JP4269827B2 - 画像刺激−脳波意思伝達方法 - Google Patents
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Description
本発明は、人が手、足、瞬きを使用することなく、言葉を発することなく他者に人の意思を伝えることができる画像刺激−脳波意思伝達方法に関する。
従来の人が他人に意思を伝達するには、言葉を音声として口から発するか、キーボードや鉛筆、筆、ペン、シャープペンシル等の筆記用具を用い、文字を書くことにより、あるいは身振りや瞬きにより行ってきた。しかし、筋萎縮性側策硬化症のような病気をもった患者、あるいは怪我による身体的障害が重度の人は、手、足、口、眼瞼等が意思通り動かないため、言葉を発することが出来ないし、瞼で合図ができない、かつ筆記できない、あるいはキーボード等を操作出来ないなど、身体が動かすことができず意思を伝達することができないという問題点があった。
人の意思を手、足、口、眼瞼等を使用することなく意識的に、他者に伝えるシステムとしては、例えば特許文献１が提案されている。しかし、この公報で提案されているのは「複数箇所の脳波データを検出し、脳波変化を面分布情報として検出し、面分布情報の時系列変化パターンと、予め人体四肢各部位との運動と関連づける（請求項４）」方法であり、該方法では提案されている脳波を測定することで意思を伝達することは、簡単ではない。
特開平１０−２６２９４３号公報
その理由は、脳波には刺激に無関係に持続する電気活動である自発的脳波と、画面を見たり聞いたりする刺激によって誘導発生される脳波とがあるが、前者の自発的脳波で記録される電位の強弱、サイクルは脳の各部位で異なっていること、後者の刺激は非常に小さい反応であり、それにより誘発される電位は特殊な場合を除いては、刺激と直接関係のない脳電位に埋もれてしまって、識別が困難だからである。
本発明は上記した問題点を解決したもので、手、足、口、眼瞼等を使用することなく意識的に、人の意思を明確に他者に伝えることができる画像刺激−脳波意思伝達方法を提供することを目的とする。
すなわち本発明は、被験者に、ランダムな順番でディスプレイ上の画像（以下「刺激」という）を見せ、刺激開始後一定時間における被験者の脳波を測定し、各刺激に対する脳波のパワースペクトルを求め、周波数が２〜５Ｈｚの範囲のパワースペクトル量を対比することにより、意思伝達したい内容を選択することを特徴とする画像刺激−脳波意思伝達方法である。
画像は、図、文字、および語句からなる群から選ばれる１種以上であることが好ましい。
画像は、図、文字、および語句からなる群から選ばれる１種以上を、背景色を変えて、際立たせた画像であることが好ましい。
脳波は、頭頂葉の脳波であることが好ましい。
本発明によれば、言語障害があり、かつ、手、足、口、眼瞼等が意思通り動かない障害者が、脳波を利用して意思伝達することが可能となった。また本発明によれば、脳波のパワースペクトルという客観的な手段で高い確率で他者に意思伝達することが可能となるため、意思を確実に伝達できるという効果を奏する。
まず本発明を実施するための画像刺激−脳波意思伝達方法に用いるシステムを実施例により詳しく説明する。本発明を実施するための画像刺激−脳波意思伝達システムは、例えば、図１に示したように、ディスプレイ１、被験者の脳波を検出し得る脳波計２、アナログ／デジタル変換機３、及び得られたデータを演算処理し、記録するための制御部４からなっている。
図１で、１は表示画面であるディスプレイで、ＣＲＴディスプレイ、蛍光管ディスレイ、液晶ディスプレイ等の種類を問わない外、ディスプレイ１と制御部４とは一体型構造とすることができる。
ディスプレイには、あらかじめ割り付けられた図形、語句又は文字等からなる画像（刺激）が表示される。尚、この画像は制御部４に印刷用プリンタを接続することにより、紙に印刷して出力することも可能にされている。
画像は、プログラムによりディスプレイ上にランダムな順番で、逐次表示され、「刺激」として画面上を移動するか、一定時間後自動的にかつ間欠的に消し去るようにされていてもよい。また、表示位置が特定できるようディスプレイ上の画像の表示色、あるいは図形、語句又は文字の背景の色、または明暗が変化するようにされていてもよい。表示時間、あるいは消し去る時間は任意に変えることができる。
脳波の測定は、通常図２に示した頭部の測定位置で行う。この位置は国際１０〜２０法に基づいている。また、これらの位置の電極を探査電極とし、両耳朶連結を基準として測定することが好ましい。頭頂葉の脳波を測定すると、被験者が意図する対象に対するパワースペクトルの差が明確に現れるため特に好ましい。
脳波を測定するための装置としては公知の各種の装置を使用することが可能である。例えば、脳波計、生体信号増幅器等の装置を用いることができる。
上記方法で測定した脳波は、意志伝達相手である医者や看護人に分かるように、例えば、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換機を介してパーソナル制御部に取り込まれ、例えばディスプレイ上に脳波を経時的に表示し、記録する。本発明ではこの脳波を解析する。
本発明の解析方法では、刺激開始後一定時間における被験者の脳波の周波数に着目し、特定範囲の周波数の脳波（以下「パワースペクトル」という）を求め、それを他の刺激を与えた場合のパワースペクトルと対比する。
従って、このパワースペクトルを対比するには、脳波の周波数をある帯域に分ける必要がある。本発明者らの検討結果では、パワースペクトルを対比観察して被験者の刺激反応性を見るのに最適な脳波の周波数範囲は、２〜５Ｈｚである。
本発明の方法は、刺激を与え、その刺激の中の反応のあった刺激を選択する。具体的には被験者に、ディスプレイ上の複数の「刺激」をも見せ、開始後一定時間時間における被験者のパワースペクトルのうち、２〜５Ｈｚのパワースペクトルに着目し、この間のパワースペクトルを対比することにより、意思伝達したい内容を選択することからなる。意思を伝達したい内容を選択することからなる。意思を伝達したい場合、そうでない場合と比べてパワースペクトル量が高くなる。
従って、各刺激に対する脳波のパワースペクトルを対比し、パワースペクトルが通常状態より大きくなった刺激は、被験者に伝達したい意思があったとみなすことができる。かくして伝達したい意思を絵、字句、または文章化することにより、意思の伝達をはかることができる。
次に、実施例により本発明につき更に詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例になんら制約されるものではない。
２２〜２４才の健常人８名を被験者とした。被験者は開眼安静状態で椅子に座り、ほぼ目の高さの位置にある約１ｍ先のディスプレイに提示される画像により視覚刺激を受けた。このとき同時に脳波を測定し、その脳波はアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換機を介して制御部に取りこんだ。
脳波としては、測定電極を探査電極とし、両耳朶連結を基準電極として頭頂葉から脳波を測定した。
意思伝達を行うために、まず制御部に予めプログラミングしたディスプレイ画面に画像を呈示させた（図３上図）。次にそのうちの特定の画像のみ選択して、選択している画像を際立たせた。すなわち、画像の背景色を変えて図示した画面をディスプレイに映し出した（図３下図）。画像刺激呈示時間は３００msecで、呈示間隔は１５００msecとした。具体的には、図３の下図に示したように画面で「ご飯」を、１．５秒後に「コップ」を表示させた。
サンプリング間隔を１msecとし、刺激前１００msecから刺激後１０２４msecまでの脳波を記録した。
各刺激はランダムな順番で、それぞれ１５回ずつ呈示し、瞬きなどの影響がなかった１０回ずつを記録した。これを１試行とし、各被験者４試行ずつ行った。
例えば、「コップ」を伝達したい被験者は、「コップ」の画像に注目する。被験者は「コップ」の刺激に対して強く反応し、その反応は脳波に反映される。以下、被験者が伝達したい意志のある刺激をターゲットという。
図４に、ターゲットが「コップ」である場合の、被験者の脳波の測定結果の１例を示す。図５に、図４の脳波の２〜５Ｈｚのパワースペクトル量を示す。ターゲットである「コップ」を見せたときのパワースペクトル量は、「ご飯」、「トイレ」、「バツ」を見せたときのパワースペクトル量よりも大きく、被験者が意図しているのが「コップ」であることが分かる。
ターゲットのパワースペクトル量が最大となった場合を「正答」とする。図６に、加算回数毎の正答率を示す。加算回数６回以上で、９０％以上の正答率であることが分かる。
意思を脳波によって伝達できるため、手、足、口、眼瞼等が意思通り動かない障害者が、付添者に意思を伝達するための装置にも適用できる。
Claims (4)
- 被験者に、ランダムな順番でディスプレイ上の画像（以下「刺激」という）を見せ、刺激開始後一定時間における被験者の脳波を測定し、各刺激に対する脳波のパワースペクトルを求め、周波数が２〜５Ｈｚの範囲のパワースペクトル量を対比することにより、意思伝達したい内容を選択することを特徴とする画像刺激−脳波意思伝達方法。
- 画像が、図、文字、および語句からなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の画像刺激−脳波意思伝達方法。
- 画像が、図、文字、および語句からなる群から選ばれる１種以上を、背景を変えて、際立たせた画像であることを特徴とする請求項１〜２記載の画像刺激−脳波意思伝達方法。
- 脳波が、頭頂葉の脳波であることを特徴とする請求項１〜３記載の画像刺激−脳波意思伝達方法。
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