JP2502002B2 - バイオフィ―ドバックシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被験者の脳波を検出す
る脳波検出手段と、その検出した脳波を複数個の帯域成
分に分けてその強度レベルを検出して、その強度レベル
を表示装置に表示させる表示レベル制御手段を備えたバ
イオフィードバックシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】脳波には、大きく分けてβ波（１４〜３
０Ｈｚ）、ＦＡＳＴα波（１０〜１４Ｈｚ）、ＳＬＯＷ
α波（８〜１０Ｈｚ）、θ波（４〜８Ｈｚ）、δ波
（０．５〜４Ｈｚ）の５種類があり、β波は、勉強中、
仕事中など起きて活発に働いているときなどの緊張度が
高い状態に現れる脳波で、ＦＡＳＴα波は、記憶力、問
題解決能力が高まる等の精神集中的リラックス状態時に
現れる脳波で、ＳＬＯＷα波は、浅い眠り、くつろいで
いるとき等の精神的にリラックスしているときに現れる
脳波であり、θ波は、瞑想時など深いリラックス状態に
現れる非常に安定した脳波で、そして、δ波は、深い睡
眠時に現れる脳波である。一般にバイオフィードバック
システムとは、通常は知覚できず、随意的に制御できな
い生体内情報（上記各帯域成分の信号）を表示装置等に
よって被験者に提示し、各帯域成分の知覚と制御を学習
させるものである。かかるバイオフィードバックシステ
ムにおいて、従来では、各帯域成分の強度レベルを比較
する場合、上記各帯域成分の強度レベルを例えばバーグ
ラフ等で表示し、この表示を目で見て比較すると各帯域
の強度レベルは時々刻々に変化して表示されるため、変
化するもの同志を比較することとなり、各帯域の強度レ
ベルの比較がしずらいという問題があった。この問題を
解決する方法として、実公平３−４１４０５において、
検出した脳波をβ波、α波、θ波に分類し、このα波成
分の強度レベルをβ波及びθ波の各成分の強度レベルで
夫々除算する除算器を設け、この除算器の出力を表示装
置に表示させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】実公平３−４１４０５
では、上記のように、α波成分の強度レベルをβ波及び
θ波の各成分の強度レベルで夫々除算した結果を表示し
たバーグラフを見て、被験者はα波がβ波，θ波と比較
して多く発生しているのか、少ないのかを判断していた
が、この方法だと、特に表示帯域数が多いと、二つの帯
域を比較した比較結果一つが表示されるため、その表示
がいったいどの帯域同志を比べたもので、この二つの帯
域成分の強度レベルがどういう関係にあるのか、つま
り、二つの帯域成分のうちどちらがどちらを除算してい
るのか等の判断が瞬時にできないという問題があった。
又、この方法はα波成分の強度レベルを基準にしてこの
α波成分とその他の成分とを比較しているが、この基準
波成分をβ波、θ波というように被験者の要望に応じて
切り換えられるように構成した場合を考えると、表示さ
れたバーグラフのみを見て、どの成分が基準になってい
るのかを瞬時に判断することができないという問題があ
った。又、上記の表示方法は除算した値を表示している
ため、比較している二つの帯域の強度レベル値の差がほ
とんどない場合では、強度レベルの差の変化に対しての
表示の変化が少ないため二つの帯域の強度レベル値の差
の変化を明確に比較することが困難であった。本発明は
上記の実情に鑑みてなされたものであって、その目的
は、被験者の脳波における各帯域成分の関係を瞬時に判
断することができるバイオフィードバックシステムを提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるバイオフィ
ードバックシステムは、被験者の脳波を検出する脳波検
出手段と、その検出した脳波を複数個の帯域成分に分け
てその強度レベルを検出して、その強度レベルを表示装
置に表示させる表示レベル制御手段を備えたものであっ
て、第１特徴構成は、前記表示レベル制御手段が、各帯
域成分のうちの一つの帯域成分については、その強度レ
ベルを予め設定した基準強度レベルとして表示させ、且
つ、他の帯域成分については、その強度レベルに対し
て、前記基準レベルから前記一つの帯域成分の強度レベ
ルを減算した値を加えた値を強度レベルとして表示する
ように構成されている点にある。第２特徴構成は、前記
表示レベル制御手段が、前記基準強度レベルを表示する
帯域を変更自在に構成されている点にある。

【０００５】

【作用】第１特徴構成によれば、各帯域成分の強度レベ
ルが各帯域成分毎に表示され、しかも、各帯域成分のう
ちの一つの帯域成分については、その強度レベルを予め
設定した基準強度レベルとして表示され、且つ、他の帯
域成分についてはその強度レベルに対して、前記基準レ
ベルから前記一つの帯域成分の強度レベルを減算した値
を加えた値を強度レベルとして表示される。第２特徴構
成によれば、前記基準強度レベルを表示する帯域を自在
に変更することができる。

【０００６】

【発明の効果】第１特徴構成によれば、表示装置におい
て、各帯域成分の強度レベルのうちの１つの帯域成分
は、例えレベルが変動していても常に一定の値（基準強
度レベル）に表示設定されているため、この１つの帯域
成分の強度レベルの表示値は変動することがなく、よっ
て、この１つの帯域成分の強度レベルとその他の帯域成
分の強度レベルとの差を明確に判断することができると
共に、全ての帯域の強度レベルが表示されているため、
どの帯域同志を比較しているのか瞬時に判断することが
できる。更に、本発明の表示方法は１つの帯域成分の強
度レベルとその他の帯域成分の強度レベルとの差を表示
するように構成されているため、比較している二つの帯
域の強度レベル値の差が少なく、両者の除算値を表示し
たのでは両者の差異が表示の差として表れない場合で
も、二つの帯域の強度レベル値の差を比較することがで
きる。第２特徴構成によれば、被験者の希望する帯域の
強度レベルを基準強度レベルに設定することができるた
め、被験者は、被験者の希望する帯域の強度レベルとそ
の他の帯域の強度レベルとの差を明確にしかも瞬時に判
断することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明のバイオフィードバックシステ
ムを適用した背もたれ付き椅子の実施例について、図面
に基づいて説明する。図１、図２及び図３中、１は椅
子、２は音響信号を機械振動に変換する変換器、４は音
響再生装置、５は足台、６は脳波検出手段、７は前記脳
波検出手段６の検出結果を表示する表示装置、８は制御
装置、１００は操作卓である。椅子１は、アームレスト
部１１、背当部１２、枕部１３、及び座部１４からなっ
ており、左右のアームレスト部１１夫々は変換器２及び
音響再生装置４を備え、右のアームレスト部１１の前方
には表示装置７を設け、右アームレスト部１１の下方に
は制御装置８を備え、更に、被験者の足を載せる位置に
足台５が設けられている。本発明のバイオフィードバッ
クシステムを適用した背もたれ付き椅子は、被験者との
接触部である被載せ体３１，５１を音響信号を機械信号
に変換する変換器２，５２で振動させ、この振動を被験
者の手のひら及び足の裏で感じることができるように構
成されており、前記椅子１に着座した被験者が、音響再
生装置４にて再生された音楽を耳で聞くと共に、この音
楽の音響信号に対応した振動を手のひら及び足の裏で感
じ、更に、このときの脳波を脳波検出手段６によって検
出し、この検出結果を表示装置７に表示させるように構
成されている。以下、各装置毎に説明する。

【０００８】図２において、本発明のバイオフィードバ
ックシステムを適用した背もたれ付き椅子の動作を説明
する。制御装置８は、背当部１２の傾斜角度を制御する
傾斜角度制御手段、外部音響再生機の作動を制御する外
部音響再生機制御手段、音響再生装置４の音量を制御す
る音量制御手段Ｈ、手のひらに与える変換器２の振動量
を制御する手振動制御手段Ｉ、足の裏に与える変換器５
２の振動量を制御する足振動制御手段Ｊ、及び、表示装
置７の各帯域の表示レベルを制御する表示レベル制御手
段Ｋとして機能する。そして、制御装置８は、操作卓１
００の指令に基づいて上記の制御を行うように構成され
ている。脳波検出手段６で検出した脳波信号は、制御装
置８に入力される。制御装置８において、この入力され
た脳波を表示レベル制御手段Ｋで各帯域毎に処理し、そ
の結果を表示装置７にバーグラフ表示させるように構成
されている。

【０００９】制御装置８に備えられた外部端子８１に、
例えばＣＤプレーヤ等の外部音響再生機を接続し、この
外部端子８１を介して、前記外部音響再生機制御手段
が、ＣＤプレーヤの作動を制御するように構成されてい
る。

【００１０】前記音量制御手段Ｈは、次の如く、音響再
生装置４の音量を制御するように構成されている。前記
外部音響再生機を作動させて得られる左右のチャンネル
の入力音響信号は、信号量変換器８２ａ，８２ｂによっ
て信号量を調整され音響信号Ａとなる。この音響信号Ａ
は、ハイパスフィルター８３ａ，８３ｂによって低域を
カットされ音響信号Ｂとなり、パワーアンプ８７ａ，８
７ｂによって増幅した前記音響信号Ｂを音響再生装置４
に入力して、音響再生装置４を駆動する。よって被験者
は、音響再生装置４によって再生される前記音響信号Ｂ
の音を耳で聞くことができる。

【００１１】前記手振動制御手段Ｉは、次の如く、手の
ひらに与える変換器２の振動量を制御するように構成さ
れている。前記音響信号Ａは、ローパスフィルター８４
ａ，８４ｂによって高域をカットされ、手及び足に加え
る振動用の音響信号Ｃとなる。この音響信号Ｃの信号量
を信号量変換器８５ａ，８５ｂで調整し、パワーアンプ
８８ａ，８８ｂで増幅して、左右のアームレスト部の変
換器２に加える。よって被験者は、変換器２によって振
動される前記音響信号Ｃの振動を手のひらで感じること
ができる。

【００１２】前記足振動制御手段Ｊは、次の如く、足の
裏に与える変換器５２の振動量を制御するように構成さ
れている。足台５には、アームレスト部１１の変換器２
及び被載せ体３１と同様に、音響信号Ｃを機械振動に変
換する変換器５２とこの加振部に取り付けた被験者の足
の裏を載せる被載せ体５１とを左右の足夫々に備えてお
り、前記音響信号Ｃの信号量を信号量変換器８６ａ，８
６ｂで調節し、パワーアンプ８９ａ，８９ｂで増幅し、
この信号によって左右の変換器５２を駆動させ、左右の
被載せ体５１を振動させるように構成されている。

【００１３】従って、被験者は、入力音響信号の中・高
域の音を耳で聞き、同時に、入力音響信号の中・低域の
振動を手のひら及び足の裏で感じることができる。尚、
前記音響信号Ｂは、椅子フレーム１５に取り付けられた
音響再生装置４の音響再生時の振動が椅子フレーム１５
を伝わってアームレスト部１１、背当部１２、枕部１
３、及び座部１４等のクッションを振動することのない
ように、入力音響信号の低域の周波数をカットしたもの
であり、前記音響信号Ｃは、変換器２及び５２の実際に
振動可能な低域の周波数のみを入力音響信号より取り出
したものである。

【００１４】次に図３、図４において、脳波検出手段６
により被験者の脳波を検出し、この検出結果を表示レベ
ル制御手段Ｋにて処理して表示装置７にバーグラフ表示
する一連の動作について説明する。脳波検出手段６は、
ヘッドバンド６１と耳電極６２からなり、夫々に電極を
備えている。そして、この脳波検出手段６は、ヘッドバ
ンド６１の電極が接触する前頭部表皮と耳電極６２の電
極が接触する耳表皮との間の微弱皮膚電位変化を、脳波
信号として検出するように構成されている。尚、前記耳
電極６２は、バネ等の原理を利用して耳たぶに装着でき
るように設けられている。

【００１５】制御装置８において、前記脳波検出手段６
により検出された脳波信号は、入力端子９０より入力さ
れ、増幅器９１、５０／６０ノッチフィルター９２、３
０Ｈｚローパスフィルター９３、発光回路９４ａ、フォ
トカプラ９４ｂ、受光回路９４ｃ、ゲイン変換器９５、
Ａ／Ｄ変換器９６を経て、マイコン９７に入力される。
そして、マイコン９７は、この入力された信号をβ波
（１４〜３０Ｈｚ）、ＦＡＳＴα波（１０〜１４Ｈ
ｚ）、ＳＬＯＷα波（８〜１０Ｈｚ）、及びθ波（４〜
８Ｈｚ）の各帯域成分に分割し整流してその電位レベル
を検出する。よって、この電位レベルが各帯域の強度レ
ベルを表す。更に、マイコン９７は、各帯域成分の電位
レベルのうち操作卓１００により設定された帯域の電位
レベルが表示装置７のバーグラフ上の予め設定された基
準レベルＹの位置に表示されるように、各帯域成分の電
位レベルを制御し、ドライブ回路９８を介して表示装置
７に表示するように構成されている。この基準レベルＹ
の設定帯域は、操作卓１００の基準レベル帯域設定指令
に基づいて設定変更される。尚、マイコン９７は、上記
入力された信号の強度に伴って表示装置７の各帯域の表
示レベル感度を自動的に補正するように、ゲイン変換器
９５を制御している。従って、マイコン９７は、表示レ
ベル制御手段Ｋとして機能する。

【００１６】又、マイコン９７において、異常波形検出
器は、各帯域成分の電位が例えば瞬きや体動で乱れたと
き、乱れが比較的短時間のときは各帯域成分の電位を乱
れる前の電位にホールドし、１〜２秒続くときは各帯域
成分の乱れる前の電位をリセットするように構成されて
いる。従って、被験者は、表示装置７の表示を直視する
ことによって、現在の脳波状態を知ることができ、よっ
て、この脳波状態より現在の被験者のリラックス状態を
判断することができる。

【００１７】次に、図５において、変換器２の構造及び
この変換器２を椅子フレーム１５に取り付けた取り付け
構造について説明する。変換器２は、マグネット２０、
ポールピース２１、ヨークプレート２２、ボイスコイル
２３、ダンパ２４、フレーム２５、ケース２６、取り付
け部材２７、振動板２８により構成されている。このう
ちボイスコイル２３とフレーム２５と振動板２８は、取
り付け部材２７によって一体に取り付けられており、よ
って、ボイスコイル２３に電気信号を流してやるとボイ
スコイル２３が駆動され、この駆動に伴って振動板２８
は振動する。振動板２８には、弾性体３４のずれを防止
する突起２８ａが設けられ、椅子フレーム１５には、前
記弾性体３４がずれないように弾性体３４を保持する溝
１５ａが設けられている。そして、変換器２の振動板２
８は、取り付け具３０により弾性体３４を介して椅子フ
レーム１５に取り付けられており、振動板２８の振動は
椅子フレーム１５に伝わらないように構成されている。
尚、変換器２が椅子フレーム１５から外れないように、
取り付け具３０には遊びを設けてナット３０ａが取り付
けられている。又、振動を吸収する弾性体３４はウレタ
ン等の振動を吸収する材質で構成されている。

【００１８】次に、図５及び図６において、被載せ体３
１の取り付け構造について説明する。支持体３２には、
球体３２ａと円盤状の突起３２ｄとを備えている。被載
せ体３１は、アームレスト部１１の表面から露出する状
態で前記球体３２ａにて支持されており、この球体３２
ａを軸に、被載せ体３１の向きを回転変更できるように
構成されている。更に、被載せ体３１の表面は、被験者
の手のひらを支持し易いように球面形をしている。前記
支持体３２と前記突起３２ｄとの間には、バネ３３が挿
入されており、被載せ体３１上に載置物が無いとき被載
せ体３１の姿勢を水平に保持するように構成されてい
る。尚、このバネ３３は、被載せ体３１の姿勢を水平に
保持するためのものであり、その他の弾性体にて構成し
ても良い。振動板２８には、支持体３２が振動板２８上
を椅子前後方向にスライド移動するためのスライド溝２
８ｂを備えており、支持体３２には、振動板２８のスラ
イド溝２８ｂに係合する突起３２ｂを備えている。よっ
て、支持体３２が、振動板２８上を椅子前後方向にスラ
イド移動するように構成されているため、これに伴って
被載せ体３１が椅子前後方向にスライド移動する。従っ
て、被載せ体３１は、支持体３２を介して変換器２の振
動板２８に取り付けられており、よって、振動板２８の
振動は支持体３２を介して被載せ体３１に伝えられるよ
うに構成されている。

【００１９】次に、図７にて、音響再生装置４の取り付
け構造について説明する。音響再生装置４は、音響再生
用のスピーカ４１とスピーカボックス４２と弾性体４３
より構成されている。前面にスピーカ４１を取り付けた
スピーカボックス４２は、後部を開放状態で椅子フレー
ム１５に弾性体４３を介して取り付けられており、スピ
ーカ４１の振動が椅子フレーム１５に伝わらないように
配慮されている。そして、左右のスピーカ４１の前面
は、被験者の頭部相当位置方向に向くように取り付けて
あり、被験者はこの左右のスピーカ４１により再生され
る音を耳で聞くことができるように構成されている。

【００２０】〔別実施例〕上記実施例では、脳波を４つ
の帯域に分割しているが、この帯域数及び帯域幅は特に
限定されるものではなく、被験者の用途により変更して
も良い。上記実施例の表示レベル制御手段Ｋでは、各帯
域の成分に分割した信号を整流し、その電位を各帯域成
分の強度レベルとしているが、各帯域の成分に分割した
信号の振幅値，平滑値等を強度レベルとするように構成
しても良い。上記実施例の表示装置７では、各帯域の強
度レベルをバーグラフにて表示させているが、デジタル
表示しても良い。例えば、基準レベルを１００としこの
基準レベルに対する各帯域の強度レベルをデジタル表示
するようにしても良い。

【００２１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の背もたれ付き椅子斜視図

【図２】ブロック図

【図３】ブロック図

【図４】ブロック図

【図５】変換器取り付け説明図

【図６】変換器取り付け説明図

【図７】音響再生装置取り付け説明図

【符号の説明】

６ 脳波検出手段 ７ 表示装置 Ｋ 表示レベル制御手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被験者の脳波を検出する脳波検出手段
   （６）と、その検出した脳波を複数個の帯域成分に分け
   てその強度レベルを検出して、その強度レベルを表示装
   置（７）に表示させる表示レベル制御手段（Ｋ）を備え
   たバイオフィードバックシステムであって、 前記表示レベル制御手段（Ｋ）が、各帯域成分のうちの
   一つの帯域成分については、その強度レベルを予め設定
   した基準強度レベルとして表示させ、且つ、他の帯域成
   分については、その強度レベルに対して、前記基準レベ
   ルから前記一つの帯域成分の強度レベルを減算した値を
   加えた値を強度レベルとして表示するように構成されて
   いるバイオフィードバックシステム。
2. 【請求項２】 前記表示レベル制御手段（Ｋ）が、変更
   指令によって、前記基準強度レベルを表示する帯域を変
   更自在に構成されている請求項１記載のバイオフィード
   バックシステム。