JP2020043951A - Multifunctional nerve feedback system and multifunctional nerve feedback method - Google Patents

Multifunctional nerve feedback system and multifunctional nerve feedback method Download PDF

Info

Publication number
JP2020043951A
JP2020043951A JP2018173298A JP2018173298A JP2020043951A JP 2020043951 A JP2020043951 A JP 2020043951A JP 2018173298 A JP2018173298 A JP 2018173298A JP 2018173298 A JP2018173298 A JP 2018173298A JP 2020043951 A JP2020043951 A JP 2020043951A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
interest
region
brain
activity
subject
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018173298A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7043374B2 (en
Inventor
ステファニー ストコ
Sutoko Stephanie
ステファニー ストコ
木口 雅史
Masafumi Kiguchi
雅史 木口
洋和 敦森
Hirokazu Atsumori
洋和 敦森
神鳥 明彦
Akihiko Kandori
明彦 神鳥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2018173298A priority Critical patent/JP7043374B2/en
Publication of JP2020043951A publication Critical patent/JP2020043951A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7043374B2 publication Critical patent/JP7043374B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

To provide a display in which a multifunctional feedback system including both a network and an activity is useful.SOLUTION: A multifunctional nerve feedback system includes: a sensor for measuring an activity of a region of interest consisting of at least two places of the brain of a subject; a control unit for analyzing a brain activity amount of the region of interest and a brain network of the region of interest from the activity of each of the region of interest measured by the sensor; and a display unit for displaying the brain activity amount of each of the region of interest and the brain network of the region of interest analyzed by the control unit. The control unit plots the magnitude of the brain activity amount of the region of interest on a graph with axes corresponding to the region of interest, and displays in the display unit the strength of the brain network of the region of interest by the size of a circle at plotted positions.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、多機能神経フィードバックシステム、多機能神経フィードバック装置及び多機能神経フィードバック方法に関する。   The present invention relates to a multifunctional neural feedback system, a multifunctional neural feedback device, and a multifunctional neural feedback method.

脳機能を高めるために、神経フィードバックが広くトレーニングに使用されている。被検者は、通常、生物学的応答(例えば、脳活動)に関連する特定の目標を達成するために、独自の方略で、脳の活動等を制御および調整する。   Nerve feedback is widely used in training to enhance brain function. Subjects typically control and regulate brain activity and the like in a unique manner to achieve specific goals related to biological responses (eg, brain activity).

神経フィードバックに関連して、例えば、特許文献1は、フィードバックとして領域コネクティビティを提供する。神経フィードバックの方略に関連して、例えば、特許文献2は、脳活動測定に基づく刺激負荷を決定する技術が開示されている。   In connection with neural feedback, for example, US Pat. In connection with the neural feedback strategy, for example, Patent Document 2 discloses a technique for determining a stimulus load based on brain activity measurement.

米国特許出願公開第2015/0294074号明細書US Patent Application Publication No. 2015/0294074 米国特許出願公開第2006/0078183号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0078183

神経フィードバックを用いたトレーニングにおける2つの失敗要因は、非効率な神経フィードバックと不適格な方略である。   Two failure factors in training with neural feedback are inefficient neural feedback and improper strategies.

上記の特許文献1は、特定の領域コネクティビティを制御するために、複雑な広い範囲の脳領域のコネクティビティを単純に纏めて表示するため、被検者が方略を立てづらい場合があった。また、特許文献2は、単一の脳特徴(一種類の活動測定値)に基づいて刺激負荷を決定している。   In Patent Literature 1 described above, in order to control the connectivity of a specific region, the connectivity of a complicated and wide range of brain regions is simply displayed collectively, so that it may be difficult for the subject to make a strategy. Patent Literature 2 determines a stimulus load based on a single brain feature (one type of activity measurement value).

本発明は、有益なディスプレイにおいて脳ネットワーク(コネクティビティ)と脳活動の両方を含む多機能フィードバックシステム、装置及び多機能フィードバックシステム方法を提供する、ことを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a multi-function feedback system, device and multi-function feedback system method that includes both brain network (connectivity) and brain activity in a useful display.

上記課題を解決するために、本発明の多機能神経フィードバックシステムは、その一例を挙げるならば、被検体の脳の少なくとも二か所からなる関心領域の活動を測定するセンサと、センサにより測定された関心領域の各々の活動から、関心領域の脳活動量と関心領域の脳ネットワークを分析する制御部と、制御部により分析された、関心領域の各々の脳活動量と関心領域の脳ネットワークとを表示する表示装置とを有する。   In order to solve the above problems, the multifunctional neural feedback system of the present invention includes, for example, a sensor for measuring the activity of a region of interest consisting of at least two places in the brain of a subject, and a sensor for measuring the activity of the sensor. A control unit that analyzes the brain activity of the region of interest and the brain network of the region of interest from each activity of the region of interest, and the brain activity of each region of interest and the brain network of the region of interest analyzed by the control unit. And a display device for displaying.

また、上記課題を解決するために、本発明の多機能神経フィードバック方法は、その一例を挙げるならば、被検体の脳の少なくとも二か所からなる関心領域を選択し、選択された関心領域の活動を測定し、センサにより測定された関心領域の各々の活動から、関心領域の脳活動量と関心領域の脳ネットワークを分析し、関心領域に対応させた軸のグラフ上に、分析された関心領域の脳活動量の大きさをプロットし、プロットされた位置で関心領域の脳ネットワークの強度を円の大きさで表すと共に、グラフ上に目標データを表示する。   In order to solve the above-mentioned problem, the multifunctional nerve feedback method of the present invention, for example, by selecting a region of interest consisting of at least two places in the brain of the subject, the selected region of interest The activity is measured, the brain activity of the region of interest and the brain network of the region of interest are analyzed from each activity of the region of interest measured by the sensor, and the analyzed interest is plotted on a graph of an axis corresponding to the region of interest. The magnitude of the brain activity in the region is plotted, and the strength of the brain network in the region of interest is represented by the size of a circle at the plotted position, and the target data is displayed on a graph.

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。   Further features related to the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Further, aspects of the present invention are attained and attained by the elements and combinations of various elements described in the following detailed description and the appended claims.

本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本発明の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではない。   The description in this specification is merely exemplary, and is not intended to limit the scope or applications of the present invention in any way.

本発明によれば、脳の関連領域の活動量と関連領域のネットワーク(コネクティビティ)との両方を、表示することで被検者に対して、所定の脳活動となるように効率的なフィードバックを行うことができる。   According to the present invention, both the amount of activity in the relevant area of the brain and the network of the relevant area (connectivity) are displayed, and the subject is displayed, thereby providing efficient feedback to the subject so that the predetermined brain activity is obtained. It can be carried out.

脳の複数領域の関心領域(ROI:regions-of-Interest)における脳ネットワークおよび活動の例を示す図である。It is a figure showing an example of a brain network and activity in a region of interest (ROI: regions-of-Interest) of a plurality of regions of the brain. 多機能フィードバックシステムのハードウェア構成の一例を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a multifunction feedback system. 制御プロセスの処理フローの一例を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a processing flow of a control process. 被検者の異常性を発見した場合のフィードバックシステムの処理フローの一例を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a processing flow of a feedback system when an abnormality of a subject is discovered. 新規被検者用の制御プロセスのユーザインタフェースの一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a user interface of a control process for a new subject. 登録された被検者用の制御プロセスのユーザインタフェースの一例を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a registered user interface of a control process for a subject. 脳ネットワーク機能と目標値の一例を示した図である。It is a figure showing an example of a brain network function and a target value. 脳ネットワークと脳活動量の分析結果の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the analysis result of a brain network and brain activity. 脳ネットワークと脳活動量に対する目標との比較表示の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the comparative display of the target with respect to the brain network and the amount of brain activity. スクリーニング結果の表示の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a display of a screening result. 被検者のセッション履歴の表示例を示す図である。It is a figure showing an example of a display of a session history of a subject. 神経フィードバック目標設定のためのユーザインタフェースの一例を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a user interface for setting a neural feedback goal. 測定値と目標との表示画面の一例を示した図である。It is a figure showing an example of a display screen of a measured value and a target. 神経フィードバックの結果を表示した一例を示す図である。It is a figure showing an example which displayed a result of nerve feedback. タスク誘導神経フィードバックの一例を示す図である。It is a figure showing an example of task guidance nerve feedback.

以下、発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description and drawings are exemplifications for describing the present invention, and are omitted and simplified as appropriate for clarification of the description. The present invention can be implemented in other various forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。   The position, size, shape, range, and the like of each component illustrated in the drawings may not necessarily represent the actual position, size, shape, range, or the like, in order to facilitate understanding of the present invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, and the like disclosed in the drawings.

以下の説明では、「テーブル」、「リスト」、「キュー」等の表現にて各種情報を説明することがあるが、各種情報は、これら以外のデータ構造で表現されていてもよい。データ構造に依存しないことを示すために「XXテーブル」、「XXリスト」等を「XX情報」と呼ぶことがある。識別情報について説明する際に、「識別情報」、「識別子」、「名」、「ID」、「番号」、「Region」等の表現を用いるが、これらについてはお互いに置換が可能である。   In the following description, various types of information may be described using expressions such as “table”, “list”, and “queue”. However, various types of information may be expressed by a data structure other than these. The “XX table”, “XX list”, etc. may be referred to as “XX information” to indicate that the data structure does not depend on the data structure. In describing the identification information, expressions such as “identification information”, “identifier”, “name”, “ID”, “number”, and “Region” are used, but these can be replaced with each other.

同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。   When there are a plurality of components having the same or similar functions, the same reference numerals may be given different subscripts for explanation. However, when it is not necessary to distinguish between these components, the description may be omitted with suffixes omitted.

また、以下の説明では、プログラムを実行して行う処理を説明する場合があるが、プログラムは、プロセッサ(例えばCPU、GPU)によって実行されることで、定められた処理を、適宜に記憶資源(例えば記憶装置)および/またはインターフェースデバイス(例えば通信ポート)等を用いながら行うため、処理の主体がプロセッサとされてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、制御部であれば良く、特定の処理を行う専用回路(例えばFPGAやASIC)を含んでいてもよい。   In the following description, processing performed by executing a program may be described. However, the program is executed by a processor (for example, a CPU or a GPU), so that a predetermined processing can be appropriately performed by a storage resource ( Since the processing is performed using a storage device and / or an interface device (for example, a communication port) or the like, the processor may be a processor. Similarly, the subject of the processing that executes the program may be a controller having a processor, an apparatus, a system, a computer, or a node. The subject of the processing performed by executing the program may be a control unit, and may include a dedicated circuit (for example, an FPGA or an ASIC) for performing a specific processing.

プログラムは、プログラムソースから計算機のような装置にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、以下の説明において、2以上のプログラムが1つのプログラムとして実現されてもよいし、1つのプログラムが2以上のプログラムとして実現されてもよい。   The program may be installed on a device such as a computer from a program source. The program source may be, for example, a program distribution server or a computer-readable storage medium. When the program source is a program distribution server, the program distribution server includes a processor and storage resources for storing the program to be distributed, and the processor of the program distribution server may distribute the program to be distributed to another computer. Further, in the following description, two or more programs may be realized as one program, or one program may be realized as two or more programs.

このシステムは、被検者が自分の脳をトレーニングして、脳を所定の活動状態となるように調整、制御するように誘導するため、脳の複数の特徴を同時に表示することを目的とする。従来の神経フィードバックは、広範囲の脳活動を纏めて表示するものであったり、一種類の脳活動を特徴として表示するものであったりと、何れにしても脳活動を把握するための情報の整理と情報そのものが不足することがある。   This system aims to simultaneously display multiple features of the brain in order for the subject to train his brain and adjust and control the brain to be in a predetermined active state. . Conventional neural feedback is a method of summarizing and displaying a wide range of brain activities, or displaying one type of brain activity as a feature. And the information itself may be insufficient.

神経フィードバックにおいて、脳活動を正確に把握するための情報が整理されておらず、また、情報量が不足すると、被検者は、フィードバック目標設定を誤り、非効率的なトレーニングを行う可能性がある。トレーニングの失敗リスクを最小限に抑えるために、不可欠なフィードバックシステムが必要となる。例えば、執行機能は、広くトレーニングの関心事となる認知プロセスの1つである。執行機能を強化するためには、関心領域(ROI:regions-of-interest)における、脳ネットワーク(例えば、コネクティビティ)および活動を改善しなければならない。   In neural feedback, information for accurately grasping brain activity is not organized, and if the amount of information is insufficient, the subject may incorrectly set the feedback target and perform inefficient training. is there. An essential feedback system is required to minimize the risk of training failure. For example, executive function is one of the cognitive processes that is of wide training interest. In order to enhance executive function, brain networks (eg, connectivity) and activity in regions-of-interest (ROI) must be improved.

図1は、横軸に領域1(例えば、下前頭皮質)、縦軸に領域2(例えば、前頭皮質)を関心領域(ROI)とし、それぞれの領域の脳活動の大きさを示すグラフである。図1の中でプロットされた円の大きさは、領域1と領域2の脳ネットワークの強度を示す。例えば、白い円でプロットされたデータは、灰色でプロットされたデータより、円の大きさが大きいため、脳ネットワークの強度が高い状態であることを示す。   FIG. 1 is a graph showing the magnitude of brain activity in each region, with region 1 (eg, lower frontal cortex) on the horizontal axis and region 2 (eg, frontal cortex) on the vertical axis as the region of interest (ROI). . The size of the circle plotted in FIG. 1 indicates the strength of the brain network in region 1 and region 2. For example, data plotted with a white circle indicates that the strength of the brain network is high because the size of the circle is larger than data plotted in gray.

したがって、トレーニングの目標の一つとして、ROIの活動とコネクティビティを向上させることがあげられる。コネクティビティは、例えば、両領域の活動を示す2つの信号(例えば、相関)として定義される。活動量は、例えば、測定領域の信号強度として定義される。但し、トレーニングの目的は、脳ネットワークや脳活動量を常に増加させるものではなく、トレーニングの目的に合わせて、ROIにおける脳ネットワークや脳活動量は設定されるものである。例えば、(1)落ち着いた状態で、集中している状態とするためには、脳ネットワークの強度が高く、ROIの脳活動量が低い状態であったり、(2)落ち着いている状態で、何かに集中することなくリラックスしている状態とするためには、脳ネットワークの強度が低く、ROIの脳活動量が低い状態であったり、(3)集中している状態とするためには、脳ネットワークの強度が高く、ROIの脳活動量も高い状態であったりする。そのため、トレーニングの目的に合わせて、脳ネットワークとROIの脳活動量の目標(一例として、脳ネットワークや脳活動量の目標値)を設定する。   Therefore, one of the goals of the training is to improve ROI activities and connectivity. Connectivity is defined, for example, as two signals (eg, correlation) indicating activity in both regions. The activity amount is defined, for example, as the signal strength of the measurement area. However, the purpose of the training does not always increase the brain network and the amount of brain activity, but the brain network and the amount of brain activity in the ROI are set according to the purpose of the training. For example, in order to (1) maintain a calm and concentrated state, the brain network strength is high and the ROI brain activity is low, or (2) the calm state To be in a relaxed state without concentrating on the crab, the strength of the brain network is low and the brain activity of ROI is low, or (3) in order to be in a concentrated state, The strength of the brain network is high, and the brain activity of the ROI is also high. Therefore, a target of the brain activity amount of the brain network and ROI (for example, a target value of the brain network and the brain activity amount) is set according to the purpose of the training.

図1の表示を被検者に示すことで、各領域の活動の他、各領域のコネクティビティ(結合性)を同時にフィードバックできる。そのため、目的とする脳活動状態に到達することを、効率的にサポートすることができる。   By displaying the display of FIG. 1 to the subject, in addition to the activity of each area, the connectivity (connectivity) of each area can be fed back simultaneously. Therefore, reaching the target brain activity state can be efficiently supported.

図2は、多機能フィードバックシステムのハードウェア構成図の一例を示した図である。多機能フィードバック装置(200)は、制御部(201)と記憶装置(203)とを有し、制御部(201)には、制御プロセス(202)、およびフィードバックシステム(204)がある。制御プロセス(202)は、オペレータと被検者の初期インタフェースとしても機能する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration diagram of the multifunction feedback system. The multifunction feedback device (200) has a control unit (201) and a storage device (203). The control unit (201) includes a control process (202) and a feedback system (204). The control process (202) also functions as an initial interface between the operator and the subject.

多機能フィードバック装置(200)は、一般のパーソナルコンピュータPCの構成を用いて実現できる。PC中央処理装置(CPU、図示せず)、メモリ(DRAM等、図示せず)、HDD(ハードディスクドライブ)やSSDソリッドステートドライブ)等の記憶装置(203)を有する。PCの中央処理装置、メモリ、記憶装置等は、それぞれバス等の通信手段によって接続されている。図2に示した制御プロセス(202)とフィードバックシステム(204)の機能は、記憶装置(203)に格納されたソフトウェアを中央処理装置(制御部(201))がメモリに読み出し、実行することで実現される。   The multifunction feedback device (200) can be realized by using the configuration of a general personal computer PC. It has a storage device (203) such as a PC central processing unit (CPU, not shown), memory (DRAM, etc., not shown), HDD (hard disk drive) or SSD solid state drive). The central processing unit, memory, storage device, and the like of the PC are connected by communication means such as a bus. The functions of the control process (202) and the feedback system (204) shown in FIG. 2 are realized by the central processing unit (the control unit (201)) reading the software stored in the storage device (203) into the memory and executing the software. Is achieved.

尚、これら制御プロセス(202)とフィードバックシステム(204)の機能は、ソフトウェアとして実現することの他、ASICやFPGA等の専用ハードウェアによっても実現することができる。また、記憶装置(203)には、各種ソフトウェアの他、被検者データ(203a)、目標データ(203b)、およびタスクデータ(203c)を記憶する。目標データは、脳の関連領域の活動量や脳ネットワークの強度を示す目標値や目標レンジとして与えられる。メモリは、中央処理装置が各種機能を実現するためのソフトウェアを常駐させることの他、各種データが一時的に格納される。   The functions of the control process (202) and the feedback system (204) can be realized not only by software but also by dedicated hardware such as ASIC and FPGA. The storage device (203) stores the subject data (203a), the target data (203b), and the task data (203c) in addition to various software. The target data is given as a target value or a target range indicating the amount of activity in the relevant region of the brain or the strength of the brain network. The memory temporarily stores various data in addition to the resident software for the central processing unit to realize various functions.

制御プロセス(202)で実行されるステップは図3で説明する。
まず、制御プロセス(202)は、ユーザインタフェース(図5、6参照)を介してオペレータから入力される情報に基づいて、その被検者が新しい被検者であるか、それとも以前に登録されたかを判断する(301)。
The steps performed in the control process (202) are described in FIG.
First, the control process (202) determines whether the subject is a new subject or has been previously registered based on information entered by the operator via the user interface (see FIGS. 5 and 6). Is determined (301).

被験者が新規である場合、ステップ(302)に進み、制御プロセス(202)は周辺装置(205a)のユーザインタフェースを介して、被検者データ(203a)、目標データ(203b)、およびタスクデータ(203c)の情報(303)を入力する。制御プロセス(202)における設定および登録された情報は、情報タイプ(例えば、被検者/目標/タスク)に従って記憶装置(203)に記憶される。   If the subject is new, the process proceeds to step (302), and the control process (202) executes the subject data (203a), the target data (203b), and the task data (203) via the user interface of the peripheral device (205a). Enter the information (303) in 203c). The information set and registered in the control process (202) is stored in the storage device (203) according to the information type (eg, subject / goal / task).

一方、被検者が登録済みである場合、ステップ(304)に進み、被検者やオペレータからの指示に基づいて、履歴モードが有効か否かを制御プロセス(202)が判定する。履歴モードとは、過去の被検者データである脳の活動状態の測定値、目標値である目標データ、トレーニングメニューであるタスク等の被検者履歴情報を読み出して、表示する動作モードである。   On the other hand, if the subject has been registered, the process proceeds to step (304), and the control process (202) determines whether or not the history mode is valid based on an instruction from the subject or the operator. The history mode is an operation mode for reading and displaying subject history information such as a measured value of a brain activity state as past subject data, target data as a target value, and a task as a training menu. .

ステップ(304)で履歴モードが有効と判断された場合、ステップ(305)に進み、被検者履歴情報を読み出し、ステップ(311)で読み出した情報を結果として、表示装置(206)に表示する。ステップ(304)で履歴モードを無効とした場合、被検者は神経フィードバックなしの被検者と同じように初期測定を受けることとなる。   When the history mode is determined to be valid in step (304), the process proceeds to step (305), the subject history information is read, and the information read in step (311) is displayed on the display device (206) as a result. . When the history mode is invalidated in step (304), the subject receives the initial measurement in the same manner as the subject without neural feedback.

一方、新規な被検者である場合、ステップ(302)で、被検者のデータの登録が完了すると、ステップ(306)に進み、制御プロセスによる初期測定(306)が行われる。初期測定(306)は、多機能フィードバック装置(200)と生物学的センサ(205b)との間の接続を含み、センサデータ(307)が多機能フィードバック装置(200)に入力される。生物学的センサは、被検体の脳の少なくとも二か所からなる関心領域の活動を測定する。ここで生物学的センサ(205b)とは、機能近赤外/fNIRS、機能磁気共鳴イメージング/fMRI、脳磁図/EEGなどを指す。   On the other hand, if the subject is a new subject, the registration of the subject's data is completed in step (302), the process proceeds to step (306), and the initial measurement (306) by the control process is performed. The initial measurement (306) includes a connection between the multi-function feedback device (200) and the biological sensor (205b), and the sensor data (307) is input to the multi-function feedback device (200). Biological sensors measure activity in a region of interest comprising at least two portions of the subject's brain. Here, the biological sensor (205b) refers to functional near-infrared / fNIRS, functional magnetic resonance imaging / fMRI, magnetoencephalogram / EEG, and the like.

次に、制御プロセス(202)は、センサデータを取得した後、関連領域である脳ネットワーク(例えば、コネクティビティ)および活動量が分析される(ステップ308)。   Next, after acquiring the sensor data, the control process (202) analyzes the brain network (for example, connectivity) and the activity amount, which are the relevant regions (step 308).

脳ネットワーク(例えば、コネクティビティ)には、信号相関、共分散、コヒーレンス、因果関係の他、時間的信号関係を表現する他の方法が用いられる。活動量は、時間信号積分、ピーク振幅、ピーク時間、待ち時間の他、各単一信号の特性を表現する他の方法の振幅としてもよい。本実施例では、相関係数および時間信号の積分をそれぞれ脳ネットワークおよび活動量として使用する。   Brain networks (eg, connectivity) use signal correlation, covariance, coherence, causality, and other methods of expressing temporal signal relationships. The amount of activity may be the amplitude of the time signal integration, the peak amplitude, the peak time, the waiting time, or another method of expressing the characteristics of each single signal. In this embodiment, the correlation coefficient and the integration of the time signal are used as the brain network and the activity, respectively.

脳の測定は、限定された領域または全領域において実行され得るので、脳ネットワークおよび活動量は、測定された領域に関連する目標値(203b)と比較される(ステップ309)。この比較は、制御プロセス(202)が記憶装置(203)から目標データとして格納されている目標値を呼び出し、測定値と比較することによって行われる。   Since the brain measurements may be performed in a limited or entire area, the brain network and activity are compared to a target value (203b) associated with the measured area (step 309). This comparison is performed by the control process (202) retrieving the target value stored as the target data from the storage device (203) and comparing it with the measured value.

次いで、制御プロセス(202)は、初期測定(306)、コネクティビティと活動量の分析(308)、目標との比較(309)を含むスクリーニングの結果を、被検者データ(203a)に対応させて記憶装置に保存される(ステップ310)。スクリーニング結果および被検者履歴の読み出しは、被検者の状態および/または目標トレーニングへの進展を実際に示すために、表示装置(206)を介して、制御プロセスによって視覚化(ステップ311)される。表示装置(206)は、ユーザインタフェースおよびフィードバック結果表示領域(206a)、およびタスク刺激表示領域(206b)に示される(ステップ311)。   Next, the control process (202) associates the results of the screening including the initial measurement (306), the analysis of connectivity and activity (308), and the comparison with the target (309) with the subject data (203a). It is stored in a storage device (step 310). The reading of the screening results and the subject history is visualized (step 311) by the control process via the display device (206) to actually indicate the subject's condition and / or progress to target training. You. The display device (206) is shown in the user interface and feedback result display area (206a), and the task stimulus display area (206b) (step 311).

制御プロセス(202)は、現在の被検体状態の異常(低脳ネットワーク、低活動等)を判定する(ステップ312)。例えば、脳ネットワークや測定箇所の脳活動が目標値に向かわない、或いは、目標値に到達するまでの時間が長すぎるなどの状態を異常と判断する。異常がなければ、トレーニングの必要なく、トレーニングを終了することができる。異常があれば、フィードバックシステム(204)によるフィードバックトレーニングを強く勧める。フィードバックトレーニングについては、図4にて詳細に説明する。   The control process (202) determines an abnormality of the current subject state (low brain network, low activity, etc.) (step 312). For example, a state where the brain activity of the brain network or the measurement point does not reach the target value, or the time until reaching the target value is too long is determined to be abnormal. If there is no abnormality, the training can be completed without the need for training. If there is any abnormality, feedback training by the feedback system (204) is strongly recommended. The feedback training will be described in detail with reference to FIG.

このように、登録済みの被検者に対しては、以前のデータ/履歴を活用することで、新規な被検者が行うスクリーニング測定を省略して、脳の特定領域における脳ネットワークや脳活動測定を開始することができる。登録済みの被検者であっても、新規ユーザと同様、スクリーニング測定を行い、現在の状態での異常性の判断を判断することができる。   In this way, for registered subjects, the screening data performed by new subjects can be omitted by utilizing previous data / history, and brain networks and brain activities in specific areas of the brain can be omitted. The measurement can be started. Even for a registered subject, the screening measurement can be performed to determine the abnormality in the current state, as in the case of a new user.

図4は、被検者の異常性を発見した場合のフィードバックシステム(204)の処理フローである。
フィードバックシステム(204)はいくつかの手順で動作する。フィードバックシステム(204)は検出された異常に基づいて、関連領域(例えば、下前頭皮質および前頭皮質)を選択する(ステップ401)。
FIG. 4 is a processing flow of the feedback system (204) when an abnormality of the subject is found.
The feedback system (204) operates in several steps. The feedback system (204) selects relevant regions (eg, lower frontal cortex and frontal cortex) based on the detected abnormality (step 401).

現在のセッションについて、測定が同一日において最初のセッションか否かを判断する(ステップ402)。   For the current session, it is determined whether the measurement is the first session on the same day (step 402).

まず、最初のセッションの場合、被検者は自分の方略によって、脳状態(関連領域の脳ネットワークと脳活動)が目標に到達するよう試みる。フィードバックシステム(204)は、生物学的センサ測定(205b)からセンサデータ(405)を取得してフィードバック測定を開始する(ステップ404)。その後、フィードバックシステム(204)は、生物学的信号により、関連領域のコネクティビティと脳活動を分析する(ステップ406)。   First, in the case of the first session, the subject tries to reach his / her target brain state (brain network and brain activity in the related area) according to his / her own strategy. The feedback system (204) obtains the sensor data (405) from the biological sensor measurement (205b) and starts a feedback measurement (step 404). Thereafter, the feedback system (204) analyzes the connectivity and brain activity of the relevant area according to the biological signal (step 406).

フィードバックシステム(204)は、分析結果をリアルタイムで表示する(ステップ407)。フィードバックシステム(204)は、分析結果と目標値とを比較する(ステップ408)。つまり、関連領域のコネクティビティと活動量について、リアルタイムの分析を行い、分析と同時に分析結果は表示装置(206)に送られ、フィードバック結果表示領域(206a)にリアルタイムに表示される。   The feedback system (204) displays the analysis result in real time (Step 407). The feedback system (204) compares the analysis result with the target value (Step 408). That is, the connectivity and the activity amount of the related area are analyzed in real time, and at the same time as the analysis, the analysis result is sent to the display device (206) and displayed on the feedback result display area (206a) in real time.

フィードバックシステム(204)は、表示装置(206)に分析結果を目標値と共にリアルタイムに表示するので、被検者はリアルタイムに目標値と測定値とを比較することができる。トレーニングセッションを完了した後、フィードバックシステム(204)は、記憶装置(203)に結果を保存し(ステップ409)、目標が達成されたか否かが判断する(ステップ410)。障害が発生した場合、フィードバックシステム(204)は、新たなタスクによるトレーニングを行うため、新たなタスクデータを選択する。目標が達成されると、トレーニングセッションを完了する。   The feedback system (204) displays the analysis result together with the target value on the display device (206) in real time, so that the subject can compare the target value and the measured value in real time. After completing the training session, the feedback system (204) stores the results in the storage device (203) (step 409) and determines whether the goal has been achieved (step 410). When a failure occurs, the feedback system (204) selects new task data to perform training by a new task. Once the goal is achieved, complete the training session.

自分の方略で目標に到達しない場合、多機能フィードバック装置(200)のフィードバックシステム(202)は記憶装置(203)のタスクデータ(203c)から適切なタスク(ステップ403)を推薦する。例えば、(1)落ち着いた状態で、集中している状態とするためには、脳の注意ネットワークの強度が高く、背外側前頭前野の脳活動が低い状態であったり、(2)落ち着いている状態で、何かに集中することなくリラックスしている状態とするためには、注意ネットワークの強度が低く、背外側前頭前野の脳活動が低い状態であったり、(3)集中している状態とするためには、注意ネットワークの強度が高く、背外側前頭前野の可能活動も高い状態であったり、と目標に合わせてタスクを選択することになる。   If the target is not reached by the user's own strategy, the feedback system (202) of the multifunctional feedback device (200) recommends an appropriate task (step 403) from the task data (203c) of the storage device (203). For example, (1) in order to maintain a calm state and a focused state, the strength of the attention network of the brain is high, and the brain activity in the dorsolateral prefrontal cortex is low, or (2) the person is calm In order to maintain a relaxed state without concentrating on something, the intensity of the attention network is low and the brain activity in the dorsolateral prefrontal cortex is low, or (3) the person is concentrated To do so, the task is selected according to the goal, such as when the strength of the attention network is high and the possible activity in the dorsolateral prefrontal cortex is high.

例えば、フィードバックシステム(204)は、目標が(1)の落ち着いた状態で、集中している状態とする場合、「蝋燭の炎」をタスク刺激ユニット(206b)に表示する。例えば、フィードバックシステム(204)は、目標が(2)の落ち着いている状態で、何かに集中することなくリラックスしている状態とする場合、「ヒーリング画像」をタスク刺激ユニット(206b)に表示する。例えば、フィードバックシステム(204)は、目標が(3)集中している状態とする場合、「計算問題」をタスク刺激ユニット(206b)に表示する。   For example, the feedback system (204) displays "candle flame" on the task stimulation unit (206b) when the goal is the calm state of (1) and the state of concentration. For example, the feedback system (204) displays the `` healing image '' on the task stimulation unit (206b) when the goal is the calm state of (2) and the state is relaxed without concentrating on something. I do. For example, the feedback system (204) displays a "computation problem" on the task stimulation unit (206b) when the target is (3) concentrated.

記憶装置(203)には、上述した目標とタスクとが対応付けられて記憶されており、フィードバックシステム(204)は、入力装置(図示せず)から目標が入力されると、これに対応するタスクデータ(203c)を記憶装置(203)から読み出して、表示装置(206)にタスクを表示する。被検者は表示装置(206)のタスク刺激ユニット(206b)に表示されたタスクを与えられることで、効率よく、目標に到達することができる。但し、上述した目標とタスクは、一例であって、目標到達のための好適なタスクは、オペレータにより随時更新して、記憶装置(203)のタスクデータ(203c)に記憶される。好適なタスクは、それぞれの被検者に対して、個別に記憶するようにしても良い。   In the storage device (203), the above-described target and task are stored in association with each other, and the feedback system (204) responds when a target is input from an input device (not shown). The task data (203c) is read from the storage device (203), and the task is displayed on the display device (206). The subject can efficiently reach the target by being given the task displayed on the task stimulation unit (206b) of the display device (206). However, the above-described target and task are merely examples, and a suitable task for reaching the target is updated as needed by the operator and stored in the task data (203c) of the storage device (203). Suitable tasks may be stored individually for each subject.

脳の関連領域のコネクティビティと活動量についてリアルタイムの分析し、目標値と共に表示装置に表示するので、被検者はそれぞれの測定値を目標値に到達させるための方略の妥当性を評価することができる。また、脳の関連領域のコネクティビティと活動量について、測定値を目標値に到達させる適切なタスクを被検者に対し与え、目標到達を効率的にサポートすることができる。   The real-time analysis of connectivity and activity in relevant areas of the brain is displayed on the display together with the target values, so that the subject can evaluate the adequacy of the strategy for reaching each target value to the target value. it can. In addition, it is possible to provide the subject with an appropriate task of causing the measured value to reach the target value for the connectivity and the activity amount of the relevant region of the brain, and efficiently achieve the target.

図5は、表示装置(206)に表示される制御プロセス(202)のユーザインタフェースを示した図である。ユーザインタフェースは、新規(500)または登録済み(600)の被検者によって利用される。したがって、最初に被検者が新規か登録済みであるかを指定する必要がある(501)。被検者が新規である場合、(501a)がチェックされる。その後、登録日(503)、被検者ID(504)、誕生日(505)、性別(506)などの個人情報(502)が登録される。制御プロセス(202)は自動的に被検者IDを推奨IDとして生成することができ、オペレータはそれを変更することができる。   FIG. 5 is a diagram showing a user interface of the control process (202) displayed on the display device (206). The user interface is used by new (500) or registered (600) subjects. Therefore, it is first necessary to specify whether the subject is new or registered (501). If the subject is new, (501a) is checked. Thereafter, personal information (502) such as a registration date (503), a subject ID (504), a birthday (505), and a gender (506) is registered. The control process (202) can automatically generate the subject ID as the recommended ID, and the operator can change it.

Reset(507)を実行することにより、全ての情報が消去される。[Save and Start](508)を実行することによって、入力された情報が記憶装置(203)に保存され、スクリーニング測定が開始される。   Executing Reset (507) deletes all information. By executing [Save and Start] (508), the input information is saved in the storage device (203), and the screening measurement is started.

図6は、図5と同様、表示装置(206)に表示される制御プロセス(202)のユーザインタフェースであって、登録された被検者用のユーザインタフェースを示した図である。   FIG. 6 is a view showing a user interface of the registered subject, which is a user interface of the control process (202) displayed on the display device (206), similarly to FIG.

登録された被検者の場合、(501b)にチェックが入れられる。制御プロセス(202)によって、ユーザインタフェースは、データ選択リスト(601)を表示するので、登録日、被検者ID、性別、誕生日、年齢などのキーワード(602)を容易に検索できる。キーワードにより検索された全部またはキーワード関連データがリストとして表示される。登録された被検者であるユーザは、表示されたリストから自身のレコードを履歴情報として選択することができる。登録された被検者については、履歴モード(604)が活性化される場合(605)、スクリーニング測定は不要である。前のセッションの結果は、[Display all](607)をクリックすると表示される。履歴モードが無効化されている場合(606)、スクリーニング測定を行うため、[Save and Start]ボタン(508)を実行することができる。   In the case of a registered subject, (501b) is checked. By the control process (202), the user interface displays the data selection list (601), so that keywords (602) such as registration date, subject ID, gender, birthday, and age can be easily searched. All or keyword related data searched by the keyword are displayed as a list. A user who is a registered subject can select his or her own record as history information from the displayed list. For the registered subject, when the history mode (604) is activated (605), no screening measurement is required. The results of the previous session are displayed when you click [Display all] (607). If the history mode is disabled (606), a [Save and Start] button (508) can be executed to perform the screening measurement.

図7は、脳機能(701)と、脳領域(702)と、脳活動の目標値(704)、コネクティビティ(705)の目標値との関係を示している。ネットワーク機能は、スクリーニングで最も低かったネットワークまたは、うつ病、脳卒中、ADHDなどの疾患に関連したネットワークから選択することができる。例えば、脳卒中後の患者は運動ネットワークの障害を有する。ポストスクリーニングでは、領域(702、703)に対応するリストされた個々の機能(701)が、現在の条件(例えば、活性化(704)およびコネクティビティ(705))がターゲット内にあるかどうかで評価される。   FIG. 7 shows a relationship among a brain function (701), a brain region (702), a target value of brain activity (704), and a target value of connectivity (705). The network function can be selected from the network with the lowest screening or the network associated with diseases such as depression, stroke, ADHD. For example, a patient after a stroke has impaired motor networks. In the post-screening, the listed individual functions (701) corresponding to the regions (702, 703) are evaluated based on whether the current conditions (eg, activation (704) and connectivity (705)) are within the target. Is done.

図8は、スクリーニング測定の3つの例を示す。801a〜cのグラフは、執行機能ネットワークを構成する下前頭皮質(太線)および内側前頭皮質(細線)からの2つの信号を示す。   FIG. 8 shows three examples of screening measurements. Graphs 801a-c show two signals from the lower frontal cortex (bold line) and medial frontal cortex (fine line) that make up the executive function network.

執行機能の目標は、下前頭皮質および内側前頭皮質の両領域において、高い活性化およびコネクティビティの両方を有する除隊である。この場合、以下の3つの条件がある:(a)高コネクティビティ、低活動量、(b)低コネクティビティ、低活動量、(c)高コネクティビティ、高活動量である。コネクティビティは、2つの信号がどれだけ類似しているか(例えば、相関)として定義される。活動量は、全体時間単位(802)またはタスク関連区間(803)における信号強度、即ち、各領域における2つの信号をベースライン(例えば、振幅レベル0)と対比させる形で定義される。   The goal of executive function is a discharge with both high activation and connectivity in both the inferior and medial frontal cortex. In this case, there are three conditions: (a) high connectivity, low activity, (b) low connectivity, low activity, and (c) high connectivity, high activity. Connectivity is defined as how similar (eg, correlation) the two signals are. The amount of activity is defined by the signal strength in the whole time unit (802) or the task-related section (803), that is, by comparing two signals in each region with a baseline (for example, amplitude level 0).

上記(a)から(c)の状態は、例えば、以下のような状態を表す。(a)注意ネットワークのコネクティビティが高く、関連部位の活動量が低い場合は、落ち着いて、集中できている状態を表す。(b)低コネクティビティ、低活動量、の状態は、落ち着いている状態で、何かに集中することなくリラックスしている状態を表す。(c)高コネクティビティ、高活動量の状態は、深く集中している状態を表す。   The states (a) to (c) represent, for example, the following states. (a) When the connectivity of the attention network is high and the amount of activity of the relevant part is low, it indicates a state of calmness and concentration. (b) The state of low connectivity and low activity indicates a state of being calm and relaxing without concentrating on something. (c) The state of high connectivity and high activity indicates a state of deep concentration.

タスク関連スクリーニング測定では、活動量は線形回帰モデル(804)を用いて推定されたベータを用いて表すことができる。モデル(805)は、タスク関連間隔中の脳活動予測関数に従う。   In task-related screening measures, activity can be expressed using beta estimated using a linear regression model (804). The model (805) follows a brain activity prediction function during the task-related interval.

図9は、複数領域、例えば下前頭皮質と内側前頭皮質の測定分布(901)を示している。図8の例に関連して、境界のない円(902a〜c)が例示的な条件を表す。x軸およびy軸は、それぞれ活動特徴を領域1(例えば、下前頭皮質)および領域2(例えば、内側前頭皮質)に対応し、各領域の特徴1(例えば、活動量)として表す。さらに、円領域は、以下の式で表される。   FIG. 9 shows the measured distribution (901) of multiple regions, for example, the lower frontal cortex and the medial frontal cortex. 8, circles without boundaries (902a-c) represent exemplary conditions. The x-axis and the y-axis correspond to the region 1 (for example, the lower frontal cortex) and the region 2 (for example, the medial frontal cortex), and represent the characteristic of each region as the characteristic 1 (for example, the amount of activity) of each region. Further, the circular area is represented by the following equation.

Figure 2020043951
Figure 2020043951

ここで、Dは円の面積(プロットスケールに調整された点の二乗)であり、ローは脳ネットワークの特徴(例えば、相関係数)の強度である。   Here, D is the area of the circle (the square of the point adjusted to the plot scale), and Rho is the strength of the feature (for example, correlation coefficient) of the brain network.

このように、関連領域である各領域の脳の状態について、各領域の活動と各領域のコネクティビティとを効果的に可視化することができる。   As described above, the activity of each region and the connectivity of each region can be effectively visualized with respect to the state of the brain in each region that is the related region.

図10は、スクリーニング結果(1000)のウィンドウを示す。結果は、ROI(下前頭皮質および前頭皮質それぞれ1002〜1003)およびそのネットワーク(1004)からなる脳図(1001)に表示される。   FIG. 10 shows a window of screening results (1000). The results are displayed in a brain diagram (1001) consisting of the ROI (lower frontal cortex and frontal cortex respectively 1002-1003) and its network (1004).

多機能グラフ(1005)には、ターゲット(1006)、目標モデル(1007)、成功したトレーニングデータと95%信頼区間(1008aおよび1008b)から得られたターゲット領域(1008)、スクリーニング測定として実行現在の状態(1009)、および現在および目標条件間の差異(1010)のうちの1つ以上が表示される。現在の状態が予測範囲外の場合、異常と判定されて表示される(1011)。制御プロセス(202)は差異を、以下の方程式(式2)に従う標準スコア(1012)によって定量化する。   Multifunctional graph (1005) includes target (1006), target model (1007), target area (1008) obtained from successful training data and 95% confidence intervals (1008a and 1008b), running as a screening measurement One or more of the state (1009) and the difference between the current and target conditions (1010) are displayed. If the current state is out of the prediction range, it is determined to be abnormal and displayed (1011). The control process (202) quantifies the difference by a standard score (1012) according to the following equation (Equation 2).

Figure 2020043951
Figure 2020043951

ここで、dは、現在の条件と目標条件との間のユークリッド距離(ローの同じ範囲で正規化され、相関係数)である。   Here, d is the Euclidean distance between the current condition and the target condition (normalized in the same range of the row and a correlation coefficient).

何も異常がない場合、制御プロセス(202)は、脳図(1001)と多機能グラフ(1005)は、いくつかの検査された脳ネットワーク活動機能の中で最も活動されていない機能であることを示す(例えば、視覚運動、デフォルトモード脳ネットワークなど)。異常がなければ、[Close](1013)ボタンをクリックしてスクリーニングを完了する。次いで、いくつかの神経フィードバックパラメータ(814)を初期設定することによって、フィードバックシステムを介してトレーニングされる(1014)。   If nothing is wrong, the control process (202) is that the brain diagram (1001) and the multi-function graph (1005) are the least active functions of some tested brain network activity functions (Eg, visual movement, default mode brain network, etc.). If there is no abnormality, click the [Close] (1013) button to complete the screening. It is then trained (1014) via the feedback system by initializing some neural feedback parameters (814).

図10に示したように、関連する領域、機能、比較、推論、および標準スコアから詳細な結果を視覚的に確認できる。脳活動に関する知見のない被検者は、自分の状態、機能障害、トレーニング目標を、表示装置の画面を通して容易に理解することができ、目標を達成するための努力を促すことができる。   As shown in FIG. 10, a detailed result can be visually confirmed from the related area, function, comparison, inference, and standard score. A subject who has no knowledge of brain activity can easily understand his / her condition, dysfunction, and training target through the screen of the display device, and can encourage efforts to achieve the target.

図11は、[Display All](607)ボタンがクリックされ、登録された被検者のセッション履歴を表示した例を示す図である。制御プロセス(202)によるインタフェースは、前の結果の情報として、被検者ID(Subject ID)(1101)、スコアグラフ(1102)および効率グラフ(1105)を提示する。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which the [Display All] (607) button is clicked to display the session history of the registered subject. The interface by the control process (202) presents a subject ID (Subject ID) (1101), a score graph (1102), and an efficiency graph (1105) as information of the previous result.

スコアグラフのスコアは目標と比較した最終トレーニング条件の近さを表し、効率パラメータは目標を達成するための所要時間およびトラックなどのトレーニングプロセスを示す。2本の線は、各スコア(1103-1104)および効率(1106-1107)グラフについて異なる機能を表す。例えば、太字と細線はそれぞれ執行機能と運動機能用である。現在のセッション目標は、[Neurofeedback Setting](1109)ボタンを実行することで、以前に検査された機能(例えば、実行機能および運動機能)から選択することができる(1108)。[Close](1110)ボタンは、セッション履歴ウィンドウを閉じる。   The score in the score graph represents the proximity of the final training condition compared to the goal, and the efficiency parameters indicate the training process, such as the time required to achieve the goal and the track. The two lines represent different functions for each score (1103-1104) and efficiency (1106-1107) graph. For example, bold and thin lines are for executive and motor functions, respectively. The current session goal can be selected from previously tested functions (eg, executive function and motor function) (1108) by executing the [Neurofeedback Setting] (1109) button. [Close] (1110) button closes the session history window.

図11に示すように、セッションのトレーニング進捗状況を示すグラフを提示できる。また、保存された履歴から現在のセッションでトレーニングするように特定の機能を選択できる。   As shown in FIG. 11, a graph showing the training progress status of the session can be presented. You can also select specific features from the saved history to train in the current session.

図12は、フィードバックシステム(204)によって制御される神経フィードバックプロセスを終了させる神経フィードバック設定(1200)の画面を示す。   FIG. 12 shows a screen of neural feedback settings (1200) that terminates the neural feedback process controlled by the feedback system (204).

トレーニング時間(1201a)と2)安定性(1201b)の2つのオプションがある。時間が選択されると、神経フィードバックは設定時間(例えば、3分)で終了する。安定性の場合、被検者が設定時間(例えば、1分)の間、ターゲット内に特徴(脳活動や関心領域のコネクティビティ)を制御できた場合、神経フィードバックを終了する。[Reset](1202)ボタンをクリックすると、選択をリセットでき、[Start Neurofeedback](1203)ボタンを押すと、神経フィードバックを開始する。このように、神経フィードバックの終了方法は、被検者のトレーニング目的に合わせて選択することができる。   There are two options: training time (1201a) and 2) stability (1201b). When a time is selected, neural feedback ends at a set time (eg, 3 minutes). In the case of stability, if the subject is able to control features (brain activity and connectivity of the region of interest) in the target for a set time (eg, 1 minute), neural feedback is terminated. Clicking the [Reset] (1202) button resets the selection, and pressing the [Start Neurofeedback] (1203) button starts neural feedback. As described above, the method of terminating the neural feedback can be selected according to the training purpose of the subject.

図13は、フィードバックシステム(204)によって制御され、トレーニング目標(1301)を設定した場合のリアルタイムフィードバック表示の例を示した図である。リアルタイムのコネクティビティ‐活動量は、トレーニングプロセスを示す時間を過ぎても動作する。 したがって、特徴分析は、動作または離散時間ウィンドウ(例えば、5秒)のいずれかでリアルタイムで実行される。トレーニングプロセスは、1302a〜1302dの移動円で示されている。最新の測定点についても、プロセストラック(例えば、ライン間)が示されている。フィードバック処理は、終了設定(1201)に従って終了するまで継続される。   FIG. 13 is a diagram showing an example of real-time feedback display when the training target (1301) is set by being controlled by the feedback system (204). Real-time connectivity-activity is active beyond the time that is indicative of the training process. Thus, feature analysis is performed in real time, either in motion or in a discrete time window (eg, 5 seconds). The training process is indicated by the moving circles 1302a-1302d. The process track (for example, between lines) is also shown for the latest measurement point. The feedback processing is continued until the processing ends according to the end setting (1201).

特徴1の達成(すなわち活動量)が目標領域内に見られる間に、特徴2(すなわちコネクティビティ)の達成は、色の変化、形状の変化、または点滅する円によって示される。   While the achievement of Feature 1 (ie, the amount of activity) is seen within the target area, the achievement of Feature 2 (ie, connectivity) is indicated by a change in color, change in shape, or a blinking circle.

図13に示すように、被検者は、自分の状況をリアルタイムで容易に把握し、両方の機能の自己方略効果を調べることができる。   As shown in FIG. 13, the subject can easily grasp his / her situation in real time, and can examine the self-strategic effect of both functions.

図14は、フィードバックシステム(204)による神経フィードバックの結果を表示した例を示す図である。結果は、以下の三つのタイプで示される。1)多機能グラフ(1401)、2)前回の神経フィードバックトレーニング(1404)、および3)神経フィードバックトレーニング結果の推論ボックス(1409)、である。   FIG. 14 is a diagram showing an example in which the result of neural feedback by the feedback system (204) is displayed. The results are shown in three types: 1) Multi-function graph (1401), 2) Previous neural feedback training (1404), and 3) Inference box (1409) of neural feedback training result.

多機能グラフ(1401)は、神経フィードバックトレーニングの前(1402)および後(1403)の状態を示す。この例によれば、神経フィードバックトレーニングは、コネクティビティに関係する両方の領域における特徴1(例えば、活動量)を示す。また、円の大きさは、両領域の脳活動のコネクティビティの強さを示す。トレーニング条件が目標の予測限界(例えば、95%)内に位置した後、トレーニング条件の前後でスコア(1405)および効率(1406)パラメータが表示される(1404)。スコアは数2を用いて、効率パラメータは数3を用いて計算する。   The multifunction graph (1401) shows the state before (1402) and after (1403) the neural feedback training. According to this example, the neural feedback training shows feature 1 (eg, activity) in both areas related to connectivity. In addition, the size of the circle indicates the strength of connectivity of brain activity in both regions. After the training condition is within the target prediction limits (eg, 95%), the score (1405) and efficiency (1406) parameters are displayed before and after the training condition (1404). The score is calculated using Equation 2, and the efficiency parameter is calculated using Equation 3.

Figure 2020043951
Figure 2020043951

dtotal(1408)は、フィードバックセッションが終了するまでフィードバック応答点から始まるユークリッド距離の総和であり、ローtargetはコネクティビティトレーニング目標値、ローtotalはトレーニングインターバル中の相関係数の平均、tは目標が達成されるのに必要な時間である。   dtotal (1408) is the sum of the Euclidean distance starting from the feedback response point until the end of the feedback session, low target is the connectivity training target value, low total is the average correlation coefficient during the training interval, and t is the target achieved It is the time needed to be done.

神経フィードバックトレーニングを実行することにより、目標に対するパフォーマンススコアが改善される。結果は、領域(1409)に示される。[Close](1410)ボタンを実行することで、神経フィードバックシステムを閉じることができる。タスク誘導神経フィードバックを使用して現在の目標機能を改善するには、[Task-guided Neurofeedback](1411)のボタンを処理できる。自作方略で他の機能を鍛えるには、[Training of other functions](1412)ボタンを実行することができる。   Performing neural feedback training improves the performance score for the goal. The result is shown in region (1409). By executing the [Close] (1410) button, the neural feedback system can be closed. To improve the current goal function using task-guided neurofeedback, the [Task-guided Neurofeedback] (1411) button can be processed. To train other functions with your own strategy, you can execute the [Training of other functions] (1412) button.

このように、多機能グラフ、比較集計、および抽象推論を用いてトレーニング効果を効率的に評価することが可能となる。また、このウィンドウは、自己または自己誘導方略またはタスク指導神経フィードバックを使用して、同じまたは異なる機能目標の次のトレーニングセッションを開始することもできる。   As described above, it is possible to efficiently evaluate the training effect using the multi-function graph, the comparison tally, and the abstract inference. The window may also use self or self-guided strategies or task leader feedback to initiate the next training session for the same or different functional goals.

図15は、タスク誘導神経フィードバック(1500)の例を示す。 タスクは、「友人の誕生日を覚えておいてください」、「1000から6ステップ後ろにカウントする」などの単一のルールとしても、または作業記憶タスク(1501)などのいくつかのルールを含む複雑なパラダイムとしてもよい。   FIG. 15 shows an example of task-guided neural feedback (1500). Tasks can also be as a single rule, such as "Remember friend's birthday", "Count after 6 steps from 1000", or include several rules such as Working Memory Task (1501) It may be a complicated paradigm.

ワーキングメモリタスクには、エンコーディング、取得、およびテストといういくつかのステップがある。いずれのタスクも、終了設定(1201)に従ってフィードバックが終了するまで繰り返される。機能の改善が疑問視された場合、神経フィードバックの途中でタスクを変更することができる。   The working memory task has several steps: encoding, acquisition, and testing. Each task is repeated until the feedback ends according to the end setting (1201). If the improvement of function is questioned, the task can be changed in the middle of neural feedback.

例えば、肯定的なトレーニングの進行なしに1分。タスクは、多機能フィードバックグラフ(1502)と同時に表示され、被検者はタスク中にそれらのパフォーマンスを間欠的にチェックすることができる。フィードバック結果は、図14のウィンドウと同様に表示される。脳活動を調節するのに最適な方略を見つけるように被検者に指示する。   For example, one minute without positive training progress. The tasks are displayed simultaneously with the multi-function feedback graph (1502), allowing the subject to intermittently check their performance during the task. The feedback result is displayed in the same manner as in the window of FIG. Instruct the subject to find the best strategy for regulating brain activity.

本実施例によれば、脳の各領域の活動の他、各領域のコネクティビティ(結合性)を同時にフィードバックできる。そのため、目的とする脳活動状態に到達することを、効率的にサポートすることができる。   According to this embodiment, in addition to the activity of each region of the brain, the connectivity (connectivity) of each region can be fed back simultaneously. Therefore, reaching the target brain activity state can be efficiently supported.

また、脳の関連領域のコネクティビティと活動量についてリアルタイムの分析し、目標値と共に表示装置に表示するので、被検者はそれぞれの測定値を目標値に到達させるための方略の妥当性を評価することができる。   In addition, since the connectivity and activity amount of the relevant region of the brain are analyzed in real time and displayed on the display device together with the target value, the subject evaluates the validity of the strategy for causing each measured value to reach the target value. be able to.

また、脳の関連領域のコネクティビティと活動量について、測定値を目標値に到達させる適切なタスクを被検者に対し与え、目標到達を効率的にサポートすることができる。   In addition, it is possible to provide the subject with an appropriate task of causing the measured value to reach the target value for the connectivity and the activity amount of the relevant region of the brain, and efficiently achieve the target.

また、関連領域である各領域の脳の状態について、各領域の活動と各領域のコネクティビティとを効果的に可視化することができる。   Further, regarding the state of the brain in each of the related regions, the activity of each region and the connectivity of each region can be effectively visualized.

さらに、脳活動に関する知見のない被検者は、自分の状態、機能障害、トレーニング目標を、表示装置の画面を通して容易に理解することができ、目標を達成するための努力を促すことができる。   Further, a subject who has no knowledge of brain activity can easily understand his / her condition, dysfunction, and training target through the screen of the display device, and can encourage efforts to achieve the target.

201:多機能フィードバック装置、201:制御部、202:制御プロセス、203:記憶装置、204:フィードバックシステム、205:入力装置、206:出力装置。   201: multifunctional feedback device, 201: control unit, 202: control process, 203: storage device, 204: feedback system, 205: input device, 206: output device.

Claims (13)

被検体の脳の少なくとも二か所からなる関心領域の活動を測定するセンサと、
前記センサにより測定された前記関心領域の各々の活動から、前記関心領域の脳活動と前記関心領域の脳ネットワークを分析する制御部と、
前記制御部により分析された、前記関心領域の各々の脳活動量と前記関心領域の脳ネットワークとを表示する表示装置とを有する、ことを特徴とする多機能神経フィードバックシステム。
A sensor for measuring the activity of a region of interest comprising at least two places in the brain of the subject,
From the activity of each of the region of interest measured by the sensor, a control unit that analyzes the brain activity of the region of interest and the brain network of the region of interest,
A multifunctional nerve feedback system, comprising: a display device that displays a brain activity amount of each of the regions of interest and a brain network of the regions of interest analyzed by the control unit.
前記制御部は、前記表示装置に、前記関心領域に対応させた軸を有するグラフ上に、前記関心領域の脳活動量をプロットし、前記プロットされた位置で前記関心領域の脳ネットワークの強度を円の大きさで表す、ことを特徴とする請求項1記載の多機能神経フィードバックシステム。   The control unit, on the display device, on a graph having an axis corresponding to the region of interest, plots the amount of brain activity of the region of interest, and the strength of the brain network of the region of interest at the plotted position The multifunctional nerve feedback system according to claim 1, wherein the system is represented by a circle. 前記制御部は、前記関心領域における脳活動量と脳ネットワークの目標データと、
前記センサの測定に基づき分析された前記関心領域の脳活動と前記関心領域の脳ネットワークの分析結果を比較することで、被検体の異常性を判断する制御プロセスを有する、ことを特徴とする請求項2記載の多機能神経フィードバックシステム。
The control unit, the brain activity amount in the region of interest and brain network target data,
A control process for judging abnormality of the subject by comparing the brain activity of the region of interest analyzed based on the measurement of the sensor with the analysis result of the brain network of the region of interest. Item 3. The multifunctional nerve feedback system according to Item 2.
前記制御プロセスは、前記目標データと前記センサの測定に基づき分析された前記関心領域の脳活動量と前記関心領域の脳ネットワークとを、前記表示装置に表示させる、ことを特徴とする請求項3記載の多機能神経フィードバックシステム。   The said control process makes the said display apparatus display the brain activity of the said area of interest and the brain network of the said area of interest analyzed based on the said target data and the measurement of the said sensor, The said display device. A multifunctional neural feedback system as described. 前記制御部は、前記制御プロセスが被検体の異常を発見した場合、前記目標データに対応したタスクを読み出し、前記表示装置に読み出された前記タスクを表示するフィードバックシステムを有する、ことを特徴とする請求項3記載の多機能神経フィードバックシステム。   The control unit has a feedback system that reads a task corresponding to the target data when the control process finds an abnormality in the subject, and displays the read task on the display device, 4. The multifunctional neural feedback system according to claim 3, wherein: 被検体の脳の少なくとも二か所からなる関心領域の活動を測定するセンサと、表示装置に接続される多機能神経フィードバック装置において、
前記多機能神経フィードバック装置は、前記センサにより測定された前記関心領域の各々の活動から、前記関心領域の脳活動量と前記関心領域の脳ネットワークを分析する制御部を有する、ことを特徴とする多機能神経フィードバック装置。
In a sensor for measuring the activity of the region of interest consisting of at least two places in the brain of the subject, in a multi-functional nerve feedback device connected to the display device,
The multifunctional nerve feedback device has a control unit that analyzes a brain activity amount of the region of interest and a brain network of the region of interest from each activity of the region of interest measured by the sensor. Multifunctional nerve feedback device.
前記制御部は、前記表示装置に、前記関心領域に対応させた軸を有するグラフ上に、前記関心領域の脳活動量をプロットし、前記プロットされた位置で前記関心領域の脳ネットワークの強度を円の大きさで表す、ことを特徴とする請求項6記載の多機能神経フィードバック装置。   The control unit, on the display device, on a graph having an axis corresponding to the region of interest, plots the amount of brain activity of the region of interest, and the strength of the brain network of the region of interest at the plotted position 7. The multifunctional nerve feedback device according to claim 6, wherein the multifunctional nerve feedback device is represented by a circle. 前記制御部は、前記関心領域における脳活動と脳ネットワークの目標データと、
前記センサの測定に基づき分析された前記関心領域の脳活動量と前記関心領域の脳ネットワークの分析結果を比較することで、被検体の異常性を判断する制御プロセスを有する、ことを特徴とする請求項7記載の多機能神経フィードバック装置。
The control unit, the brain activity in the region of interest and brain network target data,
By comparing a brain activity amount of the region of interest analyzed based on the measurement of the sensor with an analysis result of the brain network of the region of interest, a control process for determining an abnormality of the subject is provided. The multifunctional nerve feedback device according to claim 7.
前記制御プロセスは、前記目標データと前記センサの測定に基づき分析された前記関心領域の脳活動量と前記関心領域の脳ネットワークとを、前記表示装置に表示させる、ことを特徴とする請求項8記載の多機能神経フィードバック装置。   The said control process makes the said display apparatus display the brain activity of the said region of interest and the brain network of the said region of interest analyzed based on the said target data and the measurement of the said sensor, The said display device. A multifunctional neural feedback device as described. 前記制御部は、前記制御プロセスが被検体の異常を発見した場合、前記目標データに対応したタスクを読み出し、前記表示装置に読み出された前記タスクを表示するフィードバックシステムを有する、ことを特徴とする請求項8記載の多機能神経フィードバック装置。   The control unit has a feedback system that reads a task corresponding to the target data when the control process finds an abnormality in the subject, and displays the read task on the display device, The multifunctional nerve feedback device according to claim 8, wherein 被検体の脳の少なくとも二か所からなる関心領域を選択し、
前記選択された関心領域の活動を測定し、
センサにより測定された前記関心領域の各々の活動から、前記関心領域の脳活動量と前記関心領域の脳ネットワークを分析し、
前記関心領域に対応させた軸を有するグラフ上に、分析された前記関心領域の脳活動量をプロットし、前記プロットされた位置で前記関心領域の脳ネットワークの強度を円の大きさで表すと共に、前記グラフ上に前記関心領域における脳活動と脳ネットワークの目標データを表示する、ことを特徴とする多機能神経フィードバック方法。
Selecting a region of interest consisting of at least two places in the subject's brain,
Measuring the activity of the selected region of interest,
Analyzing the brain activity of the region of interest and the brain network of the region of interest from each activity of the region of interest measured by a sensor,
The analyzed brain activity of the region of interest is plotted on a graph having an axis corresponding to the region of interest, and the strength of the brain network of the region of interest is represented by the size of a circle at the plotted position. Displaying a brain activity in the region of interest and target data of a brain network on the graph.
前記目標データと、前記センサの測定に基づき分析された前記関心領域の脳活動量と前記関心領域の脳ネットワークの分析結果とを比較することで、被検体の異常性を判断する、ことを特徴とする請求項11記載の多機能神経フィードバック方法。   By comparing the target data and the brain activity of the region of interest analyzed based on the measurement of the sensor with the analysis result of the brain network of the region of interest, the abnormality of the subject is determined. The multifunctional nerve feedback method according to claim 11, wherein 被検体の異常を発見した場合、前記目標データに対応したタスクを読み出し、読み出された前記タスクを表示する、ことを特徴とする請求項11記載の多機能神経フィードバック方法。   The multifunctional nerve feedback method according to claim 11, wherein when an abnormality of the subject is found, a task corresponding to the target data is read, and the read task is displayed.
JP2018173298A 2018-09-18 2018-09-18 Multifunctional nerve feedback system and multifunctional nerve feedback method Active JP7043374B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018173298A JP7043374B2 (en) 2018-09-18 2018-09-18 Multifunctional nerve feedback system and multifunctional nerve feedback method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018173298A JP7043374B2 (en) 2018-09-18 2018-09-18 Multifunctional nerve feedback system and multifunctional nerve feedback method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020043951A true JP2020043951A (en) 2020-03-26
JP7043374B2 JP7043374B2 (en) 2022-03-29

Family

ID=69899211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018173298A Active JP7043374B2 (en) 2018-09-18 2018-09-18 Multifunctional nerve feedback system and multifunctional nerve feedback method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7043374B2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013017734A (en) * 2011-07-13 2013-01-31 Hitachi Ltd Bioinstrumentation system
US20130090927A1 (en) * 2011-08-02 2013-04-11 Massachusetts Institute Of Technology Phonologically-based biomarkers for major depressive disorder
JP2014083090A (en) * 2012-10-19 2014-05-12 Univ Of Tokyo Brain activity training support apparatus using optical measuring instrument for living body, signal processing program, and signal processing method
US20150038812A1 (en) * 2011-03-25 2015-02-05 Drexel University Functional near infrared spectrocopy based brain computer interface
JPWO2014178322A1 (en) * 2013-05-01 2017-02-23 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 Brain activity training apparatus and brain activity training system
JP2018046899A (en) * 2016-09-20 2018-03-29 学校法人同志社 Brain active state quantization method, and brain active state measuring device
WO2018153762A1 (en) * 2017-02-27 2018-08-30 Universite De Rennes 1 Method, device and program for determining at least one cerebral network involved in carrying out a given process

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2590213T3 (en) 2008-04-18 2016-11-18 Critical Care Diagnostics, Inc. Prediction of the risk of serious adverse cardiac events

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150038812A1 (en) * 2011-03-25 2015-02-05 Drexel University Functional near infrared spectrocopy based brain computer interface
JP2013017734A (en) * 2011-07-13 2013-01-31 Hitachi Ltd Bioinstrumentation system
US20130090927A1 (en) * 2011-08-02 2013-04-11 Massachusetts Institute Of Technology Phonologically-based biomarkers for major depressive disorder
JP2014083090A (en) * 2012-10-19 2014-05-12 Univ Of Tokyo Brain activity training support apparatus using optical measuring instrument for living body, signal processing program, and signal processing method
JPWO2014178322A1 (en) * 2013-05-01 2017-02-23 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 Brain activity training apparatus and brain activity training system
JP2018046899A (en) * 2016-09-20 2018-03-29 学校法人同志社 Brain active state quantization method, and brain active state measuring device
WO2018153762A1 (en) * 2017-02-27 2018-08-30 Universite De Rennes 1 Method, device and program for determining at least one cerebral network involved in carrying out a given process

Also Published As

Publication number Publication date
JP7043374B2 (en) 2022-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bach et al. Psychophysiological modeling: Current state and future directions
Kira et al. A neural implementation of Wald’s sequential probability ratio test
Born et al. Segregation of object and background motion in visual area MT: effects of microstimulation on eye movements
Morvan et al. Human visual search does not maximize the post-saccadic probability of identifying targets
US10839201B2 (en) Facial expression detection for screening and treatment of affective disorders
Ibos et al. Dynamic integration of task-relevant visual features in posterior parietal cortex
JP2019534061A (en) Cognitive platform connected to physiological components
JP5866567B2 (en) Concentration evaluation device, program
Mengoudi et al. Augmenting dementia cognitive assessment with instruction-less eye-tracking tests
US10925481B2 (en) Systems and methods for measuring visual function maps
US20190357792A1 (en) Sensibility evaluation apparatus, sensibility evaluation method and method for configuring multi-axis sensibility model
KR102421379B1 (en) Method of caring psychological condigion based on biological information and apparatus therefor
Corrigan et al. Characterizing eye movement behaviors and kinematics of non-human primates during virtual navigation tasks
McKendrick et al. Cognitive workload and workload transitions elicit curvilinear hemodynamics during spatial working memory
EP3866674A1 (en) Cognitive platform for deriving effort metric for optimizing cognitive treatment
WO2019222664A1 (en) Systems and methods for cognitive diagnostics in connection with major depressive disorder and response to antidepressants
JP2020043951A (en) Multifunctional nerve feedback system and multifunctional nerve feedback method
JP2019000283A (en) Model selection method, model selection apparatus and program
US20230255491A1 (en) Emdr thrapy analysis
Aranyi et al. Using fNIRS for prefrontal-asymmetry neurofeedback: methods and challenges
Wiediartini et al. Evaluation of physiological responses to mental workload in n-back and arithmetic tasks
US11862338B2 (en) Systems and methods for processing connectivity values between sub-processing regions
US10735534B2 (en) Information processing apparatus
KR102670940B1 (en) Method for creating tasks and providing rewards to evaluate brain function based on user information
JP2021504068A (en) Systems for real-time measurement of cognitive activity and how to calibrate such systems

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201203

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210818

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210831

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211029

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220215

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220316

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7043374

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150