. In addition, the entire frequency band is divided into three sections, a slow α wave (8 to 9.5 Hz), a fast α wave (9.5 to 13 Hz), and a β wave (13 to 30 Hz), and the power of each frequency band. The value is calculated. On the other hand, in the case of a subject who cannot blink, the frequency band of the electroencephalogram used for intention estimation is set to 4 to 30 Hz. Actually, each power value in the frequency band of θ wave (4 to 8 Hz), α wave (8 to 13 Hz), and β wave (13 to 30 Hz) is used. The total frequency power value in this case is the power value of the entire frequency band of 4 to 30 Hz of the measured electroencephalogram. According to the experiments by the present inventors, if the analysis processing is performed by dividing into three bands in this way, the intention estimation accuracy can be improved, and if the analysis processing is performed by dividing into more bands than this, the amount of calculation is increased. It was confirmed that the accuracy of intention estimation cannot be increased for a large number of.
図7、図8のステップST106において、安静と候補意図i(i=1〜5)との差のRMSであるRMSrest_iの計算を以下のように行う。 In step ST106 of FIG. 7 and FIG. 8, the calculation of RMSrest_i, which is the RMS of the difference between rest and candidate intention i (i = 1 to 5), is performed as follows.
まず、予備計測中は、1チャンネルの脳波を連続計測している。安静を指示した時(ステップST101)および各候補意図i(=1〜5)を提示した時(ステップST103)に、計測中の1チャンネルの脳波の解析対象の16秒間を記録し、以下を算出する。
Prest=(SArest, FArest, BErest)
P_i=(SA_i, FA_i, BE_i), i=1,2,3,4,5
First, during the preliminary measurement, the EEG of one channel is continuously measured. When a rest is instructed (step ST101) and each candidate intention i (= 1 to 5) is presented (step ST103), 16 seconds of the analysis target of the EEG of one channel being measured is recorded, and the following is calculated To do.
Prest = (SArest, FArest, BErest)
P_i = (SA_i, FA_i, BE_i), i = 1, 2, 3, 4, 5
ここで、各符号は次の通りである。
Prest:安静時の脳波パターン
SArest:安静時の脳波データにFFTを実施して算出した、SA(スローα波)のパワー値/全周波数パワー値
FArest:安静時の脳波データにFFTを実施して算出した、FA(ファストα波)のパワー値/全周波数パワー値
BErest:安静時の脳波データにFFTを実施して算出した、BE(β波)のパワー値/全周波数パワー値
P_i:候補意図iを想起した時の脳波パターン
SA_i:候補意図iの脳波データにFFTを実施して算出した、SA(スローα波)のパワー値/全周波数パワー値
FA_i:候補意図iの脳波データにFFTを実施して算出した、FA(ファストα波)のパワー値/全周波数パワー値
BE_i:候補意図iの脳波データにFFTを実施して算出した、BE(β波)のパワ
ー値/全周波数パワー値
Here, the respective symbols are as follows.
Prest: Resting electroencephalogram pattern SArest: SA (slow α wave) power value / total frequency power value calculated by performing FFT on resting electroencephalogram data FArest: Performing FFT on resting electroencephalogram data Calculated power value of FA (fast α wave) / power value of all frequencies BErest: Calculated by performing FFT on resting brain wave data, power value of BE (β wave) / full frequency power value P_i: Candidate intention Electroencephalogram pattern when recalling i SA_i: SA (slow α wave) power value / total frequency power value calculated by performing FFT on candidate intent i brain wave data FA_i: FFT on candidate intent i brain wave data The power value of FA (fast α wave) / the power value of all frequencies calculated by performing BE_i: calculated by performing FFT on the brain wave data of candidate intention i, Power value / total frequency power value of E (β wave)
これらの値に基づき、安静と候補意図iとの差のRMSであるRMSrest_iは、以下のように算出される。
RMSrest_i=
{(SArest − SAi)2+(FArest − FAi)2
+(BErest − BEi)2 } 1/2
Based on these values, RMSrest_i, which is the RMS of the difference between rest and candidate intention i, is calculated as follows.
RMSrest_i =
{(SArest−SAi) 2 + (FArest−FAi) 2
+ (BErest−BEi) 2 } 1/2
ステップST106では、算出されたRMS(RMSrest_i)が最大になる候補意図iが、意図maxとして選択される。 In step ST106, the candidate intention i that maximizes the calculated RMS (RMSrest_i) is selected as the intention max.
ステップST107において、3回指示した安静で、
SArest_j、FArest_j、BErest_j(j=1,2,3)
が算出できている。同様に、3回指示した意図maxで、
SAmax_j、FAmax_j、BEmax_j(j=1,2,3)
が算出できている。
In step ST107, with the rest instructed three times,
SArest_j, FArest_j, BErest_j (j = 1, 2, 3)
Can be calculated. Similarly, with the intention max specified three times,
SAmax_j, FAmax_j, BEmax_j (j = 1, 2, 3)
Can be calculated.
次に、ステップST108において算出されるそれぞれの周波数のパワー値の平均を次のように記載する。
SArest_ave、
FArest_ave、
BErest_ave、
SAmax_ave、
FAmax_ave、
BEmax_ave
Next, the average of the power values of the respective frequencies calculated in step ST108 is described as follows.
SArest_ave,
FArest_ave,
BErest_ave,
SAmax_ave,
FAmax_ave,
BEmax_ave
また、それぞれのSDを次のように記載する。
SArest_sd、
FArest_sd、
BErest_sd、
SAmax_sd、
FAmax_sd、
BEmax_sd
Moreover, each SD is described as follows.
SArest_sd,
FArest_sd,
BErest_sd,
SAmax_sd,
FAmax_sd,
BEmax_sd
ステップST109において使用される安静の平均SDであるSDrest_ave、および、意図maxの平均SDであるSDmax_aveは次のように算出される。
SDrest_ave =
(SArest_sd + FArest_sd + BErest_sd)/3
SDmax_ave =
(SAmax_sd + FAmax_sd + BEmax_sd)/3
SDrest_ave, which is the average SD of rest used in step ST109, and SDmax_ave, which is the average SD of the intended max, are calculated as follows.
SDrest_ave =
(SArest_sd + FArest_sd + BErest_sd) / 3
SDmax_ave =
(SAmax_sd + FAmax_sd + BEmax_sd) / 3
ステップST109においては、算出された安静でのSDrest_aveが予め設定した第1しきい値TH1よりも小さく、かつ、意図maxでのSDmax_aveが予め設定した第2しきい値TH2よりも小さい場合に、ステップST110に移行して設定工程を継続する。これらの第1、第2しきい値TH1、TH2は経験則から例えば、0.05に設定される。 In step ST109, when the calculated rest SDrest_ave is smaller than the preset first threshold value TH1 and the SDmax_ave at the intention max is smaller than the preset second threshold value TH2, The process proceeds to ST110 and the setting process is continued. These first and second threshold values TH1 and TH2 are set to 0.05, for example, based on empirical rules.
これらの条件を満たさない場合には、ステップST109からステップST112に移行し、設定を再度、試みる場合にはステップS101に戻り、設定を断念する場合には、ST113に移行して処理を終了する。 If these conditions are not satisfied, the process proceeds from step ST109 to step ST112. If the setting is attempted again, the process returns to step S101. If the setting is abandoned, the process proceeds to ST113 and the process ends.
次に、ステップST110で使用されるSDrest_aveとSDmax_aveの合計の平均であるSDall_ave、および、安静の平均値と意図maxの平均値とのRMSであるRMSrest_maxの計算は、それぞれ、以下のように行う。
SDall_ave=
(SDrest_ave + SDmax_ave)/2
RMSrest_max =
{(SArest_ave − SAmax_ave)2
+(FArest_ave − FAmax_ave)2
+(BErest_ave − BEmax_ave)2 } 1/2
Next, SDall_ave, which is the average of the sum of SDrest_ave and SDmax_ave used in step ST110, and RMSrest_max, which is the RMS of the average value of the rest and the average value of the intended max, are respectively calculated as follows.
SDall_ave =
(SDrest_ave + SDmax_ave) / 2
RMSrest_max =
{(SArest_ave−SAmax_ave) 2
+ (FArest_ave−FAmax_ave) 2
+ (BErest_ave−BEmax_ave) 2 } 1/2
ステップST110においては、次のように、SDall_aveに対するRMSrest_maxの比を算出し、この値が予め設定されている第3しきい値TH3よりも大きいか否かを判別する。
RMSrest_max/SDall_ave>TH3?
In step ST110, the ratio of RMSrest_max to SDall_ave is calculated as follows, and it is determined whether or not this value is larger than a preset third threshold value TH3.
RMSrest_max / SDall_ave> TH3?
大きい場合には、ステップST111に移行して、意図maxの平均値をYesの脳波パターンに設定する。すなわち、複数回、本例では3回の意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均値を、Yesの平均パターンTyesに設定する。また、安静の平均値をNoの脳波パターンである平均パターンTnoに設定する。すなわち、複数回、本例では3回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均値を、Noの平均パターンTnoに設定する。したがって、本実施の形態2における平均パターンTnoおよびTyesは、それぞれ、先に述べた実施の形態1におけるNoを表すベース状態の平均パワー比率およびYesを表す意図の平均パワー比率に対応する指標である。 If larger, the process proceeds to step ST111, and the average value of the intention max is set to the brain wave pattern of Yes. That is, the average value of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in the state of intention max three times in this example is set to the Yes average pattern Ties. Moreover, the average value of rest is set to the average pattern Tno which is an electroencephalogram pattern of No. That is, the average value of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured multiple times, in this example, three times in a resting state, is set to No average pattern Tno. Therefore, the average patterns Tno and Ties in the second embodiment are indices corresponding to the average power ratio of the base state representing No and the average power ratio of the intention representing Yes in the first embodiment described above, respectively. .
これに対して、上記の比が第3しきい値TH3以下の場合には、ステップST112に移行し、設定を再度、試みる場合にはステップST101に戻り、設定を断念する場合には、ST113に移行して処理を終了する。 On the other hand, when the ratio is equal to or smaller than the third threshold value TH3, the process proceeds to step ST112. When the setting is attempted again, the process returns to step ST101. When the setting is abandoned, the process returns to ST113. The process ends after the migration.
(意図推定精度の予測方法:第3しきい値TH3)
意図推定精度の予測については、図7、図8のステップST110において、「RMSrest_max/SDall_ave>TH3?」を満たす場合に、80%以上の推定精度が見込まれると予想し、その時に、後述の図9に示す意図推定モード(本計測工程・意図判別工程)に移行するようにしている。
(Intent estimation accuracy prediction method: third threshold TH3)
As for the prediction of the intention estimation accuracy, it is expected that an estimation accuracy of 80% or more is expected when “RMSrest_max / SDall_ave> TH3?” Is satisfied in step ST110 of FIG. 7 and FIG. 9 is shifted to the intention estimation mode (main measurement process / intention determination process) shown in FIG.
図11は、これまで本発明者等が脳波から意図推定を行って得たRMSrest_max/SDall_aveと意図推定精度の関係を示すグラフである。脳波計測部位は、CzとFzであり、θ波(4〜8Hz)、α波(8〜13Hz)、β波(13〜30Hz)のパワー値を用いて意図を推定した。なお、この図の意図推定は、先に述べた実施の形態1の方法で行ったものである。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between RMSrest_max / SDall_ave obtained by the inventor's estimation from the brain wave and the intention estimation accuracy so far. The electroencephalogram measurement sites were Cz and Fz, and the intention was estimated using the power values of θ wave (4 to 8 Hz), α wave (8 to 13 Hz), and β wave (13 to 30 Hz). The intention estimation in this figure is performed by the method of the first embodiment described above.
この図から、RMSrest_max/SDall_aveと意図推定精度の間には、有意な相関関係(P<0.001)が認められることが分かる。したがって、RMSrest_max/SDall_aveが高いほど意図推定精度も高くなるといえるが、あまり第3しきい値TH3を高く設定しすぎると、予備計測でその条件を満たすことが困難になる可能性がある。 From this figure, it can be seen that a significant correlation (P <0.001) is recognized between RMSrest_max / SDall_ave and the intention estimation accuracy. Therefore, it can be said that the higher the RMSrest_max / SDall_ave, the higher the intention estimation accuracy. However, if the third threshold value TH3 is set too high, it may be difficult to satisfy the condition in the preliminary measurement.
実施の形態2において、TH3=2.0に設定して処理を行ったところ、これまでの結果では、予備計測時間は初回で6.5〜12.5分程度、2回目以降は0〜9.5分程度
となった。また、これらの場合における意図推定精度は80%以上が得られた。
In the second embodiment, when processing is performed with TH3 = 2.0, the preliminary measurement time is about 6.5 to 12.5 minutes for the first time and 0 to 9 for the second time and thereafter. It was about 5 minutes. Moreover, the intention estimation accuracy in these cases was 80% or more.
(意図推定モード:本計測工程・意図判別工程)
次に、実施の形態2における意図推定モード(本計測工程・意図判別工程)について説明する。
(Intention estimation mode: main measurement process / intention determination process)
Next, the intention estimation mode (main measurement process / intention determination process) in the second embodiment will be described.
図9は実施の形態2における意図推定モードにおける手順を示すフローチャートである。意図推定モードにおいては、意図推定に必要なデータの計測時間を最短で約8秒に短縮している。また、意図推定精度として80%以上(実質的に100%)が保証されるように、精度の向上を図っている。 FIG. 9 is a flowchart showing a procedure in the intention estimation mode in the second embodiment. In the intention estimation mode, the data measurement time required for intention estimation is shortened to about 8 seconds at the shortest. In addition, the accuracy is improved so that the intention estimation accuracy is guaranteed to be 80% or more (substantially 100%).
図9に示すフローチャートに従って説明すると、まず、ステップST200〜ST204のルーチンにおいて、脳波を128Hzで連続計測して、8秒間の脳波を1/128秒ごとにFFT解析し、その都度、教師信号とのRMSを計算する。図9のルーチンにおけるtは、質問を提示した瞬間を0秒にした経過時間であり、実時間の経過とともに増加する。 Referring to the flowchart shown in FIG. 9, first, in the routine of steps ST200 to ST204, the brain waves are continuously measured at 128 Hz, and the brain waves of 8 seconds are subjected to FFT analysis every 1/128 seconds. Calculate the RMS. In the routine of FIG. 9, t is an elapsed time when the moment when the question is presented is set to 0 seconds, and increases with the passage of real time.
YesかNoの教師信号とのRMSが一定値以下の場合には、その時点で意図判定を行う(ステップST205、206、210、211)。ただし、24秒経過してもRMSが一定値以下にならなかった場合には(ステップST208)、判定不能と表示する(ステップST209)。なお、判定不能が一定回数続いた場合には予備計測からやり直す(図示せず)。 If the RMS with the Yes or No teacher signal is equal to or less than a certain value, intention determination is performed at that time (steps ST205, 206, 210, and 211). However, if the RMS does not become a certain value or less after 24 seconds (step ST208), it is displayed that the determination is impossible (step ST209). In addition, when determination impossible continues for a fixed number of times, it restarts from preliminary measurement (not shown).
ここで、ステップST205、ST206において使用するNoの教師信号とのRMSであるRMSno_i、Yesの教師信号とのRMSであるRMSyes_iの計算は以下のように行う。 Here, RMSno_i, which is the RMS with the No teacher signal used in steps ST205 and ST206, and RMSyes_i, which is the RMS with the Yes teacher signal, are calculated as follows.
先に述べたように、予備計測において、NoとYesの脳波パターンである平均パターンTnoと平均パターンTyesが決定され、記憶部9(図1(a)参照)に保存されている(図7、8のステップST111)。これらの脳波パターンをそれぞれ次のように記載する。
Tno = (SAno, FAno, BEno)
Tyes = (SAyes, FAyes, BEyes)
ここで、
Tno:Noの時の脳波パターン(Noの教師信号)
SAno:SArest_ave
FAno:FArest_ave
BEno:BErest_ave
Tyes:Yesの時の脳波パターン(Yesの教師信号)
SAyes:SAmax_ave
FAyes:FAmax_ave
BEyes:BEmax_ave
As described above, in the preliminary measurement, an average pattern Tno and an average pattern Tyes, which are No and Yes brain wave patterns, are determined and stored in the storage unit 9 (see FIG. 1A) (FIG. 7, 8 step ST111). Each of these electroencephalogram patterns is described as follows.
Tno = (SAno, Fano, BEno)
Ties = (SAyes, FAyes, BEyes)
here,
Tno: electroencephalogram pattern when No (No teacher signal)
SAno: SArest_ave
Fano: FArest_ave
BEno: BErest_ave
Ties: Electroencephalogram pattern for Yes (Yes teacher signal)
SAyes: SAmax_ave
FAyes: FAmax_ave
BEyes: BEmax_ave
意図推定モードにおいては、当該モードの開始後(ステップST200)において、質問提示(意図想起と脳波計測を開始:ステップST201)から8秒以上経過した時に(ステップST202)、過去8秒間の脳波データにFFTを実施して、その時の脳波パターンを算出する。この脳波パターンを次のように記載する。
Di=(SAi, FAi, BEi)
各符号の意味は次の通りである。
Di:意図推定モードを実施している時の脳波パターン(0≦i<2048)
SAi:過去8秒間の脳波データにFFTを実施して算出した、SA(スローα波)のパワー値/全周波数パワー値
FAi:過去8秒間の脳波データにFFTを実施して算出した、FA(ファストα波)のパワー値/全周波数パワー値
BEi:過去8秒間の脳波データにFFTを実施して算出した、BE(β波)のパワー値/全周波数パワー値
In the intention estimation mode, after the start of the mode (step ST200), when 8 seconds or more have passed after the question presentation (start intention recall and brain wave measurement: step ST201) (step ST202), the brain wave data for the past 8 seconds is converted into the brain wave data. FFT is performed, and the electroencephalogram pattern at that time is calculated. This electroencephalogram pattern is described as follows.
Di = (SAi, FAi, BEi)
The meaning of each code is as follows.
Di: Electroencephalogram pattern when the intention estimation mode is executed (0 ≦ i <2048)
SAi: SA (slow α wave) power value / total frequency power value calculated by performing FFT on EEG data for the past 8 seconds FAi: FA (calculated by performing FFT on EEG data for the past 8 seconds (Fast α wave) power value / all frequency power value BEi: BE (β wave) power value / all frequency power value calculated by performing FFT on brain wave data for the past 8 seconds
ステップST205、206で使用するNoの教師信号である平均パターンTnoとのRMSであるRMSno_i、および、Yesの教師信号である平均パターンTyesとのRMSであるRMSyes_iは、以下のように算出される。
RMSno_i =
{(SAno − SAi)2+(FAno − FAi)2
+(BEno − BEi)2 } 1/2
RMSyes_i =
{(SAyes − SAi)2+(FAyes − FAi)2
+(BEyes − BEi)2 } 1/2
RMSno_i that is the RMS with the average pattern Tno that is the No teacher signal used in Steps ST205 and 206, and RMSyes_i that is the RMS with the average pattern Tyes that is the Yes teacher signal are calculated as follows.
RMSno_i =
{(SAno−SAi) 2 + (FAno−FAi) 2
+ (BEno−BEi) 2 } 1/2
RMSyes_i =
{(SAyes-SAi) 2 + (FAyes-FAi) 2
+ (BEyes−BEi) 2 } 1/2
したがって、本実施の形態2におけるRMSno_iおよびRMSyes_iは、それぞれ、先に述べた実施の形態1におけるNo_RMSおよびYes_RMSに対応する指標である。 Therefore, RMSno_i and RMSyes_i in the second embodiment are indices corresponding to No_RMS and Yes_RMS in the first embodiment described above, respectively.
(意図推定精度の保証方法:第4、第5しきい値TH4、TH5)
実施の形態2における意図推定精度は、図9のステップST205の条件「RMSno_i >TH4?」もしくは、ステップST206の条件「RMSyes_i >TH5?」を満たす場合に、80%以上の推定精度を保証でき、実質的は100%の推定精度になる。この点について以下に説明する。
(Guaranteed accuracy of intention estimation: fourth and fifth thresholds TH4 and TH5)
The intention estimation accuracy in the second embodiment can guarantee an estimation accuracy of 80% or more when the condition “RMSno_i> TH4?” In step ST205 in FIG. 9 or the condition “RMSyes_i> TH5?” In step ST206 is satisfied. The estimation accuracy is substantially 100%. This will be described below.
図12は、これまで本発明者等が脳波から意図推定を行って得た「正解時と不正解時におけるRMSの分布」を示す図である。正解時とは、意図を正しく推定できた時であり、不正解時とは、意図を正しく推定できなかった時である。なお、RMSno_i とRMSyes_iの分布に違いが見られなかったため、図12では、これらを区別しなかった。 FIG. 12 is a diagram showing “RMS distribution at the time of correct answer and incorrect answer” obtained by the inventors of the present invention by performing intention estimation from brain waves. The correct answer is when the intention can be correctly estimated, and the incorrect answer is when the intention cannot be estimated correctly. In addition, since there was no difference in distribution of RMSno_i and RMSyes_i, in FIG. 12, these were not distinguished.
脳波計測部位は、CzとFzであり、θ波(4〜8Hz)、α波(8〜13Hz)、β波(13〜30Hz)のパワー値を用いて意図を推定した。なお、この図の意図推定は、先に述べた実施の形態1の方法で行った。 The electroencephalogram measurement sites were Cz and Fz, and the intention was estimated using the power values of θ wave (4 to 8 Hz), α wave (8 to 13 Hz), and β wave (13 to 30 Hz). The intention estimation in this figure was performed by the method of the first embodiment described above.
この図から、正解時と不正解時の分布は大きく異なっていることがわかる。特に、RMSが0.06以下の時は、正解が100%になっていることがわかる。 From this figure, it can be seen that the distribution at the time of correct answer and that at the time of incorrect answer are greatly different. In particular, when RMS is 0.06 or less, the correct answer is 100%.
意図推定精度として80%以上を目標とすると、この図12から、第4しきい値TH4、第5しきい値TH5を、それぞれ、0.10程度に設定すれば推定精度は80%程度になり、TH4とTH5を0.08程度に設定すれば推定精度は95%程度になり、TH4とTH5を0.06程度に設定すれば推定精度は実質的に100%になることが分かる。 Assuming that the target estimation accuracy is 80% or more, from FIG. 12, if the fourth threshold value TH4 and the fifth threshold value TH5 are set to about 0.10, the estimation accuracy becomes about 80%. When TH4 and TH5 are set to about 0.08, the estimation accuracy is about 95%, and when TH4 and TH5 are set to about 0.06, the estimation accuracy is substantially 100%.
なお、「実質的に100%」という表現は、これまで得られているデータでは100%の推定精度であるが、今後、予測できない事態もありえるため、確実に常に100%を維持できるとはいえないことを意味している。 Note that the expression “substantially 100%” has an estimation accuracy of 100% in the data obtained so far, but there are cases where it cannot be predicted in the future, so it can be said that 100% can always be maintained reliably. It means not.
以上説明したように、実施の形態2においては、設定工程において、計測された前記脳
波のそれぞれについて、FFT(高速フーリエ変換)を行って得たパワースペクトルを、相互に重複の無い複数の周波数帯域あるいは少なくとも一部が重複する複数の周波数帯域に区画し、周波数帯域のそれぞれのパワー値を算出し、算出した周波数帯域のそれぞれのパワー値を全周波数パワー値で除算した値を、各周波数帯域のパワー比率とし、第1の状態である安静の状態で計測された脳波についての各周波数帯域のパワー比率と、第2の状態の各候補のそれぞれの状態において計測された脳波についての各周波数帯域のパワー比率との差のRMS(二乗平均平方根)(RMSrest_i)を算出し、最も大きな値のRMSが得られる第2の状態の候補を意図maxとすると、当該意図maxを第2の状態の暫定候補に設定している。
As described above, in the second embodiment, the power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) for each of the measured electroencephalograms in the setting step is a plurality of frequency bands that do not overlap each other. Or, it is divided into a plurality of frequency bands that overlap at least partially, the power value of each frequency band is calculated, and the value obtained by dividing each power value of the calculated frequency band by the total frequency power value is calculated for each frequency band. Power ratio, the power ratio of each frequency band for the electroencephalogram measured in the resting state, which is the first state, and the frequency band of each frequency band for the electroencephalogram measured in each state of each candidate in the second state Calculate RMS (root mean square) (RMSrest_i) of the difference from the power ratio, and obtain the largest value of RMS in the second state. When the complement intended max, it is set the intended max interim candidate in the second state.
これに続いて、第1の状態である安静の状態と意図maxの状態のそれぞれを、対象者に複数回作らせて、それぞれの状態における脳波を計測し、複数回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均パターンTnoと当該パワー比率のSD(標準偏差)の平均値SDrest_aveを算出し、複数回の意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均パターンTyesと当該パワー比率のSDの平均値SDmax_aveを算出し、複数回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率のSD(標準偏差)および複数回の意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率のSDの全平均値SDall_aveを算出している。 Following this, each of the first state of the rest state and the state of the intention max is made to be made multiple times by the subject, and the electroencephalogram in each state is measured, and is measured in the state of multiple times of rest. The average pattern Tno of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms and the average value SDrest_ave of the SD (standard deviation) of the power ratio are calculated, and each frequency in each of the electroencephalograms measured in a plurality of states of intention max An average pattern Ties of the power ratio of the band and an average value SDmax_ave of the SD of the power ratio are calculated, and the SD (standard deviation) of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a plurality of rest states and a plurality The total average value SDa of the SD of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in the state of the intention max of times And it calculates the l_ave.
また、複数回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均値と、複数回の意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれについての各周波数帯域のパワー比率の平均値との差のRMS(二乗平均平方根)(RMSrest_max)を算出し、複数回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率のSD(標準偏差)および複数回の意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率のSDの全平均値SDall_aveを算出している。 In addition, the average value of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a plurality of times of rest and the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a state of multiple intention max The RMS (root mean square) (RMSrest_max) of the difference from the average value is calculated, the SD (standard deviation) of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a plurality of rest states, and the plurality of intentions The total average value SDall_ave of the power ratio SD of each frequency band in each electroencephalogram measured in the state of max is calculated.
そして、SDrest_aveが予め定めた第1しきい値TH1より小さく、SDmax_aveが予め定めた第2しきい値TH2より小さく、かつ、SDall_aveに対するRMSrest_maxの比が予め定めた第3しきい値TH3より大きい場合に、意図maxを第2の状態に設定している。すなわち、平均パターンTnoを第1の状態である安静の状態を表す教師信号として記憶保持し、平均パターンTyesを第2の状態である意図maxの状態を表す教師信号として記憶保持している。 When SDrest_ave is smaller than a predetermined first threshold TH1, SDmax_ave is smaller than a predetermined second threshold TH2, and the ratio of RMSrest_max to SDall_ave is larger than a predetermined third threshold TH3. In addition, the intention max is set to the second state. That is, the average pattern Tno is stored and held as a teacher signal that represents the state of rest, which is the first state, and the average pattern Tyes is stored and held as a teacher signal that represents the state of the intention max that is the second state.
また、意図推定モードにおいては、所定のサンプリング周期で対象者の脳波を計測し、サンプリング周期毎に、計測された脳波にFFT(高速フーリエ変換)を行って、当該脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率を算出し、当該パワー比率と、教師信号である前記平均パターンTnoおよび前記平均パターンTyesのそれぞれとの差のRMSであるRMSno_iおよびRMSyes_i(二乗平均平方根)を算出し、平均パターンTnoが予め定めた第4しきい値よりも小さい場合には、対象者の選択意図が第1の状態に割り当てられた意図であると判断し、平均パターンTyesが予め定めた第5しきい値よりも小さい場合には、対象者の選択位置が第2の状態に割り当てられた意図であると判断している。 In the intention estimation mode, the brain wave of the subject is measured at a predetermined sampling period, and the measured brain wave is subjected to FFT (Fast Fourier Transform) at each sampling period, and each frequency band in each of the brain waves is measured. The power ratio is calculated, and RMSno_i and RMSyes_i (root mean square), which are RMS of the difference between the power ratio and the average pattern Tno and the average pattern Ties, which are teacher signals, are calculated. When it is smaller than the predetermined fourth threshold value, it is determined that the selection intention of the subject is the intention assigned to the first state, and the average pattern Ties is smaller than the predetermined fifth threshold value. In this case, it is determined that the selection position of the target person is the intention assigned to the second state.
実施の形態2によれば各工程における処理時間を短縮することができ、また、第3〜第5しきい値TH3〜TH5を適切に設定することにより、80%以上の高い精度で意図推定を行うことができる。 According to the second embodiment, the processing time in each process can be shortened, and intention estimation can be performed with high accuracy of 80% or more by appropriately setting the third to fifth thresholds TH3 to TH5. It can be carried out.
[その他の実施の形態]
(脳波以外の生理指標の利用)
上記の実施の形態1、2においては脳波のみを用いて意図推定を行っている。脳波と共に、脳波以外の生理指標を用いて意図推定を行うことも可能である。図10は、脳波と共に複数種類の生理指標を計測して意図推定に用いる場合に、図7、8の処理手順に追加される処理手順を示すフローチャートである。例えば、NIRSや自律系指標(HR、GSRなど)も、脳波と同時計測した場合は、意図推定に使用できる。ただし、第1の状態である安静「No」と、第2の状態である最適意図「Yes」を想起した時、生理指標が顕著に、かつ、安定して、変化する場合にのみ使用する。
[Other embodiments]
(Use of physiological indices other than EEG)
In the first and second embodiments, intention estimation is performed using only brain waves. It is also possible to perform intention estimation using a physiological index other than the electroencephalogram together with the electroencephalogram. FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure added to the processing procedures of FIGS. 7 and 8 when a plurality of types of physiological indices are measured together with an electroencephalogram and used for intention estimation. For example, NIRS and autonomous system indices (HR, GSR, etc.) can also be used for intention estimation when measured simultaneously with an electroencephalogram. However, it is used only when the physiological index changes remarkably and stably when recalling the rest “No” in the first state and the optimum intention “Yes” in the second state.
この場合においては、計測した生理指標を計測脳波と同様にデータ処理することができるように正規化して、使用する必要がある(図10のステップST301)。 In this case, it is necessary to normalize and use the measured physiological index so that data processing can be performed similarly to the measured brain wave (step ST301 in FIG. 10).
生理指標の計測は、図7、8で、遅くともステップST107から、脳波計測と同時に行われる。この後は、例えば、計測脳波についてのデータ処理の後に、図7、8のステップST109から、図10のステップST301〜ST307で示す計測生理指標のデータ処理を行う。しかる後に、図7、8のステップST110に戻り、以後の処理を行う。 The physiological index is measured simultaneously with the electroencephalogram measurement from steps ST107 at the latest in FIGS. Thereafter, for example, after the data processing on the measured electroencephalogram, the data processing of the measurement physiological index shown in steps ST301 to ST307 in FIG. 10 is performed from step ST109 in FIGS. Thereafter, the process returns to step ST110 in FIGS. 7 and 8 to perform the subsequent processing.
図10を参照して、計測した生理指標iを、脳波の周波数パワーの1つとみなして、RMSrest_maxに使用する方法を以下に具体的に説明する。 A method of using the measured physiological index i as one of the frequency powers of the electroencephalogram for RMSrest_max will be specifically described below with reference to FIG.
まず、脳波以外にn個の生理指標が、遅くとも、図7、8のステップST107とST108の処理が行われる時点において同時計測されているものとする。すなわち、生理指標iは、安静時に3回計測できており、ここでは、Brest_i_j(j=1,2,3)と記載する。また、意図maxを想起している時にも3回計測されており、ここでは、Bmax_i_j(j=1,2,3)と記載する。 First, it is assumed that n physiological indices other than the electroencephalogram are simultaneously measured at the time when the processes of steps ST107 and ST108 of FIGS. That is, the physiological index i can be measured three times at rest, and is described here as Brest_i_j (j = 1, 2, 3). In addition, it is measured three times when recalling the intention max, and is described as Bmax_i_j (j = 1, 2, 3) here.
ここで、図10のステップST303、304において使用している符号等は次の通りである。
Brest_i_sd: Brest_i_j(j=1,2,3)のSD
Bmax_i_sd: Bmax_i_j(j=1,2,3)のSD
Brest_i_ave:Brest_i_j(j=1,2,3)の平均
Bmax_i_ave: Bmax_i_j(j=1,2,3)の平均
SDall_ave: Brest_i_sdとBmax_i_sdの平均値
Here, the symbols and the like used in steps ST303 and ST304 in FIG. 10 are as follows.
Brest_i_sd: SD of Brest_i_j (j = 1, 2, 3)
Bmax_i_sd: SD of Bmax_i_j (j = 1, 2, 3)
Brest_i_ave: Average of Brest_i_j (j = 1, 2, 3) Bmax_i_ave: Average of Bmax_i_j (j = 1, 2, 3) SDall_ave: Average value of Brest_i_sd and Bmax_i_sd
Diは、以下のように算出される。
Di =|Brest_i_ave − Bmax_i_ave|
Di is calculated as follows.
Di = | Brest_i_ave−Bmax_i_ave |
図10のステップST305において、生理指標i(i=1〜n)を含めたRMSrest_maxの計算は以下となる。なお、以下の式は、少なくとも、i=1とi=2の生理指標を含めた例であるが、実際には、生理指標をいくつ含めてもよい。
RMSrest_max =
{(SArest_ave − SAmax_ave)2
+(FArest_ave − FAmax_ave)2
+(BErest_ave − BEmax_ave)2
+(Brest_1_ave − Bmax_1_ave)2
+(Brest_2_ave − Bmax_2_ave)2+・・・} 1/2
In step ST305 of FIG. 10, the calculation of RMSrest_max including the physiological index i (i = 1 to n) is as follows. The following formula is an example including at least physiological indices i = 1 and i = 2, but in practice, any number of physiological indices may be included.
RMSrest_max =
{(SArest_ave−SAmax_ave) 2
+ (FArest_ave−FAmax_ave) 2
+ (BErest_ave−BEmax_ave) 2
+ (Brest_1_ave−Bmax_1_ave) 2
+ (Brest_2_ave−Bmax_2_ave) 2 +...} 1/2
また、意図推定モード(図9参照)で、脳波以外の生理指標も含めて意図推定する場合は、以下となる。 Further, in the intention estimation mode (see FIG. 9), when intention estimation including physiological indices other than brain waves is performed, the following is performed.
まず、生理指標j(j=1,2,3,,,,n)について、図7、8、9に示した方法によって、「No」と「Yes」の教師信号が決定されていることが前提であり、本例では、決定された教師信号は、
Brest_j_ave、および、
Bmax_j_ave (j=1,2,3,,,,n)
となる。
First, regarding the physiological index j (j = 1, 2, 3,..., N), the teacher signals “No” and “Yes” are determined by the method shown in FIGS. In this example, the determined teacher signal is
Brest_j_ave, and
Bmax_j_ave (j = 1, 2, 3,..., N)
It becomes.
意図推定モード(図9)における、Noの教師信号とのRMS(RMSno_i)、および、Yesの教師信号とのRMS(RMSyes_i)は、以下のように算出される。なお、以下の式は、少なくとも、j=1とj=2の生理指標を含めた例であるが、実際には、生理指標をいくつ含めてもよい。
RMSno_i =
{(SAno − SAi)2+(FAno − FAi)2
+(BEno − BEi)2+(Brest_1_ave - B1_i)2
+(Brest_2_ave - B2_i)2+・・ } 1/2
RMSyes_i =
{(SAyes − SAi)2+(FAyes − FAi)2
+(BEyes − BEi)2+(Bmax_1_ave-B1_i)2
+(Bmax_2_ave-B2_i)2+・・} 1/2
The RMS (RMSno_i) with the No teacher signal and the RMS (RMSyes_i) with the Yes teacher signal in the intention estimation mode (FIG. 9) are calculated as follows. The following formula is an example including at least physiological indices j = 1 and j = 2, but in practice, any number of physiological indices may be included.
RMSno_i =
{(SAno−SAi) 2 + (FAno−FAi) 2
+ (BEno-BEi) 2 + (Brest_1_ave−B1_i) 2
+ (Brest_2_ave−B2_i) 2 +. } 1/2
RMSyes_i =
{(SAyes-SAi) 2 + (FAyes-FAi) 2
+ (BEyes-BEi) 2 + (Bmax — 1_ave−B1 — i) 2
+ (Bmax_2_ave-B2_i) 2 + ··} 1/2
ここで、B1_iは質問提示からt=8+i/128秒経過した時の過去8秒間の生理指標1の平均値、B2_iは質問提示からt=8+i/128秒経過した時の過去8秒間の生理指標2の平均値、、、、である。 Here, B1_i is an average value of the physiological index 1 for the past 8 seconds when t = 8 + i / 128 seconds have elapsed since the question presentation, and B2_i is a physiological index for the past 8 seconds when t = 8 + i / 128 seconds has elapsed since the question presentation. The average value of 2.
ステップST303で使用する第6しきい値TH6、第7しきい値TH7、ステップST304で使用する第8しきい値TH8として、次の値を用いることができる。
TH6=0.05
TH7=0.05
TH8=2.0
The following values can be used as the sixth threshold value TH6, the seventh threshold value TH7 used in step ST303, and the eighth threshold value TH8 used in step ST304.
TH6 = 0.05
TH7 = 0.05
TH8 = 2.0
(脳波のクラウド保存と情報共有)
上記の説明は、定まった場所において被験者に対して脳波による意図推定を行うことを前提としているが、本発明は、インターネット等の通信回線を介して、離れた場所、例えば病院において各在宅療養者の脳波をモニターして、離れた場所から意図推定によるコミュニケーションを取ることも可能である。また、このようにすれば、各在宅療養者の脳波、意図推定によるコミュニケーション結果等を、各在宅療養者の多職種のケアチームメンバーおよび家族の間に共有できる。
(EEG cloud storage and information sharing)
The above explanation is based on the premise that intention estimation by brain waves is performed on a subject at a fixed place. However, the present invention provides each home care recipient at a remote place such as a hospital via a communication line such as the Internet. It is also possible to monitor the brain wave and communicate by intention estimation from a remote location. In this way, it is possible to share the electroencephalogram of each home caregiver, the communication result by intention estimation, etc. among the care team members and family members of each home caregiver.
例えば、図13には、クラウドサーバを用いた在宅療養支援システムの構成例を示してある。この場合、脳波データは以下のように保存され、コミュニケーション記録は、多職種のケアチームメンバーと家族が、作成・閲覧でき、情報共有してチームケアを行う。 For example, FIG. 13 shows a configuration example of a home care support system using a cloud server. In this case, the electroencephalogram data is stored as follows, and communication records can be created and viewed by care team members and families of various occupations, and team care is performed by sharing information.
ここで、連続計測された脳波は、通常は、活動時と休息時(睡眠時)に異なった波形になる。具体的には、活動時にはβ波などの高周波成分が増加し、休息時(睡眠時)にθ波などの低周波成分が増加する。しかし、活動と睡眠のリズム(サーカディアンリズム)が崩れていると、変動が少なくなる。このような時は、毎日の一定時刻に各種刺激(光、におい、音など)を与える等で、活性と休息(睡眠)のリズムを作る。そして、活性している時に、意図推定(コミュニケーション)を行うことが望ましい。 Here, the continuously measured electroencephalogram usually has different waveforms at the time of activity and at rest (sleeping). Specifically, high frequency components such as β waves increase during activity, and low frequency components such as θ waves increase during rest (sleeping). However, if the rhythm of activity and sleep (the circadian rhythm) is disrupted, the fluctuation is reduced. In such a case, a rhythm of activity and rest (sleep) is created by giving various stimuli (light, smell, sound, etc.) at a certain time every day. It is desirable to perform intention estimation (communication) when active.
在宅での意図推定(コミュニケーション)時には、音声、脳波、意図推定結果を同時保
存する。例えば、コミュニケーション記録としてテレコミュニケーション情報記憶部124に保存する。遠隔からの意図推定(コミュニケーション)時には、双方の映像、音声、脳波、意図推定結果を同時表示し、コミュニケーション記録としてテレコミュニケーション情報記憶部124に保存し、脳波データをテレモニタリング情報記憶部125に保存する。意図推定時以外においては、テレモニタリング情報記憶部125に、脳波を連続保存し、異常値(発作)の確認、サーカディアンリズムの確認を行う。
During intent estimation (communication) at home, voice, brain waves, and intent estimation results are saved simultaneously. For example, it is stored in the telecommunication information storage unit 124 as a communication record. During remote intention estimation (communication), both video, audio, brain waves, and intention estimation results are displayed simultaneously, stored as communication records in the telecommunication information storage unit 124, and brain wave data stored in the tele monitoring information storage unit 125 To do. When the intention is not estimated, the brain waves are continuously stored in the telemonitoring information storage unit 125, the abnormal value (seizure) is confirmed, and the circadian rhythm is confirmed.
以下に、図13に示す在宅療養支援システム100を簡単に説明しておく。在宅療養支援システム100(以下、単に「システム100」と呼ぶ。)は、在宅で療養する患者の情報を統合管理するクラウドサーバ(管理サーバ)102と、当該クラウドサーバ102との間で通信を行う複数台の通信端末103(a)(a=1,2,3・・・)と、クラウドサーバ102と各通信端末103(a)を繋ぐ通信回線、例えばインターネット回線104から構成される。通信端末103(a)は、パーソナルコンピュータ、モバイル端末、携帯電話等であり、在宅療養支援のチーム105(b)(b=1,2,3・・・)のチームメンバー106(c)(c=1,2,3・・・)に割り当てられる。 The home care support system 100 shown in FIG. 13 will be briefly described below. A home care support system 100 (hereinafter simply referred to as “system 100”) performs communication between a cloud server (management server) 102 that integrally manages information on patients to be treated at home, and the cloud server 102. A plurality of communication terminals 103 (a) (a = 1, 2, 3...), And a communication line connecting the cloud server 102 and each communication terminal 103 (a), for example, an Internet line 104 are configured. The communication terminal 103 (a) is a personal computer, a mobile terminal, a mobile phone or the like, and is a team member 106 (c) (c) of the home care support team 105 (b) (b = 1, 2, 3...). = 1, 2, 3 ...).
システム100の管理者あるいは当該システム管理者から権限を与えられた者(図示せず)は、患者と、その患者の医療的ケアを行う者を1つのチーム105(b)のチームメンバー106(c)として、システム100に登録する。チームメンバー106(c)には、患者106(1)、その家族106(2)、医師106(3)、看護師106(4)、理学療法士106(5)、ホームヘルパー106(6)等が含まれる。システム管理者は、システム100に関する保守などの対応を行うが、チームメンバーに含めるかどうかは任意である。また、システム100による在宅療養支援は多数の患者に対して行われ、各患者について1つのチーム105(b)が組まれる。したがって、1つのチーム105(b)内において、患者106(1)および、その家族106(2)以外のチームメンバー106(c)は、複数のチーム105(b)のチームメンバーとなって、同時に多数の患者の在宅療養支援を行う場合が多い。 An administrator of the system 100 or an authority (not shown) authorized by the system administrator designates a patient and a person who performs medical care for the patient as a team member 106 (c) of one team 105 (b). ) To the system 100. Team members 106 (c) include patients 106 (1), their families 106 (2), doctors 106 (3), nurses 106 (4), physiotherapists 106 (5), home helpers 106 (6), etc. Is included. The system administrator performs maintenance such as maintenance related to the system 100, but it is optional whether or not to include it in the team member. In addition, home care support by the system 100 is performed for a large number of patients, and one team 105 (b) is formed for each patient. Therefore, in one team 105 (b), the team member 106 (c) other than the patient 106 (1) and the family 106 (2) becomes team members of a plurality of teams 105 (b), and at the same time. In many cases, home care support is provided for a large number of patients.
クラウドサーバ102は、在宅療養支援コンピュータプログラムを実行することによって、情報処理部111、画面表示部112、送受信部113、認証部114等の各種の処理部として機能する。また、在宅療養のための各種情報が登録されている複数のデータベース120を備えており、当該データベース120には、チーム情報記憶部121、基本情報記憶部122、ケア記録記憶部123、テレコミュニケーション情報記憶部124、テレモニタリング情報記憶部125等が含まれている。 The cloud server 102 functions as various processing units such as the information processing unit 111, the screen display unit 112, the transmission / reception unit 113, and the authentication unit 114 by executing the home care support computer program. In addition, a plurality of databases 120 in which various types of information for home medical treatment are registered are provided. The database 120 includes a team information storage unit 121, a basic information storage unit 122, a care record storage unit 123, and telecommunications information. A storage unit 124, a telemonitoring information storage unit 125, and the like are included.
クラウドサーバ102は、データベース120に登録されている各種の情報を用いて、以下の内容の職種間の情報共有機能、テレコミュニケーション機能およびテレモニタリング機能を実現する。 The cloud server 102 implements an information sharing function, a telecommunications function, and a telemonitoring function between job types having the following contents using various information registered in the database 120.
(1)職種間の情報共有機能
職種間の情報共有機能は、以下の1−1)〜1−3)の構成・機能を含んでいる。
1−1)チーム情報記憶部121には、システム管理者(もしくはシステム管理者から権限を与えられた者)によって、各患者106(1)の医療的ケアを行う者をチームメンバーとして、患者106(1)本人を含め、家族106(2)、医師106(3)、看護師106(4)、理学療法士106(5)、ホームヘルパー106(6)等が登録される。システム管理者を各チームメンバーに含めるか否かは任意である。
1−2)ケア記録記憶部123には、通信端末103(a)を介してクラウドサーバ102にアクセスしてログインしたチームメンバーによって、訪問診療、入院、電話などで取得した患者状況(表情、血圧、体調など)と、それに対応して行った患者106(1)への医療的ケア(指示、マッサージ、投薬など)を、ケア記録(患者状況のみの記述であ
っても、ケア記録と呼ぶものとする。)として、登録できる。なお、チームメンバーには患者106(1)も含まれるので、例えば、患者106(1)自身が血圧を計測した場合、さらには、血圧を測定して自己判断で降圧薬を服用した場合などには、患者106(1)もケア記録を登録できる。
1−3)各チームメンバーによってケア記録記憶部123に登録された当該チームのケア記録は、通信端末103(a)を介してクラウドサーバ102にアクセスしてログオンしたチームメンバーが閲覧できる。ここで、チームメンバーがケア記録を登録する際、その全てもしくは一部を、特定のチームメンバーのみが閲覧できるように設定できる。
(1) Information sharing function between job types The information sharing function between job types includes the following configurations and functions of 1-1) to 1-3).
1-1) In the team information storage unit 121, a person who performs medical care of each patient 106 (1) by a system administrator (or a person who has been given authority by the system administrator) is a team member. (1) The family 106 (2), the doctor 106 (3), the nurse 106 (4), the physical therapist 106 (5), the home helper 106 (6), etc. are registered including the person. It is optional whether or not to include a system administrator as a member of each team.
1-2) The patient record (facial expression, blood pressure) acquired by the visit member, hospitalization, telephone call, etc. by the team member who has logged in by accessing the cloud server 102 via the communication terminal 103 (a) in the care record storage unit 123 , Physical condition, etc.) and medical care (instructions, massage, medication, etc.) for the patient 106 (1) performed in response thereto is referred to as a care record (even if only a description of the patient situation is a care record) Can be registered. The team member includes the patient 106 (1). For example, when the patient 106 (1) himself / herself measures blood pressure, or when the blood pressure is measured and a hypotensive drug is taken by self-judgment, etc. The patient 106 (1) can also register a care record.
1-3) Each team member registered in the care record storage unit 123 by each team member can view the team member who has logged on by accessing the cloud server 102 via the communication terminal 103 (a). Here, when a team member registers a care record, all or a part of the care record can be set so that only a specific team member can view it.
(2)テレコミュニケーション機能
テレコミュニケーション機能は、以下の2−1)〜2−4)の機能を含んでいる。
2−1)チームメンバーがケア記録を登録もしくは閲覧したとき、そのケア記録に対応する画面でコミュニケーションを登録できる。この画面は、チームメンバーがそのケア記録に関連する意見を交換するための画面であり、チームメンバーが閲覧・入力できる。
2−2)チームメンバーが、次に述べるテレモニタリング機能によって生体信号を閲覧したとき、閲覧に対応する画面でコミュニケーションを登録できる。この画面は、チームメンバーがその生体信号に関連する意見を交換するための画面であり、チームメンバーが閲覧・入力できる。
2−3)ケア記録やテレモニタリングと関係なく、チームメンバーは新たな画面でコミュニケーションを登録できる。この画面は、チームメンバーが任意の話題について意見交換するための画面であり、チームメンバーが閲覧・入力できる。
2−4)チームメンバーは、WEB会議(もしくは画面共有)により、リアルタイムでテレコミュニケーションを実施できる。
(2) Telecommunication function The telecommunication function includes the following functions 2-1) to 2-4).
2-1) When a team member registers or views a care record, communication can be registered on a screen corresponding to the care record. This screen is a screen for team members to exchange opinions related to the care record, and can be viewed and input by the team members.
2-2) When a team member views a biological signal by the telemonitoring function described below, communication can be registered on a screen corresponding to the browsing. This screen is a screen for team members to exchange opinions related to the biological signal, and can be browsed and input by the team members.
2-3) Team members can register communications on a new screen regardless of care records or telemonitoring. This screen is a screen for team members to exchange opinions on an arbitrary topic and can be viewed and input by the team members.
2-4) Team members can perform telecommunications in real time through a WEB conference (or screen sharing).
(3)テレモニタリング機能
テレモニタリング機能は、以下の3−1)および3−2)の機能を含んでいる。
3−1)チームメンバーは、患者の呼吸、SpO2(動脈血酸素飽和度)、心電図、脳波、体温、血圧などの生体信号について、それらを計測する機器から出力される波形や数値を、リアルタイムで閲覧できる。または、酸素供給装置や人工呼吸器などの機器の状態に関する波形や数値を、リアルタイムで閲覧できる。
3−2)上記の波形や数値は、生データ、もしくは、要約情報として登録されており、チームメンバーは随時閲覧できる。
(3) Telemonitoring function The telemonitoring function includes the following functions 3-1) and 3-2).
3-1) Team members view in real time the waveforms and numerical values output from devices that measure biological signals such as patient breathing, SpO2 (arterial oxygen saturation), electrocardiogram, electroencephalogram, body temperature, blood pressure, etc. it can. Alternatively, waveforms and values related to the state of devices such as oxygen supply devices and ventilators can be viewed in real time.
3-2) The above waveforms and numerical values are registered as raw data or summary information and can be viewed by team members at any time.
1 意図推定装置
2 脳波計
3 PC
4 入力装置
5 表示装置
6 脳波取得部
7 脳波解析部
8 表示制御部
9 記憶部
1 Intent Estimator 2 EEG 3 PC
4 Input device 5 Display device 6 EEG acquisition unit 7 EEG analysis unit 8 Display control unit 9 Storage unit
Claims (36)
前記第1の状態および当該第1の状態で計測された第1脳波を、前記対象者が選択意図の一方を選択する場合の状態および脳波であると設定し、前記第2の状態および当該第2の状態で計測された第2脳波を、前記対象者が前記選択意図の他方を選択する場合の状態および脳波であると設定する設定工程と、
質問を与えた前記対象者に、前記第1の状態および前記第2の状態のいずれかを作って貰ったときに計測される当該対象者の脳波を取得する第2計測工程と、
前記第2計測工程で計測された前記脳波を前記第1脳波および前記第2脳波と比較して、前記対象者の前記質問に対する選択意図を判別する意図判別工程と、
を含むことを特徴とする脳波による意図推定方法。 A first measurement step of acquiring the subject's brain waves measured when the subject is made to make the first state and the second state;
The first electroencephalogram measured in the first state and the first state is set as the state and the electroencephalogram when the subject selects one of the selection intentions, and the second state and the first electroencephalogram are set. A setting step for setting the second electroencephalogram measured in the state of 2 to be a state and an electroencephalogram when the subject selects the other of the selection intentions;
A second measurement step of acquiring the subject's brain wave measured when the subject who gave the question is asked to make either the first state or the second state;
An intention determination step of comparing the brain wave measured in the second measurement step with the first brain wave and the second brain wave to determine a selection intention of the subject with respect to the question;
An intention estimation method using an electroencephalogram, comprising:
前記第1、第2の状態のうちの少なくとも一方の状態において計測される脳波として、当該一方の状態の候補である複数の候補の状態を前記対象者に作って貰ったときに計測される脳波をそれぞれ取得し、
前記設定工程では、
計測された複数の前記脳波の中から抽出した1つの脳波が計測された候補を、前記一方の状態に設定する、
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 In the first measurement step,
As an electroencephalogram measured in at least one of the first and second states, an electroencephalogram is measured when a plurality of candidate states that are candidates for the one state are created and given to the subject. Get each
In the setting step,
A candidate in which one electroencephalogram extracted from the plurality of electroencephalograms measured is set as the one state.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 1.
前記複数の候補の状態のそれぞれについて、前記対象者に各候補の状態を複数回ずつ作って貰ったときに計測される脳波を取得し、
前記設定工程では、
各候補について計測される複数の前記脳波の間における一致度合が最も高い候補の状態を、前記一方の状態に設定する、
請求項4に記載の脳波による意図推定方法。 In the first measurement step,
For each of the plurality of candidate states, obtain an electroencephalogram that is measured when the candidate is asked to make each candidate state multiple times,
In the setting step,
The candidate state having the highest degree of coincidence between the plurality of electroencephalograms measured for each candidate is set as the one state.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 4.
前記第1、第2の状態のうちの一方の状態を決定した後に、
前記第1、第2の状態の他方の状態を、決定済みの前記一方の状態の脳波とのかい離度合が最も大きくなる脳波が得られる状態に設定する、
請求項5に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step,
After determining one of the first and second states,
Setting the other state of the first and second states to a state in which an electroencephalogram having the largest degree of separation from the electroencephalogram of the one state that has been determined is obtained;
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 5.
前記対象者の頭部の複数の計測部位において、前記複数の候補の状態のそれぞれを前記対象者に作って貰ったときに計測される脳波を取得する、
請求項4に記載の脳波による意図推定方法。 In the first measurement step,
In a plurality of measurement parts of the subject's head, obtain an electroencephalogram that is measured when each of the plurality of candidate states is made by the subject.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 4.
記設定工程による前記第1、第2の状態および前記第1、第2脳波の設定時点からの所定の時間が経過した場合に、前記第1、第2の状態および前記第1、第2脳波のうち、少なくとも前記第1、第2脳波の設定を無効にする設定無効化工程を含む、
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 When the accuracy of the determination result of the selection intention in the intention determination step is equal to or lower than a predetermined value, or a predetermined time from the first and second states and the first and second brain waves set by the setting step Including a setting invalidating step of invalidating at least the setting of the first and second electroencephalograms among the first and second states and the first and second electroencephalograms when
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 1.
計測された前記脳波の振幅の一部に予め定めた設定幅を超える部分が有る場合、あるいは、前記脳波にFFT(高速フーリエ変換)を行って得られたパワースペクトルの一部に予め定めた設定値を超える値がある場合に、当該脳波を無効とする、
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step,
If the measured amplitude of the electroencephalogram includes a portion that exceeds a predetermined setting range, or the setting is predetermined for a part of the power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the electroencephalogram When there is a value exceeding the value, the brain wave is invalidated.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 1.
当該全周波数帯域に含まれる脳波成分を対象として前記設定工程および前記意図判別工程を行う、
請求項1ないし9のうちのいずれか一つの項に記載の脳波による意図推定方法。 Set a predetermined frequency band in the measured electroencephalogram to all frequency bands to be analyzed,
Performing the setting step and the intention determination step for the electroencephalogram components included in the entire frequency band,
The intention estimation method by an electroencephalogram according to any one of claims 1 to 9.
前記第1および第2の状態のうちの少なくとも一方の状態の候補が1つの場合には、前記対象者に当該候補の状態を複数回作らせたときに計測される複数の脳波を取得し、
前記一方の状態の候補が複数の場合には、当該候補のそれぞれについて、前記対象者に各候補の状態を複数回作らせたときに計測される複数の脳波を各候補について取得し、
前記設定工程では、
計測された前記脳波における所定の周波数帯域を解析対象の全周波数帯域として設定し、
計測された前記脳波について、前記全周波数帯域を対象としてFFT(高速フーリエ変換)を行って得たパワースペクトルを、相互に重複の無い複数の周波数帯域あるいは少なくとも一部が重複する複数の周波数帯域に区画し、
前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を算出し、
算出した前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を全周波数パワー値で除算した値を、各周波数帯域のパワー比率とし、
前記一方の状態を設定する場合に、当該一方の状態の候補が1つの場合には、計測された前記脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率のSD(標準偏差)の平均値が予め定めた設定値未満であれば、前記候補を前記一方の状態に設定し、
前記一方の状態の候補が複数の場合には、計測されたそれぞれの候補における各脳波の各周波数帯域のパワー比率のSDの平均値を算出し、当該平均値が最も小さい脳波が計測された前記候補を前記一方の状態に設定する、
請求項4に記載の脳波による意図推定方法。 In the first measurement step,
If there is one candidate for at least one of the first and second states, obtain a plurality of electroencephalograms measured when the subject makes the candidate state multiple times,
In the case where there are a plurality of candidates for the one state, for each of the candidates, a plurality of electroencephalograms that are measured when the subject is made a plurality of states of each candidate are acquired for each candidate,
In the setting step,
Set a predetermined frequency band in the measured electroencephalogram as the entire frequency band to be analyzed,
For the measured electroencephalogram, a power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the entire frequency band is converted into a plurality of frequency bands that do not overlap each other or a plurality of frequency bands that overlap at least partially. Partition and
Calculate the power value of each of the frequency bands,
A value obtained by dividing the calculated power value of each frequency band by the total frequency power value is a power ratio of each frequency band,
When the one state is set, if there is one candidate for the one state, an average value of SD (standard deviation) of the power ratio of each frequency band in each of the measured electroencephalograms is determined in advance. If less than a set value, set the candidate to the one state,
When there are a plurality of candidates for the one state, an average value of the power ratio SD of each frequency band of each brain wave in each measured candidate is calculated, and the brain wave having the smallest average value is measured. Set the candidate to one of the states,
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 4.
前記第1および第2の状態のうちの少なくとも一方の状態を設定する場合に、当該一方の状態の候補が1つのときには、
計測された前記脳波のそれぞれから算出した各パワー比率について、パワー比率ごとに平均値とばらつきを算出し、前記平均値を中心とする所定のばらつきの範囲を設定し、前記周波数帯域の1つでも当該範囲を外れた場合には当該脳波を前記パワー比率の計算から除外し、除外した脳波以外の脳波から再度、パワー比率ごとに平均値とばらつきを算出し、前記範囲を再設定し、前記周波数帯域の1つでも当該範囲を外れた場合には当該脳波を前記平均パワー比率の計算から除外する処理を繰り返し、
残った脳波の数が予め定めた設定個数を下回った場合には、当該候補を前記一方の状態に設定することを断念し、
残った脳波の数が前記設定個数以上の場合には、各周波数帯域のパワー比率のばらつき
の平均値が予め定めた設定値未満であれば、当該候補を前記一方の状態に設定する、
請求項11に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step,
When setting at least one of the first and second states, and there is one candidate for the one state,
For each power ratio calculated from each of the measured electroencephalograms, an average value and variation are calculated for each power ratio, a predetermined variation range centered on the average value is set, and even one of the frequency bands If the brain wave is out of the range, the brain wave is excluded from the calculation of the power ratio, the average value and the dispersion are calculated again for each power ratio from the brain waves other than the excluded brain wave, the range is reset, and the frequency is reset. If even one of the bands is out of the range, repeat the process of excluding the electroencephalogram from the calculation of the average power ratio,
If the number of remaining electroencephalograms falls below a predetermined set number, give up setting the candidate to the one state,
If the number of remaining electroencephalograms is greater than or equal to the set number, if the average value of the power ratio variation of each frequency band is less than a preset value, the candidate is set to the one state.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 11.
計測された前記脳波における所定の周波数帯域を解析対象の全周波数帯域として設定し、
計測された前記脳波について、前記全周波数帯域を対象としてFFT(高速フーリエ変換)を行って得たパワースペクトルを、相互に重複の無い複数の周波数帯域あるいは少なくとも一部が重複する複数の周波数帯域に区画し、
前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を算出し、
算出した前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を全周波数パワー値で除算した値を、各周波数帯域のパワー比率とし、
前記第1、第2の状態のうちの一方の状態が決定されている場合に、他方の状態を複数の候補の中から決定するときは、
決定済みの前記一方の状態を前記対象者に複数回作らせて計測した各脳波について各周波数帯域のパワー比率の平均値と、これから決定する前記他方の状態の候補のうちの一つの候補を前記対象者に複数回作らせて計測した各脳波についての各周波数帯域のパワー比率の平均値との差のRMS(二乗平均平方根)を算出し、
前記RMSから、前記他方の状態の一つの候補を前記対象者に3回以上作らせたときの各周波数帯域のパワー比率の平均SD(標準偏差)を減算した減算値、または、前記RMSから、前記他方の状態の一つの候補を前記対象者に2回作らせたときのパワー比率の平均値の差のRMSを減算した減算値を算出し、
前記他方の状態の全ての候補を前記対象者に作らせた場合において、複数の前記計測部位から得られる脳波の中で、前記減算値が最も大きくなる脳波が得られる前記計測部位および前記他方の状態の候補を、それぞれ、前記第2計測工程における脳波の計測部位および前記他方の状態に設定する請求項7に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step,
Set a predetermined frequency band in the measured electroencephalogram as the entire frequency band to be analyzed,
For the measured electroencephalogram, a power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the entire frequency band is converted into a plurality of frequency bands that do not overlap each other or a plurality of frequency bands that overlap at least partially. Partition and
Calculate the power value of each of the frequency bands,
A value obtained by dividing the calculated power value of each frequency band by the total frequency power value is a power ratio of each frequency band,
When one of the first and second states is determined, when determining the other state from a plurality of candidates,
The average value of the power ratio of each frequency band for each electroencephalogram measured by causing the subject to make the determined one state a plurality of times, and one candidate of the other state candidates to be determined from the mean value Calculate the RMS (root mean square) of the difference from the average value of the power ratio of each frequency band for each brain wave measured by making the subject multiple times,
From the RMS, a subtracted value obtained by subtracting an average SD (standard deviation) of the power ratio of each frequency band when the candidate is made three or more times in the other state, or from the RMS, Calculating a subtracted value obtained by subtracting the RMS of the average value of the power ratio when the candidate is made twice in one candidate of the other state;
In the case where all the candidates in the other state are made to be created by the subject, the measurement part and the other of the measurement parts that can obtain the electroencephalogram with the largest subtraction value among the electroencephalograms obtained from the plurality of measurement parts. The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 7, wherein the state candidates are set to the electroencephalogram measurement region and the other state in the second measurement step, respectively.
計測された前記脳波の振幅の一部に予め定めた設定幅を超える部分が有る場合、あるいは、前記脳波にFFT(高速フーリエ変換)を行って得られたパワースペクトルの一部に予め定めた設定値を超える値がある場合に、当該脳波を無効とする、
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 In the intention determination step,
If the measured amplitude of the electroencephalogram includes a portion that exceeds a predetermined setting range, or the setting is predetermined for a part of the power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the electroencephalogram When there is a value exceeding the value, the brain wave is invalidated.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 1.
計測された前記脳波における所定の周波数帯域を解析対象の全周波数帯域として設定し、
計測された前記脳波について、前記全周波数帯域を対象としてFFT(高速フーリエ変換)を行って得たパワースペクトルを、相互に重複の無い複数の周波数帯域あるいは少なくとも一部が重複する複数の周波数帯域に区画し、
前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を算出し、
算出した前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を全周波数パワー値で除算した値を、各周波数帯域のパワー比率とし、
前記第1脳波および前記第2脳波のそれぞれの各周波数帯域の平均パワー比率である第1平均パワー比率および第2平均パワー比率を算出し、
前記意図判別工程では、
前記第2計測工程で計測された前記脳波の各周波数帯域のパワー比率を、第3パワー比率として算出し、
前記第1、第3パワー比率の間で差のRMS(二乗平均平方根)を算出し、
前記第2、第3パワー比率の間で差のRMSを算出し、
前記の2つのRMSの値のうち小さい方の値が得られる側の脳波に割り当てられている
選択意図を、前記対象者の意図であると判別する、
請求項14に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step,
Set a predetermined frequency band in the measured electroencephalogram as the entire frequency band to be analyzed,
For the measured electroencephalogram, a power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the entire frequency band is converted into a plurality of frequency bands that do not overlap each other or a plurality of frequency bands that overlap at least partially. Partition and
Calculate the power value of each of the frequency bands,
A value obtained by dividing the calculated power value of each frequency band by the total frequency power value is a power ratio of each frequency band,
Calculating a first average power ratio and a second average power ratio that are average power ratios of respective frequency bands of the first brain wave and the second brain wave;
In the intention determination step,
Calculating the power ratio of each frequency band of the electroencephalogram measured in the second measurement step as a third power ratio;
Calculating the RMS (root mean square) of the difference between the first and third power ratios;
Calculating the RMS of the difference between the second and third power ratios;
The selection intention assigned to the electroencephalogram on the side where the smaller one of the two RMS values is obtained is determined as the intention of the subject.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 14.
請求項15に記載の脳波による意図推定方法。 In the intention determination step, if the difference between the RMS of the difference between the first and third power ratios and the RMS of the difference between the second and third power ratios is less than a predetermined set value, the target Put the intention determination of the person on hold,
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 15.
前記第2の状態は、前記対象者が想起できる所定の事項を想起している想起状態である、
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 The first state is a state of rest of the subject,
The second state is a recall state that recalls a predetermined matter that the subject can recall.
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 1.
前記第1、第2計測工程では、前記最適計測部位の1箇所で脳波の計測を行う、
請求項17に記載の脳波による意図推定方法。 In the plurality of measurement sites on the subject's head, the first brain wave and the second brain wave are measured in the rest state and the recall state, respectively, and the measurement site having the largest degree of separation is determined as the optimum measurement site. Select as
In the first and second measurement steps, an electroencephalogram is measured at one of the optimal measurement sites.
The intent estimation method by an electroencephalogram according to claim 17.
前記第2の状態において計測される脳波として、当該第2の状態の候補である複数の候補の状態を前記対象者に作って貰ったときに計測される脳波をそれぞれ取得し、
前記設定工程では、
前記第2の状態を、複数の候補のうち、前記安静の状態で計測される脳波とのかい離度合が最も大きくなる脳波が得られる状態に設定する、
請求項17に記載の脳波による意図推定方法。 In the first measurement step,
As the electroencephalograms measured in the second state, each of the electroencephalograms measured when the subject is made with a plurality of candidate states that are candidates for the second state are obtained,
In the setting step,
The second state is set to a state in which an electroencephalogram having the largest degree of separation from the electroencephalogram measured in the resting state is obtained among a plurality of candidates.
The intent estimation method by an electroencephalogram according to claim 17.
前記対象者について前記複数の候補の状態のうち、過去において最も多く前記第2の状態に設定された候補を暫定候補として選択し、
前記暫定候補の状態を前記対象者に作って貰ったときに計測される脳波を取得し、
前記設定工程では、
計測された脳波を、前記第1の状態である安静の状態で計測される脳波と比較して、所定の適合基準を満たす場合には前記暫定候補を前記第2の状態として設定する、
請求項19に記載の脳波による意図推定方法。 In the first measurement step,
Of the plurality of candidate states for the target person, select the candidate set to the second state most frequently in the past as a provisional candidate,
Obtain an electroencephalogram that is measured when the subject is made up with the status of the provisional candidate,
In the setting step,
Comparing the measured electroencephalogram with an electroencephalogram measured in a resting state, which is the first state, and setting the provisional candidate as the second state when satisfying a predetermined fitness criterion;
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 19.
計測された前記脳波のそれぞれについて、
周波数帯域がθ波(4〜8Hz)を含まない帯域を用いる、
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step and the intention determination step,
For each of the measured electroencephalograms,
The frequency band uses a band that does not include θ waves (4 to 8 Hz).
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 1.
当該全周波数帯域に含まれる脳波成分を対象として前記設定工程および前記意図判別工程を行う
請求項17に記載の脳波による意図推定方法。 Set a predetermined frequency band in the measured electroencephalogram to all frequency bands to be analyzed,
The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 17, wherein the setting step and the intention determination step are performed on an electroencephalogram component included in the entire frequency band.
前記3つの周波数帯域のそれぞれのパワー値および前記全周波数帯域の全周波数パワー
値に基づき、前記設定工程および前記意図判別工程を行う、
請求項22に記載の脳波による意図推定方法。 For each of the measured electroencephalograms, a power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) for all the frequency bands, a plurality of frequency bands that do not overlap each other or three frequencies at least partially overlapping Partition into bands,
Based on the respective power values of the three frequency bands and the total frequency power values of the all frequency bands, the setting step and the intention determination step are performed.
23. The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 22.
計測された前記脳波における所定の周波数帯域を解析対象の全周波数帯域に設定し、
計測された前記脳波のそれぞれについて、前記全周波数帯域を対象としてFFT(高速フーリエ変換)を行って得たパワースペクトルを、相互に重複の無い複数の周波数帯域あるいは少なくとも一部が重複する複数の周波数帯域に区画し、
前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を算出し、
算出した前記周波数帯域のそれぞれのパワー値を、前記全周波数帯域の全周波数パワー値で除算した値を、各周波数帯域のパワー比率とし、
前記第1の状態である安静の状態で計測された脳波についての各周波数帯域のパワー比率と、前記第2の状態の各候補のそれぞれの状態において計測された脳波についての各周波数帯域のパワー比率との差のRMS(二乗平均平方根)であるRMSrest_iを算出し、
最も大きな値のRMSが得られる前記第2の状態の候補を意図maxとすると、当該意図maxを前記第2の状態に設定する請求項19に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step,
Set a predetermined frequency band in the measured electroencephalogram to all frequency bands to be analyzed,
For each of the measured electroencephalograms, a power spectrum obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the entire frequency band, a plurality of frequency bands that do not overlap each other, or a plurality of frequencies that at least partially overlap each other. Partition into bands,
Calculate the power value of each of the frequency bands,
A value obtained by dividing the calculated power value of each frequency band by the total frequency power value of the entire frequency band is a power ratio of each frequency band,
The power ratio of each frequency band for the electroencephalogram measured in a resting state that is the first state, and the power ratio of each frequency band for the electroencephalogram measured in each state of each candidate of the second state RMSrest_i, which is the RMS (root mean square) of the difference between
20. The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 19, wherein the intention max is set to the second state when the candidate of the second state in which the RMS having the largest value is obtained is the intention max.
前記第1の状態である安静の状態と前記意図maxの状態のそれぞれを、前記対象者に複数回作らせて、それぞれの状態における脳波を計測し、
複数回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均パターンTnoと当該パワー比率のSD(標準偏差)の平均値SDrest_aveを算出し、
複数回の前記意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均パターンTyesと当該パワー比率のSDの平均値SDmax_aveを算出し、
複数回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率のSD(標準偏差)および複数回の前記意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率のSDの全平均値SDall_aveを算出し、
複数回の安静の状態で計測された脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率の平均値と、複数回の意図maxの状態で計測された脳波のそれぞれについての各周波数帯域のパワー比率の平均値との差のRMS(二乗平均平方根)であるRMSrest_maxを算出し、
SDrest_aveが予め定めた第1しきい値TH1より小さく、SDmax_aveが予め定めた第2しきい値TH2より小さく、かつ、SDall_aveに対するRMSrest_maxの比が予め定めた第3しきい値TH3より大きい場合に、前記意図maxを第2の状態に設定し、
前記の平均パターンTnoを第1の状態である安静の状態を表す教師信号として記憶保持し、前記の平均パターンTyesを前記第2の状態である前記意図maxの状態を表す教師信号として記憶保持する請求項24に記載の脳波による意図推定方法。 In the setting step,
Each of the state of the first state and the state of the intention max is caused to be made multiple times by the subject, and an electroencephalogram in each state is measured,
An average pattern Tno of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a plurality of rest states and an average value SDrest_ave of the SD (standard deviation) of the power ratio,
An average pattern Ties of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in the state of the intention max a plurality of times and an average value SDmax_ave of SD of the power ratio;
SD (standard deviation) of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a plurality of resting states and the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a plurality of states of the intention max. Calculate the total average value SDall_ave of SD,
The average value of the power ratio of each frequency band in each of the electroencephalograms measured in a plurality of rest states and the average value of the power ratio in each frequency band for each of the electroencephalograms measured in a plurality of states of intention max. RMSrest_max, which is the RMS (root mean square) difference of
When SDrest_ave is smaller than a predetermined first threshold value TH1, SDmax_ave is smaller than a predetermined second threshold value TH2, and the ratio of RMSrest_max to SDall_ave is larger than a predetermined third threshold value TH3, Setting the intention max to the second state;
The average pattern Tno is stored and held as a teacher signal representing a rest state that is the first state, and the average pattern Ties is stored and held as a teacher signal that represents the state of the intention max that is the second state. The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 24.
前記第3しきい値TH3として、2.0あるいはそれよりも大きな値を採用する請求項25に記載の脳波による意図推定方法。 As the first and second threshold values TH1 and TH2, a value of 0.05 or smaller is adopted,
26. The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 25, wherein the third threshold TH3 is 2.0 or larger.
前記意図判別工程では、
前記サンプリング周期、もしくは、別途定めた周期毎に、計測された前記脳波における
前記全周波数帯域を対象としてFFT(高速フーリエ変換)を行って、当該脳波のそれぞれにおける各周波数帯域のパワー比率を算出し、
当該パワー比率と、教師信号である前記平均パターンTnoおよび前記平均パターンTyesのそれぞれとの差のRMSであるRMSno_iおよびRMSyes_i(二乗平均平方根)を算出し、
前記RMSno_iが予め定めた第4しきい値TH4よりも小さい場合には、前記対象者の選択意図が前記第1の状態に割り当てられた意図であると判断し、
前記RMSyes_iが予め定めた第5しきい値TH5よりも小さい場合には、前記対象者の選択位置が前記第2の状態に割り当てられた意図であると判断する、
請求項25に記載の脳波による意図推定方法。 In the second measurement step, the brain wave of the subject is measured at a predetermined sampling period,
In the intention determination step,
The FFT (Fast Fourier Transform) is performed on the entire frequency band in the measured brain wave for each sampling period or separately determined period, and the power ratio of each frequency band in each of the brain wave is calculated. ,
RMSno_i and RMSyes_i (root mean square) that are RMS of the difference between the power ratio and the average pattern Tno and the average pattern Ties that are teacher signals,
If the RMSno_i is smaller than a predetermined fourth threshold TH4, it is determined that the selection intention of the subject is an intention assigned to the first state;
If the RMSyes_i is smaller than a predetermined fifth threshold TH5, it is determined that the selection position of the subject is an intention assigned to the second state;
The intention estimation method by an electroencephalogram according to claim 25.
請求項27に記載の脳波による意図推定方法。 Even if the second measurement step and the intention determination step are repeated over a predetermined time, the RMSno_i does not become smaller than a predetermined fourth threshold value, and the RMSyes_i is a predetermined fifth value. 28. The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 27, wherein the intention determination is terminated because the intention determination is impossible if the threshold value is not smaller than the threshold value.
連続計測された脳波に基づき前記対象者の活動状態の期間を判別し、
前記活動状態の期間において、前記第1計測工程、前記設定工程、前記第2計測工程および前記意図判別工程を行う
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 Continuously measure the subject's brain waves,
Determine the period of activity of the subject based on continuously measured brain waves,
The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 1, wherein the first measurement step, the setting step, the second measurement step, and the intention determination step are performed in the period of the active state.
請求項30に記載の脳波による意図推定方法。 Applying an external stimulus to the subject every day at a fixed time to arrange the circadian rhythm of the subject, and after determining that the subject is in an active state based on the continuously measured brain waves, The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 30, wherein the intention estimation is performed.
前記設定工程では、前記第1の状態および当該第1の状態で計測された第1脳波および第1生理指標を含む第1生理情報を、前記対象者が選択意図の一方を選択する場合の状態および生理状態であると設定し、前記第2の状態および当該第2の状態で計測された第2脳波および第2生理指標を含む第2生理情報を、前記対象者が前記選択意図の他方を選択する場合の状態および生理状態であると設定し、
前記第2計測工程では、前記第1の状態および前記第2の状態のいずれかを作って貰ったときに計測される当該対象者の脳波および前記生理指標を取得し、
前記意図判別工程では、前記第2計測工程で計測された前記脳波および前記生理指標を含む生理情報を、前記第1生理情報および前記第2生理情報と比較して、前記対象者の前記質問に対する選択意図を判別する
請求項1に記載の脳波による意図推定方法。 In the first measurement step, in each of the first and second states, together with the subject's brain waves, one or more types of physiological indices other than brain waves are measured as auxiliary indices for intention determination,
In the setting step, the state in which the subject selects one of the selection intentions of the first physiological information including the first brain wave and the first physiological index measured in the first state and the first state. And the second physiological information including the second brain wave and the second physiological index measured in the second state and the second physiological index, the target person selects the other of the selection intentions. Set it to be the state and physiological state to select,
In the second measurement step, the subject's brain wave and the physiological index that are measured when the first state and the second state are made and struck are obtained,
In the intention determination step, the physiological information including the electroencephalogram and the physiological index measured in the second measurement step are compared with the first physiological information and the second physiological information, and the question of the subject is answered. The intention estimation method using an electroencephalogram according to claim 1, wherein the intention of selection is determined.
記設定工程、前記第2計測工程および前記意図判別工程を実行する第1計測部、設定部、第2計測部および意図判別部として機能するコンピュータと、
前記コンピュータに接続され、意図が推定される対象者の脳波を計測する脳波計と、
前記コンピュータに接続され、前記第1計測部、前記設定部、前記第2計測部および前記意図判別部の動作状態を表示する表示装置と、
前記コンピュータに接続され、前記コンピュータに入力指示を与える入力装置と、
を有していることを特徴とする意図推定装置。 A first measurement unit, a setting unit, and a second measurement unit that execute the first measurement step, the setting step, the second measurement step, and the intention determination step by executing the intention estimation program according to claim 33. And a computer functioning as an intention determination unit;
An electroencephalograph connected to the computer and measuring an electroencephalogram of a subject whose intention is estimated;
A display device connected to the computer and displaying operation states of the first measurement unit, the setting unit, the second measurement unit, and the intention determination unit;
An input device connected to the computer for giving an input instruction to the computer;
The intention estimation apparatus characterized by having.
前記コンピュータに接続され、意図が推定される対象者の脳波を計測する脳波計と、
前記コンピュータに接続され、前記第1計測部および前記設定部の動作状態を表示する表示装置と、
前記コンピュータに接続され、前記コンピュータに入力指示を与える入力装置と、
を有していることを特徴とする意図推定用脳波の設定装置。 A computer functioning as a first measurement unit and a setting unit for executing the first measurement step and the setting step by executing the program for setting an electroencephalogram for intention estimation according to claim 35;
An electroencephalograph connected to the computer and measuring an electroencephalogram of a subject whose intention is estimated;
A display device connected to the computer and displaying operation states of the first measurement unit and the setting unit;
An input device connected to the computer for giving an input instruction to the computer;
A device for setting an electroencephalogram for intention estimation, comprising:
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