JP2021045301A - Brain activity stimulation system and brain activity stimulator - Google Patents

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Abstract

To provide a brain activity stimulation system and a brain activity stimulator, capable of suppressing performance degradation, when performing a series of exercises in the state in which tension (stress) to be punished in the case of a fail is added.SOLUTION: A brain activity stimulation system 100 includes a brain activity specification unit 10 for specifying a position of brain activity of a subject P performing a series of exercises in the stressed state by a functional nuclear magnetic resonance image method, and an external stimulation unit 20 for externally stimulating the position of brain activity of the subject P specified by the brain activity specification unit 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この開示は、脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置に関し、より特定的には、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置に関する。 This disclosure relates to a brain activity stimulator system and a brain activity stimulator, and more specifically to a brain activity stimulator system that externally stimulates brain activity and a brain activity stimulator.

スポーツや音楽演奏などでは、連続的な動作を必要とする系列運動が行われる。この系列運動において、失敗すると罰(例えば、スポーツにおいて負けるなど)を受ける緊張(ストレス)があると、普段と同じ系列運動を行うことができずにパフォーマンスが低下することが知られる。トップレベルのアスリートや演奏家であっても、大会やコンクールの重要な場面において緊張(ストレス)により、普段の実力を発揮できないことが知られている。 In sports and music performances, series of movements that require continuous movement are performed. It is known that in this series of exercises, if there is tension (stress) that causes punishment (for example, losing in sports) if the person fails, he / she cannot perform the same series of exercises as usual and the performance deteriorates. It is known that even top-level athletes and performers cannot demonstrate their usual abilities due to tension (stress) in important situations of competitions and competitions.

従来、緊張によるパフォーマンスの低下について、非特許文献1では、到達運動や把持力の生成など単純な運動課題が、大きな報酬を予測する線条体の活動であると捉えられている。 Conventionally, regarding the deterioration of performance due to tension, in Non-Patent Document 1, simple exercise tasks such as reaching exercise and generation of gripping force are regarded as striatal activities that predict a large reward.

Vikram S.Chib、外3名、”Neural mechanisms underlying paradoxical performance for monetary incentives are driven by loss aversion.”、Neuron、2012年、VOLUME 74、ISSUE 3、p.582-594Vikram S. Chib, 3 outsiders, "Neural mechanisms underlying paradoxical performance for monetary incentives are driven by loss aversion.", Neuron, 2012, VOLUME 74, ISSUE 3, p.582-594

しかし、非特許文献1では、到達運動や把持力の生成など単純な運動についての脳活動を研究されているにすぎず、スポーツや音楽演奏などで特徴となる高速の系列運動についての脳活動については研究の対象とそれていない。また、非特許文献1では、運動についての脳活動を捉える研究はなされているが、当該脳活動に対して積極的に刺激を与えるなどの操作は行っていない。 However, Non-Patent Document 1 merely studies brain activity related to simple movements such as reaching movements and generation of gripping force, and describes brain activity related to high-speed series movements, which are characteristic of sports and music performances. Is not the subject of research. Further, in Non-Patent Document 1, although research on capturing brain activity related to exercise has been conducted, operations such as positively stimulating the brain activity are not performed.

本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う場合に、パフォーマンスの低下を抑える脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置を提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and the purpose in a certain aspect is to perform a series exercise in a state where tension (stress) is applied, which is punished if the person fails. It is to provide a brain activity stimulating system that suppresses a decrease in stress, and a brain activity stimulating device.

ある実施形態に従うと、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激システムであって、ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者の脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部と、前記脳活動特定部で特定した前記被験者の脳活動の位置に外部から刺激を与える外部刺激部と、を備える。 According to a certain embodiment, it is a brain activity stimulation system that externally stimulates brain activity, and the position of the brain activity of a subject who performs a series of movements under stress is determined by functional magnetic resonance imaging. A brain activity specifying unit specified in the above and an external stimulating unit that externally stimulates the position of the subject's brain activity specified by the brain activity specifying unit.

好ましくは、脳活動特定部で被験者ごとに特定した脳活動の位置を記憶する記憶部を含む制御部を、さらに備える。 Preferably, the brain activity specifying unit further includes a control unit including a storage unit that stores the position of the brain activity specified for each subject.

好ましくは、脳活動特定部で特定した被験者の脳活動の位置は、被験者の内側前頭葉の特定位置である。 Preferably, the position of the subject's brain activity identified by the brain activity specific part is the specific position of the subject's medial frontal lobe.

好ましくは、内側前頭葉の特定位置は、MNI標準座標系での[0,36,36]の位置を少なくとも含む所定の範囲である。 Preferably, the particular position of the medial frontal lobe is a predetermined range that includes at least the position of [0,36,36] in the MNI frame of reference.

好ましくは、外部刺激部は、脳活動特定部で特定した被験者の脳活動の位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与える。 Preferably, the external stimulating unit externally applies magnetic stimulation to the position of the brain activity of the subject specified by the brain activity specifying unit by transcranial magnetic stimulation.

別の実施形態に従うと、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激装置であって、外部から被験者の脳に刺激を加える印加部と、ストレスが付加された状態で系列運動を行う前記被験者の脳活動の位置に、刺激を加えることができるように前記印加部を固定する固定部とを、備える。 According to another embodiment, it is a brain activity stimulator that externally stimulates brain activity, and performs a series of exercises in a stressed state with an application part that externally stimulates the subject's brain. The position of the brain activity of the subject is provided with a fixing portion for fixing the application portion so that a stimulus can be applied.

ある実施形態に従う脳活動刺激システム、および脳活動刺激装置では、失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う場合に、パフォーマンスの低下を抑えることができる。 A brain activity stimulator system and a brain activity stimulator according to an embodiment can suppress a decrease in performance when performing a series of exercises with tension (stress) applied, which is punishable for failure.

実施の形態1における脳活動刺激システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the brain activity stimulation system in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における脳活動特定部の外観を示す概略図である。It is the schematic which shows the appearance of the brain activity specific part in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における脳活動特定部で被験者が行う運動を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the exercise performed by the subject in the brain activity specific part in Embodiment 1. FIG. テストセッションでの部分学習者(part-learners)および単純学習者(single-learners)の押し間違いの数を示したグラフである。It is a graph which showed the number of push mistakes of a partial learner (part-learners) and a simple learner (single-learners) in a test session. テストセッションでの部分学習者(part-learners)の脳活動を示すMRI画像である。MRI images showing the brain activity of part-learners in a test session. 電気刺激の数と図5で特定した内側前頭葉の脳活動との相関を示すグラフである。6 is a graph showing the correlation between the number of electrical stimuli and the brain activity of the medial frontal lobe identified in FIG. 実施の形態1における外部刺激部の外観を示す概略図である。It is the schematic which shows the appearance of the external stimulation part in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における外部刺激部で被験者が行う運動を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the exercise performed by the subject in the external stimulus part in Embodiment 1. FIG. テストセッションでの磁気刺激の有無による押し間違いの数を示したグラフである。It is a graph which showed the number of push mistakes with and without magnetic stimulation in a test session. 実施の形態2における脳活動刺激装置の外観を示す概略図である。It is the schematic which shows the appearance of the brain activity stimulator in Embodiment 2. FIG.

<実施の形態1>
本実施の形態1について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
<Embodiment 1>
The first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.

図1は、実施の形態1における脳活動刺激システム100の構成を示すブロック図である。図1を参照して、脳活動刺激システム100について説明する。脳活動刺激システム100は、脳活動の位置を機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部10と、脳活動の位置に外部から刺激を与える外部刺激部20と、脳活動特定部10と外部刺激部20とを関連付ける制御部30とを含んでいる。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the brain activity stimulation system 100 according to the first embodiment. The brain activity stimulation system 100 will be described with reference to FIG. The brain activity stimulation system 100 includes a brain activity identification unit 10 that identifies the position of brain activity by functional magnetic resonance imaging, an external stimulation unit 20 that externally stimulates the position of brain activity, and a brain activity identification unit 10. It includes a control unit 30 that associates the external stimulation unit 20 with the external stimulation unit 20.

脳活動特定部10は、失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う被験者の脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定している。ここで、機能的核磁気共鳴画像法(fMRI:functional Magnetic Resonance Imaging)は、核磁気共鳴画像法(MRI:Magnetic Resonance Imaging)を利用して、ヒトの脳活動に関連した血流動態反応を視覚化する方法である。特に、機能的核磁気共鳴画像法では、感覚刺激や認知課題遂行による脳活動と安静時や対照課題遂行による脳活動の違いを検出して、関心のある脳機能の構成要素に対応する脳賦活領域を特定することが可能である。 The brain activity specifying unit 10 identifies the position of the brain activity of a subject who performs a series of movements in a state where tension (stress) is applied, which is punished if the person fails, by a functional magnetic resonance imaging method. Here, functional magnetic resonance imaging (fMRI) uses magnetic resonance imaging (MRI) to visualize the blood flow dynamic response related to human brain activity. It is a method to make it. In particular, functional magnetic resonance imaging detects the difference between brain activity due to sensory stimulation and cognitive task performance and brain activity due to resting or control task performance, and activates the brain corresponding to the component of the brain function of interest. It is possible to identify the area.

外部刺激部20は、脳活動特定部10で特定した被験者の脳活動の位置に外部から刺激を与える。外部刺激部20が脳活動に与える刺激は、磁気刺激、電流刺激、超音波刺激など、いずれの刺激であっても、また、複数の刺激を組み合わせたものであってもよい。以下の説明では、外部刺激部20は、経頭蓋磁気刺激法(TMS:Transcranial magnetic stimulation)を用いて脳活動に磁気刺激を与えるものとする。経頭蓋磁気刺激法は、電磁石によって生み出される急激な磁場の変化により、弱い電流を脳の組織内に誘起させることで、脳内のニューロンを刺激する方法である。 The external stimulating unit 20 externally stimulates the position of the brain activity of the subject specified by the brain activity specifying unit 10. The stimulus given to the brain activity by the external stimulus unit 20 may be any stimulus such as magnetic stimulus, current stimulus, ultrasonic stimulus, or a combination of a plurality of stimuli. In the following description, it is assumed that the external stimulation unit 20 applies magnetic stimulation to brain activity by using transcranial magnetic stimulation (TMS). Transcranial magnetic stimulation is a method of stimulating neurons in the brain by inducing a weak electric current in the tissues of the brain by a sudden change in the magnetic field generated by an electromagnet.

制御部30は、例えばコンピュータであって、脳活動特定部10で特定した被験者の脳活動の位置を読み出し、当該位置に刺激を与えるように外部刺激部20を制御する。制御部30は、脳活動特定部10および外部刺激部20と通信可能に接続されており、その接続は有線、無線のいずれであってもよい。もちろん、制御部30は、脳活動特定部10と外部刺激部20とを関連付ける構成であればよく、単に脳活動特定部10から特定した被験者の脳活動の位置を読み出し、表示するだけの構成で、使用者が当該表示に従い脳活動特定部10で特定した位置を外部刺激部20で刺激を与えてもよい。さらに、脳活動刺激システム100は、制御部30を設けずに脳活動特定部10,外部刺激部20のみで構成してもよい。つまり、脳活動刺激システム100は、脳活動特定部10で特定した脳活動の位置を、直接または使用者が間接的に外部刺激部20に渡して、当該位置に外部刺激部20で刺激を与えるシステムでもよい。 The control unit 30 is, for example, a computer, reads out the position of the brain activity of the subject specified by the brain activity specifying unit 10, and controls the external stimulating unit 20 so as to give a stimulus to the position. The control unit 30 is communicably connected to the brain activity specifying unit 10 and the external stimulating unit 20, and the connection may be either wired or wireless. Of course, the control unit 30 may be configured to associate the brain activity specifying unit 10 with the external stimulating unit 20, and simply reads out the position of the brain activity of the subject specified from the brain activity specifying unit 10 and displays it. , The position specified by the brain activity specifying unit 10 by the user according to the indication may be stimulated by the external stimulating unit 20. Further, the brain activity stimulation system 100 may be composed of only the brain activity specifying unit 10 and the external stimulation unit 20 without providing the control unit 30. That is, the brain activity stimulation system 100 directly or indirectly passes the position of the brain activity specified by the brain activity specifying unit 10 to the external stimulating unit 20, and stimulates the position with the external stimulating unit 20. It may be a system.

制御部30は、図示していないが記憶部を含んでおり、脳活動特定部10で特定した被験者の脳活動の位置情報を個人ごとに記憶部に記憶することができる。また、制御部30は、個人を識別する情報(例えばID情報)を入力すると、対応する個人の脳活動の位置の情報を記憶部から読み出し、出力することができる。もちろん、脳活動特定部10に記憶部を設け、当該記憶部に脳活動特定部10で特定した被験者の脳活動の位置情報を個人ごとに記憶してもよい。 Although not shown, the control unit 30 includes a storage unit, and can store the position information of the brain activity of the subject specified by the brain activity specifying unit 10 in the storage unit for each individual. Further, when the control unit 30 inputs information for identifying an individual (for example, ID information), the control unit 30 can read out the information on the position of the brain activity of the corresponding individual from the storage unit and output it. Of course, a storage unit may be provided in the brain activity specifying unit 10, and the position information of the brain activity of the subject specified by the brain activity specifying unit 10 may be stored in the storage unit for each individual.

脳活動刺激システム100では、スポーツや音楽演奏などで特徴的な系列運動において失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態において、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉(特に、前帯状皮質背側部(dACC:the dorsal anterior cingulate cortex))の活動を脳活動特定部10で個人毎に特定する。これまで、失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う場合に、系列運動のパフォーマンスが低下する原因について、脳のメカニズムが不明であった。そのため、系列運動のパフォーマンス低下を抑えるために脳活動に対して積極的に刺激を与えるなどの操作を行うことができなかった。脳活動に対して積極的に刺激を与えて系列運動のパフォーマンスを改善する手法として、うつ病や運動障害の対策として経頭蓋磁気刺激法などで脳活動に刺激を与える手法が知られている。 In the brain activity stimulation system 100, the medial frontal lobe (particularly, the anterior cingulate) that causes a decrease in the performance of the cingulate gyrus in a state where tension (stress) is added, which is punished if the cingulate gyrus fails in sports, music performance, etc. The activity of the dorsal part of the cingulate cortex (dACC: the dorsal anterior cingulate cortex) is specified for each individual by the brain activity specifying part 10. Until now, the mechanism of the brain has been unclear as to the cause of the decrease in the performance of serial exercise when performing serial exercise with tension (stress) that is punished if it fails. Therefore, it was not possible to perform operations such as actively stimulating brain activity in order to suppress the deterioration of the performance of the series exercise. As a method of positively stimulating brain activity to improve the performance of sequence movement, a method of stimulating brain activity by transcranial magnetic stimulation or the like is known as a countermeasure for depression and movement disorders.

脳活動刺激システム100では、系列運動のパフォーマンスが低下する原因として内側前頭葉の脳活動が関与しているとのメカニズムに基づき、脳活動特定部10で当該原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を個人毎に特定し、特定した位置に対して外部刺激部20で外部から刺激を与える。脳活動刺激システム100は、外部刺激部20で外部から刺激を与えることで、緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う場合にパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動が削滅するので、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。このような脳活動刺激システム100を効率的に活用することで、スポーツや音楽演奏を行う人のサポート、また、スポーツや音楽演奏のトレーニングのサポートなど幅広い応用が期待される。 In the brain activity stimulation system 100, based on the mechanism that the brain activity of the medial frontal lobe is involved as the cause of the decrease in the performance of the sequence movement, the position of the brain activity of the medial frontal lobe that causes the brain activity identification unit 10 is determined by the brain activity identification unit 10. It is specified for each individual, and an external stimulus unit 20 gives an external stimulus to the specified position. In the brain activity stimulation system 100, by giving an external stimulus by the external stimulus unit 20, the brain activity of the medial frontal lobe, which causes a decrease in performance, is abolished when performing a series of exercises in a state where tension (stress) is applied. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the performance of the series exercise. Efficient use of such a brain activity stimulation system 100 is expected to have a wide range of applications such as support for people who perform sports and music performances, and support for training in sports and music performances.

また、脳活動刺激システム100では、脳活動特定部10で特定した内側前頭葉の脳活動を被験者に提示することを制御部30で行うことができる。被験者に内側前頭葉の脳活動を提示することで、その活動を減少させるアシストする機能もあり、脳活動刺激システム100は、経頭蓋磁気刺激法などの刺激と併用することで、より高いトレーニング効果を得ることができる。脳活動刺激システム100は、スポーツや音楽演奏を行う人のサポート、また、スポーツや音楽演奏のトレーニングのサポートすることで、スポーツ大会や音楽コンクールの場面で緊張のため実力を発揮できないことを防ぐことができる。 Further, in the brain activity stimulation system 100, the control unit 30 can present the brain activity of the medial frontal lobe specified by the brain activity specifying unit 10 to the subject. By presenting the brain activity of the medial frontal lobe to the subject, it also has a function of assisting to reduce the activity, and the brain activity stimulation system 100 can be used in combination with a stimulus such as transcranial magnetic stimulation to achieve a higher training effect. Obtainable. The brain activity stimulation system 100 supports people who perform sports and music performances, and also supports training in sports and music performances to prevent them from being unable to demonstrate their abilities due to tension in sports competitions and music competitions. Can be done.

以下、緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う被験者の脳活動の位置を、脳活動特定部10で特定する処理について具体的に説明する。図2は、実施の形態1における脳活動特定部10の外観を示す概略図である。脳活動特定部10は、図2に示すように機能的核磁気共鳴画像装置(fMRI11)である。fMRI11には、被験者Pの運動を評価できるように表示モニタ12と、操作ボタン13とを設けてある。なお、図2では、作図の関係でfMRI11の内面の横側に表示モニタ12を図示してあるが、実際は仰向けに寝ている被験者Pが見やすい位置に表示モニタ12が設けてある。操作ボタン13は、被験者Pの右手の人差し指、中指、薬指に対応する3つのボタン13a〜13cが設けてある。被験者Pは、表示モニタ12の画面上に、順に提示されるボタン操作の指示に従い、操作ボタン13をできるだけ早く、押し間違いがないように操作する。つまり、脳活動特定部10は、ボタン操作の指示に対応して操作ボタン13の操作する運動を被験者Pに行わせ、脳活動を測定している。 Hereinafter, a process of specifying the position of the brain activity of a subject who performs a series of exercises in a state where tension (stress) is applied by the brain activity specifying unit 10 will be specifically described. FIG. 2 is a schematic view showing the appearance of the brain activity specifying unit 10 in the first embodiment. The brain activity identification unit 10 is a functional magnetic resonance imaging (fMRI11) as shown in FIG. The fMRI 11 is provided with a display monitor 12 and an operation button 13 so that the movement of the subject P can be evaluated. In FIG. 2, the display monitor 12 is shown on the side of the inner surface of the fMRI 11 due to drawing, but the display monitor 12 is actually provided at a position where the subject P lying on his back can easily see. The operation buttons 13 are provided with three buttons 13a to 13c corresponding to the index finger, middle finger, and ring finger of the right hand of the subject P. Subject P operates the operation buttons 13 as soon as possible without making mistakes in pressing the operation buttons 13 according to the button operation instructions presented in order on the screen of the display monitor 12. That is, the brain activity specifying unit 10 measures the brain activity by causing the subject P to perform the exercise of operating the operation button 13 in response to the instruction of the button operation.

具体的に、被験者Pに行わせる運動について説明する。図3は、実施の形態1における脳活動特定部10で被験者Pが行う運動を説明するための概略図である。脳活動特定部10は、被験者Pに対して10回ボタン操作の指示に提示する”長さ10”の運動を繰り返し行わせる。”長さ10”の運動は、図3に示すようにリセット時間(5秒〜9秒でランダムに決定)後のシーケンス時間の間に10回ボタン操作の指示に提示され、このリセット時間とシーケンス時間とのセットを20回繰り返す。被験者Pは、”長さ10”の運動中に提示されるボタン操作の指示に従い操作ボタン13の3つのボタン13a〜13cから指示されたボタンを選択して押下する。 Specifically, the exercise to be performed by the subject P will be described. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the exercise performed by the subject P in the brain activity specifying unit 10 in the first embodiment. The brain activity specifying unit 10 causes the subject P to repeatedly perform the exercise of "length 10" presented in the instruction of the button operation 10 times. The "length 10" exercise is presented to the button operation instructions 10 times during the sequence time after the reset time (randomly determined from 5 to 9 seconds) as shown in FIG. 3, and this reset time and sequence. Repeat the set with time 20 times. Subject P selects and presses the button instructed from the three buttons 13a to 13c of the operation button 13 according to the button operation instruction presented during the exercise of "length 10".

本実施の形態1では、被験者Pを、”長さ10”の運動を繰り返し行う単純学習者(single-learners)と、”長さ10”の運動を、”長さ6”の運動と”長さ4”の運動とに分けて練習を行った後に”長さ10”の運動を繰り返し行う部分学習者(part-learners)とに分けて系列運動のパフォーマンスを評価している。ここで、”長さ6”の運動は、被験者Pに対してシーケンス時間の間に6回ボタン操作の指示に提示し、”長さ4”の運動は、被験者Pに対してシーケンス時間の間に4回ボタン操作の指示に提示する。”長さ10”の運動を、”長さ6”の運動と”長さ4”の運動とに分けることで、1つ運動を系列運動として被験者Pに練習させることができる。 In the first embodiment, the subject P is a simple learner (single-learners) who repeatedly performs an exercise of "length 10", an exercise of "length 10", an exercise of "length 6" and a "length". The performance of the series exercise is evaluated by dividing it into part-learners who repeat the exercise of "length 10" after practicing by dividing it into the exercise of "4". Here, the exercise of "length 6" is presented to the subject P for the instruction of the button operation 6 times during the sequence time, and the exercise of "length 4" is presented to the subject P during the sequence time. It is presented to the instruction of button operation four times. By dividing the "length 10" exercise into a "length 6" exercise and a "length 4" exercise, the subject P can be made to practice one exercise as a series exercise.

そのため、”長さ10”の運動を系列運動として”長さ6”の運動と”長さ4”の運動とに分けて練習した部分学習者(part-learners)は、単純学習者(single-learners)に比べて操作ボタン13の押し間違いが少なく、系列運動のパフォーマンスが高い。しかし、操作ボタン13を押すのが遅い、押し間違えがある場合に、被験者Pに罰を与えるテストセッションが始まると、部分学習者(part-learners)は、単純学習者(single-learners)に比べて操作ボタン13の押し間違いが多くなり系列運動のパフォーマンスが低下する。ここで、本実施の形態1では、被験者Pに与える罰として、被験者Pが操作ボタン13を押下するのが遅い、押し間違えた場合に左手の腕に装着した電極から電気刺激が与える。与える電気刺激は、被験者Pが連続2回なら我慢でき連続3回だと我慢できないと自己申告した刺激レベルに設定してある。そのため、被験者Pは、テストセッションで失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態での運動を行うことになる。 Therefore, the part-learners who practiced the exercise of "length 10" as a series exercise by dividing it into the exercise of "length 6" and the exercise of "length 4" are simple learners (single-). Compared to learners), there are fewer mistakes in pressing the operation button 13, and the performance of the series movement is high. However, when the test session that punishes the subject P when the operation button 13 is pressed slowly or by mistake is started, the part-learners are compared with the simple learners (single-learners). As a result, the number of mistakes in pressing the operation button 13 increases, and the performance of the series movement deteriorates. Here, in the first embodiment, as a punishment given to the subject P, the subject P is slow to press the operation button 13, and when the pressing button 13 is mistakenly pressed, an electrical stimulus is given from an electrode attached to the arm of the left hand. The electrical stimulus to be given is set to a stimulus level that the subject P can tolerate twice in a row and cannot tolerate if the subject P is three times in a row. Therefore, the subject P exercises under tension (stress), which is punished if the test session fails.

テストセッションが始まると、練習において高いパフォーマンスを示していた部分学習者(part-learners)が単純学習者(single-learners)に比べて系列運動のパフォーマンスが低下し、より多くの電気刺激を受けた。図4は、テストセッションでの部分学習者(part-learners)および単純学習者(single-learners)の押し間違いの数を示したグラフである。図4からも分かるように、緊張(ストレス)が付加された状態での運動(テストセッション)では、部分学習者(part-learners)の系列運動のパフォーマンスが低下している。このことは、部分学習者(part-learners)が緊張により系列運動のパフォーマンスを低下させていることを示している。より詳細に検討すると、部分学習者(part-learners)のパフォーマンスの低下は、2つの系列運動の繋ぎ目(”長さ10”の運動の”長さ6”の運動と”長さ4”の運動と繋ぎ目)に限局することが確認されている。 At the start of the test session, part-learners who showed high performance in practice had lower performance of sequence movements and received more electrical stimulation than single-learners. .. FIG. 4 is a graph showing the number of mistakes made by part-learners and single-learners in a test session. As can be seen from FIG. 4, in the exercise (test session) in the state where tension (stress) is applied, the performance of the continuous exercise of the part-learners is deteriorated. This indicates that part-learners are impairing the performance of sequence movements due to tension. A closer look reveals that the performance degradation of part-learners is at the junction of two series of movements ("length 6" and "length 4" of "length 10" movements. It has been confirmed that it is limited to exercise and joints).

図5は、テストセッションでの部分学習者(part-learners)の脳活動を示すMRI画像である。図5(a)は、立位の被験者Pを水平方向の断面画像であり、軸位断である。図5(b)は、立位の被験者Pを垂直方向の断面画像であり、矢状断である。テストセッションを20回行った場合に、2つの系列運動の繋ぎ目において被験者Pの操作ボタン13の操作時間の遅延することと相関する脳活動をfMRI11で探索すると、図5において白い部分で示す内側前頭葉の脳活動が操作ボタン13の操作時間の遅延と相関することが分かった。特に、内側前頭葉の脳活動は、前帯状皮質背側部(dACC)での活動であり、MNI(Montreal Numerological Institute)標準座標系での[0,36,36]の位置を少なくとも含む所定の範囲での活動であることが分かった。 FIG. 5 is an MRI image showing the brain activity of part-learners in a test session. FIG. 5A is a cross-sectional image of the standing subject P in the horizontal direction, which is an axial break. FIG. 5B is a vertical cross-sectional image of the standing subject P, which is a sagittal section. When the brain activity that correlates with the delay in the operation time of the operation button 13 of the subject P at the joint of the two sequence movements is searched by fMRI11 when the test session is performed 20 times, the inside shown by the white part in FIG. It was found that the brain activity of the frontal lobe correlates with the delay of the operation time of the operation button 13. In particular, brain activity in the medial frontal lobe is activity in the dorsal part of the anterior cingulate cortex (dACC) and is a predetermined range that includes at least the position of [0,36,36] in the MNI (Montreal Numerological Institute) frame of reference. It turned out to be an activity in.

図6は、電気刺激の数と図5で特定した内側前頭葉の脳活動との相関を示すグラフである。図6の横軸は内側前頭葉の脳活動を示し、縦軸は電気刺激の数を示している。図6に示す丸印は、部分学習者(part-learners)の一人を示している。図6のグラフから分かるように、図5で特定した内側前頭葉の脳活動が高いほど電気刺激の数が多くなる正の相関を示している。この結果から、失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態で被験者Pが系列運動を行った場合にパフォーマンスを低下させている原因として、内側前頭葉の脳活動が高くなることが示唆されている。また、脳活動特定部10は、上記で説明したように、緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う被験者Pの脳活動の位置を特定することで、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を個別に同定できる。なお、脳活動特定部10は、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を特定するために行った上記の運動は一例であって、他の運動を行って系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動の位置を特定してもよい。 FIG. 6 is a graph showing the correlation between the number of electrical stimuli and the brain activity of the medial frontal lobe identified in FIG. The horizontal axis of FIG. 6 shows the brain activity of the medial frontal lobe, and the vertical axis shows the number of electrical stimulations. The circle shown in FIG. 6 indicates one of the part-learners. As can be seen from the graph of FIG. 6, the higher the brain activity of the medial frontal lobe identified in FIG. 5, the higher the number of electrical stimulations shows a positive correlation. From this result, it is suggested that the brain activity of the medial frontal lobe is increased as the cause of the decrease in performance when the subject P performs a series of exercises with the tension (stress) that is punished if he / she fails. ing. Further, as described above, the brain activity identification unit 10 identifies the position of the brain activity of the subject P who performs the sequence exercise in a state where tension (stress) is applied, which causes a decrease in the performance of the sequence exercise. The location of brain activity in the medial frontal lobe can be individually identified. The above-mentioned exercise performed by the brain activity specifying unit 10 for identifying the position of the brain activity of the medial frontal lobe, which causes a decrease in the performance of the sequence exercise, is an example, and another exercise is performed to perform the sequence exercise. The location of brain activity in the medial frontal lobe that causes poor performance may be located.

次に、脳活動特定部10で特定した被験者Pの脳活動の位置に、外部刺激部20で外部から刺激を与える処理について具体的に説明する。外部刺激部20は、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激装置であり、特に、実施の形態1では脳活動に対して外部から磁気刺激を与える経頭蓋磁気刺激装置であるとして以下説明する。もちろん、外部刺激部20は、脳活動に対して外部から電流刺激や超音波刺激などを与える脳活動刺激装置であってもよい。 Next, a process of externally stimulating the position of the brain activity of the subject P specified by the brain activity specifying unit 10 by the external stimulating unit 20 will be specifically described. The external stimulator 20 is a brain activity stimulator that externally stimulates the brain activity, and in particular, in the first embodiment, it is assumed that the external stimulator 20 is a transcranial magnetic stimulator that externally gives a magnetic stimulus to the brain activity. explain. Of course, the external stimulator 20 may be a brain activity stimulator that externally gives a current stimulus, an ultrasonic stimulus, or the like to the brain activity.

図7は、実施の形態1における外部刺激部20の外観を示す概略図である。外部刺激部20は、外部から被験者Pの脳に磁気刺激を加えるための励磁コイル21(印加部)と、励磁コイル21を固定する固定部22とを含んでいる。なお、励磁コイル21には、被験者Pの脳の深い部分を刺激できる双円錐型コイル(double-cone coil)を用いてもよい。 FIG. 7 is a schematic view showing the appearance of the external stimulation unit 20 in the first embodiment. The external stimulation unit 20 includes an exciting coil 21 (applying unit) for applying a magnetic stimulus to the brain of the subject P from the outside, and a fixing unit 22 for fixing the exciting coil 21. As the exciting coil 21, a double-cone coil that can stimulate a deep part of the brain of the subject P may be used.

励磁コイル21は、ケーブルを介して電気的にコイル駆動電源21aと接続されている。コイル駆動電源21aは外部電源等と接続し、励磁コイル21に電力を供給する機能を有している。被験者Pは、椅子に着座し固定部22から伸びるガイド部材22bで頭部を固定されている。脳活動特定部10で特定した位置(具体的には、内側前頭葉の位置)に磁気刺激を与えられるように、ガイド部材22bで固定された被験者Pの頭皮表面の所定位置に励磁コイル21を配置する。外部刺激部20は、この所定位置に配置された励磁コイル21から、被験者Pの脳内神経に所定強度の磁気刺激を加えることで、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動を抑制する。 The exciting coil 21 is electrically connected to the coil drive power supply 21a via a cable. The coil drive power supply 21a has a function of connecting to an external power supply or the like and supplying electric power to the exciting coil 21. Subject P sits on a chair and has his head fixed by a guide member 22b extending from the fixing portion 22. The exciting coil 21 is arranged at a predetermined position on the scalp surface of the subject P fixed by the guide member 22b so that the magnetic stimulation can be applied to the position specified by the brain activity specifying part 10 (specifically, the position of the medial frontal lobe). To do. The external stimulation unit 20 applies a predetermined intensity of magnetic stimulation to the intracerebral nerve of the subject P from the exciting coil 21 arranged at the predetermined position to perform brain activity of the medial frontal lobe that causes a decrease in the performance of seriesal movements. Suppress.

コイル駆動電源21aは、励磁コイル21への電流パルスの供給を制御するもので、既存の種々のタイプのものを用いることができる。コイル駆動電源21aのオン/オフ(ON/OFF)操作や、磁気刺激の強度やサイクルを決定付ける電流パルスの強度やパルス波形の設定等は、操作者によって行うことができる。 The coil drive power supply 21a controls the supply of the current pulse to the exciting coil 21, and various existing types can be used. The coil drive power supply 21a can be turned on / off (ON / OFF), the intensity of the magnetic stimulus, the intensity of the current pulse that determines the cycle, the pulse waveform, and the like can be set by the operator.

本実施の形態1では、外部刺激部20により1Hzの繰り返し(例えば、300パルス)の磁気刺激を内側前頭葉に与えることで、内側前頭葉の脳活動を低下させ、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。外部刺激部20は、前帯状皮質背側部(dACC)、特に、MNI標準座標系での[0,36,36]の位置を少なくとも含む所定の範囲に1Hzの繰り返し(例えば、300パルス)の磁気刺激を与える。なお、本実施の形態1では、図7に示すように外部刺激部20で内側前頭葉に磁気刺激を与えた被験者Pに対して運動を評価できるように表示モニタ23と、操作ボタン24とを設けてある。操作ボタン24は、被験者Pの右手の人差し指、中指、薬指に対応する3つのボタン24a〜24cが設けてある。被験者Pは、表示モニタ23の画面上に、順に提示されるボタン操作の指示に従い、操作ボタン24をできるだけ早く、押し間違いがないように操作する。 In the first embodiment, the external stimulator 20 applies a 1 Hz repeated magnetic stimulus (for example, 300 pulses) to the medial frontal lobe to reduce the brain activity of the medial frontal lobe and suppress the deterioration of the performance of the series movement. it can. The external stimulator 20 is a repeat of 1 Hz (eg, 300 pulses) in a predetermined range that includes at least the position of [0,36,36] in the dorsal anterior cingulate cortex (dACC), especially in the MNI frame of reference. Gives a magnetic stimulus. In the first embodiment, as shown in FIG. 7, a display monitor 23 and an operation button 24 are provided so that the external stimulator 20 can evaluate the movement of the subject P who has given a magnetic stimulus to the medial frontal lobe. There is. The operation buttons 24 are provided with three buttons 24a to 24c corresponding to the index finger, middle finger, and ring finger of the right hand of the subject P. Subject P operates the operation buttons 24 as soon as possible without making mistakes in pressing the operation buttons 24 according to the button operation instructions presented in order on the screen of the display monitor 23.

具体的に、被験者Pに行わせる運動について説明する。図8は、実施の形態1における外部刺激部20で被験者Pが行う運動を説明するための概略図である。実施の形態1では、被験者Pに対して、”長さ10”の運動を系列運動として”長さ6”の運動と”長さ4”の運動とに分けた練習を複数回行った後に、”長さ10”の運動を繰り返し行わせる。”長さ10”の運動は、図3で示した内容と同じで、リセット時間(5秒〜9秒でランダムに決定)後のシーケンス時間の間に10回ボタン操作の指示に提示され、このリセット時間とシーケンス時間とのセットを20回繰り返す。被験者Pは、”長さ10”の運動中に提示されるボタン操作の指示に従い操作ボタン24の3つのボタン24a〜24cから指示されたボタンを選択して押下する。 Specifically, the exercise to be performed by the subject P will be described. FIG. 8 is a schematic view for explaining the exercise performed by the subject P in the external stimulation unit 20 in the first embodiment. In the first embodiment, the subject P is subjected to a plurality of exercises in which the exercise of "length 10" is divided into the exercise of "length 6" and the exercise of "length 4" as a series of exercises, and then the exercise is performed. Repeat the "length 10" exercise. The "length 10" movement is the same as that shown in FIG. 3, and is presented to the button operation instruction 10 times during the sequence time after the reset time (randomly determined in 5 to 9 seconds). The set of the reset time and the sequence time is repeated 20 times. Subject P selects and presses the button instructed from the three buttons 24a to 24c of the operation button 24 according to the button operation instruction presented during the exercise of "length 10".

本実施の形態1では、被験者Pを、テストセッションを行う前に脳活動に対して外部から磁気刺激を与える部分学習者(TMS part-learners)と、テストセッションを行う前に脳活動に対して外部から磁気刺激を与えない部分学習者(SHAM part-learners)とに分けて系列運動のパフォーマンスを評価している。ここで、磁気刺激を与えない部分学習者(SHAM part-learners)は、磁気刺激を与える部分学習者(TMS part-learners)と磁気刺激を与えない点以外では同じ条件となるように、図7で示したガイド部材22bで頭部を固定し所定位置に励磁コイル21を配置する。 In the first embodiment, the subject P is subjected to a partial learner (TMS part-learners) who externally gives a magnetic stimulus to the brain activity before the test session, and the brain activity before the test session. The performance of series movement is evaluated separately for partial learners (SHAM part-learners) who do not give magnetic stimulation from the outside. Here, the partial learners who do not give the magnetic stimulus (SHAM part-learners) have the same conditions as the partial learners who give the magnetic stimulus (TMS part-learners) except that they do not give the magnetic stimulus. The head is fixed by the guide member 22b shown in the above section, and the exciting coil 21 is arranged at a predetermined position.

操作ボタン24を押すのが遅い、押し間違えがある場合に、被験者Pに罰を与えるテストセッションが始まると、磁気刺激を与える部分学習者(TMS part-learners)は、磁気刺激を与えない部分学習者(SHAM part-learners)に比べて操作ボタン24の押し間違いが少なくなり系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。 When the test session to punish subject P when the operation button 24 is pressed slowly or by mistake is started, the partial learners who give magnetic stimulation (TMS part-learners) perform partial learning without giving magnetic stimulation. Compared to the person (SHAM part-learners), the number of mistakes in pressing the operation button 24 is reduced, and the deterioration of the performance of the series movement can be suppressed.

図9は、テストセッションでの磁気刺激の有無による押し間違いの数を示したグラフである。図9からも分かるように、失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態での運動(テストセッション)において、磁気刺激を与える部分学習者(TMS part-learners)は、磁気刺激を与えない部分学習者(SHAM part-learners)に比べて系列運動のパフォーマンス低下が抑えられている。このことは、テストセッションを行う前に脳活動に対して外部から被験者Pに磁気刺激を与えることで、被験者Pの系列運動のパフォーマンスを低下させないことが可能であることを示している。より詳細に検討すると、磁気刺激を与える部分学習者(TMS part-learners)は、2つの系列運動の繋ぎ目(”長さ10”の運動の”長さ6”の運動と”長さ4”の運動と繋ぎ目)で生じる内側前頭葉の脳活動を低下させることができ、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができている。つまり、外部刺激部20は、被験者Pの内側前頭葉の位置に磁気刺激を与えることで、内側前頭葉の脳活動を低下させ、被験者Pの系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。 FIG. 9 is a graph showing the number of push errors with and without magnetic stimulation in the test session. As can be seen from FIG. 9, the partial learners (TMS part-learners) who give magnetic stimulation give magnetic stimulation in the exercise (test session) in a state where tension (stress) is applied, which is punished if they fail. Performance degradation of series movements is suppressed compared to non-SHAM part-learners. This indicates that it is possible not to reduce the performance of the sequence movement of the subject P by externally applying a magnetic stimulus to the subject P for the brain activity before the test session. Upon closer examination, the magnetically stimulated partial-learners (TMS part-learners) are the joints of two series of motions ("length 10", "length 6" and "length 4". It is possible to reduce the brain activity of the medial frontal lobe caused by the movement and joint), and it is possible to suppress the deterioration of the performance of the series movement. That is, by applying magnetic stimulation to the position of the medial frontal lobe of the subject P, the external stimulation unit 20 can reduce the brain activity of the medial frontal lobe and suppress the deterioration of the performance of the series movement of the subject P.

脳活動刺激システム100では、脳活動特定部10で個人毎に特定した内側前頭葉の脳活動の位置を、制御部30の記憶部または脳活動特定部10の記憶部に記憶させておき、外部刺激部20で特定した内側前頭葉の脳活動の位置に刺激(例えば、磁気刺激など)を与える。これにより、脳活動刺激システム100は、失敗すると罰を受ける緊張(ストレス)が付加された状態でも、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。さらに、脳活動刺激システム100では、脳活動特定部10で特定した内側前頭葉の脳活動の状態(fMRI11からの出力信号)、被験者Pに提示しながら系列運動を行うことで、緊張(ストレス)が付加された状態での内側前頭葉の脳活動を制御することができるようになる。 In the brain activity stimulation system 100, the position of the brain activity of the medial frontal lobe specified for each individual by the brain activity identification unit 10 is stored in the memory unit of the control unit 30 or the memory unit of the brain activity identification unit 10, and external stimulation is performed. Stimulation (eg, magnetic stimulation) is given to the position of brain activity in the medial frontal lobe identified in Part 20. As a result, the brain activity stimulation system 100 can suppress a decrease in the performance of the sequence exercise even in a state where tension (stress), which is punished if it fails, is applied. Further, in the brain activity stimulation system 100, the state of the brain activity of the medial frontal lobe (output signal from fMRI11) specified by the brain activity identification unit 10 and the sequence exercise while presenting it to the subject P cause tension (stress). It will be possible to control the brain activity of the medial frontal lobe in the added state.

以上のように、本実施の形態1に係る脳活動刺激システム100では、ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者Pの脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部10と、脳活動特定部10で特定した被験者Pの脳活動の位置に外部から刺激を与える外部刺激部20と、を備える。これにより、本実施の形態1に係る脳活動刺激システム100では、外部から刺激を与えることで特定した被験者Pの脳活動を低下させ、緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う場合でも、パフォーマンスの低下を抑えることができる。 As described above, in the brain activity stimulation system 100 according to the first embodiment, the brain that specifies the position of the brain activity of the subject P who performs the serial movement in a stressed state by the functional magnetic resonance imaging method. It includes an activity specifying unit 10 and an external stimulating unit 20 that externally stimulates the position of the brain activity of the subject P specified by the brain activity specifying unit 10. As a result, in the brain activity stimulation system 100 according to the first embodiment, the brain activity of the identified subject P is reduced by applying an external stimulus, and the sequence exercise is performed in a state where tension (stress) is applied. However, the performance degradation can be suppressed.

脳活動刺激システム100は、脳活動特定部10で被験者Pごとに特定した脳活動の位置を記憶する記憶部を含む制御部30を、さらに備えてもよい。これにより、脳活動刺激システム100では、より多くの被験者Pに対して脳活動特定部10で特定した被験者Pの脳活動の位置に外部から刺激を与えることができる。 The brain activity stimulation system 100 may further include a control unit 30 including a storage unit that stores the position of the brain activity specified for each subject P by the brain activity specifying unit 10. As a result, in the brain activity stimulation system 100, more subjects P can be externally stimulated at the position of the brain activity of the subject P specified by the brain activity specifying unit 10.

なお、脳活動特定部10で特定した被験者Pの脳活動の位置は、被験者Pの内側前頭葉の特定位置である。特に、内側前頭葉の特定位置は、MNI標準座標系での[0,36,36]の位置を少なくとも含む所定の範囲である。 The position of the brain activity of the subject P specified by the brain activity specifying unit 10 is a specific position of the medial frontal lobe of the subject P. In particular, the specific position of the medial frontal lobe is a predetermined range including at least the position of [0,36,36] in the MNI standard coordinate system.

また、外部刺激部20は、脳活動特定部10で特定した被験者Pの脳活動の位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与えることが好ましい。特に、外部刺激部20は、励磁コイル21に双円錐型コイル(double-cone coil)を用いて磁気刺激を、脳活動特定部10で特定した被験者Pの脳活動の位置に与えることが好ましい。 Further, it is preferable that the external stimulating unit 20 applies magnetic stimulation from the outside to the position of the brain activity of the subject P specified by the brain activity specifying unit 10 by the transcranial magnetic stimulation method. In particular, it is preferable that the external stimulating unit 20 uses a double-cone coil for the exciting coil 21 to apply magnetic stimulation to the position of the brain activity of the subject P specified by the brain activity specifying unit 10.

また、脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激方法であって、脳活動特定部10でストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者Pの脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定するステップと、特定した被験者Pの脳活動の位置に外部刺激部20で外部から刺激を与えるステップと、を含む。これにより、脳活動刺激方法では、外部から刺激を与えることで特定した被験者Pの脳活動を低下させ、緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う場合でも、パフォーマンスの低下を抑えることができる。
<実施の形態2>
実施の形態1では、脳活動特定部10で機能的核磁気共鳴画像法を使って、ストレスが付加された状態で系列運動を行う脳活動の位置を被験者Pの個人毎に特定していた。しかし、機能的核磁気共鳴画像法を使って脳活動の位置を特定するためには、時間とコストが必要となる。そこで、本実施の形態2では、本実施の形態1で得た知見を活かし、被験者Pの個人毎に機能的核磁気共鳴画像法を使って、ストレスが付加された状態で系列運動を行う脳活動の位置を特定することなく、既に特定された内側前頭葉の位置に外部から刺激を与える脳活動刺激装置について説明する。
In addition, it is a brain activity stimulating method that gives an external stimulus to the brain activity, and the position of the brain activity of the subject P who performs a series of exercises in a state where stress is applied in the brain activity identification unit 10 is determined by functional magnetic resonance imaging. The step of specifying by the resonance imaging method and the step of externally stimulating the position of the brain activity of the specified subject P by the external stimulus unit 20 are included. As a result, in the brain activity stimulation method, the brain activity of the identified subject P is reduced by applying an external stimulus, and the decrease in performance is suppressed even when the series exercise is performed in a state where tension (stress) is applied. Can be done.
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the position of the brain activity in which the continuous movement is performed in a stressed state is specified for each individual subject P by using the functional magnetic resonance imaging in the brain activity specifying unit 10. However, it takes time and cost to locate brain activity using functional magnetic resonance imaging. Therefore, in the second embodiment, the brain that performs a series of exercises in a stressed state by utilizing the knowledge obtained in the first embodiment and using the functional magnetic resonance imaging method for each individual subject P. A brain activity stimulator that externally stimulates the already identified position of the medial frontal lobe without specifying the position of activity will be described.

具体的に、実施の形態1では、緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う被験者Pの内側前頭葉に刺激(例えば、磁気刺激)を与えて、当該内側前頭葉の活動を低下させることで、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができるとの知見を得た。前帯状皮質背側部(dACC)、特に、MNI標準座標系での[0,36,36]の位置を少なくとも含む所定の範囲に刺激を与えることで、内側前頭葉の活動を低下させ、系列運動のパフォーマンス低下を抑えることができる。 Specifically, in the first embodiment, stimulation (for example, magnetic stimulation) is given to the medial frontal lobe of the subject P who performs a series of exercises in a state where tension (stress) is applied to reduce the activity of the medial frontal lobe. Therefore, it was found that the performance deterioration of the series exercise can be suppressed. Stimulation of the dorsal anterior cingulate cortex (dACC), especially in a predetermined range including at least the position of [0,36,36] in the MNI standard frame of reference, reduces medial frontal lobe activity and series movements. Performance degradation can be suppressed.

本実施の形態2に係る脳活動刺激装置は、前帯状皮質背側部(dACC)、特に、MNI標準座標系での[0,36,36]の位置に刺激を与えることができる装置である。図10は、実施の形態2における脳活動刺激装置20Aの外観を示す概略図である。なお、脳活動刺激装置20Aが脳活動に与える刺激は、磁気刺激、電流刺激、超音波刺激など、いずれの刺激であっても、また、複数の刺激を組み合わせたものであってもよい。以下の説明では、脳活動刺激装置20Aは、経頭蓋磁気刺激法(TMS)を用いて脳活動に刺激を与えるものとする。また、脳活動刺激装置20Aは、図7に示す外部刺激部20と対応する装置であり、同じ構成について同じ符号を付して説明する。 The brain activity stimulator according to the second embodiment is a device capable of stimulating the dorsal part of the anterior cingulate cortex (dACC), particularly the position of [0,36,36] in the MNI standard coordinate system. .. FIG. 10 is a schematic view showing the appearance of the brain activity stimulator 20A according to the second embodiment. The stimulus given to the brain activity by the brain activity stimulator 20A may be any stimulus such as a magnetic stimulus, an electric current stimulus, or an ultrasonic stimulus, or may be a combination of a plurality of stimuli. In the following description, it is assumed that the brain activity stimulator 20A stimulates brain activity by using transcranial magnetic stimulation (TMS). Further, the brain activity stimulator 20A is a device corresponding to the external stimulator 20 shown in FIG. 7, and the same configuration will be described with the same reference numerals.

脳活動刺激装置20Aは、外部から被験者Pの脳に磁気刺激を加えるための励磁コイル21(印加部)と、励磁コイル21を固定する固定部22とを含んでいる。なお、励磁コイル21には、被験者Pの脳の深い部分を刺激できる双円錐型コイル(double-cone coil)を用いてもよい。 The brain activity stimulator 20A includes an exciting coil 21 (applied portion) for applying a magnetic stimulus to the brain of the subject P from the outside, and a fixing portion 22 for fixing the exciting coil 21. As the exciting coil 21, a double-cone coil that can stimulate a deep part of the brain of the subject P may be used.

励磁コイル21は、ケーブルを介して電気的にコイル駆動電源21aと接続されている。コイル駆動電源21aは外部電源等と接続し、励磁コイル21に電力を供給する機能を有している。被験者Pは、椅子に着座し固定部22から伸びるガイド部材22bで頭部を固定される。被験者Pの頭部におけるMNI標準座標系での[0,36,36]の位置に磁気刺激を与えることができるように、ガイド部材22bで固定された被験者Pの頭皮表面の所定位置に励磁コイル21を配置する。ここで、被験者Pの頭部におけるMNI標準座標系での[0,36,36]の位置は、例えば、被験者Pが過去撮影したMRI画像などから被験者Pの頭部での座標系とMNI標準座標系とを対応させることで特定する。つまり、MNI標準座標から被験者Pの頭部での実際の位置を特定する。 The exciting coil 21 is electrically connected to the coil drive power supply 21a via a cable. The coil drive power supply 21a has a function of connecting to an external power supply or the like and supplying electric power to the exciting coil 21. Subject P sits on a chair and his head is fixed by a guide member 22b extending from the fixing portion 22. Excitation coil at a predetermined position on the scalp surface of subject P fixed by the guide member 22b so that a magnetic stimulus can be applied to the position of [0,36,36] in the MNI standard coordinate system on the head of subject P. 21 is placed. Here, the position of [0,36,36] in the MNI standard coordinate system on the head of the subject P is, for example, the coordinate system on the head of the subject P and the MNI standard from the MRI image taken in the past by the subject P. It is specified by associating it with the coordinate system. That is, the actual position of the subject P on the head is specified from the MNI standard coordinates.

脳活動刺激装置20Aは、この所定位置に配置された励磁コイル21から、被験者Pの脳内神経に所定強度の磁気刺激を加えることで、系列運動のパフォーマンス低下の原因となる内側前頭葉の脳活動を抑制させる。 The brain activity stimulator 20A applies a magnetic stimulus of a predetermined intensity to the nerve in the brain of the subject P from the exciting coil 21 arranged at the predetermined position, so that the brain activity of the medial frontal lobe that causes a decrease in the performance of the sequence movement is caused. To suppress.

脳活動刺激装置20Aは、個人毎に機能的核磁気共鳴画像法を使って、ストレスが付加された状態で系列運動を行う脳活動の位置を特定する方が高い精度で内側前頭葉の責任部位(MNI標準座標系での[0,36,36]の位置)に磁気刺激を与えることができる。しかし、高い精度を求めなければ、既知の情報から内側前頭葉の責任部位(MNI標準座標系での[0,36,36]の位置)を特定し、脳活動刺激装置20Aで、機能的核磁気共鳴画像法を使うことなく内側前頭葉の責任部位に磁気刺激を与えてもよい。なお、固定部22は、図10に示すような励磁コイル21を支える柱ではなく、励磁コイル21を内側に取り付けたキャップでもよい。当該キャップを被験者Pが正しく被ることで、内側前頭葉の責任部位に磁気刺激を与えることができる位置に励磁コイル21を自動的に配置することができる。 The brain activity stimulator 20A uses functional magnetic resonance imaging for each individual to pinpoint the position of brain activity that performs sequence movements under stress, with higher accuracy in the area responsible for the medial frontal lobe ( A magnetic stimulus can be applied to the [0,36,36] position in the MNI standard coordinate system). However, if high accuracy is not required, the responsible site of the medial frontal lobe (position of [0,36,36] in the MNI standard coordinate system) is identified from known information, and the brain activity stimulator 20A is used for functional nuclear magnetism. Magnetic stimulation may be applied to the responsible site of the medial frontal lobe without using resonance imaging. The fixing portion 22 may be a cap on which the exciting coil 21 is attached inside, instead of the pillar supporting the exciting coil 21 as shown in FIG. When the subject P correctly wears the cap, the exciting coil 21 can be automatically placed at a position where magnetic stimulation can be applied to the responsible portion of the medial frontal lobe.

以上のように、本実施の形態2に係る脳活動刺激装置20Aでは、外部から被験者Pの脳に刺激を加える励磁コイル21と、ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者Pの脳活動の位置に、刺激を加えることができるように励磁コイル21を固定する固定部22とを、備える。これにより、本実施の形態2に係る脳活動刺激装置20Aでは、外部から刺激を与えることで特定した被験者Pの脳活動を低下させ、緊張(ストレス)が付加された状態で系列運動を行う場合でも、パフォーマンスの低下を抑えることができる。 As described above, in the brain activity stimulator 20A according to the second embodiment, the exciting coil 21 that stimulates the brain of the subject P from the outside and the brain activity of the subject P that performs a series of exercises in a stressed state. A fixing portion 22 for fixing the exciting coil 21 so that a stimulus can be applied is provided at the position of. As a result, in the brain activity stimulator 20A according to the second embodiment, the brain activity of the identified subject P is reduced by giving an external stimulus, and the sequence exercise is performed in a state where tension (stress) is applied. However, the performance degradation can be suppressed.

なお、被験者Pの脳活動の位置は、被験者Pの内側前頭葉の特定位置である。特に、内側前頭葉の特定位置は、MNI標準座標系での[0,36,36]の位置を少なくとも含む所定の範囲である。 The position of the brain activity of the subject P is a specific position of the medial frontal lobe of the subject P. In particular, the specific position of the medial frontal lobe is a predetermined range including at least the position of [0,36,36] in the MNI standard coordinate system.

また、励磁コイル21は、被験者Pの脳活動の位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与えることが好ましい。特に、励磁コイル21は、双円錐型コイルを用いて磁気刺激を被験者Pの脳活動の位置に与えることが好ましい。 Further, it is preferable that the exciting coil 21 applies magnetic stimulation to the position of the brain activity of the subject P from the outside by the transcranial magnetic stimulation method. In particular, it is preferable that the exciting coil 21 uses a bicone coil to apply a magnetic stimulus to the position of the brain activity of the subject P.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10 脳活動特定部、12,23 表示モニタ、13,24 操作ボタン、20 外部刺激部、20A 脳活動刺激装置、21 励磁コイル、21a コイル駆動電源、22 固定部、22b ガイド部材、30 制御部、100 脳活動刺激システム。 10 Brain activity identification unit, 12, 23 display monitor, 13, 24 operation buttons, 20 external stimulator unit, 20A brain activity stimulator, 21 exciting coil, 21a coil drive power supply, 22 fixing unit, 22b guide member, 30 control unit, 100 Brain activity stimulation system.

Claims (6)

脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激システムであって、
ストレスが付加された状態で系列運動を行う被験者の脳活動の位置を、機能的核磁気共鳴画像法で特定する脳活動特定部と、
前記脳活動特定部で特定した前記被験者の脳活動の位置に外部から刺激を与える外部刺激部と、を備える、脳活動刺激システム。
It is a brain activity stimulation system that stimulates brain activity from the outside.
A brain activity identification part that identifies the position of the brain activity of a subject who performs a series of movements under stress by functional magnetic resonance imaging, and
A brain activity stimulating system including an external stimulating unit that externally stimulates the position of the subject's brain activity specified by the brain activity specifying unit.
前記脳活動特定部で前記被験者ごとに特定した脳活動の位置を記憶する記憶部を含む制御部を、さらに備える、請求項1に記載の脳活動刺激システム。 The brain activity stimulation system according to claim 1, further comprising a control unit including a storage unit that stores the position of the brain activity specified for each subject in the brain activity specifying unit. 前記脳活動特定部で特定した前記被験者の脳活動の位置は、前記被験者の内側前頭葉の特定位置である、請求項1または請求項2に記載の脳活動刺激システム。 The brain activity stimulation system according to claim 1 or 2, wherein the position of the brain activity of the subject specified by the brain activity specifying unit is a specific position of the medial frontal lobe of the subject. 前記内側前頭葉の前記特定位置は、MNI標準座標系での[0,36,36]の位置を少なくとも含む所定の範囲である、請求項3に記載の脳活動刺激システム。 The brain activity stimulation system according to claim 3, wherein the specific position of the medial frontal lobe is a predetermined range including at least the position of [0,36,36] in the MNI standard coordinate system. 前記外部刺激部は、前記脳活動特定部で特定した前記被験者の脳活動の位置に、外部から経頭蓋磁気刺激法で磁気刺激を与える、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の脳活動刺激システム。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the external stimulating unit externally applies magnetic stimulation to the position of the brain activity of the subject specified by the brain activity specifying unit by transcranial magnetic stimulation. Brain activity stimulation system. 脳活動に対して外部から刺激を与える脳活動刺激装置であって、
外部から被験者の脳に刺激を加える印加部と、
ストレスが付加された状態で系列運動を行う前記被験者の脳活動の位置に、刺激を加えることができるように前記印加部を固定する固定部とを、備える、脳活動刺激装置。
It is a brain activity stimulator that stimulates brain activity from the outside.
An application part that stimulates the subject's brain from the outside,
A brain activity stimulator comprising a fixed portion for fixing the application portion so that a stimulus can be applied to the position of the brain activity of the subject who performs a series of exercises in a stressed state.
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