JP2019154581A - 認知機能維持向上システム - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の認知機能の維持効果及び認知機能の向上効果をより一層高める。【解決手段】使用者が有酸素運動を行うことにより回転すると共に、クランク２１の１回転当たりに複数のパルスを生成する。生成されたパルスを検出し、検出されたパルスの間隔に応じて変化する認知機能トレーニング用ゲーム画像を生成する。生成された認知機能トレーニング用ゲーム画像をディスプレイ３１に表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、人の認知機能を維持または向上させるための認知機能維持向上システムに関する。

一般に、正常に発達した人の認知機能が後天的な脳の器質的障害によって低下し、生活する上で支障が出ている症状を認知症と呼んでいる。認知症は正式な病名ではない、いわゆる症候群であり、医学的には診断法が確立しているわけでもなく、原因もはっきりしていないが、例えばアルツハイマー型認知症、レビー小体型認知症、脳血管型認知症等を挙げることができる。

近年、認知症であると推測される患者数が増加傾向にあるが、その原因を取り除く根治的な治療は困難であり、現状では認知症の症状を軽くするか、認知症の症状の進行を抑えるトレーニングやリハビリテーションが行われているだけである。認知症の症状を軽くすることは認知機能の向上と呼ばれており、また認知症の症状の進行を抑えることは認知機能の維持と呼ばれている。また認知症と診断される前段階、即ち軽度認知障害のうちに、それ以上認知機能が低下するのを予防すれば認知症の発症を防止したり、発症を遅らせることもでき、この点で認知症と診断される前段階の認知機能の維持が重要視されてきている。

特許文献１には、簡単な問題を出題することによって認知症を予防する認知症予防装置が開示されている。この認知症予防装置は、複数の種類の問題を出題して使用者の解答を受け付けた後、受け付けた解答の正誤及びその解答に要した時間に基づいて得意傾向と不得意傾向を判定し、得意傾向の問題が出題される頻度が、不得意傾向の問題の出題頻度よりも高くなるように構成されている。

特許文献２には、認知症を予防するためのトレーニングに用いる問題を提示する認知症予防システムが開示されている。この認知症予防システムは、複数の使用者をグループ分けし、出題する問題をグループ毎に決定し、決定した問題を使用者に提示するように構成されている。

特許文献３には、歌唱させることによって認知症を改善する装置が開示されている。この装置は、使用者が歌唱することにより発せられる音声を収集し、収集された音声に基づいて歌唱力を評価し、評価結果に基づいて使用者が歌唱するべき別の楽曲を自動的に選択して出力するように構成されている。

特許第６２７７００８号公報 特開２０１５−１８０９３３号公報 特開２０１５−５１１２４号公報

ところで、特許文献１、２のように使用者に問題を解答させることによって認知症を予防する方法は従来から知られているが、その効果については更なる向上が望まれている。また特許文献３の場合は使用者に歌唱させることによって認知症を改善する試みであるが、歌唱することに抵抗がある使用者もいるので使用者が限定されてしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、様々な使用者の認知機能の維持効果及び認知機能の向上効果をより一層高めることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、使用者に、有酸素運動と認知機能トレーニング用ゲームとを組み合わせて行わせるようにした。

第１の発明は、人の認知機能を維持または向上させるための認知機能維持向上システムにおいて、使用者が有酸素運動を行うことにより回転する回転部材と、該回転部材と共に回転して該回転部材の１回転当たり複数のパルスを生成するパルス生成部とを有する有酸素運動器具と、前記パルス生成部によって生成されたパルスを検出するパルス検出部と、前記パルス検出部で検出されたパルスの間隔に応じて変化する認知機能トレーニング用ゲーム画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部で生成された認知機能トレーニング用ゲーム画像を表示する表示部とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者が有酸素運動器具で有酸素運動を行うことにより、回転部材が回転し、パルス生成部によってパルスが生成される。生成されたパルスは、パルス検出部で検出される。画像生成部は、パルス検出部で検出されたパルスの間隔に応じて変化する認知機能トレーニング用ゲーム画像を生成する。このとき、回転部材の１回転当たりに複数のパルスが生成されているので、使用者が回転部材をゆっくりにしか回転させることができなかったとしても、パルスの間隔が狭くなり、そのため所定時間内におけるパルスの間隔の変化が現れやすくなる。よって、速く有酸素運動を行うことができる使用者はもちろんのこと、ゆっくりとした有酸素運動を行う使用者であっても表示部に表示される認知機能トレーニング用ゲーム画像が変化するので、使用者は自身の有酸素運動と認知機能トレーニング用ゲーム画像との連動を意識することが可能になる。

つまり、本発明では、有酸素運動による認知機能の維持及び向上効果を得ながら、その有酸素運動と認知機能トレーニング用ゲーム画像との連動を意識させながら認知機能トレーニング用ゲームを行わせることで、従来例のように問題を解くだけ、または歌唱するだけの場合に比べて、使用者の認知機能の維持効果及び認知機能の向上効果がより一層高まる。

第２の発明は、前記認知機能トレーニング用ゲーム画像が前記表示部に表示されているときに使用者による入力操作を受け付ける操作受付部を更に備えていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者が表示部に表示されている認知機能トレーニング用ゲーム画像を見ながら入力操作を行うことで使用者の認知機能が維持または向上する。

第３の発明は、前記有酸素運動器具は、前記パルス生成部の回転速度を前記回転部材の回転速度よりも高める増速機構を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者が回転部材を回転させると、パルス生成部の回転速度が回転部材の回転速度よりも高まるので、回転部材が１回転する間に発生するパルスの数を多くすることができる。これにより、有酸素運動がゆっくり行われる場合であっても、所定時間内におけるパルスの間隔の変化がより一層現れやすくなるので、表示部に表示される認知機能トレーニング用ゲーム画像を確実に変化させることができる。

第４の発明は、前記画像生成部は、前記パルス検出部で検出されたパルスの間隔の変化によって前記表示部の水平軸方向または垂直軸方向に位置を変える像を当該表示部に表示させるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者が回転部材の回転速度を変えると、表示部に表示される像の位置が変わるので、回転部材の回転速度によって像の位置をコントロールして、例えば目標とする位置に持っていく等することができ、回転速度の調整による認知機能のトレーニング効果を得ることができる。

第５の発明は、前記画像生成部は、前記パルス検出部で検出されたパルスの間隔の変化によって移動速度が変わったように見える像を当該表示部に表示させるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者が回転部材の回転速度を変えると、表示部に表示される像の移動速度が変わったように見えるので、例えば目標とする速度に調節することで、回転速度の調整による認知機能のトレーニング効果を得ることができる。

第６の発明は、前記操作受付部は、使用者の指による入力操作を受け付けるタッチセンサと、手または足で押すことによって信号の入力を行う信号入力装置との少なくとも一方で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者の指の運動、手や足の運動も取り入れることで認知機能のトレーニング効果がより一層高まる。

本発明によれば、有酸素運動と認知機能トレーニング用ゲームとを組み合わせて行わせることで、様々な使用者の認知機能の維持効果及び認知機能の向上効果をより一層高めることができる。

本発明の実施形態に係る認知機能維持向上システムの全体構成を示す図である。 認知機能維持向上システムをインターネットに接続して使用する形態を示す図である。 認知機能維持向上システムのブロック図である。 有酸素運動器具の斜視図である。 有酸素運動器具の平面図である。 変形例１に係る有酸素運動器具の横断面図である。 変形例２に係る有酸素運動器具の平面図である。 変形例３に係る有酸素運動器具の縦断面図である。 変形例３に係る有酸素運動器具の横断面図である。 認知機能維持向上システムの動作を示すフローチャートである。 ゲーム画面の遷移を示すフローチャートである。 第１ゲームの画面を示す図である。 第２ゲームの画面を示す図である。 第３ゲームの画面を示す図である。

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。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る認知機能維持向上システム１の全体構成を示す図である。認知機能維持向上システム１は、有酸素運動器具２と、タブレット型端末３と、心拍測定器具４とを備えており、人の認知機能を維持または向上させるためのシステムであり、認知機能維持向上装置と呼ぶこともできる。認知機能維持向上システム１の使用者としては、例えば認知症の患者や、認知症と診断される前段階、即ち軽度認知障害の患者を挙げることができるが、これらに限らず、例えば認知症及び軽度認知障害ではない高齢者等であってもよい。認知症は正式な病名ではないが、例えばアルツハイマー型認知症、レビー小体型認知症、脳血管型認知症等を挙げることができる。

また、認知機能の維持とは、認知症と診断される前段階の認知機能の維持、ある程度低下している認知機能の維持を含んでおり、認知機能が低下するのを予防すれば認知症の発症を防止したり、発症を遅らせることもできる。また、認知機能の向上とは、低下した認知機能を向上させることである。本実施形態に係る認知機能維持向上システム１は、認知機能の維持だけでなく、認知機能の向上を図ることもできる。

（有酸素運動器具２の構成）
有酸素運動器具２は、使用者が有酸素運動を行うための器具である。有酸素運動は、長時間継続することができる程度の軽度または中程度の負荷をかける運動であり、人によって異なるが、最大心拍数の７０％〜６０％よりも低い心拍数を維持しながら行う運動である。また２０分以上、無理なく継続することができる運動を有酸素運動と呼ぶこともできる。

本実施形態に係る有酸素運動器具２は、いわゆる自転車を漕ぐ運動を行うことができるように構成されており、エアロバイク、フィットネスバイク等と呼ばれるものである。図４に示すように、有酸素運動器具２は、本体部２０と、クランク（回転部材）２１と、パルス生成板（パルス生成部）２２と、パルス検出器（パルス検出部）２３とを備えている。本体部２０は、例えば樹脂材等からなる筐体であり、床等に置いた状態で床面上を滑らないように構成されている。

クランク２１は、使用者が有酸素運動を行うことにより回転する部材である。クランク２１の左右方向の中間部分は、本体部２０に対して例えばボールベアリング（図示せず）等を介して水平軸周りに回転可能に支持されている。クランク２１の左右両側は、本体部２０の左右両側壁からそれぞれ外方へ突出している。クランク２１の左端部及び右端部には、それぞれ使用者が足を載せるためのペダル２１ａが水平軸周りに回転可能に取り付けられている。尚、有酸素運動器具２の左右方向は、使用者が使用する姿勢をとったときに当該使用者の左右方向と対応している。また、使用者は、図示しない椅子等に座った状態で左右の足をペダル２１ａにそれぞれ置き、その状態でクランク２１を回転させることによって有酸素運動を行うことができる。また、使用者は、手でペダル２１ａを持ってクランク２１を回転させることによって有酸素運動を行うこともできる。

パルス信号を得る手法は様々な方法を用いることができるが、以下に一例を示す。パルス生成板２２は、クランク２１と共に回転して該クランク２１の１回転当たり複数のパルスを生成するための部材である。パルス生成板２２は、クランク２１の中間部分に固定されており、該クランク２１の回転軸の径方向に延びる円形板で構成されている。パルス生成板２２の一方の側面には、複数の白色領域２２ａと黒色領域２２ｂとが回転方向に交互に設けられている。白色領域２２ａと黒色領域２２ｂとの数により、クランク２１の１回転当たりに生成されるパルス数を変えることができる。クランク２１の１回転当たりに生成されるパルス数は、２以上であり、好ましくは５以上、より好ましくは１０以上である。クランク２１の１回転当たりに生成されるパルス数が多いほど、後述するゲーム画面の変化を細かくすることができるので好ましい。

パルス検出器２３は、本体部２０の外部に設けられており、図示しないがＬＥＤ等からなる発光素子と受光素子とを有し、受光素子で受光された光の強度の変化をパルス信号に変換するように構成された従来から周知の機器である。パルス検出器２３の発光素子は、パルス生成板２２における白色領域２２ａと黒色領域２２ｂとが設けられている側面に向けて光を照射する。パルス検出器２３の受光素子は、パルス生成板２２における白色領域２２ａと黒色領域２２ｂとが設けられている側面からの反射光を受光するように配置されている。したがって、パルス検出器２３の発光素子が光を照射した状態でパルス生成板２２が回転すると、受光素子が受光する光の強度が周期的に変化することになり、この周期的な光の強度の変化からパルス信号を得ることができる。パルス検出器２３は、パルス信号を出力することができるように構成されている。

図５等に示すように、有酸素運動器具２は、負荷検出器２６と負荷発生器２７とを備えている。負荷発生器２７は、従来から周知のものを用いることができ、例えば、機械的な負荷発生器、磁力（永久磁石、電磁石）を利用した負荷発生器等を挙げることができ、これらのうち、１つまたは複数を使用してクランク２１の回転に負荷を与えることができる。機械的な負荷発生器の一例としては、クランク２１に固定された回転ドラムに、本体部２０に固定された摩擦材を接触させて回転ドラムと摩擦材との間に発生する摩擦力によってクランク２１の回転に負荷を与えるものがある。このものでは、摩擦材の回転ドラムに対する接触力（面圧）を変化させることでクランク２１の回転負荷を変えることができる。また、磁力を利用した負荷発生器の場合は、磁力を変化させることによってクランク２１の回転負荷を変えることができる。クランク２１の回転負荷は、使用者の運動負荷であり、クランク２１の回転負荷を変えることで使用者の運動負荷を変えることができる。使用者が有酸素運動領域で運動することが可能になるように、クランク２１の回転負荷を変えればよい。

負荷検出器２６は、クランク２１の回転負荷を検出するための器具である。機械的な負荷発生器の場合、摩擦材の回転ドラムに対する接触力を各種センサによって直接または間接的に検出することで、クランク２１の回転負荷を検出することができる。磁力を利用した負荷発生器の場合、磁力の変化をセンサによって検出することで、クランク２１の回転負荷を検出することができる。クランク２１の回転負荷を段階的に調整可能にすることもでき、この場合には、どの負荷領域にあるかを検出することができる。負荷検出器２６は、検出したクランク２１の回転負荷情報を電気信号で出力することができるように構成されている。

図５等に示すように、有酸素運動器具２は通信部２４を備えている。通信部２４は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の無線通信規格に準拠した通信モジュールや、赤外線通信モジュール等で構成することができる。通信部２４には、パルス検出器２３からパルス信号が入力されるとともに、負荷検出器２６からクランク２１の回転負荷情報が入力されるようになっている。通信部２４に入力されたパルス信号及びクランク２１の回転負荷情報は、通信部２４によってタブレット型端末３に送信される。パルス信号の送信間隔は、短いほどよく、例えば０．１秒〜０．５秒間隔とすることができる。クランク２１の回転負荷情報は、負荷の変化があったときにだけ送信するようにしてもよい。

通信部２４は、有線通信モジュールであってもよい。この場合、有酸素運動器具２の通信部２４とタブレット型端末３の通信部３４（図３に示す）とを信号線等で接続すればよい。

図５に示す符号２５は電源である。電源２５は、例えば電池とすることができ、パルス検出器２３、通信部２４、負荷検出器２６等に電力を供給するためのものである。電力の供給は、例えば一般のコンセントから行うようにしてもよい。

パルス生成板２２、パルス検出器２３、通信部２４、負荷検出器２６及び電源２５は、それらを有しない有酸素運動器具に取り付けることができる。これにより、一般家庭等にある汎用の有酸素運動器具を、本発明の有酸素運動器具２とすることができるので、認知機能維持向上システム１の導入コストを低減することができる。

上述の例では、有酸素運動器具２がエアロバイク、フィットネスバイク等で構成されている場合について説明したが、有酸素運動器具２はこれらに限られるものではなく、図示しないが、例えば歩行運動（ウォーキング）や軽いジョギングを行うことができるトレッドミル等であってもよい。トレッドミルのベルト上を使用者が歩行することでローラ（回転部材）が回転する。このローラと共に回転するようにパルス生成部を設けておき、トレッドミルの本体部にパルス検出部を設けておけばよい。

（心拍測定器具４の構成）
図１に示すように、心拍測定器具４は、心拍測定部４０とバンド４１とを備えている。バンド４１は、使用者の手首に巻くことができるように構成されており、心拍測定部４０を手首に固定しておくための部材である。心拍測定部４０は、従来から周知の手法によって心拍を測定する部分であり、例えば手首の動脈に対して赤外光を照射し、反射した赤外光を受光素子によって受光して受光強度の変化に基づいて心拍を測定することができる心拍センサ４２（図３に示す）を内蔵している。心拍センサ４２は、脈拍数を測定することによって心拍数として得ることができる。

さらに、心拍測定器具４は、通信部４３を内蔵している。通信部４３は、有酸素運動器具２の通信部２４と同様な通信モジュールで構成することができる。通信部４３には、心拍センサ４２から出力された心拍数（１分間当たりの心臓の拍動数）が入力され、入力された心拍数はタブレット型端末３に送信される。心拍数の送信間隔は、短いほどよく、例えば０．１秒〜０．５秒間隔とすることができる。

図示しないが、使用者の耳たぶの血流変化によって使用者の心拍数を得ることもできる。この場合、耳たぶに心拍センサを取り付けておく。また、使用者の胸部に心拍センサを取り付けることによっても使用者の心拍数を得ることもできる。

（タブレット型端末３の構成）
図１に示すように、タブレット型端末３は、筐体３０と、ディスプレイ３１とを備えている。タブレット型端末３には、スマートフォンのような小型のディスプレイを搭載した端末を含むことができる。ディスプレイ３１は、本発明の表示部であり、筐体３０に取り付けられている。ディスプレイ３１は、例えば液晶表示パネルや有機ＥＬパネル等の平面型の各種表示デバイスで構成されており、文字や動画、静止画等の各種情報を表示することが可能になっている。ディスプレイ３１は、制御装置３２によって制御される。ディスプレイ３１には、後述する画像生成部３２ａで生成された認知機能トレーニング用ゲーム画像が表示される。

図３に示すように、タブレット型端末３は、制御装置３２と、タッチセンサ３３と、通信部３４と、記憶部３５とを更に備えている。タッチセンサ３３は、ディスプレイ３１の表面上に積層された状態で設けられており、従って、タッチパネルと呼ぶこともできる。タッチセンサ３３は、表示画面上の押圧された位置を検出可能なセンサであり、従来から周知のセンサを用いることができる。例えば、ディスプレイ３１上の押圧された位置を電圧の変化の測定によって検出する抵抗膜方式、静電容量の変化を感知する静電容量方式、赤外線光学イメージング方式等の各種方式のものを用いることができる。タッチセンサ３３は、使用者の指等による押圧と、ペン等の操作部材による押圧との両方を検出することができるようになっている。タッチセンサ３３によって検出された表示画面上の押圧位置は、制御装置３２に出力されるようになっている。タッチセンサ３３は、認知機能トレーニング用ゲーム画像がディスプレイ３１に表示されているときに使用者による入力操作を受け付ける操作受付部である。操作受付部は、手または足で押すことによって信号の入力を行う信号入力装置４４であってもよい。信号入力装置４４は、例えば押しボタン等を使用することができ、手や足で押しボタンを押したことを検出して所定の信号を出力する装置等を挙げることができる。押しボタンは、上下左右の操作や、決定操作を行うことができるものである。また、クランク２１を手で回転させているときには足で信号入力装置４４を操作し、また、クランク２１を足で回転させているときには手で信号入力装置４４を操作することができるように、信号入力装置４４を配設することができる。

記憶部３５は、プログラムやアプリケーション（認知機能トレーニング用ゲームアプリケーション）を記憶することができるとともに、後述するゲーム結果等も記憶することができるように構成されている。記憶部３５は、例えばソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の半導体素子メモリやハードディスク等で構成することができる。記憶部３５は制御装置３２に接続されており、制御装置３２との間でデータのやり取りが可能になっている。

通信部３４は、有酸素運動器具２の通信部２４及び心拍測定器具４の通信部４３と通信可能に構成された通信モジュールである。有酸素運動器具２の通信部２４から出力されるパルス信号及びクランク２１の回転負荷情報と、心拍測定器具４の通信部４３から出力される使用者の心拍数は、通信部３４により受信されて制御装置３２に送られる。

制御装置３２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）やＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成されており、予めインストールされているＯＳプログラムやアプリケーションプログラムに従って動作するように構成されている。

制御装置３２は、パルス検出器２３で検出されたパルスの間隔に応じて変化する認知機能トレーニング用ゲーム画像を生成する画像生成部３２ａを備えている。画像生成部３２ａは、ソフトウェアで構成することができるし、ハードウェアで構成することもできる。画像生成部３２ａが生成する認知機能トレーニング用ゲーム画像の詳細は後述する。

（インターネット接続）
図２に示すように、認知機能維持向上システム１はインターネットに接続することもできる。この場合、サーバ１００を設けておき、タブレット型端末３とサーバ１００とを、インターネットを介して接続可能に構成する。インターネットを介しての接続にあたっては、従来から周知の手法を用いることができる。タブレット型端末３とインターネットとは無線通信と有線通信のいずれであってもよい。またサーバ１００とインターネットとの通信も無線通信と有線通信のいずれであってもよい。これらの通信には公衆電話回線を利用することもできる。またタブレット型端末３とサーバ１００とはＬＡＮ（Local Area Network）等で接続することもできる。この場合、有線ＬＡＮ等であってもよいし、無線ＬＡＮであってもよい。サーバ１００を含めて認知機能維持向上システム１とすることもできる。

タブレット型端末３は、パルス信号に基づいて有酸素運動器具２が使用されているか否かを判定することができるとともに、心拍測定器具４が検出する心拍数に基づいて使用者の状態を把握することもできる。タブレット型端末３は、有酸素運動器具２の使用頻度及び使用時間等の使用状態及び心拍測定器具４が検出する心拍数を定期的にサーバ１００に保存する。

サーバ１００には、医療機関がインターネットを介して接続可能である。医療機関とは、例えば使用者のかかりつけ医院や病院等を挙げることができる。医療機関の担当者は、サーバ１００に保存されている有酸素運動器具２の使用状態及び心拍数を閲覧することができ、これにより、使用者の健康状態等を把握することができる。

また、サーバ１００には、親族等のみがインターネットを介して接続可能である。親族等が持つスマートフォンをサーバ１００に接続することで、サーバ１００に保存されている有酸素運動器具２の使用状態及び心拍数を親族等のみが閲覧可能になる。

（有酸素運動器具２の変形例）
図６に示す変形例１では、パルス生成板２２及びパルス検出器２３を本体部２０の内部に設けている。これにより、パルス検出の際に外乱が少なくなり、検出精度が向上する。

図７に示す変形例２では、有酸素運動器具２が、パルス生成板２２の回転速度をクランク２１の回転速度よりも高める増速機構を備えている。増速機構は、クランク２１の左右方向中間部分に固定されている駆動プーリ２１ｂと、本体部２０の側壁部に対して水平軸周りに回転する従動プーリ２８と、伝動ベルト２９とで構成されている。駆動プーリ２１ｂは、クランク２１の回転速度と同じ速度で回転する。従動プーリ２８は、支軸２８ａを介して本体部２０に回転可能に支持されており、駆動プーリ２１ｂよりも小径に形成されている。伝動ベルト２９は、駆動プーリ２１ｂと従動プーリ２８とに巻き掛けられており、駆動プーリ２１ｂの回転力を従動プーリ２８に伝達する。従動プーリ２８の一方の側面に、パルス生成板２２が固定されており、従動プーリ２８とパルス生成板２２とが一体に回転する。クランク２１が回転すると、従動プーリ２８が駆動プーリ２１ｂよりも小径であるため、パルス生成板２２の回転速度がクランク２１の回転速度よりも高まる。よって、クランク２１の１回転当たりに生成されるパルス数を多くすることができる。この変形例２の場合、駆動プーリ２１ｂ、従動プーリ２８、伝動ベルト２９、パルス生成板２２及びパルス検出器２３を備えていない有酸素運動器具にそれらを取り付けることにより、本発明の有酸素運動器具２とすることができる。

図８及び図９に示す変形例３では、変形例１のように、駆動プーリ２１ｂ、従動プーリ２８、伝動ベルト２９、パルス生成板２２及びパルス検出器２３を本体部２０の内部に設けている。

（認知機能の維持向上トレーニング）
次に、認知機能維持向上システム１を用いた認知機能の維持向上トレーニングの進め方について説明する。タブレット型端末３を操作して認知機能トレーニング用ゲームアプリケーションを立ち上げると、図１０に示すフローチャートのスタート後のステップＳＡ１の処理、即ちタイトル画面がディスプレイ３１に表示される。タイトル画面には、認知機能の維持向上トレーニングであることが示されており、使用者はタイトル画面を見ることで認知機能の維持向上トレーニングが始まることを把握できる。タイトル画面は、制御装置３２の画像生成部３２ａが生成する。

タイトル画面をディスプレイ３１に所定時間表示した後、ステップＳＡ２に進み、画像生成部３２ａが機器接続及び連動確認画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。機器接続及び連動確認画面を表示している間に、有酸素運動器具２及び心拍測定器具４の接続動作を行うとともに、有酸素運動器具２及び心拍測定器具４との通信が正常に行われるか否かを確認する。通信が正常に行われる状態であれば以下のステップＳＡ３に進み、通信が正常に行われない場合には再接続等を要求する。

ステップＳＡ３では、画像生成部３２ａがメニュー画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。メニュー画面には、複数の種類のゲームの中から１つを選択する選択ボタンや、結果閲覧選択ボタン等が表示される。ボタン操作は、信号入力装置４４またはタッチセンサ３３によって受け付けることができる。結果閲覧とは、過去に行われたゲームの結果を閲覧することであり、例えばゲームの得点、ゲームの最高得点、ゲームを行った日時、ゲームを行った回数、複数回ゲームを行った場合の得点の推移等である。

ステップＳＡ４では、メニュー画面において複数の種類のゲームの中から１つが選択されたか否かを判定する。ステップＳＡ４においてＮＯと判定されてゲームの選択がなされなかった場合にはステップＳＡ５に進む。ステップＳＡ５では、メニュー画面において結果閲覧が選択されたか否かを判定する。ステップＳＡ５でＮＯと判定され、メニュー画面において結果閲覧が選択されなかった場合には、メニュー画面を継続してディスプレイ３１に表示させる。

上記ステップＳＡ４においてＹＥＳと判定されてゲームが選択された場合にはステップＳＡ６に進む。ステップＳＡ６では画像生成部３２ａがゲーム画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。

ゲーム画面の遷移について図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。スタート後のステップＳＢ１では、画像生成部３２ａがウォーミングアップ画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。ウォーミングアップ画面では、使用者に、有酸素運動器具２による運動を促す。例えば、「ウォーミングアップを開始して下さい。」等の指示を出し、それを所定時間継続するようにタイマーのカウントダウン表示をする。制御装置３２は、有酸素運動器具２から出力されるパルスに基づいてウォーミングアップが行われているか否か判定し、ウォーミングアップが行われていると判定した場合には、そのまま所定時間が経過するのを待ち、所定時間が経過するとステップＳＢ２に進む。ウォーミングアップが行われていないと判定した場合には、ステップＳＢ２には進まずに待つ。

ステップＳＢ２では、画像生成部３２ａがゲーム画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。ゲーム画面の例を図１２〜図１４に示す。図１２は第１ゲームの画面の例を示し、図１２は第２ゲームの画面の例を示し、図１４は第３ゲームの画面の例を示している。第１ゲーム、第２ゲーム及び第３ゲームのいずれを行うかは、メニュー画面で選択することができる。

図１２示す第１ゲームは、移動空間に任意の形状の障害物２０１が多数存在しており、それらの間に通路２００が形成されている。任意の形状に屈曲した通路２００がディスプレイ３１の右側から左側へ移動していき、その移動する通路２００の内部に移動物体の像２０２が留まるようにするゲームである。

通路２００はディスプレイ３１の左右方向に連続しており、ゲームの開始から終了まで常時、ディスプレイ３１の右側から左側へ移動している。移動物体の像２０２は、パルス検出器３２で検出されたパルスの間隔が広くなると、即ちクランク２１の回転速度が低下するとディスプレイ３１の下へ移動し、パルス検出器３２で検出されたパルスの間隔が狭くなると、即ちクランク２１の回転速度が速くなるとディスプレイ３１の上へ移動していく。移動物体の像２０２が障害物２０１に接触すると減点となり、得点が少なくなるので、使用者は、ディスプレイ３１を見ながら、移動物体の像２０２が障害物２０１に接触しないように、クランク２１の回転速度を調整する。つまり、移動物体の像２０２が下の障害物２０１に接触しそうになるとクランク２１の回転速度を高め、反対に移動物体の像２０２が上の障害物２０１に接触しそうになるとクランク２１の回転速度を低下させる。従って、画像生成部３２ａは、パルス検出器２３で検出されたパルスの間隔の変化によってディスプレイ３１の垂直軸方向（上下方向）に位置を変える像２０２を当該ディスプレイ３１に表示させるように構成されている。

尚、図１２に示す画面を９０゜回した状態でディスプレイ３１に表示させることもできる。このように表示させることで、通路２００が上下に連続することになり、移動物体の像２０２が右の障害物２０１に接触しそうになるとクランク２１の回転速度を高め、反対に移動物体の像２０２が左の障害物２０１に接触しそうになるとクランク２１の回転速度を低下させるようにすればよい。この場合、画像生成部３２ａは、パルス検出器２３で検出されたパルスの間隔の変化によってディスプレイ３１の水平軸方向（左右方向）に位置を変える移動物体の像２０２を当該ディスプレイ３１に表示させるように構成されることになる。

図１３に示す第２ゲームは、最初、画面上部の数字表示領域２０３に複数の数字がランダムに表示され、所定時間経過後に数字が消える。使用者はこの数字表示領域２０３に表示された数字を記憶しておく。画面には、画面の奥側から手前側に流れてくるように道路２０４が表示され、この道路２０４上に車２０５が表示される。車２０５は、道路２０４の右側と左側に位置変更可能となっている。使用者がディスプレイ３１に表示されている道路２０４の左側を指でタッチすると、タッチセンサ３３がそのことを検出して車２０５を道路２０４の左側に移動させた画像とする。一方、使用者がディスプレイ３１に表示されている道路２０４の右側を指でタッチすると、タッチセンサ３３がそのことを検出して車２０５を道路２０４の右側に移動させた画像とする。従って、タッチセンサ３３は、使用者の指による入力操作を受け付けることができるように構成されている。タッチセンサ３３とは別に、信号入力装置４４による入力操作を受けることもできる。

また、道路２０４の右側及び左側にそれぞれ数字が表示され、それら数字が道路２０４の上記移動に伴うようにして画面の奥側から手前側に移動するようになっている。使用者は、数字表示領域２０３に表示されていた数字が位置している側に、車２０５を移動させる操作を行うと、車２０５がその数字に接触して数字表示領域２０３にその数字が表示される。これを繰り返して数字表示領域２０３に表示されていた数字の列を完成させる。誤った数字に車２０５を接触させてしまうと減点になる。

この第２ゲームでは、パルス検出器２３で検出されたパルスの間隔が広くなると道路２０４の移動速度、即ち数字の移動速度が遅くなり、反対にパルス検出器２３で検出されたパルスの間隔が狭くなると道路２０４の移動速度、即ち数字の移動速度が速くなる。数字表示領域２０３に表示されていた数字の列を完成させるのに要する時間が短ければ短いほど得点が高くなる。また、道路２０４に表示されている数字の中には、数字表示領域２０３に表示されていた数字以外の数字も含まれており、この数字に接触しないように数字の移動速度を調整する必要がある。このように、画像生成部３２ａは、パルス検出器２３で検出されたパルスの間隔の変化によって移動速度が変わったように見える像（道路２０４上の数字）をディスプレイ３１に表示させるように構成されている。

図１４に示す第３ゲームは、最初、画面上部の数字表示領域２０７にある数字が表示され、所定時間経過後にその数字が消える。その後、数字表示領域２０７は計算指示が表示される。最初に数字表示領域２０７に表示されていた数字が１０であるとした場合に、２０を足す指示が数字表示領域２０７に表示されると、使用者は１０＋２０の計算を行う。

また画面には、海面２０８が表示されており、その海面２０８に浮かぶようにヨット２０９が表示されている。ヨット２０９は画面の左右方向に進む形態で表示され、パルス検出器２３で検出されたパルスの間隔が広くなるとヨット２０９が画面の右側へ移動していき、反対にパルス検出器２３で検出されたパルスの間隔が狭くなるとヨット２０９が画面の左側へ移動していく。パルスが０になるとヨット２０９が画面から消えるので、使用者はゲームを継続させるためには常にクランク２１を回転させておく必要がある。

使用者がディスプレイ３１に表示されている海面２０８の上側を指でタッチすると、タッチセンサ３３がそのことを検出してヨット２０９を海面２０８の上側に移動させた画像とする。一方、使用者がディスプレイ３１に表示されている海面２０８の下側を指でタッチすると、タッチセンサ３３がそのことを検出してヨット２０９を海面２０８の下側に移動させた画像とする。

海面２０８には、上記計算の答えとなる数字とそれ以外の数字とが浮かぶように表示されていて、これら数字は、画面の右側から左側へ移動している。数字は画面の上側と下側とにそれぞれ表示されている。使用者は、上記計算の答えとなる数字が位置している側に、ヨット２０９を移動させる操作を行うと、ヨット２０９がその数字に接触して正答であれば得点になる。誤答である数字にヨット２０９を接触させてしまうと減点になる。

画面の上下方向に延びる直線２１０の位置は固定されている。ヨット２０９を直線２１０上に位置させた状態で、正答である数字に接触させると得点が高くなる。よって、使用者は、ヨット２０９が直線２１０上に位置するようにクランク２１の回転速度を調整する必要がある。タッチセンサ３３とは別に、信号入力装置４４による入力操作を受けることもできる。

上記第１〜第３ゲームは認知機能トレーニング用ゲームの例であり、像の形状や大きさ、色等は任意に決定することができる。

認知機能トレーニング用ゲームには、短期記憶力を利用するものや計算力を利用するものが好ましい。認知機能トレーニング用ゲームの難易度は認知機能に応じて変更することができる。

ゲームが終了すると、図１１に示すフローチャートのステップＳＢ３に進み、画像生成部３２ａがクールダウン画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。クールダウン画面では、使用者に、有酸素運動器具２によるクールダウン運動を促す。例えば、「クールダウンして下さい。」等の指示を出し、それを所定時間継続するようにタイマーのカウントダウン表示をする。

ウォーミングアップ中、ゲーム中及びクールダウン中、制御装置３２は常に心拍数をモニターしておく。そして、心拍数が使用者の有酸素運動領域を超えた場合には、ディスプレイ３１上に警告表示して運動の停止を指示する。

クールダウンが終了すると、図１０に示すフローチャートのステップＳＡ８に進み、画像生成部３２ａがゲーム結果画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。このゲーム結果画面にはゲームの得点等が表示される。

ゲーム結果画面をディスプレイ３１に表示させた後、またはゲーム結果画面をディスプレイ３１に表示させるのと並行してステップＳＡ９の結果保存処理を行う。これはゲームの得点等を記憶部３５に記憶させる処理である。このとき、図２に示すサーバ１００にゲームの得点等を送信して保存することもできる。

ステップＳＡ１０ではゲーム結果画面に表示されている「終了」ボタンが押されたか否かを判定する。ステップＳＡ１０でＮＯと判定されて「終了」ボタンが押されていない場合には、ステップＳＡ３に戻りメニュー画面をディスプレイ３１に表示させる。ステップＳＡ１０でＹＥＳと判定されて「終了」ボタンが押された場合には、このフローを終了する。

上記ステップＳＡ５でＹＥＳと判定されて進んだステップＳＡ７では、画像生成部３２ａが結果閲覧画面を生成してディスプレイ３１に表示させる。結果閲覧画面では、過去に行われたゲームの結果が表示される。

（実施形態の作用効果）
以上説明したように、この実施形態に係る認知機能維持向上システム１では、使用者が有酸素運動器具２で有酸素運動を行うとパルスが生成され、生成されたパルスの間隔に応じて変化する認知機能トレーニング用ゲーム画像を画像生成部３２ａが生成する。このとき、クランク２１の１回転当たりに複数のパルス、具体的には２以上、好ましくは１０以上のパルスが生成されているので、使用者がクランク２１をゆっくりにしか回転させることができなかったとしても、パルスの間隔が狭くなり、そのため所定時間内におけるパルスの間隔の変化が現れやすくなる。よって、速く有酸素運動を行うことができる使用者はもちろんのこと、ゆっくりとした有酸素運動を行う使用者であってもディスプレイ３１に表示される認知機能トレーニング用ゲーム画像が変化するので、使用者は自身の有酸素運動と認知機能トレーニング用ゲーム画像との連動を意識することが可能になる。

つまり、有酸素運動による認知機能の維持及び向上効果を得ながら、その有酸素運動と認知機能トレーニング用ゲーム画像との連動を意識させながら認知機能トレーニング用ゲームを行わせることで、使用者の認知機能の維持効果及び認知機能の向上効果をより一層高めることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

上記実施形態では、タブレット型端末３のディスプレイ３１を本発明の表示部として利用しているが、これに限らず、テレビやパーソナルコンピュータのディスプレイを本発明の表示部として利用することもできる。テレビの場合、制御装置や記憶部は外部に設けておき、制御装置からの出力信号をテレビに入力することで上記した各表示を行うことができる。パーソナルコンピュータの場合、パーソナルコンピュータの本体によって制御装置や記憶部を構成することができる。

また、心拍数と有酸素運動時の負荷情報とを得ることができるので、使用者が有酸素運動によって消費したカロリーを従来から周知の手法に基づいて算出することができる。

また、ゲーム時には、ディスプレイ３１に表示するだけでなく、端末が有するスピーカーから回転リズムや効果音、各種楽曲、呼びかけ、励まし等の各種音声を発するように構成することもできる。

また、ゲーム結果に基づいて認知機能の評価点を算出することもできる。また、電子血圧計を接続して使用者の血圧変化を測定し、測定結果を端末に送信することもできる。認知機能の評価点、心拍数、血圧の変動をグラフ化して保存しておき、評価点、運動負荷と心拍数との関係、血圧の相関関係から認知機能の判定や身体の健康度の分析を行うこともできる。

また、パルス数をカウントすることで有酸素運動器具２の部品の寿命時期や消耗度を予測することができ、使用者に交換を促すことができる。

以上説明したように、本発明に係る認知機能維持向上システムは、例えば、人の認知機能を維持または向上させるトレーニングを行う際に使用することができる。

１ 認知機能維持向上システム
２ 有酸素運動器具
３ タブレット型端末
４ 心拍測定器具
２１ クランク（回転部材）
２２ パルス生成板（パルス生成部）
２３ パルス検出器（パルス検出部）
３１ ディスプレイ（表示部）
３２ 制御装置
３２ａ 画像生成部
３３ タッチセンサ
４４ 信号入力装置

Claims (6)

1. 人の認知機能を維持または向上させるための認知機能維持向上システムにおいて、
   使用者が有酸素運動を行うことにより回転する回転部材と、該回転部材と共に回転して該回転部材の１回転当たり複数のパルスを生成するパルス生成部とを有する有酸素運動器具と、
   前記パルス生成部によって生成されたパルスを検出するパルス検出部と、
   前記パルス検出部で検出されたパルスの間隔に応じて変化する認知機能トレーニング用ゲーム画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部で生成された認知機能トレーニング用ゲーム画像を表示する表示部とを備えていることを特徴とする認知機能維持向上システム。
2. 請求項１に記載の認知機能維持向上システムにおいて、
   前記認知機能トレーニング用ゲーム画像が前記表示部に表示されているときに使用者による入力操作を受け付ける操作受付部を更に備えていることを特徴とする認知機能維持向上システム。
3. 請求項１または２に記載の認知機能維持向上システムにおいて、
   前記有酸素運動器具は、前記パルス生成部の回転速度を前記回転部材の回転速度よりも高める増速機構を備えていることを特徴とする認知機能維持向上システム。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の認知機能維持向上システムにおいて、
   前記画像生成部は、前記パルス検出部で検出されたパルスの間隔の変化によって前記表示部の水平軸方向または垂直軸方向に位置を変える像を当該表示部に表示させるように構成されていることを特徴とする認知機能維持向上システム。
5. 請求項１から３のいずれか１つに記載の認知機能維持向上システムにおいて、
   前記画像生成部は、前記パルス検出部で検出されたパルスの間隔の変化によって移動速度が変わったように見える像を当該表示部に表示させるように構成されていることを特徴とする認知機能維持向上システム。
6. 請求項２に記載の認知機能維持向上システムにおいて、
   前記操作受付部は、使用者の指による入力操作を受け付けるタッチセンサと、手または足で押すことによって信号の入力を行う信号入力装置との少なくとも一方で構成されていることを特徴とする認知機能維持向上システム。

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