JP2019111213A - 有酸素運動補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有酸素運動中に積極的に思考を行わせて、うつや認知機能への負荷トレーニングを行い、脳血流量を高めることで、うつを改善し、また、認知機能の低下を抑制する有酸素運動補助装置を提供すること。【解決手段】負荷付与駆動部と、負荷付与駆動部による負荷を所定の値とする制御を負荷付与駆動部に対して行う制御部と、使用者が有酸素運動を行っている間に、制御部による制御によって、使用者が実行するタスクに関係する動く像を表示する表示部と、を備え、制御部は、負荷付与駆動部による負荷に抵抗して有酸素運動を行う使用者の抵抗度合いの変化に基づき、動く像の動きを変化させることにより、使用者によるタスクの難易度を調整する有酸素運動補助装置である。【選択図】図７

Description

本発明は、エルゴメータやトレッドミル等の有酸素運動を行う装置であって、有酸素運動をしながら思考することにより、うつ（鬱）や認知機能への負荷トレーニングを行い、脳血流量を高める有酸素運動補助装置に関する。

痴呆による認知機能低下を改善する認知機能障害改善システムが知られている（例えば、特許文献１）。認知機能障害改善システムでは、エルゴメータが用いられ、バイオフィードバック療法と運動療法を統合した訓練方法により、痴呆による認知機能低下を改善しようとする。

特開２００５−１９２６４７号公報

しかし、従来の認知機能障害改善システムでは、認知機能が低下したか否かの判断として、例えば、長谷川式簡易知能評価スケール（ＨＤＳ−Ｒ）が用いられる等、認知機能の低下の判断は行われるが、積極的に脳血流量を高めることは、効果的に行われていなかった。また、うつの状態のときに、うつの改善を積極的に行うための効果的な方法の提案はなされていなかった。

本発明は、有酸素運動中に積極的に思考を行わせて、うつや認知機能への負荷トレーニングを行い、脳血流量を高めることで、うつを改善し、また、認知機能の低下を抑制する有酸素運動補助装置を提供することを目的とする。

本発明は、使用者の身体の一部又は全体を継続して動かすことにより行われる有酸素運動を使用者に行わせるために、前記身体の一部又は全体の動きに対して抵抗するように、前記身体の一部又は全体へ継続して負荷を与えるように駆動する負荷付与駆動部と、前記負荷付与駆動部による負荷を所定の値とする制御を前記負荷付与駆動部に対して行う制御部と、使用者が前記有酸素運動を行っている間に、前記制御部による制御によって、使用者が実行するタスクに関係する動く像を表示する表示部と、を備え、前記制御部は、前記負荷付与駆動部による負荷に抵抗して有酸素運動を行う使用者の抵抗度合いの変化に基づき、前記動く像の動きを変化させることにより、使用者による前記タスクの難易度を調整する有酸素運動補助装置に関する。

また、前記負荷付与駆動部及び前記制御部は、エルゴメータを構成し、前記制御部は、使用者が前記エルゴメータを構成するペダルを漕ぐ回転数の変化に基づいて、前記表示部における前記動く像の動きを変化させることが好ましい。

本発明によれば、有酸素運動中に積極的に思考を行わせて、うつや認知機能への負荷トレーニングを行い、脳血流量を高めることで、うつを改善し、また、認知機能の低下を抑制する有酸素運動補助装置を提供することができる。

本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１を示す前方斜視図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１を示す後方斜視図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１を示す側面図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１を示すブロック図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１のペダル１１１の負荷の調整をする構成を示す概略側面図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１のペダル１１１の負荷の調整をする構成を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１のタブレット１３１に表示されるゲームの画像の一例を示す図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１のタブレット１３１に表示されるゲームの画像の他の例を示す図である。 本発明の実施形態による有酸素運動補助装置１のうつ及び認知機能の改善における有酸素運動補助装置１と使用者との関係を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。有酸素運動補助装置１は、エルゴメータにより構成されており、図１〜図３等に示すように本体前部１０と、本体後部５０と、負荷付与駆動部としてのペダル駆動部１１０及び電機装置１２０と、表示部、入出力部としてのタブレット１３１と、動作制御装置１３５（図４参照）と、シート部５１０と、を有している。ペダル駆動部１１０は、本体前部１０の下部に支持されている。また、電機装置１２０は、本体前部１０に収容されている。シート部５１０は、本体後部５０の上部に配置されている。なお、以下の説明においては、本体後部５０から本体前部１０へと向かう方向を前方向と定義し、その反対の方向を後方向と定義して説明する。

本体後部５０は、本体前部１０の下端部に固定されたＴ字形状の前部筒状部１０１に後部筒状部５０１が挿入されて支持されている。Ｔ字形状の前部筒状部１０１の前端部は、本体前部１０の前端部に一致して接続された位置関係を有しており、左右方向に延びている。後部筒状部５０１が前部筒状部１０１に差し込まれてゆくことにより、本体後部５０は本体前部１０に近づいた位置とされ、後部筒状部５０１が前部筒状部１０１から引き抜かれることにより、本体後部５０は本体前部１０から遠い位置となる。即ち、本体後部５０は、後部筒状部５０１が前部筒状部１０１に案内されることにより、本体前部１０に対して離間／接近可能、即ち、図３の右方向／左方向へ移動可能である。

使用者がペダル駆動部１１０の後述のペダル１１１を漕ぐ際に、使用者がペダル１１１に対して離れ過ぎていると感じた場合には、使用者は、本体後部５０を本体前部１０に対して図３の左方向へ移動させて、本体後部５０のシート部５１０をペダル１１１に対して接近させる。逆に、使用者がペダル１１１を漕ぐ際に、使用者がペダル１１１に対して近すぎると感じた場合には、使用者は、本体後部５０のシート部５１０を本体前部１０に対して図３の右方向へ移動させて、本体後部５０のシート部５１０をペダル１１１に対して離間させる。

本体前部１０の上部は、上方へ延びる上方延出部１０２を有しており、上方延出部１０２の延出端部には、ハンドル部１０３が回動可能に支持されている。上方延出部１０２の後端には、図示しないスマートフォンを挿入可能なスマートフォン挿入穴１０２１（図２参照）が形成されている。スマートフォンと後述の制御装置部１３６とで無線通信を行い、インターネットに接続することで、後述のゲームをインターネット上で共有したりしてソーシャルな要素を取り込み、他人とのコミュニケーション力を鍛えられるように構成されている。

ハンドル部１０３は、平行な２本のバー１０４と、タブレット装着部１０５とを有している。バー１０４の下端部は、上方延出部１０２の延出端部に回動可能に支持されている。具体的には、バー１０４の下端部は、水平に対してバー１０４の長手方向のなす角が、図３に示すように、３０度、４５度、６０度の３つの角度の位置で固定可能に構成されている。また、バー１０４の下端部は、図３に示すように、バー１０４が斜め後下側へ指向して、有酸素運動補助装置１を梱包可能な位置まで回動可能に、上方延出部１０２に支持されている。

バー１０４の上端部には、タブレット装着部１０５が回動可能に支持されている。バー１０４の中間部は、バー下側部１０４１とバー上側部１０４２とを有しており、バー上側部１０４２がバー下側部１０４１に差し込まれてゆくことにより、タブレット装着部１０５が上方延出部１０２に近づいた位置とされ、バー上側部１０４２がバー下側部１０４１から引き抜かれることにより、タブレット装着部１０５が上方延出部１０２から遠い位置となる。

タブレット装着部１０５は、図２に示すように、タブレット固定部１０５１と、一対のＵ字形状のグリップ部１０５２とを有している。タブレット固定部１０５１の外形は、等脚台形と、その等脚台形の下底に長辺が一体的に接続された長方形とを有する形状を有している。タブレット固定部１０５１の上端部と、上下方向におけるタブレット固定部１０５１の中央部とに設けられたタブレット係止部１０５９に、タブレット１３１が係止されることにより、タブレット１３１はタブレット固定部１０５１に固定される。

タブレット固定部１０５１の下部には、回転摘み１０５３と、一対のＬＥＤ発光部１０５４と、一対のスピーカ１０５５と、が設けられている。一対のＬＥＤ発光部１０５４は点滅することにより、有酸素運動補助装置１の使用が、点滅に合わせてペダル１１１を漕ぐ等のペーシングに利用可能である。また、一対のスピーカ１０５５は、例えば、一対のＬＥＤ発光部１０５４の点滅に合わせて音を発して、一対のＬＥＤ発光部１０５４を視認しなくてもペーシングとして利用することが可能に構成されている。回転摘み１０５３は、回転されることにより、一対のＬＥＤ発光部の点滅の間隔が調整されるように構成されている。

本体後部５０の後部筒状部５０１の後部は、図１、図２に示すように二股に分岐し、それぞれ斜め上方向且つ前方向へ折れ曲がり、その上側には、上面が平坦であり、前方向に進むにつれて上方向へ向かって傾斜するシート部５１０を構成する台形の座面５１１が固定されている。そして、後部筒状部５０１の後部は、本体後部５０の後部の上端部から斜め上方向且つ後方向に延びて、その上端部には、台形の背もたれ部５１２が固定されている。

図３に示すように、ペダル駆動部１１０は、一対のペダル１１１と、ペダル軸１１２と、ペダルプーリー１１３とを有している。一対のペダル１１１は、ペダル軸１１２を回転軸として、本体前部１０に対して回転可能に本体前部１０に支持されている。使用者の足裏が当接するペダル１１１の上面には、多数の突起が設けられており、使用者の足裏へ触覚刺激を与え、これにより、皮膚、筋肉、腱が動くことを促すように構成されている。

ペダルプーリー１１３は、ペダル軸１１２と一体回転可能にペダル軸１１２に固定されている。電機装置１２０は、回転軸１２１と、回転軸プーリ１２２と、電動発電機１２５（図４参照）と、を有している。ペダルプーリー１１３と回転軸プーリ１２２とには、これらをかけ渡すように、無端状のベルト１２４が巻き付けられている。

回転軸プーリ１２２の周面には、図５Ａ、図５Ｂに示すように、フライホイール１２２１が、回転軸プーリ１２２の周面の全周にわたって板状に形成されて設けられている。フライホイール１２２１は、図５Ｂに示すように、コの字形状に形成された永久磁石１２２３の間に配置されており、永久磁石１２２３の磁力によって、フライホイール１２２１の回転が抑えられるように構成されている。永久磁石１２２３は、回動軸１２２４によって、電機装置１２０の筐体１２０１（図３参照）に対して回動可能に支持されている。回動軸１２２４を中心として、永久磁石１２２３が回動することにより、図５Ｂに示すように、永久磁石１２２３のコの字状の部分に挿入されるフライホイール１２２１の部分の量が変化し、これにより、フライホイール１２２１及び回転軸プーリ１２２の回転を抑える負荷が変化するように構成されている。

図４に示すように、電機装置１２０において回転軸１２１に歯車等の駆動連結部を介して連結された電動発電機１２５は、動作制御装置１３５と電気的に接続されている。動作制御装置１３５は、制御部としての制御装置部１３６と、制御装置部１３６に無線通信等により電気的に接続された入出力部としてのタブレット１３１と、を有する。制御装置部１３６は、プログラムや後述する問題等の情報を記憶している記憶部（ＲＡＭ及びＲＯＭ（図示せず））と、記憶部が記憶している情報に基づいて演算処理を行う演算部（ＣＰＵ（図示せず））とを有している。タブレット１３１は、ゲームや使用者に対して出題する問題を表示して出力したり、使用者が出題された問題に対する回答を入力したりするために用いられる。動作制御装置１３５は、タブレット１３１において入力した設定情報やゲーム、問題の解答に基づいて電機装置１２０の動作を制御する。

タブレット１３１には、例えば、図６に示すような、使用者にとってのタスクとしてのゲームの画面が表示される。
具体的には、先ず、図６に示すような、画面を表示する前に、ゲームを行う前の負荷及び難易度の設定が行われる。これらの設定は、これからゲームをやる使用者のやる気等のその時の気分について間接的に問う設問が表示される。そして、この問いに対して、タブレット１３１を介して入力して回答する。これにより、動作制御装置１３５は、ゲームの難易度を、例えば、全部で５段階のうちの１に設定する。これにより、後述するボールＧ２の動く速度の上限及び下限の値が、例えば全部で±５から±１０までのうちの±６に設定される。また、動作制御装置１３５は、回転軸プーリ１２２の回転を抑える負荷、即ち、ペダル１１１を漕ぐ負荷及びペダル１１１を漕ぐ目標回転数を、例えば、全部で１０段階のうちの７に設定する。設定される負荷の値は、使用者にとって不快とならないような適度のほどよい負荷となる値に設定される。

画面の周囲の近傍に分割された壁Ｇ１が複数表示されており、分割された壁Ｇ１によって取囲まれた領域には、ボールＧ２が複数移動している。ボールＧ２は、壁Ｇ１に接近して衝突し、壁Ｇ１に跳ね返される。使用者は、ボールＧ２の動いている方向から、次に、どの壁Ｇ１に衝突するかを予想し、制限時間内にできるだけ早くその予想した壁Ｇ１にタッチする。タッチすることが早ければ早い程、高得点でき、得点Ｇ５として表示される。また、ペダル１１１を多く漕ぐことにより、バイク点が高くなり、バイク点Ｇ６として表示される。

制御装置部１３６は、負荷付与駆動部による負荷に抵抗して有酸素運動を行う使用者の抵抗度合いの変化に基づき、動く像の動きを変化させる。具体的には、ボールＧ２の動く速度は、ペダル１１１を漕ぐ回転数によって変化する。即ちペダル１１１を早く漕いで回転数を高くすることにより、ボールＧ２の動く速度を低くすることができ、これにより使用者は、より早く使用者が予想した壁Ｇ１にタッチすることが可能になり、ゲームの難易度を調整して易しくすることができる。このため、使用者は、高得点するために、自ら主体的にペダル１１１を早く漕いで回転数を高くすることにより、無意識のうちに有酸素運動を行う。また、この際、予め設定された目標回転数よりも早すぎても遅すぎても、最も高い得点とはならず、ほぼ目標回転数と同じ回転数でペダル１１１を漕ぐことにより、最も高い得点を得ることが可能に構成されている。

ボールＧ２の動く速度の標準値は、予めタブレット１３１において設定可能である。ここで、標準値とは、前述のように使用者がペダル１１１を漕いていないときのボールＧ２の動く速度の値のことをいう。また、ペダル１１１を漕ぐ回転数によってボールＧ２の動く速度は変化するが、その変化の度合いを、予めタブレット１３１において設定可能である。即ち、所定の回転数でペダル１１１を漕ぐことに対する、ボールＧ２の動く速度の変化量を、予めタブレット１３１において設定可能である。

また、使用者がペダル１１１を漕いだ回転数は、バイク点としてタブレット１３１上に表示され、ゲームの得点に合算される。更に、ゲームの得点とバイク点との合算した値が良好であった場合には、この合算した値に所定の数値との掛け算が行われてレバリッジがかけられて、更に合算値が高い値となり、使用者の意欲を高めることに貢献する。

また、タブレット１３１には、図７に示すようなゲームの画面を表示可能である。具体的には、図６と同様のボールＧ２（ターゲットのボールＧ２）と共に、ダミーのボールＧ３を表示させて、ターゲットのボールＧ２と同様に動いた状態で表示させることが可能である。例えば、ダミーのボールＧ３を青で表示し、ターゲットのボールＧ２を緑で表示する。そして、使用者がペダル１１１を漕ぐことにより、ターゲットのボールＧ２の移動速度が低くなる。これにより、使用者は、より早く使用者が予想した壁Ｇ１にタッチすることが可能になる。

また、使用者がペダル１１１を漕がないと、ターゲットのボールＧ２がダミーのボールＧ３と同じ青色に変化してしまい、どのボールがターゲットのボールＧ２なのかが分からなくなる。そこで、使用者がペダル１１１を漕ぐことにより、ターゲットのボールＧ２の色がダミーのボールＧ３の色と異なる色となる。これにより、使用者は、どれがターゲットのボールＧ２であるかを認識できようになる。

本実施形態による有酸素運動補助装置１は、以下の効果を発揮する。
制御部は、負荷付与駆動部による負荷に抵抗して有酸素運動を行う使用者の抵抗度合いの変化に基づき、動く像の動きを変化させることにより、使用者によるタスクの難易度を調整する。

このため、ペダル１１１を漕ぐ回転数を使用者が自らの意思で変化させることにより、あたかもゲームを操作することができるため、あまり有酸素運動をしたくない使用者であっても、高得点を希望する使用者であれは、得点を取りやすいように、ペダル１１１を漕いて難易度を低くすることができる。即ち、回転数や負荷をフィードバックさせて、ゲームに対する使用者のソーシャル的な機能により、ゲームにおける難易度をゲーム中にリアルタイムで変化させることができる。この結果、ゲーム自体のポイントが高くなることをモチベーションとして、有酸素運動と頭脳を使うゲームとを、無意識のうち使用者にやる気を起こさせて行うことができる。
また、表示部に表示されるゲーム（タスク）は、神経心理テストで用いられるものである。このため、脳の所定の部分を使用して脳の所定の部分の血流をよくすることが可能である。

即ち、図８に示すように、有酸素運動補助装置１により構成されるシステムは、システム側から使用者に対してタブレット１３１においてゲーム（タスク）を提供する。これに対して、使用者は、タスクを実行する際に、ペダル１１１の回転数を上げることより、ターゲットとなるボールＧ２の動きを遅くさせて、リアルタイムでペダル１１１の回転数が、有酸素運動補助装置１においてタブレット１３１にフィードバックされ、難易度をコントロールして変化させてゲームを容易にする。このようにシステムと使用者とは、ＰＤＣＡサイクルのように、互いにフィードバックし合って、それぞれを高めてゆく。
これにより、認知機能と運動野と血流との３要素において、回転数や負荷が変えられることにより運動野が使われ、認知機能と運動野とのバランスがとられ、記憶能力、注意能力、推考能力、周辺視野を鍛えることが可能となる。即ち、使用者の有酸素運動中に積極的に思考を行わせて、うつや認知機能への負荷トレーニングを行い、脳血流量を高めることで、うつを改善し、また、認知機能の低下を抑制することが可能となる。

また、負荷付与駆動部及び制御部は、エルゴメータを構成し、制御部は、使用者がエルゴメータを構成するペダル１１１を漕ぐ回転数の変化に基づいて、表示部における動く像の動きを変化させる。このため、安定して座った状態で、うつ（鬱）や認知機能への負荷トレーニングを行うことが可能となる。
また、ダミーのボールＧ３が表示されるため、使用者は、ダミーのボールＧ３なのかターゲットとなるボールＧ２なのかを識別することにより、ゲームの課題に対して、自ら解こうとするモチベーションを起こし、脳の血流を高めることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。
例えば、本実施形態においては、有酸素運動は、エルゴメータにより構成される有酸素運動補助装置１のペダル１１１を漕ぐことにより、主として下半身を継続して動かすことにより行われたが、これに限定されない。有酸素運動は、使用者の身体の一部又は全体を継続して動かすことにより行われればよい。従って、例えば、トレッドミルにより有酸素運動補助装置が構成されてもよい。また、酸素運動補助装置は、うつや認知症の改善のために、用いられることに限定されない。例えば、学習や教育やフィットネス等に用いてもよい。

また、例えば、ボールの数や色や形状等の、表示部の画面の表示については、本実施形態におけるボールＧ２、Ｇ３の数や色や形状等の、タブレット１３１の画面の表示に限定されない。同様に、本実施形態においては、使用者がペダル１１１を漕ぐことにより、ボールＧ２、Ｇ３の動きが遅くなり、これによりゲームの難易度が変化したが、これに限定されない。例えば、ペダル１１１を漕ぐことにより、ボールＧ２、Ｇ３の動きを早くしてもよい。ゲームにおいては、制限時間内にできるだけ多く壁Ｇ１にタッチすることにより、より高い点数を獲得できるため、ボールＧ２の動きが早いほど、壁Ｇ１にタッチできる回数が増え、難易度が変化する。
また、ボールＧ２については、横方向の動きは一定として、縦方向の動きは重力で変わるようにしてもよい。また、表示部としてタブレット１３１を用いたが、タブレット１３１に限定されない。また、ハンドル部１０３、ペダル駆動部１１０、電機装置１２０、シート部５１０等の各部の構成は、本実施形態におけるこれらの構成に限定されない。

１ 有酸素運動補助装置
１１０ ペダル駆動部（負荷付与駆動部）
１２０ 電機装置（負荷付与駆動部）
１３１ タブレット（表示部、入出力部）
１３６ 制御装置部（制御部）
Ｇ２ ターゲットのボール
Ｇ３ ダミーのボール

Claims (2)

1. 使用者の身体の一部又は全体を継続して動かすことにより行われる有酸素運動を使用者に行わせるために、前記身体の一部又は全体の動きに対して抵抗するように、前記身体の一部又は全体へ継続して負荷を与えるように駆動する負荷付与駆動部と、
   前記負荷付与駆動部による負荷を所定の値とする制御を前記負荷付与駆動部に対して行う制御部と、
   使用者が前記有酸素運動を行っている間に、前記制御部による制御によって、使用者が実行するタスクに関係する動く像を表示する表示部と、を備え、
   前記制御部は、前記負荷付与駆動部による負荷に抵抗して有酸素運動を行う使用者の抵抗度合いの変化に基づき、前記動く像の動きを変化させることにより、使用者による前記タスクの難易度を調整する有酸素運動補助装置。
2. 前記負荷付与駆動部及び前記制御部は、エルゴメータを構成し、
   前記制御部は、使用者が前記エルゴメータを構成するペダルを漕ぐ回転数の変化に基づいて、前記表示部における前記動く像の動きを変化させる請求項１に記載の有酸素運動補助装置。

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