JP3581361B1

JP3581361B1 - 脳活動測定装置

Info

Publication number: JP3581361B1
Application number: JP2003170121A
Authority: JP
Inventors: 利光武者; 紀之武; 勇輔望月
Original assignee: BRAIN FUNCTIONS LABORATORY, INC.
Current assignee: BRAIN FUNCTIONS LABORATORY, INC.
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: US20040171960A1; EP1447045A1; JP2005021176A

Abstract

【課題】頭部のどの部位において機能劣化が進行しているのかを示すことのできる脳活動測定装置を提供する。
【解決手段】被験者の頭部に複数個の脳波センサを取り付けて該被験者の頭皮上電位を測定し、該測定頭皮上電位中のアルファ波成分を数値データに変換して各サンプリング時点についての双極子度を求め、該双極子度のピーク発生時点における等価双極子による頭皮上電位と該測定頭上電位との二乗誤差の一定時間範囲内の平均値又は該平均値からのバリアンスを各脳波センサについて求め、これらの平均値又はバリアンスの頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して出力する。或いは、それぞれのセンサによって記録された電位の二乗を数秒にわたって平均し、これらの平均値のバリアンスを多数の基準者について求め、基準者集団についての該バリアンスの平均値と標準偏差を求めておき、個々の被験者の該バリアンスが基準者集団の該標準偏差のどの範囲にあるかによってランク付けをして、その値をセンサに相当する脳表面に割つけてマップを描く。これらのマップによりニューロン機能の局所的な劣化度を示す。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は脳活動測定装置に関し、特に老人性痴呆障害等の脳活動障害を判定するために脳活動を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
老人性痴呆に関しては、９０歳では３０％近くが痴呆状態になっているという統計もあり、これからの高齢化社会にとって大きな問題になりつつある。
これに伴い、このような痴呆障害をできるだけ早期に発見し重度の痴呆状態に至る前にその治療を行うことが望まれているが、この痴呆障害の測定（判定）は従来より下記に示すような方法で行われている。
【０００３】
（１）長谷川式簡易知能評価スケール（ＨＤＳ）
（２）国立精研式痴呆スクリーニング・テスト
（３）Ｎ式精神機能検査
（４）精神状態質問表（ＭＳＱ：ＭｅｎｔａｌＳｔａｔｅｓＱｕｅｓｔｉｏｎｎａｉｒｅ）
（５）ミニ・メンタル・ステート検査（ＭＭＳＥ）法
（６）柄澤式「老人知能の臨床的判断基準」
（７）ファンクショナル・アセスメント・ステージング（ＦＡＳＴ）法
（８）クリニカル・ディメンシア・レーティング（ＣＤＲ）法
（９）ＧＢＳスケール
（１０）Ｎ式老年者用精神状態尺度（ＮＭスケール）
上記のような従来の痴呆症測定方法は、全て医師が被験者（患者）に対して問診する形式を採用しているため、次のような問題点があった。
【０００４】
▲１▼聞き手が介在するため、その聞き手と被験者との固有の人間関係についての依存性が大きく、回答が常に客観的に正確に得られるとは限らず、判定結果にバラツキが生ずる。
▲２▼被験者がテストを繰り返す内に問診内容を学習してしまうことがあり、やはり客観的な判定結果が得られなくなる。
【０００５】
▲３▼被験者が回答を拒否することもある。
▲４▼初期痴呆症については識別能が低い。
また、ＳＰＥＣＴ（ＳｉｎｇｌｅＰｈｏｔｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）やＰＥＴ等を利用した方法は、放射性物質を血管内に注入し、それが脳内で放射線される放射線量計量の手がかりにするので、被爆があり、また診断コストが非常に高くなってしまう。
【０００６】
そこで本願出願人は、安価で、非侵襲的、高感度、高信頼度で、しかも操作が簡単な脳活動測定（判定）方法及び装置を既に提案した（例えば、特許文献１参照。）。これを以下に説明する。
脳皮質内のニューロンが活動するときには起電力が発生し、皮質面に直角方向に電流が流れ、頭皮上に電位分布を発生する。この電位分布を脳内に仮定した一つの電流双極子で近似することができる。双極子がセンサ位置に発生する電位と測定電位との二乗誤差値をすべてのセンサについて平均した値が最小になるような双極子を等価双極子という。
【０００７】
帯域を限定した脳波に対する等価双極子はセンサで記録された電位分布の間を通って頭皮上に滑らかな電位分布を作る。双極子度は等価双極子電位の近似度を表わしており、センサ位置でのこれら２種の電位の間の二乗誤差の平均値を最小にする。したがって双極子度は頭皮上電位の滑らかさの指標になる。皮質内ニューロン活動が一様であると双極子度は１に近いが、ニューロン活動に不均一が生じると、双極子度は減少する。双極子度の減少はニューロン活動の低下を表している。狭帯域脳波の双極子度は時間に関して概周期的に変動するので、そのピーク値の平均を平均双極子度という。
【０００８】
そして平均双極子度には閾値があり、それを境にして正常と痴呆症の区別ができることが明らかになったので、これに基づいて痴呆症、特にアルツハイマー型痴呆の定量化が可能になり、ある正診率で正常と痴呆症を識別することが可能になった。
【０００９】
双極子度のピーク値は時間的に揺らいでおり、ニューロン機能劣化に伴ってその標準偏差は増加する。このような標準偏差にも閾値があり、その閾値よりも標準偏差が大になるとアルツハイマー型痴呆症であると診断することができる。
アルファ波に関する平均双極子度Ｄ_αはアルツハイマー病の進行に伴って減少し、両側頭葉から頭頂葉にかけての脳血流量が平均双極子度Ｄ_αと正の相関を持って減少することがＳＰＥＣＴによって確かめられた。これは初期のアルツハイマー病に特徴的な傾向である。
【００１０】
被験者の頭部を球形状と仮定すると双極子度の計算が非常に簡単になる。この方法は、計算が非常に簡単になり、またＭＭＳＥ法のように判定結果にバラツキが生じることも少なく、さらにはＳＰＥＣＴ法などに比べてコストが大幅に低減でき、さらに正常と異常の識別感度が向上する。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２４８０８７号公報（要約、図１）
【００１２】
【発明がしようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１の場合には、被験者の脳の全体的な平均値による機能劣化は識別可能であっても、劣化の位置情報が無いため頭部のどの部位において機能劣化が進行しているのかを判定することができないという問題があった。
【００１３】
従って、本発明は、頭部のどの部分において機能劣化が進行しているのかを示すことのできる能活動測定装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る脳活動測定装置は、被験者の頭部に複数個の脳波センサを取り付けて該被験者の頭皮上電位を測定し、該測定頭皮上電位中のアルファ波成分を数値データに変換して各サンプリング時点についての双極子度を求め、該双極子度のピーク発生時点における等価双極子による頭皮上電位と該測定頭上電位との二乗誤差の一定時間範囲内の平均値を各脳波センサについて求めることによって脳機能劣化の位置情報を得ることができるので、センサ位置での脳機能劣化に関係する上記二乗誤差を内挿して二乗誤差の頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して出力することを特徴としている。
【００１５】
すなわち、上記の特許文献１と同様に、被験者の頭部に取り付けた脳波センサによって測定された頭皮上電位から図１に示すような双極子度を上記の従来技術と同様に求める。この場合の双極子度は全サンプリング時点（同図の例では５１２サンプル）について求める。
【００１６】
ただし本発明においては、このようにして求めた双極子度のデータそのものを使用するのではなく、双極子度のピーク発生時点（同図Ｐ１、Ｐ２・・・・Ｐ７０）を求める。サンプル毎の各双極子度を求める際には、等価双極子による頭皮上電位と実際に測定した頭皮上電位との二乗誤差が既に得られているので、各ピーク発生時点における二乗誤差を取り出し、一定の時間範囲内についての平均値を求める。
【００１７】
そして、このような二乗誤差の指定時間範囲での平均値を各脳波センサについて求めると、頭部の平面内に位置する各脳波センサにおける二乗誤差の平均値が求められるので、図２に示すように、これらの平均値の頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して出力する。
【００１８】
これにより、一定の時間範囲内における被験者の脳活動の空間的な様子が分かる。
すなわち、脳皮質のニューロン機能が劣化している部分では皮質面上の電流分布が不均一になるので、等価双極子による頭皮上電位分布からのずれが、その部分で局所的に大きくなる。これが、上記のようにして求めた等高線マップにおける濃密な部分である。
【００１９】
この等高線マップは、色が濃くなるに従って値が低くなるものであり、太線Ａ及びＢで示した領域がＳＰＥＣＴによって求めた血流量の低下部分で、すなわち脳活動の機能劣化位置と一致している。
すなわち、図３（１）に示すように極めて正常な被験者について得られる等高線マップは外側に向って滑らかに凸状態となっているが、痴呆症が始まると、同図（２）に示すように、大脳皮質神経細胞のモザイク的な劣化により、皮質面で不均一になるので、その結果として、頭皮上電位の等電位線は部分的に内側に向って凸状態となる歪んだ等電位線部分▲１▼〜▲５▼となっている。
【００２０】
同図（２）の被験者について、ＳＰＥＣＴによって計測した脳血流低下量を標準脳にマップしたのが、同図（３）に示されており、同図（２）に示した内側に向かって凸状態となっている部分▲１▼〜▲５▼と対応していることが分かる。
このように、各サンプル時点での測定電位に対する双極子度は、時間的に波打つので、極大値のみを捉えてその発生時点における各センサ位置での測定値と双極子電位の二乗誤差を計算し、等高線マップを描いた。この等高線マップは局所的なニューロン活動の不活性化を示している。この等高線マップは時間的に変動するので、与えられた一定時間範囲内での二乗誤差の時間的な平均値を求めて、頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを描いたのが上記の発明である。
【００２１】
一方、例えば、脳梗塞により局所的に脳機能が劣化すると、劣化位置が固定しているので、等高線マップの時間的な動きは少ない。従って、平均値だけでは、アルツハイマーによるものか、脳梗塞による血管性痴呆かの区別はつかないが、等高線マップの動きを見るとこれらは区別できる。この動きの存在を見るためには、センサ位置での二乗誤差の平均値の代わりに、この平均値の周りの該二乗誤差の変動を表すバリアンス（分散）を用いればよい。
【００２２】
平均値の等高線マップからニューロンの局所的な機能劣化が検知されたが、このバリアンスの値が小さいときには、脳梗塞による局所的脳機能劣化の可能性が大きいと判断できることになる。
なお、頭皮上の電位分布から脳表面にマップする方法は既に知られている方法を用いればよい。
【００２３】
上記のように双極子度や等価双極子を用いて脳内のニューロン活動を測定する装置の他、本発明では、測定した頭皮上電位に対して標準偏差という概念を用いることにより等高線マップを生成し、以て脳活動を測定することも可能である。
このため本発明では、基準者の頭部に取り付けた複数個の脳波センサによって頭皮上電位を測定してその中のアルファ波成分を数値データに変換し、各センサについて、該数値データから指定測定時間内の短い時間区間毎の二乗平均値を求め、該二乗平均値の該指定時間内における規格化された標準偏差を求めると共に、該規格化標準偏差を複数の基準者について求めて、それらの平均値とこの平均値に対する基準者間標準偏差を求めて保存しておき、被験者について同様にして求めた規格化標準偏差が、該基準者の規格化標準偏差平均値から隔たっているレベルを該基準者間標準偏差に基づき且つ該基準者の規格化標準偏差平均値の正側か負側かで異ならせて判別することを特徴とした脳活動測定装置が提供される。
【００２４】
すなわち、本発明では基準者（例えば脳活動が正常であると認められる者）の脳波データを予め取っておき、このデータと、被験者について取得した脳波データとを、標準偏差に関連させて比較して脳活動の判別を行おうとするものである。
【００２５】
このため、まず基準者の頭部に複数個の脳波センサを上記と同様に取り付け、この脳波センサによって測定した頭皮上電位から数値データを求める。
そして、この数値データに基づき、各センサ毎に次のようなデータを求めて保存しておく。
【００２６】
すなわち、該数値データから一定の測定時間（指定期間）内の短い時間区間毎に二乗平均値を求め、これらの二乗平均値の上記の指定時間内における規格化（正規化）された標準偏差を求める。この規格化された標準偏差を求めるに当たっては、上記の短い時間区間毎の二乗平均値を指定時間内において平均し、この平均値の回りの標準偏差を求めると共に、この標準偏差を上記の平均値で割ることにより、求められることとなる。なお、このように標準偏差そのものではなく、規格化された標準偏差を求めるのは、脳波の振幅の影響を排除するためである。
【００２７】
このようにして求めた規格化された標準偏差は一人の基準者に対するものであるので、多数の基準者における該規格化された標準偏差を求め、これらの平均値とこの平均値に対する標準偏差（基準者間標準偏差）を求めて保存しておく。
このようにして基準者の基準データが得られた後、今度は被験者についての比較データを求める。
【００２８】
すなわち、被験者についても同様にして指定測定時間内の短い時間区間毎に二乗平均値を求め、これらの二乗平均値の指定時間内における規格化された標準偏差を求める。
そして、このようにして求めた被験者の規格化された標準偏差が、上記のように求めた基準者の規格化された標準偏差の平均値からどの程度隔たっているかを示すレベルを、上記の基準者間標準偏差に基づいて判別する。
【００２９】
この場合、基準者の規格化された標準偏差の平均値から隔たっているレベルを該平均値の正側と負側で異ならせる。
このようにして、被験者の規格化された標準偏差が、基準者の規格化された標準偏差平均値から遠ざかれば遠ざかるほど、ニューロン活動が基準者より異常に不安定な部位か（該平均値の正側の場合）、或いは異常に安定した部位か（該平均値の負側の場合）を識別することが可能になる。
【００３０】
なお、各レベルを、頭皮上のセンサ位置に対応して予め求めた脳表面上の位置に射影すると共にそれらを補間して該脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して着色することも可能である。
このように、それぞれのセンサによって記録された電位の二乗を数秒にわたって平均し、これらの平均値のバリアンスを多数の基準者について求め、基準者集団についての該バリアンスの平均値と標準偏差を求めておき、個々の被験者の該バリアンスが基準者集団の該標準偏差のどの範囲にあるかによってランク付けをして、その値をセンサに相当する脳表面に割つけてマップを描く。これらのマップによりニューロン機能の局所的な劣化度を示す。
【００３２】
本発明では、さらにコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することができる。このプログラムは、脳活動を測定するために、被験者の頭部に複数個の脳波センサを取り付けて測定した該被験者の頭皮上電位中のアルファ波成分の数値データに基づいて各サンプリング時点についての双極子度を求め、該双極子度のピーク発生時点における等価双極子による頭皮上電位と該測定頭皮上電位との二乗誤差の一定時間範囲内の平均値又は該平均値からのバリアンスを各脳波センサについて求め、これらの平均値又はバリアンスの頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して出力する手順を備えている。
【００３３】
さらに本発明では、脳活動を測定するために、基準者の頭部に取り付けた複数個の脳波センサによって頭皮上電位を測定してその中のアルファ波成分を数値データに変換し、各センサについて、該数値データから指定測定時間内の短い時間区間毎の二乗平均値を求め、該二乗平均値の該指定時間内における規格化された標準偏差を求めると共に、該規格化標準偏差を複数の基準者について求めて、それらの平均値とこの平均値に対する基準者間標準偏差を求めて保存しておき、被験者について同様にして求めた規格化標準偏差が、該基準者の規格化標準偏差平均値から隔たっているレベルを該基準者間標準偏差に基づき且つ該基準者の規格化標準偏差平均値の正側か負側かで異ならせて判別する手順をコンピュータに実行させるためのプログラムも提供される。
【００３４】
このプログラムでは、各レベルを、頭皮上のセンサ位置に対応して予め求めた脳表面上の位置に射影すると共にそれらを補間して該脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して着色することも可能である。
本発明ではさらに、上記のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体も提供される。
【００３５】
なお、上記の一定時間範囲の平均値又はバリアンスをさらに全時間範囲について求め、これらの平均値又はバリアンスの等高線マップを作成して出力することも可能である。
さらに、該双極子度として、該データの内の所定周波数成分を抽出すると共に頭部内に仮定した１つ以上の電流双極子が各脳波センサの位置に作る電位分布と各データによって示される各脳波センサの測定電位との二乗誤差の平均値が最小になる１つ以上の等価双極子を決定したときの近似度を示す値を用いることもできる。この場合の頭部は球状モデルを採用することができる。
【００３６】
また、上記の脳波センサの代わりに脳磁センサを用い、該電位の代わりに磁場を用いてもよい。
該頭皮上電位を端末装置で検出し、該データを通信回線を経由して計算センターに送り、該計算センターが該データから該マップを作成し、該通信回線を介して該端末装置に送り返してもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明に係る脳活動測定装置の一実施例を示したものである。
この実施例では、まず、頭部１に例えば２１個前後の脳波センサ又は脳磁センサ（電極）群２_１〜２_２１（以下、符号２で総称することがある）を装着して脳内神経活動に基づく電位を測定するか、或いは、予めセンサを配置したキャップを被る。なお、この場合のセンサ２は、International １0-２0 standardによって決められた位置に配置する。
【００３８】
センサ２からの測定電位は増幅器３及びマルチプレクサ４を介してアナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）５に供給され、ディジタル化された測定電位（脳波）データは入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１５を介してコンピュータ１０に供給される。なお、入力インタフェース１５では該データを予め指定した周波数帯域（例えばアルファ波）を持つ成分のみをディジタル・フィルタリング処理を行って取り出して以下の処理を行うことが出来る。
【００３９】
コンピュータ１０内ではＣＰＵ１１がバス１２を介してＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、入力インタフェース１５、及び出力インタフェース１６に接続されている。上記ＲＯＭ１３は等価双極子を求める上記のプログラム等を記憶した媒体であり、ＲＡＭ１４はディジタイザー２３、キーボード２４、Ａ／Ｄ変換器５からの脳波データを記憶するメモリである。
【００４０】
なお、この脳波データは、図５に示すように、この場合のみデータ転送端末装置として動作するコンピュータ１０のインタフェース１７から、インターネット等の通信回線４１を経由して演算装置としての計算センター４２に送り、ここで解析した結果を再び通信回線１４を経由して臨床現場のコンピュータ１０に送り返し、ＣＲＴ３１又はプリンタ３２などの出力装置において出力して医師が診断の材料とするように構成してもよい。この場合は、プログラムとその記録媒体は計算センターに装備される。
【００４１】
また、入力インタフェース１５には、図１又は図２に示したグラフの特性データを格納した外部記憶装置２５が接続され、出力インタフェース１６にはコンピュータ１０の演算結果（痴呆度としてのＭＭＳＥ値）を表示するＣＲＴ等の表示装置３１と表示装置３１に表示されたデータや波形を記憶するプリンタ３２が出力装置として接続されている。なお、外部記憶装置２５は用いずに、全てＲＯＭ１３にプログラム等を格納しておいてもよい。
【００４２】
処理例（１）
上述の構成における本実施例の動作を図６に示すフローチャートにより以下に説明する。
まず、頭部１に示されたセンサ群２を配置した後（ステップＳ１）、図示しない電源を“オン”してコンピュータ１０を初期状態に設定する（ステップＳ２）。
【００４３】
次に、各種演算用のプログラム及び信号処理用のプログラム等を外部記憶装置２０から読み出してコンピュータ１０内のＲＡＭ１４に格納する（ステップＳ３）。この様なプログラムはコンピュータ１０内の不揮発性メモリであるＲＯＭ１３内に予め記憶して置いてもよい。
【００４４】
次に、頭部１に載置した２１個のセンサ２_１〜２_２１から脳内神経活動に基づく電位測定を一定のサンプリング時間間隔で行う（ステップＳ４）。これは、図１に示した例では、５秒間の一定時間範囲を、約１０ｍｓ間隔で５１２サンプリングしており、この一定時間範囲を２分間繰り返すものである。
【００４５】
この後、アルファ波等の特定周波数帯域にピークを有する脳波成分をディジタルフィルタ処理を行って分離する（ステップＳ５）。
次に、マップを作成するための全サンプリング時間範囲を指定する（ステップＳ６）。これは、上述の如く、図１に示した１つのサンプリング時間範囲（５秒間）を２分間に渡って指定するものである。
【００４６】
そして、全サンプリング時間範囲（２分間）が終了したか否かを判定し（ステプＳ７）、終了しない間は下記のステップＳ８〜Ｓ１１を繰り返し実行する。
まず、ステップＳ８においては、サンプリングされた頭皮上測定電位の全てについて等価双極子を計算する。
【００４７】
すなわち、このステップＳ８においては、上述したように、コンピュータ１０のＣＰＵ１１は、頭部内の所定位置に仮定した例えば１つの電流双極子が発生する頭皮上の各電極位置の電位（Ｖｃ）を計算し、ステップＳ４で測定した電位（Ｖｍ）との二乗誤差の平均値を求め、この二乗誤差平均値を最小とするような電流双極子の位置とモーメントを求め、この二乗誤差が基準値以下に収束するまでこのような処理を繰り返し、二乗誤差が収束して基準値以下になったとき、この位置の電流双極子を等価双極子としてその位置をＲＡＭ１４に記憶する。
【００４８】
上記の演算過程で求めた二乗誤差は、やはりＲＡＭ１４に記憶しておく。これは各センサ２_１〜２_２１毎に行う。
この後、双極子度を計算する（ステップＳ９）。すなわち、等価双極子が、実測された電位に対してどの程度近似しているかを示す双極子度ｄ（この時点では未だ平均値ではない。）を次式（１）及び（２）に示すように計算する。
【００４９】
【数１】

【００５０】
【数２】

【００５１】
なお、上記の式（１）及び（２）においては、Ｍはセンサ２の数を示し、また、Ｖｍａ及びＶｃａはそれぞれ測定値及び計算値の平均値を示している。正常被験者については双極子度ｄ≒１である。
このようにして、１０ｍｓ毎にサンプリングされた頭皮上測定電位の各々について求められた双極子度ｄについてのピークを検出する（ステップＳ８）。これは、図１に示したように、５秒間の１つのサンプリング時間範囲内で生じたピークＰ１〜Ｐ７０を、この５秒間が終了した後に一旦ＲＡＭ１４に記憶しておくことにより検出することができる。
【００５２】
そして、このピーク発生時点の上記二乗誤差をＲＡＭ１４から読み出すと共に、その合計の平均値を、各センサ毎に、１つのサンプリング時間範囲内（５秒間）で求める（ステップＳ１０）。
すなわち、これは、例えば図１におけるピークＰ３０において、等価双極子を算出する過程で求められた、２１個のセンサ２_１〜２_２１による測定電位と等価双極子による頭皮上電位との二乗誤差を流用して、１つの時間範囲内の各センサ毎の平均値を算出する。すなわち、図１の例で言えば、ピークＰ１〜Ｐ７０についてそれぞれ求めた二乗誤差の平均値を各センサ毎に算出するものである。
【００５３】
なお、この平均値の代わりに、上述の如く、該一定時間範囲（５秒間）における該平均値からの該二乗誤差のバリアンスを用いてもよい。以下同様である。
このようにして、２１個のセンサ２_１〜２_２１によって測定された頭皮上電位と等価双極子による頭皮上電位との二乗誤差の平均値（バリアンス）が求められることとなるので、これらの平均値（バリアンス）についてセンサ間の値を例えばスプライン曲線やバイリニア（双一次）曲線によって補間し、等高線マップを作成する（ステップＳ１１）。図２の各センサ間に存在する線はこの等高線を示しており、これを記憶しておく（ステップＳ１１）。
【００５４】
このようにして等高線マップを１つの時間範囲について求めた後、ステップＳ７に戻った場合、全時間範囲が終了していなければステップＳ８〜Ｓ１１を繰り返し、全時間範囲が終了した時点で全時間範囲内での各センサの平均値（バリアンス）についてやはり図２に示したような等高線マップを作成して出力する（ステップＳ１２）。
【００５５】
なお、点線のステップＳ１３に示すように、全時間範囲を実行する前に各５秒毎の等高線マップが作成されているので、これをステップＳ１２とは別に出力させることも可能である。
すなわち、ニューロン機能欠損部は脳の特定部位に固定しているのではなく、時間的に変動しており、その変動の仕方にも脳疾患に関する情報が含まれているので、電子カルテに動画として等電位マップの動きをアニメーションとして示すことができる。
【００５６】
なお、上記の実施例では、２１個のセンサ（電極）を用いているが、さらに電極数を増やせば局在化の精度を向上させることができる。また頭皮上電位分布を大脳皮質面に投影して同様な図を頭皮図面上に描くこともできる。この場合には、例えば大脳皮質面上の電位分布を頭皮上の指定された電極位置の電位に変換する伝達行列の逆行列を用いればよい。
【００５７】
また、上記の演算は全てデータファイル化してオフライン処理により行うこともできる。
処理例（２）
次に、上記のような双極子度や等価双極子を用いずに等高線マップを作成する実施例について、図７に示したフローチャート図に沿って以下に説明する。
【００５８】
まず、図６に示したステップ４と同様に、センサ（電極）２で電位測定を行う。この場合、センサは例えば２１個であるが、図７のフローは各センサについてそれぞれ独立して実行される。
従って、２１個のセンサの内のｊセンサを例に取ると、このｊセンサにおける基準者（正常者）の頭皮上電位ｕ_ｊ（ｔ）を測定して記録する（ステップＳ２１）。
【００５９】
この後、図６のステップＳ５と同様に、デジタルフィルターにより例えば５〜１５Ｈｚ成分を抽出する（ステップＳ２２）。
このようにして得られた数値データをまず指定時間（例えば２分間）内において、τ秒（例えば２秒）毎に区切り、二乗平均値を算出する（ステップＳ２３）。
【００６０】
この場合の二乗平均値＜ｕ_ｊ（０）^２＞，＜ｕ_ｊ（τ）^２＞，＜ｕ_ｊ（２τ）^２＞・・・＜ｕ_ｊ（６０τ）^２＞は、図示のように、各２秒間の中で抽出される例えば４００サンプルについて、ステップＳ２３の中に図示した式（１）に従って算出される。
そして、これらの二乗平均値＜ｕ_ｊ（０）^２＞，＜ｕ_ｊ（τ）^２＞，＜ｕ_ｊ（２τ）^２＞・・・＜ｕ_ｊ（６０τ）^２＞の平均値ｍ_ｊを求めると共に、この平均値ｍ_ｊの回りの標準偏差σ_ｊｓを求める共に、これを上記の平均値ｍ_ｊで割算することにより、規格化された標準偏差σ_ｊを算出する（ステップＳ２４）。
【００６１】
なお、このように、求めた標準偏差σ_ｊｓを平均値ｍ_ｊで割算するのは、脳波の振幅の影響を排除して、各脳波データを正規化するためである。
このようにして求めた規格化標準偏差σ_ｊは唯一人の基準者の脳波データであるので、このデータの正確度をより高めるため、多数の基準者について規格化標準偏差σ_ｊを求めると共に、それらの平均値Ｓ_ｊと、この平均値Ｓ_ｊの回りの標準偏差ｓ_ｊ（基準者間標準偏差）を算出する（ステップＳ２５）。
【００６２】
これにより、ステップＳ２５の中に図示した如く、基準者に関する規格化標準偏差σ_ｊの分布の中に、その平均値Ｓ_ｊとその標準偏差ｓ_ｊを示すことが可能となる。そして、今まで求めたデータはｊセンサ１個のデータであるのでこれを全てのセンサ（例えば上記の如く２１個のセンサ）について平均値Ｓ_ｊとその標準偏差ｓ_ｊの組合わせ（Ｓ_１，ｓ_１），（Ｓ_２，ｓ_２），・・・，（Ｓ_２１，ｓ_２１）を求めて基本データベースとして保存しておく（ステップＳ２６）。但し、上述の如く、本発明は各センサ毎に処理が行われるものである。
【００６３】
この後、被験者の脳波データ判定に進む。
すなわち、まず被験者についても、上記のステップＳ２１〜Ｓ２４を経由することにより、被験者の規格化された標準偏差Σ_ｊを算出する（ステップＳ２７）。
そして、このようにして求めた被験者の規格化標準偏差Σ_ｊが、上記のステップＳ２５で求めた正常者の規格化標準偏差の平均値Ｓ_ｊからどの程度隔たっているか、且つ平均値Ｓ_ｊの正側が負側かを標準偏差ｓ_ｊにより判別する（ステップＳ２８）。
【００６４】
すなわち、このステップＳ２８において図示されているように、基準者の規格化標準偏差平均値Ｓ_ｊを中心として、標準偏差ｓ_ｊ毎に被験者の規格化標準偏差Σ_ｊが隔たっているレベル（１）〜（６）が判別できることになる。
このステップＳ２８に示した例の場合には、
Ｓ_ｊ＜Σ_ｊ＜Ｓ_ｊ＋ｓ_ｊ
の区間（１）は特に異常性が認められないレベル０とする。そして、Ｓ_ｊから遠ざかるにつれて、
Ｓ_ｊ＋ｓ_ｊ≦Σ_ｊ＜Ｓ_ｊ＋２ｓ_ｊ・・・レベル＋１（区間（２）：矢印で示した区間）
Ｓ_ｊ＋２ｓ_ｊ≦Σ_ｊ＜Ｓ_ｊ＋３ｓ_ｊ・・・レベル＋２（区間（３））
・・・・・・
と判定する。従って、正側のレベルが大きくなる程、基準者の平均値Ｓ_ｊから遠ざかるので、基準者より脳波の不安定性が大きく異常であると判断できることになる。
【００６５】
一方、平均値Ｓ_ｊの負側の区間（４），（５），（６）・・・・に関しては、区間（４）は区間（１）と同様に異常性が認められないレベル０とする。
そして、Ｓ_ｊから遠ざかるにつれて、
Ｓ_ｊ−σ≧Σ_ｊ＞Ｓ_ｊ−２σ・・・レベル−１（区間（５））
Ｓ_ｊ−２σ≧Σ_ｊ＞Ｓ_ｊ−３σ・・・レベル−２（区間（６））
・・・・・・
と判定する。この場合、負側にレベルが大きくなる程、基準者の場合よりも脳波の不安定性が少ないが、基準者の平均値Ｓ_ｊから遠ざかるので、これも異常な状態と認められることになる。
【００６６】
このようにして脳活動のレベル判定が可能であるが、これを一般的に示すと、Ｓ_ｊ＋ａｓ_ｊ＜Σ_ｊ＜Ｓ_ｊ＋（ａ＋１）ｓ_ｊの関係を満たすセンサを、ａ＝０，１，２，３，・・・について区別して、正側のａというレベルを付ける。またＳ_ｊ−ｂｓ_ｊ＜Σ_ｊ＜Ｓ_ｊ−（ｂ＋１）ｓ_ｊに相当するセンサに、負側のｂというレベルを付けることが可能になる。
【００６７】
次に、各レベルにおいて、規格化標準偏差Σ_ｊの値を、上記の実施例と同様に補間して脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して着色することも可能である（ステップＳ２９）。このためには、頭皮上のセンサ位置を標準脳の表面上に射影することが可能である。例えば、図８に示すように、頭部１の中心（こめかみを結んだ位置）と頭皮上電極２とを結ぶ線が脳６の表面と交わる点を電極２の射影値とすればよい。
【００６８】
すなわち、正側レベルａが割り当てられたセンサの規格化標準偏差Σ_ｊの値を補間してマップを作り、例えば赤色に着色する。また、負側レベルｂが割り当てられたセンサの規格化標準偏差Σ_ｊの値を補間してマップを作り、例えば青色に着色する。そして、ａ，ｂの値に応じて色を濃くすることにより、図９に示したような頭皮上のセンサ位置を脳の表面に射影することが可能となる。
【００６９】
このようにして、赤い領域はニューロン活動の不安定性が大きい領域（Ｓ_ｊより正側に遠ざかる領域）で、青い領域は正常よりもニューロン活動が安定している領域（Ｓ_ｊより負側に遠ざかる領域）になっており、ＳＰＥＣＴでは得られない情報が簡単に得られることになる。
【００７０】
例えば、抗痴呆薬では、赤色領域と青色領域に対する効果の違いが明瞭に現れることがある。今後の薬物療法とリハビリによる痴呆症治療には威力が発揮されるものと期待される。
このように、ニューロン活動はシナプスの活動に支えられているので、シナプスそのものの機能とニューロン細胞体の機能を分離する可能性をも持っている。これまでに非侵襲的に直接的に観測できなかった脳活動についての新規な情報を得ることが可能となる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る脳活動測定装置並びにプログラムとその記録媒体によれば、被験者の頭部に複数個の脳波センサを取り付けて該被験者の頭皮上電位を測定し、該測定頭皮上電位中のアルファ波成分を数値データに変換して各サンプリング時点についての双極子度を求め、該双極子度のピーク発生時点における等価双極子による頭皮上電位と該測定頭上電位との二乗誤差の一定時間範囲内の平均値又は該平均値からのバリアンスを各脳波センサについて求め、これらの平均値又はバリアンスの頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して出力するように構成したので、頭部の平面的な情報が得られ、その機能劣化の位置を特定することが可能となる。
【００７２】
従って、脳の部位毎の効果判定が短時間にでき、また、時間的な変動情報も得ることができるので、「まだらボケ」のような時間的に症状が変化する疾患の判定にも用いることができる。従って、ニューロン機能欠陥とシナプス機能欠陥とを識別できる可能性を有している。
【００７３】
さらには、双極子度のピーク発生時点における等価双極子による頭皮上電位と該測定頭上電位との二乗誤差の一定時間範囲内の該平均値からのバリアンスを用いて頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成することにより、アルツハイマーによるものか、脳梗塞による血管性痴呆によるものかの判別が可能となる。
【００７４】
さらには、多数の基準者の数値データから基準者の規格化された標準偏差の平均値とその基準者標準偏差を求め、被験者の数値データによる規格化された標準偏差が、該平均値から隔たっているレベルを該基準者間標準偏差に基づき且つ該基準者の規格化標準偏差平均値の正側か負側かで異ならせて判別することにより、ニューロン活動の不安定領域又はニューロン活動が正常者よりも安定はしているが異常性が認められる領域を判別することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る脳活動測定装置及びそのプログラムと記録媒体を実現するために、頭部を球形状と仮定とし、単一の等価双極子を用いた時の双極子度を示したグラフ図である。
【図２】本発明により求めた頭皮上電位の等高線マップ図である。
【図３】本発明により求めた頭皮上電位の等高線マップ図とＳＰＥＣＴ画像との対比図である。
【図４】本発明の実施例を示したブロック図である。
【図５】本発明の変形例を示したブロック図である。
【図６】本発明に用いる演算装置の処理手順例（１）を示したフローチャート図である。
【図７】本発明に用いる演算装置の処理手順例（２）を示したフローチャート図である。
【図８】上記の処理手順（２）による脳表面上の分布を行うためのセンサ射影点を示した頭部側面断面図である。
【図９】上記の処理手順（２）による脳表面上の分布をレベル毎に示した図である。
【符号の説明】
１被験者の頭部
２，２_１〜２_２１脳波（脳磁）センサ群
３増幅器
５Ａ／Ｄ変換器
６脳
７頭部の中心点
８センサの射影点
１０コンピュータ
１１ＣＰＵ
１３ＲＯＭ（プログラム記録媒体）
１４ＲＡＭ
１５，１６，１７インタフェース
２４キーボード
２５外部記憶装置
３１ＣＲＴ
３２プリンタ
４１通信回線
４２計算センター
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

被験者の頭部に取り付けられて該被験者の頭皮上電位を測定する複数個の脳波センサと、各脳波センサの出力信号中のアルファ波成分を数値データに変換して各サンプリング時点についての双極子度を求め、該双極子度のピーク発生時点における等価双極子による頭皮上電位と該測定頭皮上電位との二乗誤差の一定時間範囲内の平均値又は該平均値からのバリアンスを各脳波センサについて求め、これらの平均値又はバリアンスの頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成する演算装置と、該等高線マップを出力する出力装置と、を備えたことを特徴とする脳活動測定装置。
請求項２において、
該演算装置が、該一定時間範囲の平均値又はバリアンスをさらに全時間範囲について求め、これらの平均値又はバリアンスの等高線マップを作成することを特徴とする脳活動測定装置。
請求項１において、
該頭部が球状モデルであることを特徴とした脳活動測定装置。
基準者又は被験者の頭部に取り付けられて頭皮上電位を測定する複数個の脳波センサと、各脳波センサの出力信号中のアルファ波成分を数値データに変換し、各センサについて、該数値データから指定測定時間内の短い時間区間毎の二乗平均値を求め、該二乗平均値の該指定時間内における規格化された標準偏差を求めると共に、該規格化標準偏差を複数の基準者について求めて、それらの平均値とこの平均値に対する基準者間標準偏差を求めて保存しておき、被験者について同様にして求めた該規格化標準偏差が、該基準者の規格化標準偏差平均値から隔たっているレベルを該基準者間標準偏差に基づき且つ該基準者の規格化標準偏差平均値の正側か負側かで異ならせて判別する演算装置と、を備えたことを特徴とする脳活動測定装置。
請求項４において、
該演算装置が、各レベルを、頭皮上のセンサ位置に対応して予め求めた脳表面上の位置に射影すると共にそれらを補間して該脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して着色することを特徴とした脳活動測定装置。
請求項１から５のいずれか１つにおいて、
該脳波センサ及び該出力装置を端末装置に設けると共に該演算装置を計算センターに設け、該端末装置と該計算センターとを通信回線を介して接続したことを特徴とする脳活動測定装置。
脳活動を測定するために、
被験者の頭部に複数個の脳波センサを取り付けて測定した該被験者の頭皮上電位中のアルファ波成分の数値データに基づいて各サンプリング時点についての双極子度を求め、該双極子度のピーク発生時点における等価双極子による頭皮上電位と該測定頭皮上電位との二乗誤差の一定時間範囲内の平均値又は該平均値からのバリアンスを各脳波センサについて求め、これらの平均値又はバリアンスの頭皮上又はこれに対応する脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して出力する手順をコンピュータに実行させるためのプログラム。
請求項７において、
該一定時間範囲の平均値又はバリアンスをさらに全時間範囲について求め、これらの平均値又はバリアンスの等高線マップを作成して出力することを特徴としたプログラム。
請求項７において、
該双極子度が、該頭部内に仮定した１つ以上の電流双極子が各脳波センサの位置に作る電位分布と各データによって示される各脳波センサの測定電位との二乗誤差の平均値が最小になる１つ以上の等価双極子を決定したときの近似度を示すことを特徴としたプログラム。
請求項７において、
該頭部が球状モデルであることを特徴としたプログラム。
脳活動を測定するために、
基準者の頭部に取り付けた複数個の脳波センサによって頭皮上電位を測定してその中のアルファ波成分を数値データに変換し、各センサについて、該数値データから指定測定時間内の短い時間区間毎の二乗平均値を求め、該二乗平均値の該指定時間内における規格化された標準偏差を求めると共に、該規格化標準偏差を複数の基準者について求めて、それらの平均値とこの平均値に対する基準者間標準偏差を求めて保存しておき、被験者について同様にして求めた規格化標準偏差が、該基準者の規格化標準偏差平均値から隔たっているレベルを該基準者間標準偏差に基づき且つ該基準者の規格化標準偏差平均値の正側か負側かで異ならせて判別する手順をコンピュータに実行させるためのプログラム。
請求項１１において、
各レベルを、頭皮上のセンサ位置に対応して予め求めた脳表面上の位置に射影すると共にそれらを補間して該脳表面上の分布に関する等高線マップを作成して着色することを特徴としたプログラム。
請求項７から１２のいずれか1つに記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。