JP2018134230A - 脳血流状態判定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を視覚的に解析することができ、運転操作に係る動作に先行した潜在意識に関わる脳活動の発現を判定することができる脳血流状態判定方法及びその装置を提供する。【解決手段】運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定装置Ｄにおいて、対象者によるステアリングホイール部１４の操作に対応した視覚情報を表示部１５に表示するプロジェクタ１２と、視覚情報に基づいてステアリングホイール部１４の操舵反力Ｆを時系列的に検出する操作特性検出機構２と、脳血流状態を機能画像によって時系列的に検出するＭＲＩ装置１と、操舵反力Ｆと複数の脳部位の脳血流状態とに基づき対象者の運転操作状態を判定する判定制御部３とを備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、計測対象者の運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定方法及びその装置に関する。

従来より、直接的或いは間接的な乗員による行動、所謂操作部に対する操作動作をトリガとして、次に続く車両側挙動を制御することが行われている。
特許文献１のドライビングポジション制御装置は、乗員の指示によって手動運転から自動運転に切り替えた場合、手動運転中の運転に適するように予め定めた第１位置よりもリラックス可能な仰臥位となる第２位置に移動し、また、乗員の指示によって自動運転から手動運転に切り替えた場合、第１位置に移動するように位置検出結果に基づいてステアリング位置移動部、シート位置移動部及びペダル位置移動部を協調制御している。

ところで、人間の脳活動を検出するため、脳から発生する微弱電場（脳波）や微弱磁場（脳磁場）を計測する脳機能マッピング技術が知られている。
非侵襲的に脳活動を計測する計測手法としては、神経細胞脳電気活動由来の電気現象を計測する脳波計測法（Electroencephalography: EEG）及び脳磁計測法（Magnetoencephalography: MEG）が存在し、神経細胞発火後の二次的な現象である脳血流や代謝変化を計測する機能的磁気共鳴画像計測法（Functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI）、近赤外分光法（Near Infra-Red Spectroscopy: NIRS）等が存在している。

ｆＭＲＩは、ボールド効果に伴う核磁気共鳴を利用して計測対象である脳を断層撮像する計測手法である。このｆＭＲＩは、他の計測法に比べて、空間分解能及びコントラスト分解能が高い点、あらゆる方向からの断面画像が撮像できる点等の優位性を備えている。
ボールド効果とは、脳の賦活部位における酸素消費量と血流量の変化により、酸素と結合した酸素化ヘモグロビンと酸素と結合していない脱酸素化ヘモグロビンとの比率が変動し、この変動に伴って賦活部位の磁性強度に変動が起こる現象である。
脳の神経細胞が電気的に活動する場合、そのエネルギーとしてＡＴＰ（Adenosine triphosphate）が必要とされ、神経細胞の活動に伴ってＡＴＰを生産するための代謝活動（糖代謝及び酸素代謝）が増加することから、脳の賦活部位では、局所脳血流が増加することに着目したものである。

特開２０１６−１６８９７２号公報

脳科学において、自身による手足の運動が発生した場合、運動に関連した脳部位が賦活し、この部位の脳血流状態が変化することが報告されている。
しかし、自己の操作力以外の力が、反力として操作部から付与された状況下における脳状態、所謂脳血流状態の変化は未だ詳細には解明されていない。
車両走行時、運転者には、操作部から様々な操作反力が作用している。
具体的には、ステアリングの回転操作や車速等に応じたタイヤの状態変化に起因した操作反力や、車線逸脱防止の運転支援を目的としたＬＫＡ（Lane Keep Asist）等である。
車両挙動からのフィードバックに相当する操作反力と運転者の操作感覚との関係性を明らかにするため、反力を伴う操作における操作感覚に対応した脳状態（脳血流状態）を可視化する手法の確立が求められている。

ところで、随意運動の場合、行動する前段階において、本人による自覚を伴った意識的な決定が成されている。
そして、自覚を伴う意識（以下、顕在意識という）状態の前段階には、顕在意識を喚起するための自覚を伴わない意識（以下、潜在意識という）状態が存在している。
車両の制御において、実際に乗員が行う操作動作をトリガとするのではなく、行動の前段階である顕在意識や潜在意識を用いて後に継続する車両側挙動を制御することにより、走行安全性が改善され、更には、車室内快適性を格段に向上することが期待できる。
しかし、乗員の運転操作に係る動作と乗員の潜在意識との直接的且つ相関的な関連性についても、未だ詳細には解明されていない。

自覚を伴わない潜在意識状態は、換言すれば、無意識状態に近い状態ではあるものの、脳の賦活部位における活動として物理的に存在しているため、前述の脳機能マッピング技術を用いることにより、潜在意識に関わる脳活動を計測することが可能である。
それ故、この計測結果に基づいて、乗員の運転操作に係る動作と潜在意識との関連性を明らかにすることが考えられる。
しかし、ＥＥＧやＭＥＧでは、頭蓋外部に設置したセンサにより、神経細胞の電気活動が物理法則に従って拡散した電場や磁場を計測するため、観察可能範囲に制約を受け易く、空間分解能も低い。従って、賦活部位の位置的特長を計測することは困難である。
ＮＩＲＳでは、頭皮上から近赤外光（７００〜２５００ｎｍの波長光）を照射し、脳表に近い部分（大脳皮質）からの乱反射光の成分を計測するため、脳深部の測定が難しく、空間分解能も低い（２５〜３０ｍｍ程度）。また、ＮＩＲＳは、血流を計測していることから、実際の神経細胞の活動に比べると遅い変化しか示さず、時間分解能が低い。

一方、ｆＭＲＩは、空間分解能に優れており、大脳辺縁部及び大脳皮質からの信号に加え、脳幹等の脳深部からの信号を測定することも可能である。
しかし、ｆＭＲＩによって全部の脳範囲を撮像する場合、ＮＩＲＳと同様に、時間分解能を高くすることができないことから、乗員の運転操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を解析するためには、具体的な解析手法やこれに用いる解析装置を確立する必要がある。

本発明の目的は、反力を伴う操作における操作感覚を可視化することができる脳血流状態判定方法及びその装置等を提供することである。

請求項１の発明は、計測対象者の運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定方法において、計測対象者が操作可能な操作部と視認可能な表示部とを準備する準備行程と、計測対象者による前記操作部の操作に対応した視覚情報を前記表示部に表示する表示行程と、前記操作部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出行程と、前記反力操作特性検出行程において計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出行程と、を有することを特徴としている。

この脳血流状態判定方法では、計測対象者による前記操作部の操作特性に対応した視覚情報を前記表示部に表示する表示行程を備えるため、計測対象者に対して実際の運転操作に伴う操作感覚と同様の擬似操作感覚を付与することができる。
前記操作部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出行程と、前記反力操作特性検出行程において計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出行程とを有するため、計測対象者の操作感覚に対応した脳血流状態を高い空間分解能で視覚的に取得することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記脳血流状態検出行程の後に、前記反力操作特性検出行程で検出された反力操作特性と脳血流状態検出行程で検出された複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定行程を有することを特徴としている。
この構成によれば、脳の賦活部位を介して操作部からの操作反力と計測対象者の操作感覚との関係性を明らかにすることができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記計測対象者状態判定行程は、所定時刻の反力操作特性と前記所定時刻以前の複数の脳部位の脳血流状態との対応付けにより前記所定時刻の反力操作特性に関連性が高い脳血流状態を選定し、前記関連性が高い脳血流状態に基づいて計測対象者の運転操作状態を判定することを特徴としている。
この構成によれば、脳の賦活部位を介して操作部からの操作反力と計測対象者の操作感覚との関係性を意識レベルで明らかにすることができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記脳血流状態検出行程は、前記磁気共鳴画像を複数の領域に分割して領域毎の脳血流状態を検出することを特徴としている。
この構成によれば、脳の賦活部位の位置的特徴に対して関連する動作を確実に対応付けすることができる。

請求項５の発明は、計測対象者の運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定装置において、計測対象者による操作部の操作に対応した視覚情報を表示部に表示する表示手段と、前記視覚情報に基づいて計測対象者が操作可能な操作部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出手段と、計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出手段と、前記反力操作特性と複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定手段とを備えたことを特徴としている。

この脳血流状態判定装置では、計測対象者による操作部の操作に対応した視覚情報に基づいて計測対象者が操作可能な操作部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出手段と、計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出手段とを有するため、計測対象者の操作感覚に対応した脳血流状態を高い空間分解能で視覚的に取得することができる。計測対象者による操作部の操作に対応した視覚情報を表示部に表示する表示手段を設けたため、計測対象者に対して実際の運転操作に伴う操作感覚と同様の擬似操作感覚を付与することができる。
前記反力操作特性と複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定手段を有するため、脳の賦活部位を介して操作部からの操作反力と計測対象者の操作感覚との関係性を明らかにすることができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記操作部が操舵可能なステアリングホイール部であり、前記反力操作特性検出手段が、計測対象者を仰臥状態で略直線状に支持する支持部と、計測対象者の上側に配置された前記ステアリングホイール部と反力操作特性検出手段とを連結するシャフト部と、前記シャフト部を前記支持部に対して略平行に支持するシャフト支持部とを備えたことを特徴としている。
この構成によれば、仰臥状態における車両のステアリング操舵操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を解析することができる。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記ステアリングホイール部が上下円弧部分を切り欠いた部分円形状に形成され、前記シャフト部が非磁性材料で形成され且つ途中部に自在継手が設けられたことを特徴としている。
この構成によれば、脳血流状態判定装置を既存のＭＲＩ装置を用いて容易に形成することができる。

本発明の脳血流状態判定方法及びその装置によれば、反力を伴う操作における操作感覚を可視化するため、運転操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を視覚的に解析することができ、運転操作に係る動作に先行した潜在意識に関わる脳活動の発現を判定することができる。

実施例１に係る脳血流状態判定装置を側面から視た模式図である。 脳血流状態判定装置を平面から視た模式図である。 図１の要部拡大図である。 ステアリングホイール部及びその周辺部分を示す図である。 走行風景の一例を示す図である。 Ｆ−θ特性を示すグラフである。 機能画像の説明図であって、（ａ）は機能画像の検出方法、（ｂ）は領域の設定方法の説明図である。 同期信号と機能画像と操舵反力とを合成した表である。 脳血流状態判定装置の処理手順を示すフローチャートである。 操作特性検出行程の処理手順を示すフローチャートである。 脳血流状態検出行程の処理手順を示すフローチャートである。 右腕に荷重が作用する運転操作を行ったときの脳の三次元画像と賦活部位を含む機能画像であって、（ａ）は平面視画像、（ｂ）は側面視画像、（ｃ）は背面視画像を示す。 左腕に荷重が作用する運転操作を行ったときの脳の三次元画像と賦活部位を含む機能画像であって、（ａ）は平面視画像、（ｂ）は側面視画像、（ｃ）は背面視画像を示す。 左右両腕に荷重が作用する運転操作を行ったときの脳の三次元画像と賦活部位を含む機能画像であって、（ａ）は平面視画像、（ｂ）は側面視画像、（ｃ）は背面視画像を示す。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を車両の操舵動作に係る脳血流状態判定方法及びその装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１４に基づいて説明する。
図１，図２に示すように、脳血流状態判定装置Ｄは、計測対象者（以下、対象者と略す）の血流状態を磁気共鳴画像によって検出可能なＭＲＩ装置１（脳血流状態検出手段）と、対象者による車両の擬似運転操作において反力を伴う反力操作特性（操作反力Ｆ）を検出可能な操作特性検出機構２（反力操作特性検出手段）と、対象者の反力操作特性に対応した脳血流状態を判定可能な判定制御部３（計測対象者状態判定手段）等を備えている。
尚、以下の説明は、脳血流状態判定方法の説明を含むものである。

まず、ＭＲＩ装置１について説明する。
ＭＲＩ装置１は、核磁気共鳴を利用して体内、特に脳を断層撮像可能に構成されている。
ＭＲＩ装置１は、ボクセル（単位体積）が、例えば、２×２×２ｍｍとされ、予め規定された撮像範囲を１スライス当り９６×９６ピクセルの空間解像度で撮像している。
また、このＭＲＩ装置１は、数１０〜１００ｍｓｅｃで１枚の画像を撮像でき、例えば３０枚（スライス）の撮像で上端から下端に亙って脳全体を網羅することができる。
本実施例では、２ｓｅｃ周期で連続的に全脳の脳血流状態に相当する機能画像を取得し、この全脳の機能画像情報を判定制御部３へ出力している。
尚、以下の説明においては、説明の便宜上、１スライス当り８×８ピクセルの空間解像度に簡易化した例を用いて説明を行う。

ＭＲＩ装置１は、例えば、静磁場を形成するコイルを有する円筒状の超伝導マグネットと、この超伝導マグネット内に配設されると共に超伝導マグネットよりも小径円筒状に形成された内筒部１１（図４参照）と、この内筒部１１内に配設されると共に磁気共鳴信号を受信可能で且つ内筒部１１よりも小径円筒状に形成された受信コイルと、この受信コイルの上側内周部分に画像を投影可能なプロジェクタ１２（表示手段）等を備えている。
脳血流状態判定時、仰臥状態の対象者の頭部は、受信コイル内に挿入された状態である。
内筒部１１は、磁場を均一に調整するためのシムコイルと、傾斜磁場を形成するための傾斜磁場コイルと、電磁波を照射するための送信コイルによって構成されている（何れのコイルも図示略）。

図１〜図３に示すように、脳血流状態判定時、対象者は、ＭＲＩ装置１の内筒部１１内に配設された板状の支持部１３の上に仰臥状態で略直線状に支持されている。
支持部１３には、ステアリングホイール部１４（操作部）が装備されている。
ステアリングホイール部１４は、仰臥状態の対象者の腰部相当部分の上側位置に配置され、対象者による操舵操作により左右何れの方向にも回動自在に形成されている。
図４に示すように、ステアリングホイール部１４は、上下円弧部分を切り欠いた部分円形状に形成されている。基準（直進走行）状態において、ステアリングホイール部１４の左右上端部は略直線状に連結され、左右下端部は回動中心部分に夫々直線状に連結されている。これにより、対象者がステアリングホイール部１４の円周部分を把持したとき、車両走行時と同様に、左手は上側頂部から反時計回りに約６０度近傍位置、右手は上側頂部から時計回りに約６０度近傍位置を夫々把持することができる。

プロジェクタ１２は、対象者の頭頂部近傍位置に配設され、対象者によるステアリングホイール部１４の操作特性（操舵角θ）に対応した視覚情報を表示部１５に表示可能に構成されている。ここで視覚情報とは、図５に示すように、対象者が車両を操縦した際、フロントウインドガラスを介して対象者が視覚的に認識可能な走行風景と同様の仮想の走行風景画像である。
表示部１５は、受信コイルの上側内周部分に装着され、脳血流状態判定時、対象者が支持部１３の上に仰臥状態になった際、対象者の両眼に対向する位置に配置されている。

次に、操作特性検出機構２について説明する。
操作特性検出機構２は、対象者によるステアリングホイール部１４の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出可能に構成されている。
図１〜図４に示すように、この操作特性検出機構２は、支持部１３と、シャフト部２１，２２と、シャフト部２１を支持部１３に対して略平行に支持するシャフト支持部２３と、反力制御部２４等を備えている。

シャフト部２１，２２は、非磁性材料（例えば捩り剛性が高いＣＦＲＰ等）で夫々形成され、ステアリングホイール部１４の回動中心部分と反力制御部２４とを略水平状に連結している。これらシャフト部２１，２２は、両者が所定の交差角度（例えば１０°）を形成するように配設されている。
シャフト部２１は、一端部がステアリングホイール部１４の回動中心部分に連結され、他端部が自在継手２５（例えばユニバーサルジョイント）を介してシャフト部２２の一端部に連結されている。
シャフト部２１の途中部は、上下方向に伸縮自在に構成されたシャフト支持部２３の頂部に形成された回転ジョイント（図示略）により回転自在に保持されている。
シャフト部２２は、一端部が自在継手２４を介してシャフト部２１の他端部に連結され、他端部が反力制御部２４に設けられたモータ２６の回転軸に連結されている。
シャフト部２２は、ＭＲＩ装置１と反力制御部２４との間を磁気的に遮断する電磁シールド壁２７を貫通するように配置され、電磁シールド壁２７に対して回転自在に軸受けされている。

反力制御部２４は、電動モータ２６を備え、対象者によるステアリングホイール部１４の操舵角θに応じた操舵反力Ｆをステアリングホイール部１４に再現している。
反力制御部２４は、予め規定されたＦ−θ特性を保有し、対象者が操作したステアリングホイール部１４の操舵角θを時系列的、例えば１ｍｓｅｃ毎に検出している。
図６は、横軸に操舵角θ、縦軸に操舵反力Ｆを規定した車両操舵時におけるＦ−θ特性である。Ｆ−θ特性は、左操舵角θが増加する程、操舵反力Ｆが大きくなるように設定され、右操舵角θが増加する程、操舵反力Ｆが大きくなるように設定されている。
そして、保有するＦ−θ特性に基づき対象者が操舵した操舵角θに応じた操舵反力Ｆをステアリングホイール部１４に付与するようにモータ２６を制御している。
更に、反力制御部２４は、ステアリングホイール部１４に付与した操舵反力Ｆを対象者によるステアリングホイール部１４の反力操作特性として、また、ステアリングホイール部１４を操舵した操舵角θを対象者によるステアリングホイール部１４の操作特性（操作量）として、例えば１ｍｓｅｃ毎に判定制御部３へ出力している。

次に、判定制御部３について説明する。
判定制御部３は、ＭＲＩ装置１にて撮像された第１機能画像を、第１機能画像を撮像した時から１周期（２ｓｅｃ）後に撮像された第２機能画像を取得した時までの間に操作されたステアリングホイール部１４に付与した反力操作特性に対応した脳の機能画像であると判定している。具体的には、所定の機能画像を、その機能画像を取得した時よりも１周期後に行われる特定の反力操作特性に関連付けている。

図７（ａ）に示すように、判定制御部３は、例えば８×８の空間解像度で撮像すると共に水平方向にスライスした３０枚の平面機能画像Ａ１〜Ａ３０を所定周期（例えば２ｓｅｃ）の同期信号に夫々割付けている。
同期信号に割付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０は、８行８列の６４領域に夫々分割されている。
図７（ｂ）に示すように、各機能画像Ａ１〜Ａ３０は、行毎に左上から順に１，２，…，８のように各区画領域に対して番号が夫々付与されている。
例えば、機能画像Ａ１〜Ａ３０のうち上端から２０番目（２０スライス目）の機能画像Ａ２０の１行４列の領域については、領域Ａ２０（１，４）と表記する。

判定制御部３は、反力制御部２４から入力した操舵角θと操舵反力Ｆと各脳部位の周期毎の機能画像Ａ１〜Ａ３０とを記憶可能なメモリ（図示略）を備え、機能画像Ａ１〜Ａ３０に基づいて全領域における脳血流変化量（％）を演算している。
脳血流変化量とは、各領域の操舵無操作時における輝度値と操舵操作時における輝度値との変化差分を夫々算出し、計測対象領域以外の領域における変化差分の平均値に対する計測対象領域における変化差分の百分率で表されるパーセントボールドシグナル変化量である。

判定制御部３は、反力制御部２４から入力した操舵角θに応じて仮想車両の進行方向を演算し、プロジェクタ１２を制御している。これにより、表示部１５に表示される走行風景画像が対象者の操舵角θに応じて変更され、対象者に車両操縦の臨場感を与えている。
また、判定制御部３は、一旦メモリに記憶された操舵角θと操舵反力Ｆを機能画像Ａ１〜Ａ３０が割付けられた同期信号に対して夫々割付けている。
本実施例では、同期信号に操舵角θと操舵反力Ｆを割付ける場合、その同期信号の間（２ｓｅｃ）に付与された操舵角θの平均値と操舵反力Ｆの平均値とを対象者の操作特性及び反力操作特性として同期信号に割付けている。
尚、操舵角θ及び操舵反力Ｆの平均値に代えて各々の変化量や変化率を操作特性及び反力操作特性の代表値としても良い。

判定制御部３は、同期信号に割付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０と操舵角θ及び操舵反力Ｆとに基づき、対象者の動作（操作挙動）とその動作の前段階において活性化している対象者の脳の賦活部位とを判定可能に構成されている。
図８に示すように、例えば、ｎ＋１番目の同期信号に対応して、左旋回するために対象者がステアリングホイール部１４を操舵角θ操作すると共に所定荷重である操舵反力Ｆが対象者の左腕に作用し、ｎ＋１番目の同期信号よりも時系列的に早いｎ番目の同期信号に割付けられた領域Ａ２０（２，６）の脳に活性化状態が検出された場合、左旋回動作という対象者の動作と脳の賦活領域である領域Ａ２０（２，６）との関連性の存在を可視化することができ、対象者の操作感覚を意識レベルで客観的且つ視覚的に判定することができる。

ｎ番目の同期信号に割付けられた操舵角θは、見かけ上、対象者によって何の動作もされてない状態である。しかし、ｎ番目の同期信号に割付けられた領域Ａ２０（２，６）の脳に活性化状態が検出された場合、ｎ番目の同期信号に割付けられた操舵角θの対象者の状態は、次に左旋回を実行する（操作意識がある）構え状態であると判定される。
また、ｎ番目の同期信号に割付けられた領域Ａ２０（２，６）の脳に活性化状態が検出されない場合、対象者の状態は、（操作意識がない）構え状態ではないと判定される。
これにより、機能画像Ａ１〜Ａ３０のうち２０番目の機能画像の２行６列の領域における脳血流の活性化を検出することで、対象者が実際の行動を起こす前に、対象者の構え状態を判定することができ、対象者による左旋回動作を予測することが可能である。
同様に、右旋回動作についても判定することができる。

次に、図９〜図１１のフローチャートに基づいて、脳血流判定装置Ｄの制御処理手順について説明する。
尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示す。
図９のフローチャートに示すように、まず、Ｓ１にて、脳血流判定装置Ｄの作動開始スイッチがオン操作されたか否か判定する。
Ｓ１の判定の結果、作動開始スイッチがオン操作された場合、Ｓ２に移行し、各種情報を読み込んだ後、Ｓ３に移行する。Ｓ１の判定の結果、作動開始スイッチがオン操作されていない場合、リターンして判定を継続する。

Ｓ３では、機能画像Ａ１〜Ａ３０、操舵角θ及び操舵反力Ｆを夫々割付けするための同期信号を発生させ、操作特性検出行程（Ｓ４）及び脳血流状態検出行程（Ｓ５）に夫々移行する。操作特性検出行程と脳血流状態検出行程とは、夫々並行に独立して実行される。
Ｓ４及びＳ５が終了した後、同期信号を媒介として操作特性検出行程で取得された操舵角θ（操作特性）及び操作反力Ｆ（反力操作特性）と脳血流状態検出行程で取得された機能画像とを合成し（Ｓ６）、Ｓ７に移行する。
Ｓ７では、対象者状態判定行程を実行し、終了する。
対象者状態判定行程では、同期信号に割付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０と操舵角θ及び操舵反力Ｆとに基づき、対象者の動作とその動作の前段階において活性化している対象者の脳の賦活部位とを判定する。

次に、Ｓ４の操作特性検出行程について説明する。
図１０のフローチャートに示すように、ステアリングホイール部１４の操作特性及び反力操作特性を時系列的に検出する操作特性検出処理では、まず、Ｓ１１にて、ステアリングホイール部１４が操作されたか否か判定する。
Ｓ１１の判定の結果、ステアリングホイール部１４が操作された場合、予め設定されているＦ−θ特性に基づき操舵角θに応じた操舵反力Ｆを設定し（Ｓ１２）、Ｓ１３に移行する。Ｓ１１の判定の結果、ステアリングホイール部１４が操作されていない場合、リターンして判定を継続する。

Ｓ１３では、操舵反力Ｆに応じたモータ２６の出力値を設定し、Ｓ１４に移行する。
Ｓ１４では、設定された出力値に応じてモータ２６を駆動し、Ｓ１５に移行する。
Ｓ１５では、操舵角θに対応した走行風景を表示部１５に表示し、Ｓ１６に移行する。
Ｓ１６では、同期信号に対応付けられた操舵角θと操舵反力Ｆと走行風景情報とを記録し、Ｓ１７に移行する。

Ｓ１７では、脳血流判定装置Ｄの作動開始スイッチがオフ操作されたか否か判定する。
Ｓ１７の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作された場合、終了する。
Ｓ１７の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作されていない場合、Ｓ１１にリターンする。

次に、Ｓ５の脳血流状態検出行程について説明する。
図１１のフローチャートに示すように、対象者の脳血流状態を周期的に検出する脳血流状態検出処理では、まず、Ｓ２１にて、対象者の脳について、複数の領域に分割されると共に領域毎の脳血流状態を検出した機能画像Ａ１〜Ａ３０を取得し、Ｓ２２に移行する。
Ｓ２２では、同期信号に対応付けられた機能画像Ａ１〜Ａ３０を記録し、Ｓ２３に移行する。
Ｓ２３では、脳血流判定装置Ｄの作動開始スイッチがオフ操作されたか否か判定する。
Ｓ２３の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作された場合、終了する。Ｓ２３の判定の結果、作動開始スイッチがオフ操作されていない場合、Ｓ２１にリターンする。

次に、上記脳血流判定装置Ｄの作用、効果について説明する。
まず、図１２〜図１４に基づき、検証結果を説明する。
これらの検証実験では、ステアリングホイール部１４を所定の条件で操作し、操作時の脳血流状態の１周期前の脳血流状態の機能画像を検出した。
図１２に示すように、右折時、右腕に１０Ｎ負荷が作用した場合、左脳の表部近傍（左大脳皮質一次運動野）に大きな高輝度部位、深部に複数の高輝度部位が観察された。
図１３に示すように、左折時、左腕に１０Ｎ負荷が作用した場合、右脳の表部近傍（右大脳皮質一次運動野）に大きな高輝度部位、深部に複数の高輝度部位が観察された。
図１４に示すように、左右両腕に１０Ｎ負荷が作用した場合、左右両脳の表部近傍部位に大きな高輝度部位、深部に複数の高輝度部位が観察された。
これにより、操作動作前において、脳血流量が多い、所謂他の部位に比べて活性度の高い賦活部位が操作動作毎に夫々発現し、賦活部位の検出によって操作動作を予測できることが知見された。

本脳血流判定装置Ｄによれば、対象者によるステアリングホイール部１４の操作に対応した視覚情報に基づいて対象者が操作可能なステアリングホイール部１４の操舵反力Ｆを時系列的に検出する操作特性検出機構２と、対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出するＭＲＩ装置１とを有するため、対象者の操作感覚に対応した脳血流状態を高い空間分解能で視覚的に取得することができる。
対象者によるステアリングホイール部１４の操作に対応した視覚情報を表示部１５に表示するプロジェクタ１２を設けたため、対象者に対して実際の運転操作に伴う操作感覚と同様の擬似操作感覚を付与することができる。
操舵反力Ｆと複数の脳部位の脳血流状態とに基づき対象者の運転操作状態を判定する判定制御部３を有するため、脳の賦活部位を介してステアリングホイール部１４からの操作反力Ｆと対象者の操作感覚との関係性を明らかにすることができる。

判定制御部３は、ｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操舵反力Ｆとｎ番目の同期信号に割付けられた複数の脳部位の脳血流状態との対応付けによりｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操舵反力Ｆに関連性が高い脳血流状態を選定し、この関連性が高い脳血流状態に基づいて対象者の運転操作状態を判定するため、脳の賦活部位を介してステアリングホイール部１４からの操作反力Ｆと対象者の操作感覚との関係性を意識レベルで明らかにすることができる。

ＭＲＩ装置１は、機能画像Ａ１〜Ａ３０を夫々複数の領域に分割して領域毎の脳血流状態を検出するため、脳の賦活部位の位置的特徴に対して関連する動作を確実に対応付けすることができる。

操作部が操舵可能なステアリングホイール部１４であり、操作特性検出機構２が、対象者を仰臥状態で略直線状に支持する支持部１３と、対象者の上側に配置されたステアリングホイール部１４と反力制御部２４とを連結するシャフト部２１，２２と、シャフト部２１を支持部１３に対して略平行に支持するシャフト支持部２３とを備えている。
この構成によれば、仰臥状態における車両のステアリング操舵操作に係る動作と脳の賦活部位の位置的特徴との相関関係を解析することができる。

ステアリングホイール部１４が上下円弧部分を切り欠いた部分円形状に形成され、シャフト部２１，２２が非磁性材料で形成され且つ途中部に自在継手２５が設けられたため、脳血流状態判定装置Ｄを既存のＭＲＩ装置を用いて容易に形成することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、車両について擬似運転操作の操作特性を検出した例を説明したが、操作特性の対象は車両に限られず、航空機や船舶等であっても良い。

２〕前記実施形態においては、脳血流状態を水平面を含む横スライス状の平面機能画像を用いて検出した例を説明したが、平面機能画像に代えて、前後方向に直交する面を含む縦スライス状の正面（背面）機能画像を用いても良く、左右方向に直交する面を含む縦スライス状の側面機能画像を用いても良い。
また、平面機能画像、正面機能画像、側面機能画像を組み合わせて脳血流状態を判定することも可能である。

３〕前記実施形態においては、脳の上端部から下端部に亙って横スライス状に切断した３０スライスの平面機能画像を取得する例を説明したが、諸条件に応じて、３０スライスよりも少ない平面機能画像を用いても良く、当然３０よりも多い平面機能画像を用いても良い。

４〕前記実施形態においては、操作部がステアリングホイール部、操作特性がＦ−θ特性である例を説明したが、操作部がアクセルペダル又はブレーキペダル、操作特性が操作ストロークｓであっても良い。この場合、予め操作反力Ｆとそのストロークｓとの相関関係を規定しておく。

５〕前記実施形態においては、操作特性検出行程と脳血流状態検出行程とをリアルタイムに並行に実行した例を説明したが、反力制御部から入力した操舵反力と各周期毎の機能画像とを記憶可能なメモリを備えているため、全計測が終了した後、別途、各演算を行い、脳血流状態判定行程を実行しても良い。

６〕前記実施形態においては、ｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操作反力とｎ番目の同期信号に割付けられた複数の脳部位の脳血流状態との対応付けによりｎ＋１番目の同期信号に割付けられた操舵反力に関連性が高い脳血流状態を選定した例を説明したが、少なくとも操作反力の検出タイミングよりも前の脳血流状態であれば良く、２周期以前の脳血流状態であっても良い。

７〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

Ｄ 脳血流判定装置
１ ＭＲＩ装置
２ 操作特性検出機構
３ 判定制御部
１２ プロジェクタ
１３ 支持部
１４ ステアリングホイール部
１５ 表示部
２１，２２ シャフト部
２３ シャフト支持部
２５ 自在継手

Claims (7)

1. 計測対象者の運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定方法において、
   計測対象者が操作可能な操作部と視認可能な表示部とを準備する準備行程と、
   計測対象者による前記操作部の操作に対応した視覚情報を前記表示部に表示する表示行程と、
   前記操作部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出行程と、
   前記反力操作特性検出行程において計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出行程と、
   を有することを特徴とする脳血流状態判定方法。
2. 前記脳血流状態検出行程の後に、前記反力操作特性検出行程で検出された反力操作特性と脳血流状態検出行程で検出された複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定行程を有することを特徴とする請求項１に記載の脳血流状態判定方法。
3. 前記計測対象者状態判定行程は、所定時刻の反力操作特性と前記所定時刻以前の複数の脳部位の脳血流状態との対応付けにより前記所定時刻の反力操作特性に関連性が高い脳血流状態を選定し、前記関連性が高い脳血流状態に基づいて計測対象者の運転操作状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の脳血流状態判定方法。
4. 前記脳血流状態検出行程は、前記磁気共鳴画像を複数の領域に分割して領域毎の脳血流状態を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の脳血流状態判定方法。
5. 計測対象者の運転操作に伴う脳血流状態を判定する脳血流状態判定装置において、
   計測対象者による操作部の操作に対応した視覚情報を表示部に表示する表示手段と、
   前記視覚情報に基づいて計測対象者が操作可能な操作部の反力を伴う反力操作特性を時系列的に検出する反力操作特性検出手段と、
   計測対象者の複数の脳部位の脳血流状態を磁気共鳴画像によって時系列的に検出する脳血流状態検出手段と、
   前記反力操作特性と複数の脳部位の脳血流状態とに基づき計測対象者の運転操作状態を判定する計測対象者状態判定手段とを備えたことを特徴とする脳血流状態判定装置。
6. 前記操作部が操舵可能なステアリングホイール部であり、
   前記反力操作特性検出手段が、計測対象者を仰臥状態で略直線状に支持する支持部と、計測対象者の上側に配置された前記ステアリングホイール部と反力操作特性検出手段とを連結するシャフト部と、前記シャフト部を前記支持部に対して略平行に支持するシャフト支持部とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の脳血流状態判定装置。
7. 前記ステアリングホイール部が上下円弧部分を切り欠いた部分円形状に形成され、前記シャフト部が非磁性材料で形成され且つ途中部に自在継手が設けられたことを特徴とする請求項６に記載の脳血流状態判定装置。