JP3144322B2

JP3144322B2 - メンタルストレス判定装置

Info

Publication number: JP3144322B2
Application number: JP32079896A
Authority: JP
Inventors: 達美柳井; 則政岸; 泰秀山本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JPH105184A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人の定常的ストレ
スとしてのメンタルストレスを判定するメンタルストレ
ス判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、脈拍データの変動状況をマイクロ
コンピュータにより測定することにより、人のストレス
レベルを測定するストレスレベル測定装置がある。これ
は、図２４に示すように、被験者の脈波を検出する脈波
検出器５０１が脈拍計数器５０２に接続され、その脈拍
計数器５０２がマイクロコンピュータ５０３に接続され
ているものである。そして、図２５に示すように、脈波
検出器５０１で検出した脈波データを、脈拍計数器５０
２により整形パルスに変換して脈拍データを計数し、そ
の脈拍データの上昇下降をマイクロコンピュータ５０３
で監視することにより、ストレスのレベルを測定するも
のである。同様のものが、特開平４ー１８０７３０号公
報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、人
は、職場あるいは日常生活において、様々なストレスを
受けている。特に、急速なＯＡ（オフィスオートメーシ
ョン）化、ＦＡ（ファクトリオートメーション）化によ
り、ＶＤＴ（ビデオディスプレイ端末装置）作業や監視
作業が増え、これらの作業がもたらすメンタルストレス
は過労やヒューマンエラーの要因となっている。これを
防ぐため、メンタルストレス（テクノストレスとも言
う。）を評価、判定することが重要となっている。

【０００４】しかしながら、従来のストレスレベル測定
装置は、心拍数の上昇下降のみの情報を利用する構成で
あるため、ストレスレベル測定の信頼性が低く、また、
測定時における一時的ストレスしか測定できないという
問題点があった。以上のように、現在のところ、メンタ
ルストレスという感覚量を客観的に計測したり、定量的
に評価する技術は確立されていない。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決するために
提案されたもので、定常的ストレスとしてのメンタルス
トレスを客観的に判定するメンタルストレス判定装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るメンタルストレス判定装置は、被験
者に一時的ストレスを与えるタスク提示手段と、被験者
の心拍相当データを採取する心拍相当データ採取手段
と、心拍相当データ採取手段により採取した心拍相当デ
ータに基づいて、拍動間隔を検出する拍動間隔検出手段
と、拍動間隔検出手段により検出した拍動間隔データに
基づいて、タスク提示手段によりストレスが与えられた
タスク状態における交感副交感神経活動度とタスク提示
手段によりストレスが与えられていないレスト状態にお
ける交感副交感神経活動度とを算出する交感副交感神経
活動度算出手段と、交感副交感神経活動度算出手段によ
り算出したタスク状態における交感副交感神経活動度と
レスト状態における交感副交感神経活動度の比較に基づ
いて、メンタルストレスを判定するメンタルストレス判
定手段とを具備するものとした。

【０００７】上記のメンタルストレス判定手段は、複数
の異なる時間で採取された心拍相当データによる同一被
験者のタスク状態における交感副交感神経活動度とレス
ト状態における交感副交感神経活動度に基づいて、タス
ク遂行に伴なう被験者の反応の変化により、メンタルス
トレスを判定することが好ましい。また、上記のタスク
提示手段は、タイマを使用し、被験者に一定時間のタス
クとレストとを交互に行なうように、時間の提示をする
ことが好ましい。

【０００８】さらには、上記のタスク提示手段は、タス
クをコンピュータに対する入力作業とし、付加されるタ
スクの負担量が所定の範囲に収まるようにコンピュータ
により実行速度を制御しながら被験者に入力を行なわせ
るものとするのが好ましい。とくに、ディスプレイ上に
複数のターゲットを所定の提示速度で順次表示するとと
もにそれぞれ所定時間後に消去し、各ターゲットが表示
されている間に該ターゲットにカーソルを重ねてクリッ
クする操作を入力作業として、所定の設定時間ごとの操
作ミス量に応じてターゲットの上記提示速度を変化させ
るのが望ましい。

【０００９】また、上記の交感副交感神経活動度算出手
段は、交感副交感神経活動度として、拍動間隔データか
らタスク状態における正規化分散および平均心拍数とレ
スト状態における正規化分散および平均心拍数を算出
し、該正規化分散および平均心拍数をそれぞれ２次元平
面上におけるタスク状態の分布エリアおよびレスト状態
の分布エリアとして求め、メンタルストレス判定手段
は、タスク状態の分布エリアとレスト状態の分布エリア
との面積の重なり率に基づいて、メンタルストレスを判
定することができる。また、上記の交感副交感神経活動
度算出手段は、交感副交感神経活動度として、拍動間隔
データからタスク状態における正規化分散および平均心
拍数とレスト状態における正規化分散および平均心拍数
を算出し、該正規化分散および平均心拍数をそれぞれ２
次元平面上におけるタスク状態の分布エリアおよびレス
ト状態の分布エリアとして求め、メンタルストレス判定
手段は、前回測定および今回測定におけるタスク状態お
よびレスト状態を表わす分布エリア面積の重心間の距離
の経時変化からメンタルストレスの変化を判定すること
もできる。

【００１０】

【作用】本発明に係るメンタルストレス判定装置は、タ
スク提示手段により被験者に一時的ストレスを与えつ
つ、心拍相当データ採取手段により被験者の心拍相当デ
ータを採取して拍動間隔検出手段に入力し、拍動間隔検
出手段が拍動間隔を検出してその拍動間隔データを交感
副交感神経活動度算出手段に入力する。そして、交感副
交感神経活動度算出手段では拍動間隔データに基づいて
ストレスが与えられたタスク状態における交感副交感神
経活動度とストレスが与えられていないレスト状態にお
ける交感副交感神経活動度とを算出し、メンタルストレ
ス判定手段で両状態における交感副交感神経活動度の比
較によりメンタルストレスの有無を判定するので、これ
により、感覚的なメンタルストレスが客観的に判定され
る。

【００１１】上記のメンタルストレス判定手段が、複数
の異なる時間で測定された同一被験者のタスク状態にお
ける交感副交感神経活動度とレスト状態における交感副
交感神経活動度に基づいて、タスク遂行に伴なう被験者
の反応の変化により判定すると、タスク時とレスト時の
ストレスの時間経過に伴う変化状況が容易に分かる。ま
た、上記のタスク提示手段が、タイマにより、被験者に
一定時間のタスクとレストとを交互に行なうように、時
間の提示を行なうと、被験者に対して簡易なタスクが与
えられ、心拍相当データが容易に採取される。

【００１２】また、タスクをコンピュータに対する入力
作業とし、付加されるタスクの負担量が所定の範囲に収
まるようにコンピュータにより実行速度を制御しながら
被験者に入力を行なわせると、被験者の体動が少ないた
め、心拍相当データが簡易な方法で容易に採取されると
ともに、個人差による影響を受けることなくメンタルス
トレス状態を精度よく識別できる。とくに、ディスプレ
イ上に複数のターゲットを所定の提示速度で順次表示、
消去し、ターゲットをクリックする操作のエラー量に応
じてターゲットの提示速度を変化させることにより、被
験者に付加されるタスクの負担量を容易に制御すること
ができる。

【００１３】また、上記の交感副交感神経活動度算出手
段が、交感副交感神経活動度としてタスク状態とレスト
状態における正規化分散および平均心拍数の分布エリア
を求めることにより、メンタルストレス判定手段は、両
分布エリアの重なりがないときは健常で、分布エリアの
重なりがあるときはメンタルストレスのあることが判定
できる。また、前回測定と今回測定におけるタスク状態
およびレスト状態を表わす分布エリア面積の重心間の距
離の経時変化を求めることにより、メンタルストレスの
変化状況を知ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るメンタルスト
レス判定装置の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。図１は第１の実施例の構成を示すブロック
図、図２はその使用状態を示す図、図３はタスクを与え
るタイミングを示す図、図４は測定の原理を説明する
図、図５はメンタルストレスの判定要領を説明する図で
ある。メンタルストレス判定装置１００は、被験者に一
時的ストレスを与えるタスク提示手段としてのタスク／
レスト提示器１０１と、被験者から心拍相当データを採
取する心拍相当データ採取手段としての心拍相当データ
採取器１０２とを備え、心拍相当データ採取器１０２
が、拍動の時間間隔であるＲＲＩ（Ｒ−Ｒｉｎｔｅｒ
ｖａｌ）データを検出するＲＲＩ検出回路１０３に有線
または無線で接続されている。そのＲＲＩ検出回路１０
３が交感副交感神経の活動度を算出する交感副交感神経
活動度算出回路１０４に接続され、交感副交感神経活動
度算出回路１０４がメンタルストレスを判定するメンタ
ルストレス判定回路１０５に接続されている。ここで、
ＲＲＩ検出回路１０３、交感副交感神経活動度算出回路
１０４およびメンタルストレス判定回路１０５は、コン
ピュータで構成されている。

【００１５】そして、タスク／レスト提示器１０１によ
り被験者に一時的ストレスを与えつつ、心拍相当データ
採取器１０２により図４の（ａ）に示すように被験者の
拍動信号を測定してＲＲＩ検出回路１０３に入力する。
その拍動信号が入力されたＲＲＩ検出回路１０３はバン
ドパスフィルタを備え、図４の（ｂ）に示すように、心
拍相当データからＲＲＩのデータを検出して交感副交感
神経活動度算出回路１０４に出力する。そのＲＲＩデー
タが入力された交感副交感神経活動度算出回路１０４
は、ＲＲＩデータのばらつきの程度を算出し、図５に示
すように、２次元平面上におけるタスク状態およびレス
ト状態でのデータを求める。メンタルストレス判定回路
１０５は、２次元平面上のタスク状態またはレスト状態
の各分布エリアの位置から、定常的ストレスであるメン
タルストレスの有無を判定するようになっている。

【００１６】次に、メンタルストレス判定装置１００の
動作を、図６、図７に示すフローチャートにより説明す
る。まず、ステップ１１０において、タスク／レスト提
示器１０１に内蔵されたタイマにより、一定時間のタス
ク（課題）とレスト（休息）とを繰り返すタイミングが
被験者に提示される。具体的には、図３に示すように、
タスクが約１分程度、レストが約２分程度に設定され、
タスクとレストとが交互に複数回繰り返して提示され
る。タスクは、図８に示すように、罫線１０７Ａで記入
位置１０７Ｂを特定した所定の用紙１０６に、上記の所
定の時間内に、できるだけ多くの丸印１０８を書き込む
作業が採用されている。

【００１７】図６に戻って、ステップ１１１で、心拍相
当データ採取器１０２により、被験者の心拍が測定さ
れ、拍動信号が心拍相当データとして採取される。この
拍動信号はＲＲＩ検出回路１０３に１００Ｈｚ以上でサ
ンプリングして逐次取り込まれる。心電図信号の場合
は、身体に電極の装着を必要とするが、ここでは、被験
者に体動の少ないタスクを想定しているため、心拍の測
定で問題は生じない。また、医療用としての正確な波形
診断が目的ではないため、電極の装着も簡単なもの、例
えば、図２に示すようにハチマキ状のものが適用可能で
ある。さらに、簡易測定が可能な光学測定脈波信号や圧
力測定による脈波信号でも、適切な信号処理により拍動
のタイミングが検出されるものであれば、同様の効果を
得ることができる。

【００１８】次いで、ステップ１１２で、ＲＲＩ検出回
路１０３においてバンドパスフィルタにより目的外信号
が除去され、心拍相当信号がファイリング処理される。
ステップ１１３で、心拍相当信号をしきい値処理などを
施し、ステップ１１４で、拍動の時間間隔であるＲＲＩ
データを検出する。ただし元来、ＲＲＩには変動が伴な
うため、このＲＲＩデータは時系列的には不規則なサン
プリングにならざるを得ないが、必要に応じて、補間処
理により時系列的に規則的なサンプリングにすることも
可能である。

【００１９】次いで、交感副交感神経活動度算出回路１
０４において、ステップ１１５〜ステップ１２１の処理
を実行する。交感副交感神経活動度算出回路１０４は、
拍動の時間間隔としてのＲＲＩデータのばらつきの程度
を算出する回路であり、まず、ステップ１１５で、逐次
入力されてくるＲＲＩデータより１５秒程度（本実施例
では、１６サンプル）のデータを解析区間として切り出
す。次いで、ステップ１１６で、正規化分散ＲＲＶと平
均心拍数ＢＥＡＴを算出し、これらを解析区間の中央値
の時刻データとして格納する。ここで、ＲＲＩデータの
ばらつきの程度が交感副交感神経活動度と密接な相関を
持つことは、実験的に確認されている。本実施例では、
ＲＲＩデータのばらつきを表わす指標として分散を使用
している。

【００２０】次に、ステップ１１７で、解析区間の中央
値の時刻データがタスク状態のデータかレスト状態のデ
ータかを判別する。そして、タスク状態の場合、ステッ
プ１１８で、タスク状態のデータとして蓄積し、そのタ
スク状態に応じた正規化分散ＲＲＶと平均心拍数ＢＥＡ
Ｔとの関係を２次元平面上のエリアとして求めるととも
に、重心および標準偏差を算出する。次に、ステップ１
２０に進み、タスクおよびレストの提示が完了したか否
かがチェックされる。そして、タスクおよびレストの提
示が完了していない場合、ステップ１２１に進み、解析
区間を１点幅でシフトした後、ステップ１１５〜ステッ
プ１１７の処理を繰り返す。ここで、解析区間を１点幅
でシフトするのは、ＲＲＩデータを時系列的に解析する
上で、入力される度に解析することが最も詳細に解析で
きるからである。

【００２１】一方、ステップ１１７で、レスト状態の場
合、ステップ１１９に進み、レスト状態のデータとして
蓄積し、レスト状態に応じた正規化分散ＲＲＶと平均心
拍数ＢＥＡＴとの関係を２次元平面上のエリアとして求
めるとともに、重心および標準偏差を算出する。次い
で、ステップ１２０に進み、タスクおよびレストの提示
が完了したか否かがチェックされる。そしてタスクおよ
びレストの提示が完了していない場合、再度、ステップ
１２１に進み、解析区間を１点幅でシフトした後、ステ
ップ１１５〜ステップ１１７の処理を繰り返す。上記の
ステップ１１５〜１２１の処理は、被験者に対するタス
クおよびレストの提示が行なわれている間、繰り返され
ている。次いで、ステップ１２０で、タスクおよびレス
トの提示完了がチェックされたとき、ステップ１２２に
進み、メンタルストレス判定回路１０５により、正規化
分散ＲＲＶー平均心拍数ＢＥＡＴ２次元平面上にて分布
エリアを比較してメンタルストレスを判定する。

【００２２】図９は正規化分散ＲＲＶと平均心拍数ＢＥ
ＡＴとの関係を表示した図であり、横軸に正規化分散Ｒ
ＲＶが、縦軸に平均心拍数ＢＥＡＴが表示されている。
そして、正規化分散ＲＲＶは左方に向かうに従って、平
均心拍数ＢＥＡＴは上方に向かうに従って負担が大きく
なっていることを示している。基本的に、健常者は一時
的ストレスを与えたときと与えないときでは、反応に明
確な差異が生じるものである。すなわち、非メンタルス
トレス下では、タスク状態とレスト状態の分布エリアは
お互い離れた位置に分布する。そして、タスクを正確に
実行していれば、タスク状態の分布エリアはレスト状態
の分布エリアに対して負担の高い左上方に位置する結果
となる。これは、交感副交感神経の活動から考えて正常
な反応である。一方、背景ストレスであるメンタルスト
レス下の状態では、タスク状態での非集中、レスト状態
での非リラックスの現象が生じ、相互の分布エリアは接
近することになる。

【００２３】図１０、図１１はそれぞれ被験者Ａ、被験
者Ｂの測定結果を表示したものであり、図１０の
（ａ）、図１１の（ａ）は非メンタルストレス状態の
下、図１０の（ｂ）、図１１の（ｂ）はメンタルストレ
ス状態の下で測定した結果である。いずれの図において
も、非メンタルストレス状態の下では、タスク状態とレ
スト状態の分布エリアは離れた位置にあり、メンタルス
トレス状態の下では、その各分布エリアは重なった状態
になっている。

【００２４】図１２は図７のステップ１２２における判
定アルゴリズムの詳細を示すフローチャート、図１３は
判定例を説明する図である。ここでは、タスク状態の分
布エリアの面積を基準にして、その重なり率により上記
現象を捉らえることとしている。上記のステップ１１
８、ステップ１１９で求められた重心および標準偏差を
それぞれＧｔ（Ｒｔ、Ｂｔ）およびＳｔ（Ｒｔ、Ｂｔ）
とする。

【００２５】まず、ステップ１３０で、２次元平面上に
おけるタスク状態およびレスト状態の分布エリアの重心
の相対的位置を判定する。すなわち、ＲＲＶ軸方向で
は、タスク状態における重心位置Ｒｔがレスト状態にお
ける重心位置Ｒｒより図中で左方にあるか否か、および
ＢＥＡＴ軸方向では、タスク状態における重心位置Ｂｔ
がレスト状態における重心位置Ｂｒより図中で上方にあ
るか否かがチェックされて、重心位置関係が判定され
る。そして、重心位置Ｒｔが重心位置Ｒｒより左方（Ｒ
ｔ＜Ｒｒ）、かつ、重心位置Ｂｔが重心位置Ｂｒより上
方（Ｂｔ＞Ｂｒ）にある場合、ステップ１３１に進む。
一方、上記のタスク状態およびレスト状態の重心位置の
関係が、Ｒｔ＜Ｒｒ、かつ、Ｂｔ＞Ｂｒを満足しない場
合、ステップ１３２に進む。この場合、タスク不履行の
可能性が大きいため、再度、測定することが必要とな
る。

【００２６】ステップ１３１では、タスク状態およびレ
スト状態の分布エリアの面積Ａｔ、Ａｒをそれぞれ算出
する。その後、ステップ１３３で、タスク状態における
分布エリア面積Ａｔに対する、タスク状態の分布エリア
面積Ａｔがレスト状態の分布エリア面積Ａｒに重なるエ
リア面積（Ａｔ＆Ａｒ）の重なり率により、メンタルス
トレスの有無が判定される。

【００２７】そして、図１３の（ａ）に示すように、タ
スク状態の分布エリアとレスト状態の分布エリアが重な
らない場合（（Ａｔ＆Ａｒ）＝０）、ステップ１３４
で、「メンタルストレスなし」の判定がなされる。ま
た、図１３の（ｂ）に示すように、タスク状態の分布エ
リアに対するレスト状態の分布エリアの重なり率が１／
２以下の場合（（Ａｔ＆Ａｒ）≦Ａｔ／２）、ステップ
１３５で、「メンタルストレスの可能性あり」の判定が
なされる。さらに、図１３の（ｃ）に示すように、上記
の重なり率が１／２以上の場合（（Ａｔ＆Ａｒ）＞Ａｔ
／２）、ステップ１３６で、「メンタルストレスあり」
の判定がなされる。上記のステップ１１１〜１１４が発
明の拍動間隔検出手段を、ステップ１１５〜１２１が交
感副交感神経活動度算出手段を、ステップ１３０〜１３
６がメンタルストレス判定手段を構成している。

【００２８】以上説明したように、第１の実施例によれ
ば、タスク状態における分布エリア面積Ａｔに対する、
タスク状態の分布エリア面積Ａｔがレスト状態の分布エ
リア面積Ａｒに重なるエリア面積（Ａｔ＆Ａｒ）の重な
り率を判定することにより、主観的なメンタルストレス
の有無を客観的に判定することができる。なお、第１の
実施例では、メンタルストレスを判定するにあたり、よ
り精度の高い結果を得るために、平均心拍数であるＢＥ
ＡＴ情報を使用し、正規化分散ＲＲＶとの２次元平面上
での分布エリアの差異に着目してきたが、拍動の時間間
隔であるＲＲＩデータの分散のみの算出でも、多少精度
は落ちるものの簡易的に同様の効果を得ることができ
る。また、分布エリアをさらにディスプレイ上に表示す
るようにすれば、エリアの重なり状態が視認でき、感覚
的にも判定が分かりやすい。

【００２９】次に、第２の実施例について図１４により
説明する。第２の実施例は前回測定データと比較してメ
ンタルストレスの変化状況を判定するようにしたもので
ある。まず、図６、図７で示されたステップ１１０〜１
２１により、ＲＲＶ−ＢＥＡＴ２次元エリアが求めら
れ、その重心が算出される。これが、図１４のステップ
１３８で前回データとして記憶される。前回のタスク重
心をＧｔ１（Ｒｔ１、Ｂｔ１）、レスト重心をＧｒ１
（Ｒｒ１、Ｂｒ１）とする。次に、同様にしてステップ
１３９において、今回の２次元分布エリアのデータとし
て、タスク重心Ｇｔ２（Ｒｔ２、Ｂｔ２）およびレスト
重心Ｇｒ２（Ｒｒ２、Ｂｒ２）が求められる。

【００３０】ステップ１４０で、２次元平面上における
タスク状態およびレスト状態の分布エリアの重心の相対
的位置を判定する。すなわち、ＲＲＶ軸方向では、タス
ク状態における重心位置Ｒｔ２がレスト状態における重
心位置Ｒｒ２より左方にあるか否か、およびＢＥＡＴ軸
方向では、タスク状態における重心位置Ｂｔ２がレスト
状態における重心位置Ｂｒ２より上方にあるか否かがチ
ェックされて重心位置関係が判定される。そして、重心
位置Ｒｔ２が重心位置Ｒｒ２より左方（Ｒｔ２＜Ｒｒ
２）、かつ、重心位置Ｂｔ２が重心位置Ｂｒ２より上方
（Ｂｔ２＞Ｂｒ２）にある場合、ステップ１４１に進
む。一方、上記のタスク状態およびレスト状態の重心位
置の関係が、Ｒｔ２＜Ｒｒ２、かつ、Ｂｔ２＞Ｂｒ２を
満足しない場合、ステップ１４２に進む。この場合、タ
スク不履行の可能性が大きいため、再度、測定される。

【００３１】次いで、ステップ１４１で、前回測定した
タスク状態およびレスト状態の分布エリアにおける重心
間距離（Ｇｔ１ーＧｒ１）、および今回測定したタスク
状態およびレスト状態の分布エリアにおける重心間距離
（Ｇｔ２ーＧｒ２）を算出する。次に、ステップ１４３
で、前回の重心間距離（Ｇｔ１ーＧｒ１）と今回の重心
間距離（Ｇｔ２ーＧｒ２）との比較を行なうことによ
り、メンタルストレスの変化の判定が行なわれる。

【００３２】そして、今回測定した重心間距離（Ｇｔ２
ーＧｒ２）が前回測定した重心間距離（Ｇｔ１ーＧｒ
１）と変わらない場合（（Ｇｔ１ーＧｒ１）＝（Ｇｔ２
ーＧｒ２））、ステップ１４４で、「メンタルストレ
ス、前回と変化なし」の判定がなされる。また、今回測
定した重心間距離（Ｇｔ２ーＧｒ２）が前回測定した重
心間距離（Ｇｔ１ーＧｒ１）より大きくなっている場合
（（Ｇｔ１ーＧｒ１）＜（Ｇｔ２ーＧｒ２））、ステッ
プ１４５で、「メンタルストレス、前回より減少傾向」
の判定がなされる。さらに、今回測定した重心間距離
（Ｇｔ２ーＧｒ２）が前回測定した重心間距離（Ｇｔ１
ーＧｒ１）より小さくなっている場合（（Ｇｔ１ーＧｒ
１）＞（Ｇｔ２ーＧｒ２））、ステップ１４６で、「メ
ンタルストレス、前回より増加傾向」の判定がなされ
る。上記のステップ１４０〜１４６がメンタルストレス
判定手段を構成している。他は第１の実施例と同じであ
る。

【００３３】第２の実施例によれば、メンタルストレス
を判定するにあたり、前回の判定データがあってタスク
状態およびレスト状態の各分布エリアの重心間距離の経
時変化を尺度にして判定しているため、第１の実施例の
効果に加え、さらにメンタルストレスの変化状況を知る
ことができる。なお、ここでは第１、第２の実施例を別
個に説明したが、判定を複数回繰り返す場合には、初回
については第１の実施例の判定アルゴリズムを用い、第
２回目以降は上記第２の実施例のアルゴリズムに従うよ
うに、判定動作の処理フローを組むのが望ましい。

【００３４】次に、第３の実施例について図１５、図１
６により説明する。第３の実施例は交感副交感神経活動
度算出回路におけるＲＲＩデータのばらつきの程度を算
出する手法に周波数解析を用いた例であり、他の構成は
第１の実施例と同じである。図１５の（ａ）はＲＲＩに
対して規則サンプリングした状態を示し、（ｂ）は周波
数解析を説明する図である。

【００３５】まず、図４に示す拍動の時間間隔としての
ＲＲＩを補間して規則サンプリングして、図１５の
（ａ）に示すように、心拍相当データを採取する。サン
プリングされた各データのパワー曲線が（ｂ）に例示さ
れる。そして、所定の周波数Ｆ０、本実施例においては
０．１５Ｈｚを境界として高周波成分と低周波成分にパ
ワーの分離を行なう。すなわち、パワー曲線をＦＦＴ処
理したパワースペクトルの密度関数をＳ（ｆ）とし、低
周波成分はＳ（ｆ）を０からＦ０まで、高周波成分はＦ
０から無限大まで積分することによって得ることがで
き、その高周波成分が副交感神経の活動度を反映してい
る。そして、高周波成分におけるパワーの上昇が副交感
神経のリラックス状態、下降が副交感神経の緊張状態を
表わされる。なお、低周波成分におけるパワーの上昇は
副交感神経の変化過程を、下降は副交感神経の定常過程
を表わしている。

【００３６】図１６は周波数解析の結果を表示した図で
あり、実験遂行時間（ＳＥＣ）に対する周波数成分のパ
ワーを表示したものである。同図に示すように、タスク
遂行部分２０１すなわち集中状態を示す部分に対し、健
常者の高周波成分２０２は変化量が大きく表われ、メン
タルストレス状態の被験者の高周波成分２０３は変化量
が小さく表われる。したがって、この高周波成分の変化
量の差により、メンタルストレスの判定を行なうことが
できる。

【００３７】以上説明したように、第３の実施例によれ
ば、被験者の拍動の時間間隔としてのＲＲＩを補間して
規則サンプリングし、所定の周波数を境にして低周波成
分と高周波成分に分離して周波数解析を行なう。その高
周波成分が副交感神経の活動度を反映しているため、メ
ンタルストレスの状態を客観的に判定することができ
る。

【００３８】本発明は以上のように一時的にタスクを付
加することによって定常的なストレスを判定するが、先
の図９に示したように、メンタルストレス下の状態で
は、タスク状態での非集中、あるいはレスト状態での非
リラックスの現象が生じ、相互の分布エリアは接近する
ことになる。このような「タスク時にタスクに集中でき
ないケース」と「レスト時にリラックスできないケー
ス」はともに要注意となるが、これは被験者がタスクを
所定の負担量で遂行していることを前提としている。し
かし、同一タスクに対する一時的なタスク負担量には個
人差があり、被験者がタスクをのんびりと遂行した場合
には「タスクに集中していないケース」として分布エリ
アに現われる。この「集中していないケース」と上記の
「集中できないケース」とは、基本的に自律神経系への
影響が同じであるため、ＲＲＶ−ＢＥＡＴの２次元平面
上では同様の分布となり、区別が付けにくいおそれがあ
る。

【００３９】そこで、上記の各実施例では、タスクとし
て所定の用紙に丸印を書き込む作業を例示したが、図１
７に示すように、第１の実施例と同様の記入欄３０２に
丸印３０３を記入するにあたり、コンピュータ３００に
対してペン入力可能なボード３０１、ペン３０４を使用
し、コンピュータ３００で実行速度とエラー率を制御し
ながらタスクを実行することもできる。この場合、タス
クおよびレストの時間、達成度管理が容易になって、タ
スクをより効果的に与えることができる。タスクおよび
レストの時間も、それぞれ約１分および２分としたが、
被験者の年齢等に応じて可変設定できるようにするとよ
い。また、コンピュータで実行速度とエラー率とを制御
しながら、被験者に暗算などの作業を強制的に行なわせ
る方法でも可能である。タスクは、被験者に精神的なス
トレスを与えられる内容であれば適用可能である。この
際、被験者に諦めの生じない範囲で強制的に行なわせ
る。

【００４０】つぎに、一時的なタスク負担量を個人差に
合わせて適応的に制御し、付加されるタスクの負担量が
所定の範囲に収まるようにしたさらに他の例を第４の実
施例として説明する。図１８は第４の実施例の構成を示
す図である。このメンタルストレス判定装置では、タス
ク提示制御装置４０１により被験者にタスクを与えつ
つ、心拍相当データ採取器１０２により得られたデータ
に基づいてＲＲＩ検出回路１０３が拍動の時間間隔を検
出するようになっている。また、上記ＲＲＩ検出回路１
０３と交感副交感神経活動度算出回路１０４の間には、
欠陥データ除去回路４０４が設けられている。そして第
１の実施例と同様に、交感副交感神経活動度算出回路１
０４がメンタルストレス判定回路１０５に接続されてい
る。

【００４１】タスク提示制御装置４０１は、提示速度制
御回路４０２とターゲット提示装置４０３とからなる。
ターゲット提示装置４０３は、図１９に示すように、被
験者の面前に置かれたデスクトップコンピュータのディ
スプレイ４１０を含み、このディスプレイ４１０上に丸
印４１２をターゲットとして表示する。提示速度制御回
路４０２は内蔵されたタイマにより、一定時間のタスク
とレストとを繰り返すタイミングを設定するとともに、
上記の丸印４１２を次々に表示させる一方、所定時間後
には消去させるようターゲット提示装置４０３を制御す
る。被験者には、その表示された丸印４１２をそれが消
去されていく前にマウス操作でクリックする作業がタス
クとして課されることになる。

【００４２】提示速度制御回路４０２は上記丸印４１２
の出現から消去までの時間間隔を複数種メモリに記憶し
ているとともに、心拍相当データ採取器１０２と接続さ
れ、現在の心拍数を参照しながら丸印４１２の提示（表
示）時間を選択する。具体的には、図２０に示すよう
に、被験者の平常時の心拍数の数％増しを目標心拍数と
し、タスク中の被験者の推移していく現在心拍数と比較
しながら、ターゲット丸印の出現消去の提示速度を選択
していく。原則的には、現在心拍数が目標心拍数より低
ければ提示速度を上げてタスク難易度を増大させ、現在
心拍数が目標心拍数より高ければ提示速度を下げてタス
ク難易度を減少させる。

【００４３】一方、ＲＲＩ検出回路１０３は心拍相当デ
ータからＲＲＩのデータを検出して交感副交感神経活動
度算出回路１０４に出力するが、その間、心拍相当デー
タに不整脈などによる欠陥データがある場合には、それ
に基づくＲＲＩのデータは欠陥データ除去回路４０４に
よりスキップされる。

【００４４】図２１、図２２はタスク提示制御装置４０
１におけるタスク提示の処理の流れを示すフローチャー
トである。まずステップ６０１において、タスク、レス
トの繰り返しが開始される前に基準計測が行なわれる。
ここでは、被験者が椅子に座った安静状態を確保したあ
と２分間測定することにより平常時の心拍数を計測し
て、その平均値を基準心拍数Ｎｋ（回／分）とする。
そしてステップ６０２で、目標心拍数を基準心拍数の５
％増し、すなわちＮｔ＝１．０５＊Ｎｋとして設定す
る。

【００４５】次いでステップ６０３において、内部タイ
マのカウントに基づいてタスク開始のタイミングがチェ
ックされ、ディスプレイ上の文字表示やコンピュータの
ビープ音とともに、タスクの開始が表示されるととも
に、ステップ６０４で、まず提示速度の初期値が選択さ
れる。提示速度は１個のターゲットが提示されてから次
のターゲットが提示されるまでの時間間隔で表わされ
る。ここでは、１ターゲット（丸印）当たり４５０、５
００、６２５、７５０、８７５、１０００ｍｓｅｃの６
種の提示速度がメモリに準備されており、初期値はタス
ク遂行に無理のない７５０ｍｓｅｃとしてある。

【００４６】ステップ６０５では、ディスプレイ上にこ
の時間間隔で丸印（ターゲット）が１個ずつ順次に提示
されるとともに、提示速度に同期して順次消去されてゆ
き、ディスプレイ上には常時一定数（例えば５個程度）
のターゲットが表示されるように制御される。このタ
スクが１０ｓｅｃの間継続される。マウスでクリックで
きずに消去したターゲットはエラーとしてその個数Ｐｅ
が逐次記憶される。またこの間、現在心拍数も継続的に
計測される。

【００４７】このあと、ステップ６０６で、タスク、レ
ストの繰り返しタイミングとして設定されたタスク時間
（例えば１分）が終了しているかどうかがチェックされ
る。終了していなければ、次のステップ６０７におい
て、上記１０ｓｅｃの経過後エラー個数Ｐｅがチェック
される。ここでエラー個数が３個以上の場合には、被験
者に諦めが生じている可能性が高いため、ステップ６０
８に進んで、現在心拍数にかかわらず、提示速度を１段
下げ、例えば８７５ｍｓｅｃに変更してステップ６０５
に戻る。

【００４８】ステップ６０７のチェックでエラー個数が
３未満のときには、ステップ６０９に進み、１０ｓｅｃ
間の平均の現在心拍数Ｎｐ（回／分）が求められる。次
のステップ６１０では、現在心拍数Ｎｐが目標心拍数Ｎ
ｔを含む所定幅と比較される。現在心拍数Ｎｐが（Ｎｔ
−１）より低い場合には、ステップ６１１で提示速度を
１段上げてタスク難易度を増大させ、現在心拍数Ｎｐが
（Ｎｔ＋１）より高い場合には、ステップ６１２で提示
速度を１段下げてタスク難易度を減少させる。そして、
現在心拍数Ｎｐが（Ｎｔ−１）と（Ｎｔ＋１）の間にあ
るときは、同じ提示速度を維持する。このあと、ステッ
プ６０５に戻る。こうして、タスク遂行の間１０ｓｅｃ
ごとにエラーチェックおよび所定の提示速度更新が行な
われる。

【００４９】ステップ６０６のチェックで、タスク時間
が終了していると判断されたときには、ステップ６１３
に進み、あらかじめ設定された一連のタスク、レストの
繰り返し提示が終了したかどうかがチェックされる。終
了していなければ、ステップ６０３に戻り、所定のレス
トのあと次回のタスクが開始され、上述のフローが繰り
返される。また、一連のタスク、レストの繰り返し提
示が終了していれば、処理終了となる。

【００５０】次に、図２３は心拍相当データ採取から交
感副交感神経活動度算出にわたる動作の流れを示す。こ
こでは、図６、図７の第１の実施例におけるフローのス
テップ１１４と１１５の間にステップ７０１とステップ
７０２が追加されている。ステップ１１４で、ＲＲＩデ
ータが検出されたあと、ステップ７０１では、欠陥デー
タ除去回路４０４において、拍動の時間間隔が所定の範
囲内にあるかどうかがチェックされる。ここでは、新規
のデータＲＲＩ（１）検出に際してその直前のデータＲ
ＲＩ（０）を参照し、（１／２）ＲＲＩ（０）から（３
／２）ＲＲＩ（０）の範囲を検出範囲として設定する。
不整脈で拍動が欠けるとＲＲＩは通常の約２倍になるか
らこのチェックで検出できる。すなわち、ＲＲＩ（１）
が上記範囲内にあるときはそのまま交感副交感神経活動
度算出回路１０４に送られて次のステップ１１５に進む
が、上記範囲にないときは誤差を含んだ値として、交感
副交感神経活動度算出回路１０４には送られず、ステッ
プ７０２で時間情報のみが更新されたあと、ステップ１
１５に進む。

【００５１】なお（１／２）から（３／２）の設定は、
精神的タスクでは５０％以上の瞬時変化はないことによ
っている。通常の生活を営んでいる被験者における不整
脈はその現象が生じてもその後はまた通常の拍動に戻る
ため、その後の拍動は再び判定に利用できる。

【００５２】ステップ１１５では、交感副交感神経活動
度算出回路１０４において、ＲＲＩデータのばらつきの
程度を算出する。その他は図６、図７のフローと同じで
ある。

【００５３】これによれば、ＲＲＩ検出回路１０３と交
感副交感神経活動度算出回路１０４の間に欠陥データ除
去回路４０４が設けられ、拍動の時間間隔が直前のデー
タに対して所定の範囲内にあるのみをデータとして用い
るようにしているので、不整脈で拍動が欠けたような場
合にも、精度の高い判定が行われる。ここでは、タスク
提示制御装置４０１が被験者に一時的ストレスを与える
タスク提示手段を構成している。

【００５４】本実施例は以上のように構成され、提示速
度制御回路を有するタスク提示制御装置を備え、ターゲ
ットの提示速度によりタスク難易度を変化させて、被験
者に常に一定の負担量のタスクを付加するようにしたの
で、タスク時に「集中していないケース」と「集中でき
ないケース」とが区別困難となることが防止され、判定
の精度が一層向上する。また、欠陥データ除去回路によ
り拍動の時間間隔が直前のデータに対して所定の範囲内
にあるものだけをデータとして用いるようにしているの
で、不整脈で拍動が欠けることがある場合にも、高精度
の判定が維持される。

【００５５】なお、実施例ではデスクトップのディスプ
レイ４１０にターゲットを提示する例を示したが、タス
ク提示制御装置を携帯端末に組み込み、また心拍相当デ
ータとして指先などから検出可能の脈波を用いることに
より、全体装置が小型軽量に構成されるので、心拍相当
データを簡単かつ頻繁に採取でき、詳細な判定、解析が
容易となるメリットがある。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るメン
タルストレス判定装置によれば、被験者に一時的ストレ
スを与えるタスク提示手段を備え、被験者の心拍相当デ
ータを採取して拍動間隔を検出し、拍動間隔データに基
づいて算出するタスク状態における交感副交感神経活動
度とレスト状態における交感副交感神経活動度の比較に
よりメンタルストレスを判定するものとしたから、従来
主観評価でのみしか評価し得なかった定常的なメンタル
ストレスに対し、生理学的な背景に基づいた精度の高い
客観的判定ができる。

【００５７】そして、上記のメンタルストレスを、複数
の異なる時間で測定された同一被験者のタスク状態およ
びレスト状態における交感副交感神経活動度に基づい
て、タスク遂行に伴なう被験者の反応の変化により判定
すると、メンタルストレスの変化状況を容易に知ること
ができ、判定精度の向上を図ることができる。また、被
験者にタスクを与えるにあたり、タイマにより、被験者
に一定時間のタスクとレストとを交互に行なうように、
時間の提示を行なうことにより、被験者に対して簡易な
タスクを与えることができ、心拍相当データが簡単に採
取できる。

【００５８】また、タスクをコンピュータに対する入力
作業とし、付加されるタスクの負担量が所定の範囲に収
まるようにコンピュータにより実行速度を制御しながら
被験者に入力を行なわせることにより、心拍相当データ
が簡易な方法で容易に採取されるとともに、個人差によ
る影響を受けることなくメンタルストレス状態を精度よ
く識別できる。この際、ディスプレイ上に複数のターゲ
ットを所定の提示速度で順次表示、消去し、ターゲット
をクリックする操作のエラー量に応じてターゲットの提
示速度を変化させることにより、被験者に付加されるタ
スクの負担量を容易に制御することができる。

【００５９】また、拍動間隔データから交感副交感神経
活動度としてタスク状態とレスト状態における正規化分
散および平均心拍数を算出し、該正規化分散および平均
心拍数の２次元分布エリアを求めて、両分布エリアの重
なりがあるときはメンタルストレスがあり、面積の重な
りがないときはメンタルストレスがないことが判定でき
るため、客観的な判定ができる。また、前回測定と今回
測定におけるタスク状態およびレスト状態の分布エリア
の各面積の重心間距離の経時変化を求めることにより、
メンタルストレスの変化状況を知ることができ、判定精
度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】第１の実施例の使用状態を示す図である。

【図３】第１の実施例におけるタスクの提示タイミング
を示す図である。

【図４】第１の実施例における心拍の測定原理を説明す
る図である。

【図５】第１の実施例におけるメンタルストレスの判定
要領を説明する図である。

【図６】第１の実施例におけるメンタルストレス判定の
動作の流れを示すフローチャートである。

【図７】第１の実施例におけるメンタルストレス判定の
動作の流れを示すフローチャートである。

【図８】第１の実施例におけるタスクを説明する図であ
る。

【図９】第１の実施例におけるメンタルストレスの判定
原理を説明する図である。

【図１０】第１の実施例における判定例を説明する図で
ある。

【図１１】第１の実施例における判定例を説明する図で
ある。

【図１２】第１の実施例におけるメンタルストレス判定
回路の動作を説明する図である。

【図１３】第１の実施例におけるメンタルストレス判定
回路の判定例を示す図である。

【図１４】第２の実施例におけるメンタルストレス判定
回路の動作を説明する図である。

【図１５】第３の実施例におけるメンタルストレスの判
定原理を説明する図である。

【図１６】第３の実施例におけるメンタルストレスの判
定要領を説明する図である。

【図１７】他のタスク例を示す図である。

【図１８】第４の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図１９】第４の実施例におけるタスク提示例を示す図
である。

【図２０】タスク提示速度の制御要領を示す図である。

【図２１】タスク提示の処理の流れを示すフローチャー
トである。

【図２２】タスク提示の処理の流れを示すフローチャー
トである。

【図２３】第４の実施例におけるメンタルストレス判定
の動作の流れを示すフローチャートである。

【図２４】従来のストレスレベル測定装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２５】従来のストレスレベル測定装置の測定原理を
説明する図である。

【符号の説明】

１００メンタルストレス判定装置１０１タスク／レスト提示器１０２心拍相当データ採取器１０３ＲＲＩ検出回路１０４交感副交感神経活動度算出回路１０５メンタルストレス判定回路３００コンピュータ３０１ボード３０２記入欄３０３丸印３０４ペン４０１タスク提示制御装置４０２提示速度制御回路４０３ターゲット提示装置４０４欠陥データ除去回路４１０ディスプレイ４１２丸印

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−313494（ＪＰ，Ａ) 特開平７−231880（ＪＰ，Ａ) 特開平６−70898（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/00 - 5/0488 A61B 5/16 A61B 10/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被験者に一時的ストレスを与えるタスク
提示手段と、被験者の心拍相当データを採取する心拍
相当データ採取手段と、該心拍相当データ採取手段に
より採取した心拍相当データに基づいて、拍動間隔を検
出する拍動間隔検出手段と、該拍動間隔検出手段により検出した拍動間隔データに基
づいて、前記タスク提示手段によりストレスが与えられ
たタスク状態における交感副交感神経活動度とタスク提
示手段によりストレスが与えられていないレスト状態に
おける交感副交感神経活動度とを算出する交感副交感神
経活動度算出手段と、該交感副交感神経活動度算出手段により算出したタスク
状態における交感副交感神経活動度とレスト状態におけ
る交感副交感神経活動度の比較に基づいて、メンタルス
トレスを判定するメンタルストレス判定手段とを具備し
たことを特徴とするメンタルストレス判定装置。
【請求項２】前記メンタルストレス判定手段は、複数
の異なる時間で採取された心拍相当データによる同一被
験者のタスク状態における交感副交感神経活動度とレス
ト状態における交感副交感神経活動度に基づいて、前記
タスク遂行に伴なう被験者の反応の変化を観測すること
により、メンタルストレスを判定することを特徴とする
請求項１記載のメンタルストレス判定装置。
【請求項３】前記タスク提示手段は、タイマを備え、
被験者に一定時間のタスクとレストとを交互に行なうよ
うに、タイマにより時間を提示することを特徴とする請
求項１または２記載のメンタルストレス判定装置。
【請求項４】前記タスク提示手段は、コンピュータを
備え、タスクは該コンピュータに対する入力作業とし、
付加されるタスクの負担量が所定の範囲に収まるように
前記コンピュータにより実行速度を制御しながら被験者
に入力を行なわせるものであることを特徴とする請求項
１、２または３記載のメンタルストレス判定装置。
【請求項５】前記タスク提示手段は、ディスプレイ上
に複数のターゲットを所定の提示速度で順次表示すると
ともにそれぞれ所定時間後に消去し、前記入力作業は、
各ターゲットが表示されている間に該ターゲットにカー
ソルを重ねてクリックする操作であり、タスク提示手段は所定の設定時間ごとの操作ミス量に応
じてターゲットの前記提示速度を変化させるものである
ことを特徴とする請求項４記載のメンタルストレス判定
装置。
【請求項６】前記交感副交感神経活動度算出手段は、
交感副交感神経活動度として、前記拍動間隔データから
タスク状態における正規化分散および平均心拍数とレス
ト状態における正規化分散および平均心拍数を算出し、
該正規化分散および平均心拍数をそれぞれ２次元平面上
におけるタスク状態の分布エリアおよびレスト状態の分
布エリアとして求め、前記メンタルストレス判定手段は、前記タスク状態の分
布エリアとレスト状態の分布エリアとの面積の重なり率
に基づいて、メンタルストレスを判定することを特徴と
する請求項１、２、３、４または５記載のメンタルスト
レス判定装置。
【請求項７】前記交感副交感神経活動度算出手段は、
交感副交感神経活動度として、前記拍動間隔データから
タスク状態における正規化分散および平均心拍数とレス
ト状態における正規化分散および平均心拍数を算出し、
該正規化分散および平均心拍数をそれぞれ２次元平面上
におけるタスク状態の分布エリアおよびレスト状態の分
布エリアとして求め、前記メンタルストレス判定手段は、前回測定および今回
測定における前記タスク状態を表わす分布エリア面積の
重心とレスト状態を表わす分布エリア面積の重心との間
の距離の経時変化からメンタルストレスの変化を判定す
ることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載
のメンタルストレス判定装置。