JP2636197B2

JP2636197B2 - 覚醒維持装置及び覚醒維持用記録媒体

Info

Publication number: JP2636197B2
Application number: JP7027233A
Authority: JP
Inventors: 健二石田
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH08196637A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラント、ビル、原子
力発電所等の監視作業や自動車の長距離運転など、長時
間の単調作業における作業環境の単調さが原因で生じる
覚醒低下を軽減するための覚醒維持装置及び覚醒維持用
記録媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、長時間の単調作業において、
作業者が居眠りをしてしまうことを防止する方法が種々
研究されている。従来考えられている「居眠り防止装
置」は、居眠り状態が生じたとき、これを何らかのセン
サーで関知して警報を提示するものがほとんどである。
しかし、このような手法では居眠りを防ぐことはできて
も、眠くなる原因そのものを排除するには至らない。す
なわち、長時間単調作業を行うのにふさわしい環境を整
えることはできず、快適に作業を継続することはできな
いといえる。

【０００３】これを解決するため、作業環境そのものに
着目し、単調でない作業環境を実現する考え方を採用し
た従来技術として、例えば特開昭５８−６９５７６号に
開示されているようにランダムな時間にランダムな音を
発する方法や、特願平６−３７４９２号に開示されてい
るように音などの物理刺激を断続的に提示する方法など
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におけ
る手法は、音源を一定間隔あるいはランダム間隔で断続
的に提示することを特徴としている。具体的には、例え
ば音源として音楽を用い、覚醒低下軽減に効果的な間隔
（数分）で断続的に提示するのであるが、この場合、音
が途切れ途切れになり、音楽を聴きながら作業したい場
合にはブツ切れ感や、もっと聞きたい等の違和感があ
り、快適な作業環境にならないという問題点がある。

【０００５】したがって、本発明は上述した課題に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、違和
感の無い快適な作業環境を整えることにより、居眠りを
防止することができる覚醒維持装置及び覚醒維持用記録
媒体を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明の覚醒維持装置は、人間
の感覚を刺激するための音を発生する音源と、前記音を
連続的に発生させつつ、且つ人間の覚醒リズムの半周期
以下の一定間隔あるいはランダム間隔で前記音の特性を
変化させるように前記音源を制御する覚醒維持手段とを
具備することを特徴としている。

【０００７】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、前記音の特性として音圧を変化させることを特徴
としている。

【０００８】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、前記音の特性として音質を変化させることを特徴
としている。

【０００９】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、前記音の特性として音場を変化させることを特徴
としている。

【００１０】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、前記音の特性として音像を変化させることを特徴
としている。

【００１１】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、さらに、前記覚醒リズムの周期を計測する計測手
段と、前記覚醒リズムの周期の振幅に基づいて人間の覚
醒段階を検出する検出手段とを備え、前記覚醒段階が所
定の覚醒低下段階に入ったタイミングで、前記覚醒維持
手段による覚醒維持を開始することを特徴としている。

【００１２】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、さらに、前記覚醒リズムの周期を計測する計測手
段と、前記覚醒リズムの周期の振幅に基づいて人間の疲
労の度合いを検知する検知手段とを備え、前記疲労の度
合いが所定値になったタイミングで、所定の警告を出す
ことを特徴としている。

【００１３】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、前記覚醒リズムの周期及び前記覚醒リズムの周期
の振幅を、脳波をもとに計測することを特徴としてい
る。

【００１４】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、前記覚醒リズムの周期を１１分とすることを特徴
としている。

【００１５】また、この発明に係わる覚醒維持装置にお
いて、前記半周期以下の一定間隔あるいはランダム間隔
とは、５秒乃至５．５分であることを特徴としている。

【００１６】また、本発明の覚醒維持用記録媒体は、覚
醒リズムの半周期以下の一定間隔あるいはランダム間隔
で断続的に音楽が提示されるように記録された記録媒体
であって、１つの提示区間で音楽が完結するように作
曲、編曲及び記録がなされていることを特徴としてい
る。

【００１７】また、この発明に係わる覚醒維持用記録媒
体において、前記半周期以下の一定間隔あるいはランダ
ム間隔とは、５秒乃至５．５分であることを特徴として
いる。

【００１８】

【作用】以上のようにこの発明は構成されているので、
人間の感覚を刺激するための音を連続的に発生しつつ、
且つ人間の覚醒リズムの半周期以下の間隔で音の特性を
変化させることにより、作業者にブツ切れ感等の違和感
を与えることなく、覚醒状態を維持させることができ
る。

【００１９】また、作業者の覚醒段階を検出する検出手
段を備え、この検出手段により作業者が覚醒を促す必要
がある段階にあると判断された場合に、自動的に覚醒維
持手段を動作させることにより、作業者が自発的に覚醒
維持装置を動作させなくとも、自動的に作業環境を適切
に整えることができる。

【００２０】また、作業者の疲労の度合を検知する検知
手段を備え、この検知手段により作業者が疲労している
と判断された場合に警告を発することにより、作業者が
疲労したままで作業を続けることが防止され、事故等を
未然に防ぐことができる。

【００２１】また、覚醒状態を維持させるために音楽を
断続的に提示する場合でも、その１つの提示区間で音楽
が完結するように、作曲、編曲及び記録媒体への記録を
しておくことにより、作業者に音楽のブツ切れ感等の違
和感を与えることなく覚醒状態を維持させることができ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について添付図
面を参照して、詳細に説明する。

【００２３】＜覚醒リズムの発生メカニズム＞人間の生
体特性の１つである覚醒リズムについて、その発生メカ
ニズムを、大脳生理学の視点から説明する。

【００２４】大脳の覚醒状態は、図１に示すように、感
覚神経あるいは視床下部（自律神経系）から脳幹網様体
を賦活し、大脳皮質の覚醒度を高くするアクセル系と、
縫線核の働きにより覚醒度を低くするブレーキ系により
制御されている。本実施例では、覚醒リズムが、視床下
部から脳幹網様体を賦活するアクセル系と、縫線核によ
るブレーキ系の働きのバランスに起因すると仮定して説
明を進める。

【００２５】覚醒リズムという現象は、上記の系のバラ
ンスが崩れ始める覚醒低下状態において生じ、例えば、
単調な刺激が続くと脳幹網様体の賦活作用が低下する。
そこで、覚醒メカニズムの観点から、覚醒維持のために
は、上記の平衡状態をアクセル系が優位になる状態に変
え、覚醒リズム現象を抑制することが望ましいと考ええ
られる。

【００２６】すなわち、感覚神経に入力される刺激の質
・量の制御、意味性の強い音楽等の刺激による大脳皮質
の直接的な刺激により、脳幹網様体を間接的に刺激する
ことで、大脳の覚醒状態のバランスを復帰させることが
できる。

【００２７】このように、覚醒リズムは、その存在が実
験的にも示され、また、大脳生理学の点からも説明でき
るので、万人固有の生理現象と考えることができる。

【００２８】＜覚醒リズムの計測方法＞図２は、覚醒リ
ズム周期を検出するための覚醒リズム周期計測装置の構
成を示すブロック図である。具体的には、被験者に、図
３に示すような選択反応作業を行なわせて選択反応時間
を計測し、その反応時間から覚醒リズムを検出する。

【００２９】図２に示すＣＲＴ１からは、被験者（人）
に対して刺激の提示が行なわれる。つまり、被験者に
は、図３に示すように、ＣＲＴ１上に表示される色に応
じて、画面に表示される３種類の円（これを反応円とい
う）の色に合わせて、左右に分けて設けた２つのスイッ
チ５ａ，５ｂ（図２の入力装置に相当）を押し分ける作
業を行なわせる。

【００３０】選択反応時間とは、反応円が表示されてか
ら被験者がスイッチを押下するまでの時間であり、ここ
では、それを最大２秒まで計測する。そして、この反応
時間内に反応がない場合には、被験者の見逃しとする。
反応円は、青、黄、赤の３種類の何れかで、５〜２０秒
毎のタイミングでランダムに画面中央に２秒間、表示さ
れる。被験者へは、表示される反応円の色に合わせて、
「青なら左のスイッチを押す」、「赤なら右のスイッチ
を押す」、また、「黄なら両方のスイッチを押す」とい
う動作を正確に、かつ、できるだけ速く押すように教示
する。

【００３１】入力装置３にて得られた反応時間のデータ
は、コンピュータ２に入力され、そこで、図４に示す特
性を有するバンドパスフィルタを介して、ｆ１（Ｈｚ）
〜ｆ２（Ｈｚ）の周波数帯域に対してフィルタリングを
行なう。ここで、ｆ１＝7.1×10^-4(Ｈｚ），ｆ２＝2.4
×10^-3(Ｈｚ）であり、扱う信号の特性上、フィルタの
減衰特性は、１２〜２４ｄＢ／ｏｃｔでなければならな
い。

【００３２】コンピュータ２は、得られた時系列データ
に対して最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用し、図５
に示すような急峻なスペクトルのピークを有する覚醒リ
ズム周期を得る。すなわち、図５からも明らかなよう
に、反応時間の時間的な変化に周期が存在し、反応時間
は、覚醒低下が生じると遅れ、覚醒状態になると速くな
ることにより、反応時間は覚醒度に対応する。このこと
から、覚醒リズム周期計測装置にて検出された反応時間
の周期は、被験者の覚醒周期、つまり、覚醒リズムであ
ると言える。

【００３３】ただし、図５に示す特性は、選択反応時間
の移動平均から１次回帰直線を差し引いて、選択反応時
間データ自体に含まれる単調増加傾向の覚醒低下成分
（これを、基線変動成分という）を除去したものにＭＥ
Ｍ解析を施して得られた特性である。

【００３４】また、図６は、実際に多くの被験者（ここ
では、２０名）について覚醒リズムを計測し、その周期
の発生頻度をヒストグラムにて表わした図である。同図
によれば、横軸である周期の１０〜１５分に覚醒のピー
ク（図中の分布１）が存在し、これは、上述のように万
人固有の覚醒リズムであることが分かる。

【００３５】さらに、本実施例では、被験者に上記の選
択反応作業を課しつつ、同時に、図７に示す構成を有す
る覚醒リズム周期計測装置にて被験者の脳波を計測す
る。つまり、図７に示す脳波センサ１０にて被験者（人
間）の脳波を採取し、その結果をコンピュータ１２に取
り込むため、Ａ／Ｄ変換器１１にてＡ／Ｄ変換を施す。
そして、コンピュータ１２は、計測された脳波の時間デ
ータに対してα帯域（８〜１３Ｈｚ）のバンドパスフィ
ルタをかけ、その２乗値（電力）の時系列データに対し
て、ノイズ除去のために移動平均を施した後、周波数分
析（ＭＥＭ）を施す。

【００３６】このような、一連の処理にて得られた脳波
のスペクトルに現われるピークから、上記のような反応
時間を用いた場合と同様に、覚醒リズムの周期を求め
る。

【００３７】図８は、本実施例における覚醒リズム周期
の計測手順を示すフローチャートである。同図のステッ
プＳ１では、データ収集のための実験回数Ｎを設定し、
ステップＳ２，Ｓ３で、それぞれ、上記の反応時間の計
測、平滑化処理を実行する。ステップＳ４では等間隔化
処理を実行し、続くステップＳ５ではトレンドの除去、
つまり、バンドパスフィルタによる、反応時間データに
対する低周波数部分による影響を除去する。この処理に
より、目的とする覚醒リズムよりもはるかに緩やかな変
動を取り除くことができ、急峻で強度の大きいピークの
検出が可能となる。

【００３８】ステップＳ６では、上述のＭＥＭによる周
波数分析を行ない、ステップＳ７で、振幅強度に対する
しきい値の設定、ステップＳ８で、このしきい値に基づ
くピーク周期の検出を行なう。そして、ステップＳ９で
は、ステップＳ１で設定した回数分のピーク周期データ
が収集できたか否かの判定を行ない、できていなけれ
ば、再度、ステップＳ２の処理に戻る。しかし、データ
収集が完了していると判断されれば、ステップＳ１０に
て、後述するクラスター分析、すなわち、統計的に分布
構造を明確にする手法により、平均リズム周期の計算を
実行する。

【００３９】ステップＳ１１では、得られたピーク周期
データをもとに、図６に示すようなヒストグラムを作成
し、リズム周期の先鋭度とピークの大小関係を検討す
る。さらに、次のステップＳ１２では、ステップＳ１１
で作成したヒストグラムとステップＳ１０で計算したリ
ズムの平均周期とを比較・検証し、最終的には、ステッ
プＳ１３で、固有リズム周期の抽出を行なう。

【００４０】このような処理にて、ここでは、周波数解
析の高精度化、及びデータ収集のための計測を複数回数
実行することによるリズム周期データの信頼性の向上が
可能となる。

【００４１】図９は、上記の処理において用いたクラス
ター分析にて覚醒リズム周期を求めた結果を示す図であ
る。このクラスター分析は、複数の人について検出して
得られたピーク値を統計的に処理し、固有の周期を見い
出すための多変量解析の１つであり、図９に示されるよ
うに、リズム周期には、１１分（分布１）と３１分（分
布２）の２群が存在する。

【００４２】また、図６に示すヒストグラムでは、１０
分（分布１）と３０分（分布２）にピークが存在する
が、１０分のピークの方が３０分のピークよりも急峻で
あり、上記のクラスター分析にて得られた結果と、この
ヒストグラムの併用により、固有性の強いリズムは１１
分であると統計的に有意に検出でき、これを覚醒リズム
に活用できる。

【００４３】＜覚醒維持装置の説明＞従来、覚醒維持の
ための刺激として、覚醒リズムに同期させて、例えば、
音刺激を提示する技術が知られているが、この場合却っ
て覚醒低下が促進され、リズムの振幅が大きくなる場合
があるという問題点がある。これは、脳の信号伝達系に
遅れ要素や減衰要素等が存在するためであり、覚醒維持
のためには、単純な刺激提示ではなく、適当な刺激提示
周期を求める必要があることを意味するものである。

【００４４】図１０は、本実施例に係る覚醒維持装置全
体の構成を示すブロツク図である。同図に示す覚醒維持
装置では、継続刺激制御装置２２が、図２，図７にその
構成を示す覚醒リズム周期計測装置２１からの覚醒リズ
ムを入力し、そのリズムに基づいて刺激発生装置２３を
駆動する。

【００４５】そして、刺激発生装置２３からの刺激は人
間に与えられるが、覚醒度計測装置２４は、後述する方
法で人間の覚醒状態を判定し、その結果を覚醒リズム周
期計測装置２１へフィードバックする。

【００４６】図１１は、図１０に示す、本実施例に係る
覚醒維持装置における覚醒維持制御手順を示すフローチ
ャートである。

【００４７】図１１のステップＳ２１で、継続刺激制御
装置２２は、覚醒リズム周期計測装置２１にて計測した
覚醒リズムを入力し、ステップＳ２２で、覚醒リズムの
半周期を計算する。そして、ステップＳ２３では、継続
刺激制御装置２２がステップＳ２２にて算出した周期を
もとに、刺激発生装置２３が、人間に提示する刺激の時
間間隔を算出する。その結果、刺激発生装置２３は、ス
テップＳ２４で、人間に対する刺激として、例えば、後
述するＣＤプレーヤからの音または音楽を発生する。

【００４８】ここで、刺激提示間隔について具体的に説
明する。

【００４９】覚醒維持のための有効な周期的刺激提示間
隔Ｔについては、覚醒リズム周期計測装置２１にて計測
した覚醒リズム周期をＴｒ、係数をａ（＝0.1 〜1.0 ）
とすると、Ｔ＝ａ・Ｔｒにて表現できる。また、刺激の
提示時間長Ｔｓは、５秒〜３分の範囲にあることが効果
的である（図１２参照）。

【００５０】そして、上述のように、覚醒リズムについ
て固有性の強い値は１１分であることが確認できたの
で、本実施例では、上記の係数ａを０．５とした場合、
つまり、図１２に示すように、覚醒リズム周期１１分の
半周期である５．５分以内を１周期とした間隔で覚醒刺
激を提示する。その結果、図１２において点線で示され
た無刺激時での覚醒リズムに比べて、刺激を覚醒リズム
周期の半周期で提示した場合（図中の実線）の方が反応
時間の短縮が顕著である、換言すれば、覚醒維持が図ら
れたことが読み取れる。

【００５１】なお、本実施例では、刺激としての音や音
楽は、断続的にではなく、連続的に提示した上で、覚醒
周期の半周期以内で音の特性を変化させることにより、
断続的に刺激を提示した場合と同様に覚醒効果を得よう
とするものであるが、例えば、最初の刺激提示の後、覚
醒周期の半周期内で断続的に刺激を提示して、覚醒低下
を起こす前に覚醒低下抑止を行なった場合の例を図１２
に示す。また、図１３は、刺激として音楽を断続的に提
示した場合の効果を示す図であり、音楽を連続的に刺激
として提示する（音の特性等は変化させない）よりも、
断続的に提示する方が覚醒維持の効果が大きいことが分
かる。

【００５２】さらに、図１４は、被験者に断続的に刺激
を提示する場合、断続提示の間隔に最適な値が存在する
ことを示す図である。同図からも明らかなように、刺激
の断続提示間隔周期は、それが１分〜５．５分の間にあ
る場合の方が、連続的に刺激を提示する、あるいは無刺
激の場合に比べて覚醒低下を防止する効果が大きく、特
に刺激を１分提示して１分休止するパターンが最も覚醒
維持効果が大きい。

【００５３】＜覚醒度の計測方法＞次に、本実施例にお
ける、覚醒リズムを応用した覚醒度の計測方法について
説明する。

【００５４】覚醒リズムの出現現象については、図１５
の時系列データに示すように、以下の４段階の進展過程
に分類できる。すなわち、段階１は、覚醒リズムが現わ
れない覚醒状態の段階であり、覚醒度は、直線的に緩や
か変動を示す。この段階では、人間（作業者）は、正常
な覚醒状態を維持して作業に集中できている。

【００５５】段階２は、作業への集中度が落ち、覚醒低
下の傾向が現われ始める準覚醒低下状態である。このと
きに覚醒リズムが現われ、図１５において緩やかで周期
的な波で示されるように、覚醒度は周期的な変動をし始
める。この段階では、人間はややボヤッとした感じを持
つが、眠いという顕著な自覚症状は、まだ現われない。

【００５６】段階３では覚醒低下が顕著となり、人間に
は、はっきりとした眠いという自覚症状が生じる。この
とき、明らかな覚醒リズムが現われ、その振幅は、段階
２における覚醒リズムよりも大きく、全体として基線
は、低下方向の勾配を持って上昇していく。そして、段
階４では睡眠の第１段階に至り、場合によっては、瞬間
的に睡眠に陥る。ここでは、完全に居眠り状態が生じて
いる。

【００５７】図１０に示す覚醒度計測装置２４では、人
間の脳波を用いて覚醒度を検出する。具体的には、脳波
のα波帯（８〜１３Ｈｚ）にバンドパスフィルタによる
フィルタリングを行ない、得られたα波帯の２乗（電
力）を計算して、その時系列波形に移動平均を施すか、
あるいは、ノイズ除去用のバンドパスフィルタを通す。

【００５８】こうして得られた信号（α波パワー）に高
速フーリエ変換（ＦＦＴ）あるいはＭＥＭを施してリア
ルタイムの周波数分析を行ない、そのピークを得る。こ
のピーク値が覚醒リズムの周波数（言うまでもなく、そ
の逆数が周期）になる。

【００５９】ここで使用するバンドパスフィルタは、覚
醒リズムが現われる１１分近辺の周波数に絞り込んだフ
ィルタである。そして、覚醒リズムが発生すると覚醒度
の振幅が大きくなり、周期的な変動が生じたことが分か
るので、α波パワーに対しての時間平均あるいは平滑化
処理を施して得られた値から、覚醒リズムの出現現象が
どの程度進展したかを見ることができる。

【００６０】また、本実施例に係る覚醒度計測装置２４
では、上記のα波パワーに対して周波数解析を施して得
られたスペクトルの変化から、覚醒がどの段階にあるの
かを判定する。つまり、図１６に示すように、覚醒低下
が進む程、スペクトルのピークが高くなることを利用し
て、正常な覚醒状態のときのスペクトルのベース値と、
覚醒低下が進展して、リズムが最も顕著に現われる状態
でのスペクトル値とに基づいて覚醒低下判定境界値を設
ける。そして、実際のスペクトル値と、この境界値との
比較にて、覚醒段階を判定する。

【００６１】なお、覚醒低下が進展して段階４に入った
ときには、覚醒リズムはなくなってα波パワーが増大す
るので、このα波パワーが、ある値よりも大きくなった
ならば、覚醒段階が段階４に至ったとする。

【００６２】一方、監視作業のようなストレスの多い状
況下では、作業を継続するとホルモン分泌のバランスが
崩れ、神経や臓器等の代謝悪化が進行する。つまり、視
床下部からのストレス緩和のための代謝促進を目的とす
るホルモン分泌と、関連臓器の過度の活動を抑えるため
のホルモン分泌量の抑制とのバランスが崩れ、代謝悪化
による疲労状態が生じる。そして、人間には、この疲労
からの生体保護を目的とした脳幹網様体の活動低下によ
る覚醒低下が生じることになる。

【００６３】そこで、覚醒度計測装置２４は、上記の手
法で推定された覚醒段階が、図１５，図１６に示す段階
２あるいは段階３になったときを、作業者に疲労状態が
生じたと判断して、それを覚醒リズム周期計測装置２１
に通知する。覚醒リズム周期計測装置２１は、その結果
を受けて、覚醒段階が段階２あるいは段階３になったと
きを、本実施例に係る覚醒維持装置の起動タイミングと
して、作業者に対して所定の警報を発生する。これによ
り、作業者に注意を促す。

【００６４】＜刺激発生装置についての説明＞次に、図
１０における刺激発生装置の具体的な構成について説明
する。上記の説明では、覚醒周期の半周期内で断続的に
刺激を与えることにより覚醒の低下を防止できることを
示したが、既に述べたように、刺激としての音や音楽等
を単に断続的に提示したのでは、人間は音楽のブツ切れ
感等の違和感を感じることになる。そこで、本実施例
は、音や音楽を連続的に提示した上で、例えば音圧、音
質、音場、音像等の音の特性を覚醒周期の半周期内で変
化させることにより、音や音楽を断続的に提示する場合
と同じ様に覚醒状態の維持を図ろうとするものである。

【００６５】特に、音の特性の内、音像を変化させる場
合では、聴感上の音像位置（音像定位）が移動するよう
に変化させることにより、人間が持つ周囲の状況の把握
や物体の接近などに関する防衛本能を促すことができ、
より高い覚醒維持効果を得ることができる。

【００６６】このように、音源そのものは同じでも、そ
の特性に変化を持たせることで覚醒低下を軽減できる例
を図１７に示す。これは、「波の音」をモノラルで再生
した場合と、これに音特性の変化として音場あるいは音
像の移動を伴うステレオで再生した場合の反応時間の差
異を示している。ステレオ再生の方が反応時間が早く、
音特性に変化をともなうことで作業中の覚醒低下が軽減
されていることがわかる。

【００６７】以下、刺激発生装置の幾つかの実施例につ
いて説明する。

【００６８】（第１の実施例）図１８は、刺激発生装置
の第１の実施例の構成を示す図である。刺激発生装置２
３は、この第１の実施例では、音楽を再生するためのＣ
Ｄプレーヤ３１と、再生された音楽の音圧を切り替える
ための音圧切替器３２と、ある時間間隔で音圧切替器３
２の音圧設定値を変化させるための音圧制御装置３３
と、切り替える音圧の値を予め入力するための設定音圧
入力装置３４と、ＣＤプレーヤ３１からの再生音を増幅
するためのアンプ３５と、アンプ３５の出力を再生する
ためのスピーカ３６とから構成されている。

【００６９】この刺激発生装置は、図１９に示すよう
に、ある一定時間Ｔの間隔で音の大きさを変化させ、提
示する。そのため、あらかじめ設定音圧入力装置３４に
より、音圧の設定値であるＶ1及びＶ2を音圧制御装置３
３に入力しておく。Ｖ1,Ｖ2は、０以上の任意の値に設
定できる。ただし、０のときは無音になることを意味す
る。なお、上記の一定時間Ｔは、既に述べたように覚醒
周期１１分の半周期である５.５分以内、具体的には、
５秒から５.５分程度の任意の値に設定される。

【００７０】次に上記のように構成される刺激発生装置
の動作について図２０に示したフローチャートを参照し
て説明する。

【００７１】まず、ステップＳ３１では、既に述べたよ
うに、設定音圧入力装置３４により、Ｖ1及びＶ2を音圧
制御装置３３に入力しておく。

【００７２】次にＣＤプレーヤ３１が再生されると（ス
テップＳ３２ＹＥＳ）、音圧制御装置３３は、まず、音
圧がＶ1になるように音圧切替器３２に制御信号を出力
する。音圧切替器３２は、この制御信号を受けて、音圧
がＶ1になるようにボリウムを設定する（ステップＳ３
３）。

【００７３】次に、音圧制御装置３３は、内部のタイマ
ーのカウントにより、時間Ｔが経過すると、音圧がＶ2
になるように音圧切替器３２に制御信号を出力する。音
圧切替器３２は、この制御信号を受け、音圧がＶ2にな
るようにボリウムを設定する（ステップＳ３５）。

【００７４】音圧制御装置３３は、内部のタイマーのカ
ウントにより、時間Ｔが経過すると（ステップＳ３６Ｙ
ＥＳ）、ＣＤプレーヤ３１が停止していなければ（ステ
ップＳ３７ＮＯ）、音圧がＶ1に戻るように音圧切替器
３２に制御信号を出力する。音圧切替器３２は、この制
御信号を受け、音圧がＶ1になるようにボリウムを設定
する（ステップＳ３３）。

【００７５】音圧制御装置３３は、この一連のＶ1,Ｖ2
の音圧制御をＣＤプレーヤが演奏を中止する（ステップ
Ｓ３７ＹＥＳ）まで継続する。ＣＤプレーヤの演奏が中
止されると、音圧制御装置３３は、音圧を０に設定する
ように音圧切替器３２に制御信号を送り、音圧切替器３
２は、この信号を受けて音圧が０になるようにボリウム
を設定する（ステップＳ３８）。以上で動作を終了す
る。

【００７６】また、アンプ３５は、このように設定され
る音圧の音声信号を増幅し、スピーカ３６で再生する。

【００７７】なお、上記の説明では、音圧の変化の時間
間隔を一定値であるＴに設定したが、これに限定される
ことなく、音圧の変化の時間間隔を覚醒周期の半周期を
越えない範囲でランダムに設定するようにしてもよい。

【００７８】（第２の実施例）図２１は、刺激発生装置
の第２の実施例の構成を示す図である。刺激発生装置２
３は、この第２の実施例では、音楽を再生するためのＣ
Ｄプレーヤ４１と、再生された音楽の音質を切り替える
ための音質切替器４２と、ある時間間隔で音質切替器４
２の音質設定値を変化させるための音質制御装置４３
と、切り替える音質の値を予め入力するための設定音質
入力装置４４と、ＣＤプレーヤ４１からの再生音を増幅
するためのアンプ４５と、アンプ４５の出力を再生する
ためのスピーカ４６とから構成されている。

【００７９】この刺激発生装置は、図２２に示すよう
に、ある一定時間Ｔの間隔で音質を変化させ、提示す
る。そのため、あらかじめ設定音質入力装置４４によ
り、音質１、音質２、音質３を設定する。音質１〜３は
任意の音質に設定できる。なお、上記の一定時間Ｔは、
既に述べたように覚醒周期１１分の半周期である５.５
分以内、具体的には、５秒から５.５分程度の任意の値
に設定される。

【００８０】次に上記のように構成される刺激発生装置
の動作について図２３に示したフローチャートを参照し
て説明する。

【００８１】まず、ステップＳ４１では、既に述べたよ
うに、設定音圧入力装置４４により、音質１、音質２、
音質３とこれらの切り替え順序を設定しておく。

【００８２】次にＣＤプレーヤ４１が再生されると（ス
テップＳ４２ＹＥＳ）、音質制御装置４３は、まず、設
定された音質の中からランダムに最初の音質を選択する
（ここでは、例として音質１が選択されたこととす
る）。そして、音質１になるように音質切替器４２に制
御信号を出力する。音質切替器４２は、この制御信号を
受けて音質１になるようにトーンコントロールする（ス
テップＳ４３）。

【００８３】次に、音質制御装置４３は、内部のタイマ
ーのカウントにより、時間Ｔが経過すると（ステップＳ
４４ＹＥＳ）、ＣＤプレーヤ４１が停止していなければ
（ステップＳ４５ＮＯ）、次に切り替える音質を従来の
音質１以外の中からランダムに選択する（ここでは例と
して音質２を選択したこととする）。そして音質２にな
るように音質切替器４２に制御信号を出力する。音質切
替器４２は、この制御信号を受けて、音質２になるよう
にトーンコントロールする。

【００８４】音質制御装置４３は、この一連の音質制御
をＣＤプレーヤが演奏を中止する（ステップＳ４５ＹＥ
Ｓ）まで継続する。

【００８５】また、アンプ４５は、このように設定され
る音質の音声信号を増幅し、スピーカ４６で再生する。

【００８６】なお、上記の説明では、音質の変化の時間
間隔を一定値であるＴに設定したが、これに限定される
ことなく、音質の変化の時間間隔を覚醒周期の半周期を
越えない範囲でランダムに設定するようにしてもよい。

【００８７】（第３の実施例）図２４は、刺激発生装置
の第３の実施例の構成を示す図である。刺激発生装置２
３は、この第３の実施例では、音楽を再生するためのＣ
Ｄプレーヤ５１と、再生された音楽の音場を切り替える
ためのＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５２と、
ある時間間隔でＤＳＰ５２の設定を変化させるための音
場制御装置５３と、切り替える音場を予め入力するため
の音場設定入力装置５４と、ＣＤプレーヤ５１からの再
生音を増幅するためのアンプ５５と、アンプ５５の出力
を再生するためのスピーカ５６とから構成されている。

【００８８】この刺激発生装置は、図２５に示すよう
に、ある一定時間Ｔの間隔で音場を変化させ、提示す
る。そのため、あらかじめ音場設定入力装置５４によ
り、用いる音場特性を設定しておく。音場の種類は任意
に設定できる。なお、上記の一定時間Ｔは、既に述べた
ように覚醒周期１１分の半周期である５.５分以内、具
体的には、５秒から５.５分程度の任意の値に設定され
る。

【００８９】次に上記のように構成される刺激発生装置
の動作について図２６に示したフローチャートを参照し
て説明する。

【００９０】まず、ステップＳ５１では、既に述べたよ
うに、音場設定入力装置５４により、用いる音場特性を
設定しておく。

【００９１】次にＣＤプレーヤ５１が再生されると（ス
テップＳ５２ＹＥＳ）、音場制御装置５３は、まず、設
定された音場の中からランダムに最初の音場を選択する
（ここでは、例として音場１が選択されたこととする、
ステップＳ５３）。そして、音場１になるようにＤＳＰ
５２に制御信号を出力する。ＤＳＰ５２は、この制御信
号を受けて音場１になるようにデジタルフィルタを制御
する（ステップＳ５４）。

【００９２】次に、音場制御装置５３は、内部のタイマ
ーのカウントにより、時間Ｔが経過すると（ステップＳ
５５ＹＥＳ）、ＣＤプレーヤ４１が停止していなければ
（ステップＳ５６ＮＯ）、次に切り替える音場を従来の
音場１以外の中からランダムに選択する（ここでは例と
して音場２を選択したこととする）。そして音場２にな
るようにＤＳＰ５２に制御信号を出力する。ＤＳＰ５２
は、この制御信号を受けて、音場２になるようにデジタ
ルフィルタを制御する。

【００９３】音場制御装置５３は、この一連の音場制御
をＣＤプレーヤが演奏を中止する（ステップＳ５６ＹＥ
Ｓ）まで継続する。

【００９４】また、アンプ５５は、このように設定され
る音場の音声信号を増幅し、スピーカ５６で再生する。

【００９５】なお、上記の説明では、音場の変化の時間
間隔を一定値であるＴに設定したが、これに限定される
ことなく、音場の変化の時間間隔を覚醒周期の半周期を
越えない範囲でランダムに設定するようにしてもよい。

【００９６】（第４の実施例）図２７は、刺激発生装置
の第４の実施例の構成を示す図である。刺激発生装置２
３は、この第４の実施例では、音楽を再生するためのＣ
Ｄプレーヤ６１と、ＣＤプレーヤ６１からの再生音を増
幅するためのアンプ６２と、音像を切り替えるための音
像切替スイッチ６３と、ある時間間隔で音像切替スイッ
チ６３を制御する音像制御装置６４と、アンプ６２の出
力を再生するための複数のスピーカ６５〜６８とから構
成されている。

【００９７】本実施例では２つの手法について説明す
る。

【００９８】（ａ）ランダムにスピーカを切り替える場
合この場合、刺激発生装置は、図２８に示すように、ある
一定時間Ｔの間隔でランダムにスピーカを切り替え、音
像を移動させる。なお、上記の一定時間Ｔは、既に述べ
たように覚醒周期１１分の半周期である５.５分以内、
具体的には、５秒から５.５分程度の任意の値に設定さ
れる。

【００９９】次に上記のように構成される刺激発生装置
の動作について図２９に示したフローチャートを参照し
て説明する。

【０１００】まず、ＣＤプレーヤ６１が再生されると
（ステップＳ６１ＹＥＳ）、アンプ６２はＣＤプレーヤ
６１からの出力音声信号を増幅する。音像制御装置６４
は、音を出すスピーカをランダムに選択し（ステップＳ
６２）、音像切替スイッチ６３に制御信号を出力する。
音像切替スイッチ６３は、この制御信号を受け、選択さ
れたスピーカに出力を切り替える（ステップＳ６３）。

【０１０１】次に、音像制御装置６４は、内部のタイマ
ーのカウントにより、時間Ｔが経過すると（ステップＳ
６４ＹＥＳ）、再び、今まで再生していたスピーカ以外
のスピーカの中から、音を出すスピーカをランダムに選
択し（ステップＳ６５）、音像切替スイッチ６３に制御
信号を出力する。

【０１０２】音像制御装置６４は、この一連の音像切り
替え制御をＣＤプレーヤ６１が演奏を中止するまで継続
する（ステップＳ６３〜ステップＳ６６）。以上によ
り、音像はランダムに移動する。

【０１０３】（ｂ）音像を順番に移動させる場合この場合、刺激発生装置は、図３０に示すように、ある
一定時間Ｔの間隔でスピーカを順番に切り替え、音像を
移動させる。なお、上記の一定時間Ｔは、既に述べたよ
うに覚醒周期１１分の半周期である５.５分以内、具体
的には、５秒から５.５分程度の任意の値に設定され
る。

【０１０４】次に上記のように構成される刺激発生装置
の動作について図３１に示したフローチャートを参照し
て説明する。

【０１０５】まず、ＣＤプレーヤ６１が再生されると
（ステップＳ７１ＹＥＳ）、アンプ６２はＣＤプレーヤ
６１からの出力音声信号を増幅する。音像制御装置６４
は、音を出すスピーカを１つ選択し（ステップＳ７
２）、音像切替スイッチ６３に制御信号を出力する。音
像切替スイッチ６３は、この制御信号を受け、選択され
たスピーカに出力を切り替える（ステップＳ７３）。

【０１０６】次に、音像制御装置６４は、内部のタイマ
ーのカウントにより、時間Ｔが経過すると（ステップＳ
７４ＹＥＳ）、再び、今まで再生していたスピーカの隣
のスピーカを選択し（ステップＳ７５）、音像切替スイ
ッチ６３に制御信号を出力する。

【０１０７】音像制御装置６４は、この一連の音像切り
替え制御をＣＤプレーヤ６１が演奏を中止するまで継続
する（ステップＳ７３〜ステップＳ７６）。以上によ
り、音像はある一定方向に移動する。

【０１０８】なお、上記の説明では、音像の移動の時間
間隔を一定値であるＴに設定したが、これに限定される
ことなく、音像の移動の時間間隔を覚醒周期の半周期を
越えない範囲でランダムに設定するようにしてもよい。

【０１０９】（第５の実施例）この第５の実施例は、刺
激発生装置２３に関するものではなく、音の発生源とな
るＣＤプレーヤやテープレコーダー等で演奏される記録
媒体に関するものである。

【０１１０】この実施例では、既に述べたような音楽の
ブツ切れ感をなくすため、一定間隔あるいはランダム間
隔に提示する音楽を、あらかじめ一曲の音楽の長さを提
示間隔になるように作曲あるいは編曲を行い、これをコ
ンパクトディスクあるいは磁気記録媒体等に録音し、再
生する。これにより、ブツ切れ感のない覚醒低下軽減の
ための音環境を実現する。具体的には、作曲の段階で提
示間隔で丁度曲が終了するよう、提示区間の最後の方で
は同じメロディーをくり返し、フェードアウトしていく
ようにする。

【０１１１】また、曲順については、音楽を単にランダ
ムに設定するのではなく、前曲と異なるイメージの曲が
次々に再生されるように設定する。これにより、音環境
の変化を実現し、効果的な覚醒低下軽減作用を促すこと
ができる。

【０１１２】図３２に示すように音楽が断続的に記録さ
れる記録媒体において、各音楽１曲の長さが丁度Ｔにな
るように作曲あるいは編曲を行う。このとき、同じイメ
ージの曲が続けて再生されないような曲順で録音を行
う。

【０１１３】なお、上記の一定時間Ｔは、既に述べたよ
うに覚醒周期１１分の半周期である５.５分以内、具体
的には、５秒から５.５分程度の任意の値に設定され
る。

【０１１４】以上説明したように、本実施例によれば、
万人固有の有意性のある覚醒リズムを見い出し、その覚
醒リズム周期の半周期以内にて覚醒刺激の変化の提示を
行なうことで、長時間作業における作業者の覚醒の低下
を防止して覚醒状態を維持し、作業の安全を確保するこ
とが可能となる。

【０１１５】なお、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲
で、上記実施例を修正または変形したものに適用可能で
ある。

【０１１６】例えば、上記実施例では、音あるいは音楽
の発生源としてＣＤプレーヤを使用する場合について説
明したが、テープレコーダなど音を再生できるものであ
れば何を使用してもよいことは言うまでもない。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
人間の感覚を刺激するための音を連続的に発生しつつ、
且つ人間の覚醒リズムの半周期以下の間隔で音の特性を
変化させることにより、作業者にブツ切れ感等の違和感
を与えることなく、覚醒状態を維持させることができ
る。

【０１１８】また、作業者の覚醒段階を検出する検出手
段を備え、この検出手段により作業者が覚醒を促す必要
がある段階にあると判断された場合に、自動的に覚醒維
持手段を動作させることにより、作業者が自発的に覚醒
維持装置を動作させなくとも、自動的に作業環境を適切
に整えることができる。

【０１１９】また、作業者の疲労の度合を検知する検知
手段を備え、この検知手段により作業者が疲労している
と判断された場合に警告を発することにより、作業者が
疲労したままで作業を続けることが防止され、事故等を
未然に防ぐことができる。

【０１２０】また、覚醒状態を維持させるために音楽を
断続的に提示する場合でも、その１つの提示区間で音楽
が完結するように、作曲、編曲及び記録媒体への記録を
しておくことにより、作業者に音楽のブツ切れ感等の違
和感を与えることなく覚醒状態を維持させることができ
る。

【０１２１】

【図面の簡単な説明】

【図１】脳活動からみた覚醒メカニズムを説明するため
の図である。

【図２】覚醒リズム周期を検出するための覚醒リズム周
期計測装置の構成を示すブロック図である。

【図３】選択反応作業による選択反応時間の計測状況を
示す図である。

【図４】反応時間のデータに対して用いるバンドパスフ
ィルタの特性図である。

【図５】反応時間のＭＥＭによる処理結果を示す図であ
る。

【図６】覚醒リズム周期の度数分布を示す図である。

【図７】実施例に係る覚醒リズム周期計測装置の構成を
示すブロック図である。

【図８】実施例における覚醒リズム周期の計測手順を示
すフローチャートである。

【図９】覚醒リズム周期のクラスター分析の結果を示す
図である。

【図１０】実施例に係る覚醒維持装置全体の構成を示す
ブロツク図である。

【図１１】実施例に係る覚醒維持装置における覚醒維持
制御手順を示すフローチャートである。

【図１２】実施例に係る覚醒維持のための刺激提示の方
法を示す図である。

【図１３】音楽の断続提示による覚醒維持効果を示す図
である。

【図１４】刺激の断続提示の間隔に最適な値が存在する
ことを示す図である。

【図１５】覚醒リズムの出現現象についての段階的な進
展過程を示す図である。

【図１６】覚醒リズムの出現現象についての段階的な進
展過程を示す図である。

【図１７】音の特性に変化を持たせることで覚醒低下を
軽減できる例を示した図である。

【図１８】刺激発生装置の第１の実施例を示した図であ
る。

【図１９】一定時間間隔で音の大きさを変化させる例を
示した図である。

【図２０】一定時間間隔で音の大きさを変化させる動作
の手順を示すフローチャートである。

【図２１】刺激発生装置の第２の実施例を示した図であ
る。

【図２２】一定時間間隔で音質を変化させる例を示した
図である。

【図２３】一定時間間隔で音質を変化させる動作の手順
を示すフローチャートである。

【図２４】刺激発生装置の第３の実施例を示した図であ
る。

【図２５】一定時間間隔で音場を変化させる例を示した
図である。

【図２６】一定時間間隔で音場を変化させる動作の手順
を示すフローチャートである。

【図２７】刺激発生装置の第４の実施例を示した図であ
る。

【図２８】一定時間間隔で音像を移動させる１つの例を
示した図である。

【図２９】一定時間間隔で音像を移動させる動作の手順
の１つの例を示すフローチャートである。

【図３０】一定時間間隔で音像を移動させる他の例を示
した図である。

【図３１】一定時間間隔で音像を移動させる動作の手順
の他の例を示すフローチャートである。

【図３２】記録媒体への音楽の記録状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ＣＲＴ２コンピュータ３入力装置４ディスク２１覚醒リズム周期計測装置２２継続刺激制御装置２３刺激発生装置２４覚醒度計測装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ１１Ｂ 20/12 １０２Ｇ１０Ｋ 15/00 Ｍ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】人間の感覚を刺激するための音を発生す
る音源と、前記音を連続的に発生させつつ、且つ人間の覚醒リズム
の半周期以下の一定間隔あるいはランダム間隔で前記音
の特性を変化させるように前記音源を制御する覚醒維持
手段とを具備することを特徴とする覚醒維持装置。
【請求項２】前記音の特性として音圧を変化させるこ
とを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項３】前記音の特性として音質を変化させるこ
とを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項４】前記音の特性として音場を変化させるこ
とを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項５】前記音の特性として音像を変化させるこ
とを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項６】さらに、前記覚醒リズムの周期を計測す
る計測手段と、前記覚醒リズムの周期の振幅に基づいて
人間の覚醒段階を検出する検出手段とを備え、前記覚醒段階が所定の覚醒低下段階に入ったタイミング
で、前記覚醒維持手段による覚醒維持を開始することを
特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項７】さらに、前記覚醒リズムの周期を計測す
る計測手段と、前記覚醒リズムの周期の振幅に基づいて
人間の疲労の度合いを検知する検知手段とを備え、前記疲労の度合いが所定値になったタイミングで、所定
の警告を出すことを特徴とする請求項１に記載の覚醒維
持装置。
【請求項８】前記覚醒リズムの周期及び前記覚醒リズ
ムの周期の振幅を、脳波をもとに計測することを特徴と
する請求項６または７に記載の覚醒維持装置。
【請求項９】前記覚醒リズムの周期を１１分とするこ
とを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項１０】前記半周期以下の一定間隔あるいはラ
ンダム間隔とは、５秒乃至５．５分であることを特徴と
する請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項１１】覚醒リズムの半周期以下の一定間隔あ
るいはランダム間隔で断続的に音楽が提示されるように
記録された記録媒体であって、１つの提示区間で音楽が
完結するように作曲、編曲及び記録がなされていること
を特徴とする覚醒維持用記録媒体。
【請求項１２】前記半周期以下の一定間隔あるいはラ
ンダム間隔とは、５秒乃至５．５分であることを特徴と
する請求項１１に記載の覚醒維持用記録媒体。