JP2016118575A - Device, system, program and method capable of estimating intracerebral intellectual activity state - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ユーザの脳波を解析し、当該ユーザの精神活動の状態を推定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for analyzing a brain wave of a user and estimating a state of mental activity of the user.
ユーザの精神活動状態、例えば特定の感情が生じた状態や、考察中といった脳内での知的な活動の状態は、それが的確に把握されてサービス内容に適切に反映されれば、より良好なサービスを当該ユーザへ提供することを可能にする重要な情報となる。 The state of mental activity of the user, such as the state of specific emotions or the state of intellectual activity in the brain such as being considered, is better if it is accurately grasped and appropriately reflected in the service content. This is important information that makes it possible to provide such a service to the user.
このような精神活動のうちユーザの感情を推定する技術として、例えば特許文献1には、撮影した顔表情の画像から感情を推定し、さらに、バイオセンサで得られた生体情報からも感情を推定し、重み付け係数を用いてこれらの推定結果を組み合わせて調整感情推定結果を算出する技術が開示されている。ここで、生体情報としては、脳波や心拍数の情報が使用される。また、この技術では、音声認識を拡張した音響技術を用いて取得したユーザの音声から感情を推定し、この推定結果を更に加味して調整感情推定結果を算出する方法も採用可能となっている。
As a technique for estimating a user's emotion among such mental activities, for example, in
さらに、非特許文献1には、隠れマルコフモデル等の機械学習で使用されるモデルを採用し、脳波の測定結果から比較的単純で基本的な感情を推定する技術が開示されている。具体的には、肯定的な感情や否定的な感情、又は対応するアルファ波やベータ波等の脳波種別を推定する技術が提案されている。
Further, Non-Patent
さらにまた、感情推定技術として、特許文献2には、心拍や血圧といった生体情報に基づいて感情の度合いを示す感情パラメータを算出し、この感情パラメータを、加減算可能な1次元の感情貨幣に変換して時間や体験内容等の項目で分類し、把握し易い形で表示する技術が開示されている。 Furthermore, as an emotion estimation technique, Patent Document 2 calculates an emotion parameter indicating the degree of emotion based on biological information such as heart rate and blood pressure, and converts the emotion parameter into a one-dimensional emotion currency that can be added and subtracted. A technique for classifying items according to items such as time and experience contents and displaying them in a form that is easy to grasp is disclosed.
しかしながら、以上に述べたような従来技術では、より複雑な感情や精神過程に関連する脳内での知的な活動の状態、例えば、「理解した」や「考察中」といった状態を推定することは困難である。 However, with the prior art described above, it is possible to estimate the state of intellectual activity in the brain related to more complex emotions and mental processes, for example, “understood” or “under consideration”. It is difficult.
実際、特許文献1、特許文献2及び非特許文献1に記載されたような従来技術では、顔表情や音声、さらには脳波を含む生体情報といった比較的短時間での取得情報を用いて感情推定が行われる。また、感情推定結果の利用目的に応じて推定すべき感情の種別を予め設定しておき、ユーザの状態がいずれの感情種別に属するかを判定している。例えば、自動車運転向けの感情推定では、注意力が散漫した状態、眠い状態や、緊張した状態等が判別対象となり、これらよりもさらに複雑な感情を推定するには限界がある。その結果、推定される感情の種別は、喜怒哀楽、注意力の有無、困惑の有無、ストレスの多少、眠い状態か否かといった、体調に関連するものを含む基本的な感情に係るものとなってしまう。
Actually, in the prior arts described in
この点、特許文献1に記載された技術では、複数の情報源から取得された情報を用いて感情推定を行うことによって、推定精度を高めようとしてはいるものの、やはり、より複雑な感情の内容や、脳内での知的な活動の状態まで推定することは困難である。
In this regard, although the technique described in
また、特許文献2及び非特許文献1に記載された技術では、感情の時間経過を記録することができるが、単にこのような感情推移の記録をもってしても、例えば「一生懸命に考察中」であるか否かの推定までは行えるものではない。
In addition, with the techniques described in Patent Document 2 and
ここで、例えば、教育用として生徒に利用される教育サービス提供装置を想定してみる。この装置によって、各生徒の学習状態に適した教材や問題を提供しようとした際、生徒の持つ基本的な感情に加えて、「理解した」、「考察中」、「分からない」といった学習に関連した脳内での知的活動状態を把握することは、非常に重要となる。即ち、このような脳内知的活動状態は、基本的な感情よりもさらに複雑な精神過程に関わっている場合が多く、これを推定することによって初めて生徒の状態をより詳細に把握することができるのである。例えば、生徒の現在の脳内知的活動状態に合わせて、質問を変えたり、別の教材や問題を提示したり、ヒントを選んで与えたりすることも可能となる。 Here, for example, assume an education service providing apparatus used by students for education. With this device, when trying to provide teaching materials and problems suitable for each student's learning status, in addition to the basic emotions of the students, learning such as “understood”, “under consideration”, “not sure” It is very important to understand the state of intellectual activity in the brain. In other words, such intellectual activity states in the brain are often associated with more complex mental processes than basic emotions, and it is only possible to grasp the student's state in more detail by estimating this state. It can be done. For example, according to the current state of intellectual activity of the brain, it is possible to change the question, present another teaching material or problem, or select a hint to give.
この教育サービス提供装置の例のように、ユーザが何らかのインタフェース装置を用いて活動している状況において、このユーザの脳内における知的な活動の状態を把握することは、提供するサービスの質を向上させる観点から非常に有用である。しかしながら、特許文献1、特許文献2及び非特許文献1に記載されたような従来技術では、そのような状態の把握は非常に困難である。
As in this example of the educational service providing device, in the situation where the user is active using some kind of interface device, grasping the state of the intellectual activity in the user's brain is the quality of the provided service. It is very useful from the viewpoint of improvement. However, in the prior art as described in
そこで、本発明は、インタフェース装置を用いて活動しているユーザの脳内知的活動状態を推定可能な装置、システム、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus, a system, a program, and a method that can estimate an intellectual activity state in a brain of a user who is active using an interface apparatus.
本発明によれば、ユーザとの間で知的活動に係る情報を入力及び/又は出力し当該知的活動に係る情報を処理可能なインタフェース装置に接続される脳内知的活動推定装置であって、
当該ユーザの脳波データを取得し、当該脳波データから脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成する脳波解析手段と、
当該脳波に係る情報の経時データと、脳内知的活動の解釈ラベルとを予め対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された当該脳波解析ログから解釈ラベル候補を決定する脳波解釈手段と、
インタフェース装置における当該知的活動に係る情報の処理状況に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の状態ラベルから状態ラベル候補を決定する活動状況把握手段と、
決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベルの内容を、当該ユーザの脳内知的活動状態に決定する知的活動決定手段と
を有する脳内知的活動推定装置が提供される。
According to the present invention, there is provided an intracerebral intellectual activity estimation device connected to an interface device capable of inputting and / or outputting information related to intellectual activity with a user and processing the information related to the intellectual activity. And
An electroencephalogram analysis means for acquiring the electroencephalogram data of the user and generating an electroencephalogram analysis log in which information relating to the electroencephalogram is recorded in time series from the electroencephalogram data;
An electroencephalogram interpretation means for determining interpretation label candidates from the generated electroencephalogram analysis log based on a plurality of interpretation rules in which temporal data of information relating to the electroencephalogram and interpretation labels of brain intellectual activities are associated in advance; ,
An activity status grasping means for determining status label candidates from a plurality of status labels of intellectual activities in the brain set in advance based on the processing status of information related to the intellectual activity in the interface device;
Intellectual activity in the brain having intelligent activity determination means for determining the content of the label common between the determined interpretation label candidate and the determined state label candidate as the brain's intellectual activity state of the user An estimation device is provided.
この本発明の脳内知的活動推定装置における一実施形態として、脳波解析手段は、脳波発生に係る時刻毎に、脳波種別と、当該種別の脳波のレベルとを対応付けた脳波レコードを時系列に並べた脳波解析ログを生成し、
脳波解釈手段は、ある種別及びレベルの脳波を出力する状態をノードとし、当該状態間の遷移をブランチとした経時データで表現された出力パターンを、当該脳波解析ログから抽出した際、当該経時データに予め対応付けられた解釈ラベルを解釈ラベル候補に決定することも好ましい。
As one embodiment of the brain intellectual activity estimation apparatus according to the present invention, the electroencephalogram analysis means provides a time series of electroencephalogram records in which an electroencephalogram type is associated with an electroencephalogram level of the type for each time related to electroencephalogram generation. Generate an EEG analysis log arranged in
The electroencephalogram interpretation means extracts the output pattern represented by the time-lapse data with the state that outputs the electroencephalogram of a certain type and level as a node and the transition between the states as a branch from the electroencephalogram analysis log. It is also preferable to determine an interpretation label associated in advance as an interpretation label candidate.
また、インタフェース装置は、当該ユーザが処理すべき課題又は提案情報を出力し、当該課題又は提案情報に対する当該ユーザによる反応又は応答情報を入力することが可能であり、
活動状況把握手段は、当該課題又は提案情報の出力状況と、当該反応又は応答情報の入力状況との想定される組合せ毎に予め状態ラベルを対応付けた活動状況把握テーブルを用いて、状態ラベル候補を決定することも好ましい。
Further, the interface device can output the task or proposal information to be processed by the user, and can input reaction or response information by the user with respect to the task or proposal information,
The activity status grasping means uses an activity status grasping table in which a status label is associated in advance for each possible combination of the output status of the subject or proposal information and the input status of the response or response information. It is also preferable to determine.
さらに、以上に述べた解釈ラベル及び状態ラベルの各々として、考察中である旨を示すラベル、考察が終了した旨を示すラベル、理解した旨を示すラベル、及び理解していない旨を示すラベルのうちの少なくとも1つ又は全てが採用されることも好ましい。 In addition, each of the interpretation label and status label described above includes a label indicating that the consideration is in progress, a label indicating that the consideration has been completed, a label indicating that the understanding is completed, and a label indicating that the understanding is not achieved. It is also preferred that at least one or all of them are employed.
また、本発明の脳内知的活動推定装置における他の実施形態として、知的活動決定手段が当該ユーザの脳内知的活動状態を、理解した旨を示すラベルの内容に決定した場合、インタフェース装置に対し、出力された課題又は提案情報の次のステップに相当する課題又は提案情報を出力する指示を行い、一方、知的活動決定手段が当該ユーザの脳内知的活動状態を、理解していない旨を示すラベルの内容に決定した場合、インタフェース装置に対し、出力された課題又は提案情報の内容を理解させるための情報を出力する指示を行うコンテンツ指示手段が更に設けられていることも好ましい。 As another embodiment of the brain intellectual activity estimation device of the present invention, when the intellectual activity determination means determines the content of the label indicating that the user has understood the intellectual activity state in the brain, the interface The device is instructed to output a task or proposal information corresponding to the next step of the output task or proposal information, while the intellectual activity determining means understands the intellectual activity state in the user's brain. If it is determined that the content of the label indicates that it is not, content instruction means for instructing the interface device to output information for allowing the interface device to understand the content of the output problem or proposal information may be further provided. preferable.
さらに、本発明の脳内知的活動推定装置での脳波解釈について、複数の解釈ルールの少なくとも1つは、所定閾値以上のレベルを有するハイガンマ波又はローガンマ波を出力する状態から、所定閾値以上のレベルを有するローベータ波を出力する状態への遷移を含む経時データと、理解した旨を示す解釈ラベルとを対応付けており、
脳波解釈手段は、上記のローベータ波を出力する状態への遷移を含む経時データで表現された出力パターンを、当該脳波解析ログから抽出した際、少なくとも当該理解した旨を示す解釈ラベルを解釈ラベル候補に決定することも好ましい。
Further, regarding the electroencephalogram interpretation in the brain intellectual activity estimation apparatus of the present invention, at least one of the plurality of interpretation rules is based on a state in which a high gamma wave or a low gamma wave having a level equal to or higher than a predetermined threshold is output. Corresponding temporal data including transition to a state that outputs a low beta wave having a level and an interpretation label indicating that it is understood,
The electroencephalogram interpretation means extracts at least an interpretation label indicating the understanding when the output pattern expressed by the temporal data including the transition to the state of outputting the above-described beta wave is extracted from the electroencephalogram analysis log. It is also preferable to determine to.
本発明によれば、また、以上に述べた脳内知的活動推定装置と、教育に係る問題情報を出力し、当該問題情報に対する当該ユーザによる回答情報を入力することが可能な少なくとも1つのインタフェース装置と、当該インタフェース装置を使用するユーザ毎に装着される脳波測定器とを含む教育システムであって、
上記の脳内知的活動推定装置は、出力された問題情報及び/又は入力された回答情報に対応して知的活動決定手段が決定した当該ユーザの脳内知的活動状態を、当該問題情報及び/又は回答情報に対応付けて記録し管理する学習進捗管理手段を更に有する
ことを特徴する教育システムが提供される。
According to the present invention, the brain intellectual activity estimation apparatus described above and at least one interface capable of outputting problem information related to education and inputting response information by the user for the problem information An educational system including a device and an electroencephalograph attached to each user using the interface device,
The above brain intellectual activity estimation device is configured to determine the state of intellectual activity of the user's brain determined by the intellectual activity determination means corresponding to the output problem information and / or the input answer information. And / or an educational system characterized by further comprising learning progress management means for recording and managing the information in association with the answer information.
本発明によれば、さらに、ユーザとの間で知的活動に係る情報を入力及び/又は出力し当該知的活動に係る情報を処理可能なインタフェース装置に接続される装置に搭載されたコンピュータを機能させる脳内知的活動推定プログラムであって、
当該ユーザの脳波データを取得し、当該脳波データから脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成する脳波解析手段と、
当該脳波に係る情報の経時データと、脳内知的活動の解釈ラベルとを予め対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された当該脳波解析ログから解釈ラベル候補を決定する脳波解釈手段と、
インタフェース装置における当該知的活動に係る情報の処理状況に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の状態ラベルから状態ラベル候補を決定する活動状況把握手段と、
決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベルの内容を、当該ユーザの脳内知的活動状態に決定する知的活動決定手段と
してコンピュータを機能させる脳内知的活動推定プログラムが提供される。
According to the present invention, there is further provided a computer mounted on a device connected to an interface device capable of inputting and / or outputting information relating to intellectual activities with a user and processing the information relating to the intellectual activities. A program for estimating intellectual activity in the brain,
An electroencephalogram analysis means for acquiring the electroencephalogram data of the user and generating an electroencephalogram analysis log in which information relating to the electroencephalogram is recorded in time series from the electroencephalogram data;
An electroencephalogram interpretation means for determining interpretation label candidates from the generated electroencephalogram analysis log based on a plurality of interpretation rules in which temporal data of information relating to the electroencephalogram and interpretation labels of brain intellectual activities are associated in advance; ,
An activity status grasping means for determining status label candidates from a plurality of status labels of intellectual activities in the brain set in advance based on the processing status of information related to the intellectual activity in the interface device;
Brain intelligence that causes the computer to function as an intellectual activity determination means that determines the content of the label common between the determined interpretation label candidate and the determined state label candidate as the intellectual activity state of the user's brain. Activity estimation program is provided.
本発明によれば、さらにまた、ユーザとの間で知的活動に係る情報を入力及び/又は出力し当該知的活動に係る情報を処理可能なインタフェース装置を用いて、当該ユーザの脳内知的活動を推定する方法であって、
当該ユーザの脳波データを取得し、当該脳波データから脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成する第1のステップと、
当該脳波に係る情報の経時データと、脳内知的活動の解釈ラベルとを予め対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された当該脳波解析ログから解釈ラベル候補を決定する第2のステップと、
インタフェース装置における当該知的活動に係る情報の処理状況に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の状態ラベルから状態ラベル候補を決定する第3のステップと、
決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベルの内容を、当該ユーザの脳内知的活動状態に決定する第4のステップと
を有する脳内知的活動推定方法が提供される。
According to the present invention, furthermore, using the interface device capable of inputting and / or outputting information related to the intellectual activity with the user and processing the information related to the intellectual activity, the brain knowledge of the user can be obtained. A method of estimating social activity,
A first step of acquiring electroencephalogram data of the user and generating an electroencephalogram analysis log in which information relating to the electroencephalogram is recorded in time series from the electroencephalogram data;
Second step of determining interpretation label candidates from the generated electroencephalogram analysis log based on a plurality of interpretation rules in which temporal data of information relating to the electroencephalogram and interpretation labels of brain intellectual activities are associated in advance When,
A third step of determining a state label candidate from a plurality of preset state labels of intellectual activities in the brain, based on the processing status of information related to the intellectual activity in the interface device;
Intracerebral intellectual activity estimation comprising: a fourth step of determining the content of a label common between the determined interpretation label candidate and the determined state label candidate as the intellectual activity state of the user in the brain A method is provided.
本発明の脳内知的活動推定装置、システム、プログラム及び方法によれば、インタフェース装置を用いて活動しているユーザの脳内知的活動状態を推定することができる。 According to the brain intellectual activity estimation apparatus, system, program, and method of the present invention, it is possible to estimate the brain intellectual activity state of a user who is active using an interface device.
以下では、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[教育サービス提供装置]
図1は、本発明による脳内知的活動推定装置11を含む教育サービス提供装置1の一実施形態を示す模式図である。
[Education service provision device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an education
本実施形態において、教育サービス提供装置1は、ユーザに対し、例えばE−ラーニング形式で授業コンテンツや演習問題を提示し、その回答を受け付けて採点をし、その結果に基づいて学習を進めていくといった教育サービスを提供する装置である。教育サービス提供装置1は、
(a)ユーザとの間で知的活動(本実施形態では学習)に係る情報を入出力可能な入出力インタフェースを有し、当該知的活動に係る情報を処理可能なインタフェース装置12と、
(b)インタフェース装置12に接続されており、インタフェース装置12(教育サービス提供装置1)を使用するユーザの脳内における知的活動の状態を推定可能な脳内知的活動推定装置11と
を有している。尚、この教育サービス提供装置1は、教育サービス提供用のアプリケーション・プログラムを搭載したパーソナル・コンピュータ(PC)、スマートフォン、又はタブレット型コンピュータ等とすることができる。
In the present embodiment, the education
(A) an
(B) a brain intellectual
インタフェース装置12の入出力インタフェースは、授業・教材内容や演習問題等を表示するディスプレイや、それらについての情報を音声で伝えるスピーカ、さらにはユーザによる回答の入力を受け付けるキーボードやマウス、また、音声としての回答を受け付けるマイクのうちの少なくとも1つ又はその全てとすることができる。または、学習に係る情報を入出力可能なタッチパネル・ディスプレイであってもよい。
The input / output interface of the
一方、脳内知的活動推定装置11は、教育サービス提供装置1を使用するユーザに装着され当該ユーザの脳波を測定可能な脳波測定器13から、測定された脳波データを含む脳波測定情報を受信可能な無線又は有線用の通信インタフェースを有している。
On the other hand, the brain intellectual
本発明によれば、この脳内知的活動推定装置11は、
(A−1)ユーザの脳波データを取得して、この脳波データから脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成し、
(A−2)脳波に係る情報の「経時データ」と、脳内知的活動の「解釈ラベル」とを予め対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された脳波解析ログから「解釈ラベル」候補を決定し、さらに、
(B)インタフェース装置12における知的活動に係る情報の「処理状況」に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の「状態ラベル」から「状態ラベル」候補を決定し、
その上で、
(C)決定された「解釈ラベル」候補と、決定された「状態ラベル」候補との間で共通するラベルの内容を、ユーザの「脳内知的活動状態」に決定する
という特徴を有している。
According to the present invention, the brain intellectual
(A-1) Obtaining user's brain wave data, generating an electroencephalogram analysis log in which information related to the brain wave is recorded in time series from the brain wave data,
(A-2) “Interpretation label” from the generated electroencephalogram analysis log based on a plurality of interpretation rules in which “time data” of information relating to electroencephalogram and “interpretation label” of brain intellectual activity are associated in advance "Determine the candidate,
(B) Based on the “processing status” of the information relating to the intellectual activity in the
Moreover,
(C) The content of the label common between the determined “interpretation label” candidate and the determined “state label” candidate is determined as the “intellectual activity state in the brain” of the user ing.
このように、脳内知的活動推定装置11では、従来感情推定に使用されてきた脳波データだけでなく、インタフェース装置12での知的活動情報の「処理状況」をも勘案してユーザの脳内状態を推定する。これにより、従来測定されてきた基本的な感情よりもさらに複雑な精神過程に関連する「脳内知的活動状態」を推定することが可能となっているのである。
As described above, the brain intellectual
ここで、「脳内知的活動状態」とは、例えば、ユーザが知的活動を行っている際に示す「理解した」、「考察中」、「熟考中」、「分からない」、「絶好調」、又は「本調子ではない」等の脳内状態を指す。このような状態は、基本的な感情よりもさらに複雑な精神過程によるものであり、単純に脳波種別を判別しただけで推定されるものではない。例えば、カンマ波が継続して測定されている場合であっても、このことから被験ユーザは単にイライラしている、と断定することはできない。被験ユーザが学習中であれば、このガンマ波は勉強に集中している証拠と捉えることもできる。さらに、このガンマ波の後にアルファ波が測定された場合、被験ユーザはおそらくリラックスしたものと考えられるが、この測定結果だけから、例えば何らかの課題を理解したのか、それとも理解することを諦めたのかを判別することはできない。 Here, “intellectual activity state in the brain” means, for example, “understood”, “under consideration”, “under consideration”, “don't know”, “excellent” ”Or“ not in real condition ”. Such a state is due to a more complex mental process than basic emotions, and is not estimated simply by discriminating the type of electroencephalogram. For example, even if a comma wave is continuously measured, it cannot be determined from this that the subject user is simply frustrated. If the subject user is learning, this gamma wave can be regarded as evidence that they are concentrated on studying. Furthermore, if the alpha wave is measured after this gamma wave, the test user is probably relaxed. It cannot be determined.
このような事情に対し、脳内知的活動推定装置11によれば、そのような複雑な精神過程に係る脳内の知的な活動の状態を、インタフェース装置12での「処理状況」をも勘案することによって推定することができるのである。
In response to such a situation, the brain intellectual
また、1人のユーザの脳内において、複数の互いに異なる「脳内知的活動状態」が同時に生起することは少なくない。例えば、「絶好調」且つ「考察中」であるといった状態は十分に起こり得る。このような状況に対し、脳内知的活動推定装置11では、「経時データ」と「解釈ラベル」とを対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された脳波解析ログから複数の「解釈ラベル」候補を決定することも可能である。また、「処理状況」に基づいて複数の「状態ラベル」候補を決定することも可能である。その結果、上記のように同時に生起する複数の「脳内知的活動状態」を推定することも可能となるのである。
In addition, in a single user's brain, a plurality of different “brain intellectual activity states” often occur simultaneously. For example, a situation such as “good” and “under consideration” can occur sufficiently. In response to such a situation, the brain intellectual
さらに、脳内知的活動推定装置11が「脳内知的活動状態」の推定結果をインタフェース装置12に出力し、インタフェース装置12がこの推定結果に基づいて、次に提示する授業・教材内容や演習問題を決定することも好ましい。または、脳内知的活動推定装置11自体が、「脳内知的活動状態」の推定結果に基づいて、次に提示する授業・教材内容や演習問題を決定し、コンテンツ指示をインタフェース装置12に出力してもよい。これにより、教育サービス提供装置1は、ユーザに対し、当該ユーザの状態に適した質の高い教育サービスを適宜、提供することが可能となる。
Further, the brain intellectual
[教育システム]
図2は、本発明による脳内知的活動推定装置21を含む教育システム2の一実施形態を示す模式図である。
[Education system]
FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of the education system 2 including the brain intellectual
図2によれば、教育システム2は、
(a)教育に係る問題情報を出力し、この問題情報に対するユーザによる回答情報を入力することが可能な少なくとも1つの(図2では複数の)インタフェース装置22と、
(b)インタフェース装置22を使用するユーザ毎に装着され、脳波測定データをインタフェース装置22に送信可能な脳波測定器23と、
(c)脳内知的活動推定装置21と
を有している。
According to FIG. 2, the education system 2
(A) at least one (a plurality of in FIG. 2)
(B) an
(C) It has a brain intellectual
このうち、インタフェース装置22は、図1に示したインタフェース装置12と同様の情報処理機能と入出力インタフェースとを備えており、さらに、ネットワークを介して脳内知的活動推定装置21と通信するための通信インタフェースを有している。ここで、このネットワークを介してインタフェース装置22から脳内知的活動推定装置21宛てに、装置22での処理状況に係る情報のみならず、脳波測定データも送信される。尚、インタフェース装置22は、教育サービス提供用のアプリケーション・プログラムを搭載したPC、スマートフォン、又はタブレット型コンピュータ等であってもよい。
Of these, the
また、このネットワークは、インターネット及び種々のアクセスネットワーク、例えば光ファイバ網若しくはADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)等の固定系ネットワーク、または、Wi-Fi(登録商標)等の無線LAN(Local Area Network)、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)、LTE(Long Term Evolution)若しくは3G(3rd Generation)等の無線系ネットワークとすることができる。この場合、脳内知的活動推定装置21は、通信事業者が管理するアクセスネットワーク内に又はインターネット上に設置されたサーバとしてもよい。または、このネットワークは、学校や企業等の内部に設けられたプライベート・ネットワークであってもよい。
In addition, this network is the Internet and various access networks, for example, a fixed network such as an optical fiber network or ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a wireless LAN (Local Area Network) such as Wi-Fi (registered trademark), A wireless network such as WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Term Evolution), or 3G (3rd Generation) can be used. In this case, the brain intellectual
また、脳内知的活動推定装置21は、図1に示した脳内知的活動推定装置11と同様の脳内知的活動状態の推定機能を備えており、さらに、上記のネットワークを介してインタフェース装置22と通信するための通信インタフェースを有している。また、脳内知的活動推定装置21は、脳内知的活動状態の推定処理を実行する知的活動決定部217から、推定結果である脳内知的活動状態を入力し、ユーザによる学習状況を管理する学習進捗管理部219を更に有することも好ましい。
In addition, the brain intellectual
この学習進捗管理部219は、インタフェース装置22から受信した処理状況に基づき、同装置22で出力された問題情報及び/又は入力された回答情報に対応して決定され入力された脳内知的活動状態を、この問題情報及び/又は回答情報に対応付けて記録し管理する。これにより、脳内知的活動推定装置21は、提示された問題毎や返された解答毎に、インタフェース装置22の各ユーザの理解度や考察の度合い等についての情報を取得することができる。その結果、この取得された情報に基づいて、次に提示する授業・教材内容や演習問題を決定し、コンテンツ指示をインタフェース装置22に出力することも可能となる。
Based on the processing status received from the
例えば、具体的には、多数の生徒(ユーザ)が「理解していない」場合に、E−ラーニングでの授業内容を変更したり、多数の生徒が「考察中」の状態をとらずに諦めている場合、提示する演習問題を変更したり、十分な時間「考察中」の状態をとった後に「理解した」状態に至った場合、提示した問題を、生徒に適した問題であると判断したりすることも可能となる。 For example, when a large number of students (users) do not understand, for example, the contents of lessons in E-learning are changed or many students give up without taking the state of “under consideration”. If you change the exercises to be presented or if you have reached the “understood” state after taking the “under consideration” state for a sufficient amount of time, determine that the presented problem is appropriate for the student. It is also possible to do.
以上に説明したような脳内知的活動推定装置21での推定処理及び管理処理は、ユーザの単純な感情の状態を把握するだけでは適切に実行することができない。本実施形態では、より複雑な精神過程に係る脳内知的活動状態、例えば理解度や考察の度合い、を的確に推定することができるので、各ユーザの学習の進捗状況をも把握し、これにより、例えばユーザに対し適切なフィードバックを行うことも可能となるのである。
The estimation process and the management process in the brain intellectual
[装置構成・脳内知的活動推定処理]
図3は、本発明による脳内知的活動推定装置11及びインタフェース装置12の一実施形態における機能構成を示す機能ブロック図である。
[Equipment configuration / Brain intellectual activity estimation processing]
FIG. 3 is a functional block diagram showing a functional configuration in one embodiment of the brain intellectual
図3によれば、脳内知的活動推定装置11は、脳波測定器13と通信可能な通信インタフェース111と、脳波データ蓄積部112と、脳波解析ログ管理部114と、プロセッサ・メモリとを有する。ここで、プロセッサ・メモリは、教育サービス提供装置1(脳内知的活動推定装置11)に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって、脳内知的活動推定機能を実現させる。
According to FIG. 3, the brain intellectual
さらに、このプロセッサ・メモリは、機能構成部として、脳波解析部113と、脳波解釈部115と、活動状況把握部116と、知的活動決定部117と、コンテンツ指示部118とを有する。
Further, the processor memory includes an
同じく図3によれば、インタフェース装置12は、キーボード121と、マイク122と、ディスプレイ123と、スピーカ124と、コンテンツ管理部125と、情報処理部126とを有する。ここで、情報処理部126は、教育サービス提供装置1(インタフェース装置12)に搭載されたコンピュータ(プロセッサ・メモリ)であり、プログラムを実行することによって情報処理機能を実現させる。
Similarly, according to FIG. 3, the
また、本実施形態では、教育サービス提供装置1の構成要素として、外部ネットワークとの通信インタフェースであるI/F141が設けられている。脳内知的活動推定装置11及び/又はインタフェース装置12は、I/F141を介して外部ネットワークと通信することができる。尚、図3によれは、各機能構成部を矢印で接続した処理の流れは、本発明による脳内知的活動状態を推定する方法の一実施形態としても理解される。
In the present embodiment, an I /
脳波測定器13は、例えば数μV(マイクロボルト)の微弱な脳波の測定を可能にする電極系と脳波測定専用の回路とを備えていてユーザの脳波を測定することができる、ヘッドバンド状、ヘッドフォン状又はグラス状等のウェアラブルデバイスである。脳波測定器13は、さらに、脳波測定データを有線、Bluetooth(登録商標)等の近距離無線通信網、又はWi-Fi(登録商標)等の無線LANを介して脳内知的活動推定装置11の通信インタフェース111に送信可能な通信インタフェースを有することも好ましい。尚、図2に示した脳波測定器23は、脳波測定器13と同様の測定機能を備えているが、脳波測定データを同様の通信手段によってインタフェース装置22に送信する。
The electroencephalograph 13 is equipped with an electrode system that enables measurement of a weak electroencephalogram of, for example, several μV (microvolts) and a circuit dedicated to electroencephalogram measurement, and can measure a user's electroencephalogram. It is a wearable device such as headphones or glasses. The electroencephalogram measuring device 13 further transmits the electroencephalogram measurement data via a wired, near field communication network such as Bluetooth (registered trademark), or via a wireless LAN such as Wi-Fi (registered trademark). It is also preferable to have a communication interface capable of transmitting to the
I/F141は、教育サービス提供装置1の通信インタフェースであるが、脳内知的活動推定装置11及びインタフェース装置12が、無線系又は有線系アクセスネットワーク及びインターネットを介して外部のサーバや端末と通信するのに使用される通信インタフェースである。例えば、知的活動決定部117(脳内知的活動推定装置11)から脳内知的活動状態の推定結果を外部に送信したり、外部から学習コンテンツや教育用プログラムを情報処理部126(インタフェース装置12)にダウンロードしたりするために、I/F141が使用されることも好ましい。
The I /
脳波データ蓄積部112は、脳波測定器13から受信した脳波データを蓄積し、脳波解析部113に適宜、蓄積した脳波データを出力する。
The electroencephalogram
脳波解析部113は、入力したユーザの脳波データから、脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成する。具体的に、脳波解析ログは、脳波発生に係る時刻毎に、脳波種別と、当該種別の脳波のレベルとを対応付けた脳波レコードを時系列に並べたものとすることができる。生成された脳波解析ログは、脳波ログ管理部114に蓄積される。
The
図4は、測定される脳波の種別を示すテーブルである。 FIG. 4 is a table showing the types of electroencephalograms to be measured.
図4によれば、測定される脳波の種別として、デルタ(δ)波、シータ(θ)波、ローアルファ(low-α)波、ハイアルファ(high-α)波、ローベータ(low-β)波、ハイベータ(high-β)波、ローガンマ(low-γ)波、及びハイガンマ(high-γ)波が挙げられており、本実施形態での定義として、それぞれ周波数0.5〜4Hz、4〜8Hz、8〜10Hz、10〜12Hz、12〜20Hz、20〜30Hz、30〜40Hz、及び40〜50Hz(若しくは40Hz以上)に対応した脳波となっている。このように、測定した脳波の周波数を解析することによって脳波種別を特定できる。ここで、サンプリング周波数は例えば10ミリ秒(msec)とすることができる。また、図4のテーブルでは、各脳波種別に対し、当該脳波の発生している状態に対応する基本的感情・情動の種類が対応付けて記載されている。 According to FIG. 4, the types of electroencephalogram to be measured are delta (δ) wave, theta (θ) wave, low alpha (low-α) wave, high alpha (high-α) wave, low beta (low-β). Wave, high beta (high-β) wave, low gamma (low-γ) wave, and high gamma (high-γ) wave, and the definitions in the present embodiment are frequencies of 0.5 to 4 Hz, 4 to 8 Hz, respectively. The brain waves correspond to 8 to 10 Hz, 10 to 12 Hz, 12 to 20 Hz, 20 to 30 Hz, 30 to 40 Hz, and 40 to 50 Hz (or 40 Hz or more). In this way, the type of electroencephalogram can be identified by analyzing the frequency of the measured electroencephalogram. Here, the sampling frequency can be set to, for example, 10 milliseconds (msec). In the table of FIG. 4, for each type of electroencephalogram, the types of basic emotions and emotions corresponding to the state in which the electroencephalogram is generated are described in association with each other.
図5は、生成された脳波解析ログの一実施形態を示すテーブルである。 FIG. 5 is a table showing an embodiment of the generated electroencephalogram analysis log.
図5によれば、脳波解析ログでは、時刻t、t+1、t+2、・・・といった単位時間間隔で離隔した所定時刻毎に、測定された脳波種別と、当該脳波のレベル(正規化電圧)とが対応付けて記録されている。同図に示されているように、一般に、複数の種別の脳波が同時に観測される。ここで、レベルに関しては、各種別の脳波について、測定電圧が所定閾値以上であればハイレベル(H)とし、所定閾値未満であればローレベル(L)と規定している。また、測定されなかった脳波種別については「無し」との情報を記録することも好ましい。さらに、測定された各脳波種別について、当該脳波の発生継続時間を記録しておくことも好ましい。 According to FIG. 5, in the electroencephalogram analysis log, the measured electroencephalogram type, the level of the electroencephalogram (normalized voltage), and the measured electroencephalogram type at predetermined time intervals such as times t, t + 1, t + 2,. Are recorded in association with each other. As shown in the figure, generally, a plurality of types of brain waves are observed simultaneously. Here, regarding the various types of electroencephalograms, the level is defined as a high level (H) if the measured voltage is equal to or higher than a predetermined threshold, and as a low level (L) if the measured voltage is lower than the predetermined threshold. It is also preferable to record information of “none” for the electroencephalogram type that has not been measured. Furthermore, it is also preferable to record the generation duration of the electroencephalogram for each measured electroencephalogram type.
図3に戻って、脳波解釈部115は、脳波に係る情報の経時データと、脳内知的活動の解釈ラベルとを予め対応付けた複数の脳波解釈ルールに基いて、生成された脳波解析ログから解釈ラベル候補を決定する。ここで、脳波に係る情報の経時データとして、例えば、ある種別及びレベルの脳波を出力する状態をノードとし、当該状態間の遷移をブランチとした経時グラフを採用することができる。
Returning to FIG. 3, the
図6は、解釈に使用される経時グラフの一例を示す模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a time-dependent graph used for interpretation.
図6には、Hレベルのハイガンマ波を出力する状態を示す3つのノードと、Hレベルのローベータ波を出力する状態を示す1つのノードと、終了状態を示す1つのノードとを順次並べ、状態(ノード)から状態(ノード)への遷移を矢印(ブランチ)で示した経時グラフが示されている。これらの状態(ノード)は一定時間間隔の時刻毎の状態を示す。ここで、開始状態と終了状態との間の状態(を表す確率変数)については観測できず(hiddenな状態であり)、状態遷移のたびに遷移先の状態での出力確率分布に従って脳波という信号を出力したと捉えると、この経時グラフは、まさに隠れマルコフモデル(HMM)でのグラフとなる。 In FIG. 6, three nodes indicating a state of outputting an H-level high gamma wave, one node indicating a state of outputting an H-level low beta wave, and one node indicating an end state are sequentially arranged. A time-course graph is shown in which the transition from (node) to state (node) is indicated by an arrow (branch). These states (nodes) indicate states for each time at fixed time intervals. Here, the state between the start state and the end state (representing a random variable) cannot be observed (hidden state), and a signal called an electroencephalogram according to the output probability distribution in the transition destination state at each state transition This time graph is exactly a hidden Markov model (HMM) graph.
図6に示した経時グラフでは、図4に示したテーブルの内容に基づくと、強い推論状態が連なってその後平穏状態が現れたと解釈することが可能であり、順調に学習が進んでいると推定することもできる。その結果、後述するように、この経時グラフには少なくとも「絶好調」との解釈ラベルが対応付けられる。 In the time chart shown in FIG. 6, based on the contents of the table shown in FIG. 4, it can be interpreted that a strong inference state continues and then a peaceful state appears, and it is estimated that learning progresses smoothly. You can also As a result, as will be described later, at least an interpretation label “very good” is associated with this time-lapse graph.
図7は、脳波解釈ルールの一例を示すテーブルである。 FIG. 7 is a table showing an example of an electroencephalogram interpretation rule.
図7には、各時刻において発生していた一連の脳波の種別及び当該脳波のレベルと、解釈ラベルとを対応付けて記録した脳波解釈ルールが示されている。ここで、解釈ラベルとして「Any」及び「絶好調」が対応付けられた1行目のルールは、図6に示された経時グラフに対して規定されたものとなっている。尚、この「Any」は、脳内知的活動状態のいずれにも適合することを示している。 FIG. 7 shows an electroencephalogram interpretation rule in which a series of electroencephalogram types and levels of the electroencephalogram generated at each time are recorded in association with interpretation labels. Here, the rule of the first line in which “Any” and “excellent” are associated as interpretation labels is defined for the time-dependent graph shown in FIG. This “Any” indicates that it matches any of the brain intellectual activity states.
解釈ラベルは、後に推定され得る脳内知的活動状態に対応する内容を有するラベルである。具体的に、解釈ラベルとして、「考察中」である旨を示すラベル、「考察が終了した」旨を示すラベル、「理解した」旨を示すラベル、及び「理解していない」旨を示すラベルのうちの少なくとも1つ又は全てが採用されることが好ましい。 The interpretation label is a label having contents corresponding to the intellectual activity state in the brain that can be estimated later. Specifically, as an interpretation label, a label indicating “under consideration”, a label indicating “consideration has ended”, a label indicating “understanding”, and a label indicating “not understanding” Preferably, at least one or all of these are employed.
また、1行目〜3行目のルールのように、脳波解釈ルールにおいては、Hレベルを有するハイガンマ波又はローガンマ波を出力する状態から、Hレベルを有するローベータ波を出力する状態への遷移を含む経時グラフに対し、少なくとも「理解した」との解釈ラベルを対応付けたルールを設定することも好ましい。いずれにしても、経時グラフと対応付けることのできる解釈ラベルは、実験によって、又は統計データの解析によって決定することができる。 In addition, like the rules in the first to third lines, in the electroencephalogram interpretation rule, a transition from a state of outputting a high gamma wave or a low gamma wave having an H level to a state of outputting a low beta wave having an H level is performed. It is also preferable to set a rule that associates at least an “understood” interpretation label with the time graph including the time graph. In any case, the interpretation label that can be associated with the graph over time can be determined by experimentation or by analysis of statistical data.
図3に戻って、脳波解釈部115は、図7に示したような脳波解釈ルールに従い、図7の脳波解釈ルールにリストされた経時グラフで表現された出力パターンを、HMM解析を用いて脳波解析ログから抽出した際、当該経時グラフに予め対応付けられた解釈ラベルを解釈ラベル候補に決定する。例えば、図6に示した経時グラフの出力パターンを脳波解析ログから抽出した際、「Any」及び「理解した」との解釈ラベルを解釈ラベル候補に決定することができる。
Returning to FIG. 3, the
ここで、脳波解釈部115は、脳波ログ管理部114から一定時間間隔の時刻毎の脳波解析データを取得し、取得した脳波解析データ毎に解釈ラベル候補を決定することも好ましい。この場合、ユーザの現在の脳内状態に対応したラベル候補を、それ程大きなタイムラグを生じさせずに決定することができる。また、さらに、決定した解釈ラベルを、当該時刻に対応付けたHMM解釈ログとして記録しておくことも好ましい。
Here, it is also preferable that the
尚、上述したように、脳波解析ログでは一般に、複数種別の脳波が同時に生起しているので、複数の又は多数の経時グラフの出力パターンが脳波解析ログから抽出されて、複数の又は多数の解釈ラベル候補が決定される場合も少なくない。 In addition, as described above, since a plurality of types of electroencephalograms generally occur simultaneously in the electroencephalogram analysis log, output patterns of a plurality of or many time-dependent graphs are extracted from the electroencephalogram analysis log, and a plurality of or many interpretations are made. In many cases, label candidates are determined.
同じく図3によれば、インタフェース装置12におけるキーボード121及びマイク122はそれぞれ、ユーザによる回答や質問等に係る情報の手動入力及び音声入力を受け付ける入力インタフェースである。また、ディスプレイ123及びスピーカ124はそれぞれ、教育用コンテンツ、教材や、演習問題をユーザに対して表示及び音声出力する出力インタフェースである。当然に装置12の入出力インタフェースはこれらに限定されるものではなく、例えばタッチパネル・ディスプレイが設けられていてもよい。
Similarly, according to FIG. 3, the
コンテンツ管理部125は、ユーザの学習・教育に利用される種々のコンテンツを管理し、情報処理部126の指示に応じて、蓄積したコンテンツを情報処理部126に出力したり、例えば外部からI/F141を介して取得されたコンテンツを格納したりする。
The
情報処理部126は、ユーザの学習・教育に係る情報を処理し、教育用コンテンツ、教材や、演習問題を、出力インタフェースを介してユーザへ出力させたり、ユーザによる回答や質問等に係る情報を、入力インタフェースを介して受け取ったりする。また、後述する活動状況把握部116に、ユーザの学習・教育に係る情報、言い換えるとユーザの知的活動に係る情報の処理状況を通知する。
The
同じく図3に示すように、活動状況把握部116は、インタフェース装置12の情報処理部126から入力した知的活動に係る情報の処理状況に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の状態ラベルから状態ラベル候補を決定する。具体的に、インタフェース装置12は、ユーザが処理すべき課題又は提案情報を出力し、この課題又は提案情報に対するこのユーザによる反応又は応答情報を入力することが可能である。これに対し、活動状況把握部116は、この課題又は提案情報の出力状況と、この反応又は応答情報の入力状況との想定される組合せ毎に予め状態ラベルを対応付けた活動状況把握テーブルを用いて、状態ラベル候補を決定することも好ましい。
Similarly, as shown in FIG. 3, the activity
尚、インタフェース装置12は、処理状況に係る情報を、一定時間間隔の時刻毎に、例えば1秒毎に、活動状況把握部116へ出力し、活動状況把握部116は、当該時刻毎に状態ラベル候補を決定することも好ましい。例えば、決定した状態ラベル候補を、当該時刻に対応付けて行動把握ログとして記録しておくことも好ましい。
Note that the
図8は、状態把握に使用される活動状況把握テーブルの一例を示すテーブルである。 FIG. 8 is a table showing an example of an activity status grasping table used for grasping the state.
図8に示した活動状況把握テーブルは、インタフェース装置12の状態と、ユーザの反応・動作との組合せ毎に、状態ラベルを対応付けて記録している。ここで、インタフェース装置12の状態は、「質問出題」や「質問出題後の回答説明」といったユーザに対する課題又は提案情報の出力状況となっている。また、ユーザの反応・動作は、出題された質問に対する「反応の有無」や、「回答作成中」、「回答作成完了」、「質問作成」といったユーザによる反応又は応答情報の入力状況となっている。尚、図8の活動状況把握テーブルにおける「Any」は、状態や反応・動作がいずれの場合でも当てはまることを示す。
The activity status grasping table shown in FIG. 8 records a state label in association with each combination of the state of the
さらに、状態ラベルには、「考察中」である旨を示すラベル、「考察が終わった(考察完了)」の旨を示すラベル、「理解した」旨を示すラベル、及び「理解していない(未理解の)」旨を示すラベルのうちの少なくとも1つ又は全てが採用されることが好ましい。図8の活動状況把握テーブルでは、これらの状態ラベルの他に、「絶好調」の旨を示す状態ラベルも使用されている。尚、活動状況把握テーブルにおける状態ラベルとの対応付けは、予めの実験や、統計データの解析によって実施することができる。 Further, the status label includes a label indicating that “consideration is in progress”, a label indicating that “consideration has been completed (consideration completed)”, a label indicating that “understanding”, and “not understanding” It is preferable that at least one or all of the labels indicating “ununderstood)” are adopted. In the activity status grasping table of FIG. 8, in addition to these status labels, a status label indicating “very good” is also used. The association with the status label in the activity status grasping table can be performed by a prior experiment or analysis of statistical data.
このように、活動状況把握部116(図3)では、図8に示したような活動状況把握テーブルを準備し、インタフェース装置12側の動作状態と、装置12を利用するユーザ側の反応・動作とに対し、その際に生起する可能性のある、基本的な感情よりも複雑な精神過程の候補を状態ラベルとして設定しておく。これにより、後述するように、脳波のHMM解析だけでは把握し難い脳内知的活動状態を決定することができるのである。
As described above, the activity status grasping unit 116 (FIG. 3) prepares the activity status assessment table as shown in FIG. 8, and the operation state on the
図3に戻って、知的活動決定部117は、決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベルの内容を、ユーザの脳内知的活動状態に決定する。ここで、決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補とを照らし合わせる際、それぞれに対応付けられた時刻が一致又は所定時間範囲内にあるもの同士の中から共通するものを選択することも好ましい。また、決定した脳内知的活動状態を、解釈ラベル候補又は状態ラベル候補に対応付けられていた時刻に対応付けた脳内状態ログとして記録しておくことも好ましい。
Returning to FIG. 3, the intellectual
図9は、知的活動決定部117における脳内知的活動状態の推定処理の一実施例を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an embodiment of the brain intellectual activity state estimation process in the intellectual
図9によれば、
(a)脳波解釈部115が、脳波解釈ルールに基いて、脳波解釈ログから解釈ラベル候補として「Any」及び「絶好調」、並びに「問題が解けた」及び「理解した」を決定し、
(b)活動状況把握部116が、活動状況テーブルに基づいて、状態ラベル候補として「絶好調」、並びに「考察完了」及び「理解した」を決定している。
尚、上記(a)及び(b)での決定は共に、例えば時刻tにおいて取得された情報に基づいて行われる。即ち、同時期の脳波及び処理状況についてのラベル候補決定となるように処理される。
According to FIG.
(A) Based on the electroencephalogram interpretation rules, the
(B) Based on the activity status table, the activity
The determinations in (a) and (b) are both made based on information acquired at time t, for example. That is, processing is performed so as to determine label candidates for the brain wave and processing status at the same time.
次いで、知的活動決定部117は、決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベル内容、即ち、「絶好調」及び「理解した」を抽出し、これらをユーザの脳内知的活動状態に決定する。
Next, the intellectual
ここで、解釈ラベル及び状態ラベルには予め同一の分類ターム群を使用し、決定された解釈ラベル候補及び状態ラベル候補の間で一致するタームのラベルを、共通するラベルとすることができる。または、解釈ラベル及び状態ラベルに使用するタームについて意味の類似範囲を予め設定しておき、決定された解釈ラベル候補及び状態ラベル候補の間で意味の一致する又は類似するタームのラベルを、共通するラベルとすることも可能である。さらに、解釈ラベル及び状態ラベルとして、理解度等の指標となる数値パラメータを割り当てておき、決定された解釈ラベル候補及び状態ラベル候補の間で当該数値パラメータ値が互いに所定範囲内となっているラベルを、共通するラベルとしてもよい。 Here, the same classification term group is used in advance for the interpretation label and the state label, and the label of the term that matches between the determined interpretation label candidate and the state label candidate can be used as a common label. Alternatively, a similar range of meaning is set in advance for terms used for the interpretation label and the state label, and the labels of the terms having the same or similar meaning between the determined interpretation label candidate and the state label candidate are shared. It can also be a label. Furthermore, numerical parameters that serve as indicators such as comprehension levels are assigned as interpretation labels and state labels, and labels in which the numerical parameter values are within a predetermined range between the determined interpretation label candidates and state label candidates. May be a common label.
このように、知的活動決定部117では、脳波データから導出される推定結果のみならず、ユーザの操作状況を含むインタフェース装置12での処理状況から導出される推定結果をも勘案することによって、従来推定が困難であったユーザの脳内知的活動状態を、比較的少ない処理工数で確実に決定することができるのである。
As described above, the intelligent
図3に戻って、コンテンツ指示部118は、
(a)知的活動決定部117が、ユーザの脳内知的活動状態を、「理解した」旨を示すラベルの内容に決定した場合、インタフェース装置12に対し、出力された課題又は提案情報の次のステップに相当する課題又は提案情報を出力する指示を行い、
(b)一方、知的活動決定部117が、ユーザの脳内知的活動状態を、「理解していない」旨を示すラベルの内容に決定した場合、インタフェース装置12に対し、出力された課題又は提案情報の内容を理解させるための情報を出力する指示を行う。
Returning to FIG. 3, the
(A) When the intellectual
(B) On the other hand, when the intellectual
具体的に、コンテンツ指示部118は、例えばコンテンツ指示として、「理解した」との推定結果に応じて「次の項目へスキップする」コマンドを、又は「理解していない」との推定結果に応じて「別の説明方法を要求する」コマンドをインタフェース装置12へ出力してもよい。また、数学や物理等の演習問題に対する1つの解法がユーザに提示された処理状況で、当該ユーザの脳内知的活動状態が継続して「解けない(理解していない)」に決定された場合、コンテンツ指示として、「別の解法を説明する」コマンドをインタフェース装置12へ出力してもよい。さらに、「理解した」又は「理解していない」との推定結果に応じて、提示する問題の難易度を変更する旨のコンテンツ指示を行ってもよい。
Specifically, the
さらに、図2に移るが、教育システム2の脳内知的活動推定装置21における学習進捗管理部219は、同装置21内の知的活動決定部217が決定したユーザの脳内知的活動状態を入力し、この脳内知的活動状態を、同時期にインタフェース装置22で処理された問題情報及び/又は回答情報に対応付けて記録し管理する。この管理情報は、例えば、教育サービス提供者側において教育項目を改訂したり教育内容を再編集したりするために利用することもできる。
Further, as shown in FIG. 2, the learning
このように、知的活動決定部で推定されたユーザの脳内知的活動状態は、ユーザに対して提供される教育サービス内容の向上のために、種々の形態で利用することが可能となる。 As described above, the intellectual activity state in the brain estimated by the intellectual activity determination unit can be used in various forms in order to improve the content of the educational service provided to the user. .
以上詳細に説明したように、本発明では、従来感情推定に使用されてきた脳波データだけでなく、インタフェース装置での知的活動情報の「処理状況」をも勘案してユーザの脳内状態を推定する。これにより、インタフェース装置を用いて活動しているユーザにおける、より複雑な精神過程に関連する「脳内知的活動状態」を推定することが可能となる。 As described above in detail, in the present invention, not only the electroencephalogram data conventionally used for emotion estimation but also the “processing status” of the intellectual activity information in the interface device, the user's brain state is considered. presume. Thereby, it becomes possible to estimate the “intellectual activity state in the brain” related to a more complicated mental process in a user who is active using the interface device.
尚、本発明による脳内知的活動状態の推定は、当然に、教育分野への応用に限定されるものではない。例えば、ゲーム・アプリケーションに採用して、ユーザの脳内状態に応じてゲーム展開を演出したりゲームの進行を調整したりすることもできる。また、音楽や映画等のコンテンツのユーザによる評価にも適用可能である。さらに、お見合い等のマッチングシステムにも応用することができる。さらにまた、マーケティングの際のグループインタビューシステムや自動アンケートマシンとして使用することも可能である。 The estimation of the intellectual activity state in the brain according to the present invention is naturally not limited to the application to the education field. For example, it can be adopted in a game application to produce a game development or adjust the progress of the game according to the state of the user's brain. It can also be applied to evaluation of content such as music and movies by users. Furthermore, it can be applied to matching systems such as matchmaking. It can also be used as a group interview system or an automated questionnaire machine for marketing.
以上に述べた本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 For the various embodiments of the present invention described above, various changes, modifications, and omissions within the scope of the technical idea and the viewpoint of the present invention can be easily made by those skilled in the art. The above description is merely an example, and is not intended to be restrictive. The invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.
1 教育サービス提供装置
11、21 脳内知的活動推定装置
111 通信インタフェース
112 脳波データ蓄積部
113 脳波解析部
114 脳波ログ管理部
115 脳波解釈部
116 活動状況把握部
117、217 知的活動決定部
118 コンテンツ指示部
12 インタフェース装置
121 キーボード
122 マイク
123 ディスプレイ
124 スピーカ
125 コンテンツ管理部
126 情報処理部
13、23 脳波測定器
141 I/F
2 教育システム
219 学習進捗管理部
22 PC(インタフェース装置)
DESCRIPTION OF
2
Claims (9)
当該ユーザの脳波データを取得し、当該脳波データから脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成する脳波解析手段と、
当該脳波に係る情報の経時データと、脳内知的活動の解釈ラベルとを予め対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された当該脳波解析ログから解釈ラベル候補を決定する脳波解釈手段と、
前記インタフェース装置における当該知的活動に係る情報の処理状況に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の状態ラベルから状態ラベル候補を決定する活動状況把握手段と、
決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベルの内容を、当該ユーザの脳内知的活動状態に決定する知的活動決定手段と
を有することを特徴とする脳内知的活動推定装置。 A brain intellectual activity estimation device connected to an interface device capable of inputting and / or outputting information related to intellectual activity with a user and processing the information related to the intellectual activity,
An electroencephalogram analysis means for acquiring the electroencephalogram data of the user and generating an electroencephalogram analysis log in which information relating to the electroencephalogram is recorded in time series from the electroencephalogram data;
An electroencephalogram interpretation means for determining interpretation label candidates from the generated electroencephalogram analysis log based on a plurality of interpretation rules in which temporal data of information relating to the electroencephalogram and interpretation labels of brain intellectual activities are associated in advance; ,
Based on the processing status of information related to the intellectual activity in the interface device, an activity status grasping means for determining status label candidates from a plurality of preset status labels of intellectual activities in the brain;
An intelligent activity determining means for determining a content of a label common between the determined interpretation label candidate and the determined state label candidate as an intellectual activity state in the brain of the user; Brain intellectual activity estimation device.
前記脳波解釈手段は、ある種別及びレベルの脳波を出力する状態をノードとし、当該状態間の遷移をブランチとした経時データで表現された出力パターンを、当該脳波解析ログから抽出した際、当該経時データに予め対応付けられた解釈ラベルを解釈ラベル候補に決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の脳内知的活動推定装置。 The electroencephalogram analysis means generates an electroencephalogram analysis log in which an electroencephalogram record in which an electroencephalogram type and an electroencephalogram level of the type are associated with each other is generated in time series for each time related to electroencephalogram generation,
When the electroencephalogram interpretation means extracts an output pattern represented by time-lapse data with a state that outputs an electroencephalogram of a certain type and level as a node and a transition between the states as a branch, when the output pattern is extracted from the electroencephalogram analysis log, 2. The brain intellectual activity estimation apparatus according to claim 1, wherein an interpretation label associated with data in advance is determined as an interpretation label candidate.
前記活動状況把握手段は、当該課題又は提案情報の出力状況と、当該反応又は応答情報の入力状況との想定される組合せ毎に予め状態ラベルを対応付けた活動状況把握テーブルを用いて、状態ラベル候補を決定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の脳内知的活動推定装置。 The interface device is capable of outputting a task or proposal information to be processed by the user, and inputting reaction or response information by the user with respect to the task or proposal information,
The activity status grasping means uses an activity status grasping table in which state labels are associated in advance for each possible combination of the output status of the subject or proposal information and the input status of the reaction or response information. The brain intellectual activity estimation apparatus according to claim 1, wherein a candidate is determined.
前記脳波解釈手段は、前記ローベータ波を出力する状態への遷移を含む経時データで表現された出力パターンを、当該脳波解析ログから抽出した際、少なくとも当該理解した旨を示す解釈ラベルを解釈ラベル候補に決定する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の脳内知的活動推定装置。 At least one of the plurality of interpretation rules includes temporal data including a transition from a state of outputting a high gamma wave or a low gamma wave having a level equal to or higher than a predetermined threshold to a state of outputting a low beta wave having a level equal to or higher than the predetermined threshold. Is associated with an interpretation label that indicates
The electroencephalogram interpretation means extracts at least an interpretation label indicating the understanding when the output pattern expressed by the temporal data including the transition to the state of outputting the low beta wave is extracted from the electroencephalogram analysis log. The brain intellectual activity estimation apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記脳内知的活動推定装置は、出力された問題情報及び/又は入力された回答情報に対応して前記知的活動決定手段が決定した当該ユーザの脳内知的活動状態を、当該問題情報及び/又は回答情報に対応付けて記録し管理する学習進捗管理手段を更に有する
ことを特徴する教育システム。 The brain intellectual activity estimation device according to any one of claims 1 to 6, and at least one capable of outputting problem information related to education and inputting answer information by the user with respect to the problem information An education system including an interface device and an electroencephalograph attached to each user who uses the interface device,
The brain intellectual activity estimation device is configured to determine the state of intellectual activity of the user's brain determined by the intellectual activity determination means corresponding to the output problem information and / or the input answer information. And / or further comprising learning progress management means for recording and managing the information in association with the answer information.
当該ユーザの脳波データを取得し、当該脳波データから脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成する脳波解析手段と、
当該脳波に係る情報の経時データと、脳内知的活動の解釈ラベルとを予め対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された当該脳波解析ログから解釈ラベル候補を決定する脳波解釈手段と、
前記インタフェース装置における当該知的活動に係る情報の処理状況に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の状態ラベルから状態ラベル候補を決定する活動状況把握手段と、
決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベルの内容を、当該ユーザの脳内知的活動状態に決定する知的活動決定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする脳内知的活動推定プログラム。 Intellectual activity estimation in the brain that allows a computer mounted on a device connected to an interface device capable of processing information related to the intellectual activity to input and / or output information related to the intellectual activity with the user. A program,
An electroencephalogram analysis means for acquiring the electroencephalogram data of the user and generating an electroencephalogram analysis log in which information relating to the electroencephalogram is recorded in time series from the electroencephalogram data;
An electroencephalogram interpretation means for determining interpretation label candidates from the generated electroencephalogram analysis log based on a plurality of interpretation rules in which temporal data of information relating to the electroencephalogram and interpretation labels of brain intellectual activities are associated in advance; ,
Based on the processing status of information related to the intellectual activity in the interface device, an activity status grasping means for determining status label candidates from a plurality of preset status labels of intellectual activities in the brain;
The computer is caused to function as an intellectual activity determination means for determining the content of the label common between the determined interpretation label candidate and the determined state label candidate as the intellectual activity state in the brain of the user. Brain intellectual activity estimation program.
当該ユーザの脳波データを取得し、当該脳波データから脳波に係る情報を時系列に記録した脳波解析ログを生成する第1のステップと、
当該脳波に係る情報の経時データと、脳内知的活動の解釈ラベルとを予め対応付けた複数の解釈ルールに基いて、生成された当該脳波解析ログから解釈ラベル候補を決定する第2のステップと、
前記インタフェース装置における当該知的活動に係る情報の処理状況に基づいて、予め設定された複数の脳内知的活動の状態ラベルから状態ラベル候補を決定する第3のステップと、
決定された解釈ラベル候補と、決定された状態ラベル候補との間で共通するラベルの内容を、当該ユーザの脳内知的活動状態に決定する第4のステップと
を有することを特徴とする脳内知的活動推定方法。 A method for estimating intellectual activity in a user's brain using an interface device capable of inputting and / or outputting information related to intellectual activity with a user and processing the information related to the intellectual activity. ,
A first step of acquiring electroencephalogram data of the user and generating an electroencephalogram analysis log in which information relating to the electroencephalogram is recorded in time series from the electroencephalogram data;
Second step of determining interpretation label candidates from the generated electroencephalogram analysis log based on a plurality of interpretation rules in which temporal data of information relating to the electroencephalogram and interpretation labels of brain intellectual activities are associated in advance When,
A third step of determining a state label candidate from a plurality of state labels of intellectual activities in the brain set in advance based on the processing status of information related to the intellectual activity in the interface device;
A brain comprising: a fourth step of determining a content of a label common between the determined interpretation label candidate and the determined state label candidate as an intellectual activity state in the brain of the user. Internal intellectual activity estimation method.
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