JP4822235B2 - 眼球停留関連電位解析装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼球停留関連電位解析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
脳波は、脳内にある多数の神経細胞(ニューロン)の包括的な活動を示す微弱な電位変動である。人間や動物が外部から刺激を受けると、それに対応した電位変化が脳波に生じる。このような事象関連電位(ERP:event-related potential )は、振幅が小さいために脳波(β波)の中に埋もれており、通常は検出することができない。しかしながら、複数回の事象について生じた脳波を事象が生じた時点でそろえてから加算平均すると、脳波のうち自発的に出てくるランダムな成分がゼロに近づくために、事象関連電位のS/N比が加算回数に比例して高まる。従って、事象関連電位を検出することが可能となる。
【0003】
ところで、人間が自由に物を見ているときの眼球運動を記録すると、急速眼球運動(サッカード:saccade )と眼球停留とからなる階段状のパターンを示す。サッカードの終了時点は、眼球停留の開始時点である。サッカード中は、網膜から脳への視覚の信号は抑制(サッカード抑制)されているため、運動中の背景の移動は知覚されない。従って、人間が視覚情報を入力できるのは、眼球が停留している間である。
【0004】
事象関連電位の一種としての眼球運動に関連した電位(眼球停留関連電位:EFRP(eye fixation related potential))は、いわゆるラムダ反応(lambda response )としてサッカードの終了時点に同期して発生することが知られている。そこで、この知見を利用して眼球運動に伴うラムダ反応を検出できるようにした装置が、本発明者による特開昭55−101244号公報に提案されている。この公報に記載のラムダ反応検出装置は、眼球運動信号を入力して眼球運動終了時点に対応したパルスを発生する眼球運動終了時期検出装置と、上記パルスに基づいて一定時間内の脳波を単位脳波として記憶する一次記憶装置と、上記一定時間内に脳波を乱す要因があったときに一次記憶装置に対して単位脳波を消去するための信号を送る論理判定器と、上記要因がなかったときに送られる一次記憶装置からの単位脳波を加算して積算記憶する二次記憶装置と、二次記憶装置での加算平均によって得られたラムダ反応を表示する表示器とを備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された装置は、表示されるラムダ反応の更新サイクルが比較的長く、しかも眼球停留関連電位としてのラムダ反応の波形を脳の1つの部位について表示するだけのものであって利便性に乏しいという問題がある。そのため、ラムダ反応の波形またはそこから抽出された眼球停留関連電位の代表値を、脳の複数の部位について、短い更新サイクルで見やすく表示することができる装置が求められている。
【0006】
そこで、本発明の目的は、眼球停留関連電位またはそこから抽出された代表値を、脳の複数の部位について、短い更新サイクルで見やすく表示することが可能な眼球停留関連電位解析装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の眼球停留関連電位解析装置は、眼球運動信号に基づいて眼球運動終了時点を検出するための眼球運動終了時点検出手段と、前記眼球運動終了時点検出手段で眼球運動終了時点が検出されるごとに、眼球運動終了時点からの一定期間内の脳波を単位脳波として脳の複数の部位ごとに順次記憶するための一次記憶手段と、前記一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、前記一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波を選択して前記部位ごとに加算するための加算手段と、ノイズとして扱われる単位脳波を前記加算手段での加算対象から除外するための信号を生成するための加算除外信号生成手段と、前記加算手段で加算された信号を前記部位ごとに記憶するための二次記憶手段と、前記二次記憶手段に記憶された信号の代表値を前記部位ごとに抽出するための抽出手段と、前記二次記憶手段に記憶された信号または前記抽出手段で抽出された代表値を前記部位と関連づけてマップとして表示するための表示手段とを備え、前記眼球運動終了時点検出手段が、前記眼球運動信号に基づいて眼球の運動方向を検出するための運動方向検出手段と、前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向に基づいて眼球の運動方向が変化した時点を検出するための変化時点検出手段と、前記変化時点検出手段による検出に基づいて、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する判断手段とを備えている。
【0008】
請求項1によると、眼球運動終了時点からの一定期間内の単位脳波を加算することにより脳波中のランダム成分を排除して眼球停留関連電位を検出することができるようになる。
【0009】
また、ノイズとして扱われる単位脳波を加算対象から除外することができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。
【0010】
また、一次記憶手段、加算手段、二次記憶手段および抽出手段の動作が脳の複数の部位ごとに行われ、二次記憶手段に記憶された信号または抽出された代表値が部位と関連づけられてマップとして表示されるので、脳の各部位についての眼球停留関連電位またはその代表値の分布状態を一目で把握することが可能になる。
【0011】
また、眼球停留関連電位そのままではなくそこから抽出された代表値をマップとして表示させることができるので、用途に適した代表値(例えば、眼球停留関連電位の振幅、波長、位相差或いはその一種としての潜時)を用いれば見やすいマップを表示することが可能になる。
【0012】
また、一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波が選択されて加算されるので、所定数の単位脳波が記憶されるごとに加算が行われる場合よりも短い更新サイクルでマップを表示することが可能になる。
【0013】
眼球停留関連電位は人間または動物の感覚や注意レベルに応じて変動するので、上述のようにして得られた眼球停留関連電位またはその代表値のマップは、自動車運転時の安全対策、デザインの評価、照明の評価などの分野で人間の注意力を検出するために用いて或いは医療機器として用いて極めて有効である。
【0014】
なお、請求項1において、一次記憶手段は、脳の各部位についてすでに上限個数の単位脳波が記憶されている状態において眼球運動終了時点検出手段で眼球運動終了時点が検出されると、検出が行われるごとに、最も古く記憶された単位脳波が一次記憶手段から消去され、新たな単位脳波が一次記憶手段に書き込まれることになる。また、加算手段は、所定数の単位脳波を加算するだけではなく、さらに所定数で除算することで単位脳波の加算平均を求めるようにしてもよく、その他の演算、好ましくは眼球停留関連電位のS/N比を高めることができる演算を行ってもよい。加算除外信号出力手段は、一次記憶手段に記憶された単位脳波からノイズとして扱われる単位脳波を消去する信号であってもよいし、消去を行わずに、ノイズとして扱われる単位脳波を単に加算対象から外すように命令する信号であってもよい。また、抽出手段は、複数の部位ごとに抽出された代表値間における補間処理を行って、実質的に連続した代表値を持つマップを表示手段が表示できるようにすることが好ましい。表示手段に表示されるマップは、2次元的なものであってもよいし、3次元的なものであってもよい。
【0016】
また、一般的に、EOG(electro-oculograph)法や角膜反射法で得られた眼球運動の測定データは、実際の眼球運動とは関連しない微量な高周波ノイズを含んでいる。そこで、この高周波ノイズを利用して眼球運動の終了時点を検出するようにしたのが請求項1の眼球停留関連電位解析装置である。サッカード中以外つまり眼球停留時には眼球運動方向は短いサイクルで変化していると考えてよい。また、サッカードは所定時間を超えて長時間継続するものではない。そのため、眼球の運動方向が所定時間範囲内で(通常は30m秒〜70m秒)連続して同じである場合をサッカードと見なすことができる一方で、眼球の運動方向が所定時間範囲を超えて連続して同じである場合には測定に伴うノイズであると見なすことができる。従って、上述のように構成された請求項1によると、眼球運動信号に基づいてサッカードの終了を確実且つ簡易に検出することが可能である。
【0017】
請求項2の眼球停留関連電位解析装置は、前記運動方向検出手段が、近接した2時点での前記眼球運動信号の信号値の差の正負に応じて眼球の運動方向を検出し、前記変化時点検出手段が、前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向を表す信号の近接した2時点での信号値の積の符号に応じて眼球の運動方向が変化した時点を検出することを特徴としている。
【0018】
請求項2によると、簡単な演算によって、眼球の運動方向およびそれが変化した時点を迅速に検出することが可能になる。
【0019】
請求項3の眼球停留関連電位解析装置は、前記表示手段が、静止画像としての前記マップを時間の経過に沿って画面上に複数表示可能であることを特徴としている。
【0020】
請求項3によると、時間経過に伴うマップの変化を複数の時刻におけるマップを観察者が直接比較しつつ容易に認識できるようになる。
【0021】
請求項4の眼球停留関連電位解析装置は、前記表示手段が、動画像としての前記マップを画面上に表示可能であることを特徴としている。
【0022】
請求項4によると、観察者が1つのマップに注目しつつそのダイナミックな変化を容易に認識できるようになる。また、1つのマップを比較的大きく表示させることができるので、観察者にとってマップ上の波形や代表値を容易に把握することが可能になる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0024】
図1は、本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置のブロック図である。図1に示された眼球停留関連電位解析装置1は、汎用のパーソナルコンピュータシステムによって構成されていてよく、眼球運動終了時点検出部3と、一次記憶部4と、演算部5と、二次記憶部6と、表示制御部7と、ディスプレイ8と、消去信号生成部9とを含んでいる。また、眼球運動終了時点検出部3は、眼球の運動方向を検出するための運動方向検出部3aと、眼球の運動方向が変化した時点を検出する変化時点検出部3bと、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する判断部3cとを含んでいる。
【0025】
運動方向検出部3aには、EOG法に基づいて、人間の左右のこめかみにそれぞれ貼付された2つの電極から出力される眼球の水平方向の動きを表す水平眼球運動信号、および、眼球の上下にそれぞれ貼付された2つの電極から出力される眼球の垂直方向の動きを表す垂直眼球運動信号が、それぞれアンプ(図示せず)を介して供給される。EOG法に基づく水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号の信号値の増大は、眼球が+電極に近づく方向に水平移動または上下移動したことを示し、信号値の減少は、眼球が−電極に近づく方向に水平移動または上下移動したことを示す。この特性から、時刻nでの眼球運動方向は、時刻nでの信号値S(n)と、これに近接した次のサンプリングタイミングである時刻n+1での信号値S(n+1)との差分の極性によってそれぞれ求められる。つまり、以下の式(1)で表されたO(n)の値が+1であれば眼球は+電極方向に水平移動または上下移動しており、−1であれば眼球は−電極方向に水平移動または上下移動しているということになる。従って、本実施の形態において、運動方向検出部3aは、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて式(1)に基づいてO(n)の値を求め、それを順次出力する。なお、信号S(n)として、水平眼球運動信号および垂直眼球運動信号を合成して得られたベクトル信号を用いてもよい。また、角膜反射法などの他の方法で眼球運動が検出される場合も、同様の計算を行うことにより、眼球の運動方向が求められてよい。
O(n)=(S(n+1)−S(n))/√((S(n+1)−S(n))2 ) (1)
【0026】
変化時点検出部3bには、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて、式(1)に基づいて求められたO(n)の値が運動方向検出部3aから供給される。変化時点検出部3bは、水平および垂直のそれぞれの方向について、以下の式(2)に示すように、時刻nでの眼球運動方向信号O(n)と、これに近接した1つ前のサンプリングタイミングである時刻n−1での眼球運動方向信号O(n−1)との乗算を行って、その結果としての変化時点指示信号C(n)を順次求める。変化時点指示信号C(n)の値が1であれば近接した2つのサンプリングタイミングにおいて眼球の運動方向に変化が生じておらず、−1であれば近接した2つのサンプリングタイミングにおいて眼球の運動方向が反転したことになるので、本実施の形態において、変化時点検出部3bは、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて、変化時点指示信号C(n)の値が−1となった時点を示す信号を眼球の運動方向が変化した時点を示す信号として順次出力する。
C(n)=O(n)*O(n−1) (2)
【0027】
判断部3cには、水平眼球運動信号または垂直眼球運動信号のそれぞれについて、眼球の運動方向が変化した時点を示す信号が変化時点検出部3bから供給される。判断部3cは、この信号に基づいて、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する。なぜなら、上述したように、眼球の運動方向が所定時間範囲内で(通常は30m秒〜70m秒)連続して同じである場合をサッカードと見なすことができる一方で、眼球の運動方向が所定時間範囲を超えて連続して同じである場合には測定に伴うノイズであると見なすのが妥当だからである。なお、判断部3cでの判断においては、水平眼球運動および垂直眼球運動のそれぞれについて得られる眼球の運動方向が変化した時点を示す信号が区別のないものとして扱われる。つまり、ある時点では水平方向についてだけ変化時点指示信号C(n)の値が−1となり、次に垂直方向についてだけ変化時点指示信号C(n)の値が−1となったとしても、これら2つの時点の間隔が所定時間範囲内であるかどうかの判断が行われる。
【0028】
本実施の形態において、判断部3cは、上述のようにして検出されたサッカードが所定距離よりも移動距離の短い(振幅の小さい)ものであるかを判断すると共に、サッカード終了後の一定時間内(300msec程度)に移動距離の大きな眼球運動(直前の眼球運動の1割程度以上)が生じているかどうかをも判断する。そして、これらに該当する場合には、そのサッカードをサッカードとして取り扱わないようにする。判断部3cでの判断結果は、サッカードの終了時点を表すトリガー信号(サッカード終了時点検出信号)として、一次記憶部4および消去信号生成部9に供給される。
【0029】
本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置1においては、眼球運動終了時点検出部3が上述のように構成されているために、眼球の運動方向およびそれが変化した時点を簡単な演算によって迅速に検出することが可能であると共に、眼球運動信号に基づいてサッカードの終了を確実且つ簡易に検出することが可能である。
【0030】
消去信号生成部9には、判断部3cからのサッカード終了時点検出信号と共に、水平眼球運動信号および垂直眼球運動信号がそれぞれアンプ(図示せず)を介して供給される。消去信号生成部9は、垂直眼球運動信号からその微分出力レベルが一定値以上であるかどうかを判定し、一定値以上の場合には眼瞼運動(まばたき)に伴うノイズが脳波に発生していると見なしてこのときに一次記憶部4に記憶された脳波(後述する単位脳波)を一次記憶部4から消去するための信号(消去信号)を出力する。消去信号生成部9は、このような眼瞼運動による消去信号を含み、水平眼球運動信号および垂直眼球運動信号に基づいて眼球運動のアーティファクトを検出することによって脳波にノイズが発生している可能性があるかどうかを調査して、ノイズとして扱われるべき単位脳波を一次記憶部4から消去するための消去信号を順次出力する。
【0031】
一次記憶部4には、判断部3cからのサッカード終了時点検出信号および消去信号生成部9からの消去信号と共に、脳の部位に対応して頭皮に貼付された10〜256対の電極(図4参照)から脳波信号が供給される。一次記憶部4は、サッカードが終了するごとに、サッカード終了時点から始まる一定期間内の脳波を単位脳波として脳の各部位ごとにファイルとしてリング状に順次記憶していく。つまり、脳の各部位についてすでに上限個数の単位脳波が一次記憶部4に記憶されている状態において眼球運動終了時点検出部3でサッカードの終了が検出されると、検出が行われるごとに、最も古く記憶された単位脳波が脳のすべての部位について一次記憶部4から消去され、新たな単位脳波が脳の各部位ごとに一次記憶部4に書き込まれることになる。
【0032】
なお、消去信号によって消去対象とされた単位脳波は、一次記憶部4に一旦記憶された後、演算部5に供給される前に消去される。このとき、同じタイミングで一次記憶部4に記憶された脳の複数の部位に対応した複数の単位脳波が一括消去される。
【0033】
演算部5は、脳の各部位ごとに、一次記憶部4に記憶された単位脳波の加算平均を求めるための演算を原則的にサッカードが終了するごとに順次行う。つまり、演算部5は、一次記憶部4に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波を選択して脳の各部位ごとに加算し、さらにその結果を脳の1つの部位について加算対象となった単位脳波の数で除算する。
【0034】
二次記憶部6は、演算部5での演算結果である単位脳波の加算平均波形を脳の各部位ごとに順次記憶する。
【0035】
表示制御部7は、脳の各部位について、二次記憶部6に記憶された加算平均波形からその代表値を順次抽出する。代表値としては、例えば加算平均波形の振幅、波長、位相差或いはその一種としての潜時などがある。さらに、表示制御部7は、二次記憶部6に記憶された加算平均波形または脳の各部位ごとに抽出された代表値を頭部の形状に即した2次元的なマップとしてディスプレイ8に表示するための制御を順次行う。なお、表示制御部7は、脳の各部位について得られた代表値から部位間にある多数位置での代表値を補間によって求め、求められた多数の代表値に基づいてマップを色分けしてディスプレイ8に表示させるための制御を行ってよい。後述するように、ディスプレイ8に表示されるマップは、1つ1つが静止画像として表示されるものが時間の経過に沿ってディスプレイ8に複数表示されてもよいし、動画像として表示されるものがディスプレイ8に1つだけ表示されてもよい。
【0036】
次に、上述のように構成された本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置1の動作について、さらに図2〜図6を参照して説明する。図2は、本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置における単位脳波の加算手順を説明するための図である。図3は、図1に示す一次記憶部の記憶内容を説明するための模式図である。図4は、単位脳波の加算平均波形を脳の部位ごとに描いた図である。図5は、図1に示すディスプレイに表示される画面の一例を描いた図である。図6は、図1に示すディスプレイに表示される画面の別の一例を描いた図である。
【0037】
本実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置1を使用するには、EOG法に基づいて人間や動物の水平および垂直の各眼球運動信号を取り出すために、上述したように各方向それぞれ2つずつの電極を眼球の周囲に予め貼り付ける。さらに、脳波信号を取り出すために、脳の部位に対応して10〜256対の電極を頭皮に貼付する。頭皮に貼付される電極は、例えば図4に示すように、脳の部位に対応した21対であってもよい。水平および垂直の各眼球運動信号は眼球運動終了時点検出部3および消去信号生成部9に連続的に供給され、脳波信号は一次記憶部4に連続的に供給される。
【0038】
図2(a)に示すように、眼球運動信号(ここでは水平および垂直の両方の成分を合成したものとする)は、時間の経過と共に眼球が変位するサッカード(信号を表す曲線が傾いた領域)と、眼球がほとんど変化しない眼球停留とをランダムに繰り返す信号となる。また、図2(b)に示すように、脳波信号は、一見眼球運動とは無関係なランダムな信号となる。
【0039】
解析開始後、最初に眼球運動終了時点検出部3の判断部3cでサッカードの終了が検出されると(時刻t1 )、判断部3cからサッカード終了時点検出信号を受信した一次記憶部4は、その時点から時間T(次のサッカードが始まるまでの時間よりは短い時間に設定される)が経過するまでに含まれる脳波を単位脳波として電極が貼付された脳の各部位ごとに記憶する。例えば、電極が貼付された場所に対応した脳の部位をA,B…として表し、各部位ごとに4つの単位脳波を記憶可能である場合の一次記憶部4の記憶内容の例を図3に示す。図3(a)に示すように、時刻t1 から時間T が経過したときに、脳の各部位A,B…について時刻t1 からの単位脳波(”bw1A”,”bw1B”)が格納される。
【0040】
そして、次に眼球運動終了時点検出部3の判断部3cでサッカードの終了が検出されたとき(時刻t2 )、判断部3cからサッカード終了時点検出信号を受信した一次記憶部4は、その時点から時間Tが経過するまでに含まれる脳波を単位脳波として脳の各部位ごとに記憶する。このようにして、解析開始後4回目のサッカード終了が検出された時刻(時刻t4 )から時間T が経過したとき、図3(b)に示すように、一次記憶部4には脳の各部位A,B…についてそれぞれ4つの単位脳波(”bw1A”,”bw2A”,”bw3A”,”bw4A”;”bw1B”,”bw2B”,”bw3B”,”bw4B”)が格納されることになる。
【0041】
また、演算部5は、4つ目の単位脳波(”bw4A”,”bw4B”)が一次記憶部4に格納された後、脳の各部位A,B…ごとに、格納された4つの単位脳波の加算平均波形(EFRP-1)を求める。図2の例においては、1回目のサッカード終了時刻t1 から5回目のサッカード終了時刻t5 までの時間L1 に含まれる4つの単位脳波の加算平均波形(各単位脳波の開始点がそろえられて同時刻での振幅が加算され、さらに加算された振幅が各時刻において加算対象となった単位脳波数で除算された波形)が求められることになる。この加算平均波形の例を脳の部位ごとに図4に示す。図4中、”Cz”、”T8”などの文字は、脳の部位の名称を略記したものである。図4に示すように、4つの単位脳波の加算平均波形は、脳波のランダム成分が排除されたものとなって、ラムダ反応が比較的明確に表される。演算部5で求められた加算平均波形は、脳の部位ごとに、二次記憶部6に記憶される。
【0042】
そして、次に眼球運動終了時点検出部3の判断部3cでサッカードの終了が検出されたとき(時刻t5 )、判断部3cからサッカード終了時点検出信号を受信した一次記憶部4は、図3(c)に示すように、最先に記憶された単位脳波(”bw1A”,”bw1B”)を消去し、さらに時間T 経過後にそのアドレスに新たな単位脳波(”bw5A”,”bw5B”)を格納する。そして、演算部5は、時間L2 に含まれる一次記憶部4に記憶された4つの単位脳波(”bw5A”,”bw2A”,”bw3A”,”bw4A”;”bw5B”,”bw2B”,”bw3B”,”bw4B”)の加算平均波形(EFRP-2)を脳の各部位ごとに求める。演算部5で求められた加算平均波形は、脳の部位ごとに、二次記憶部6に記憶される。以降、同様にして、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置1においては、新たにサッカードの終了が検出されて新たな単位脳波が一次記憶部4に記憶されるごとに、時間L3 、L4 、L5 …に含まれる4つの単位脳波の加算平均波形(EFRP-3,EFRP-4,EFRP-5)が次々と求められ、二次記憶部6に順次記憶されていく。このように、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置1によると、新たな単位脳波が一次記憶部4に記憶されるごとにいわばスライディング平均(移動平均)をとることによって、短いサイクルで加算平均波形が求められるという利益が生じる。
【0043】
なお、一次記憶部4は、消去信号生成部9からの消去信号を受け取ると、その消去信号に係る単位脳波を消去する。このとき、同じタイミングで一次記憶部4に記憶された脳の複数の部位に対応した複数の単位脳波が一括消去される。例えば、時刻t5 からの時間T内の単位脳波(”bw5A”,”bw5B”)が眼瞼運動などのアーティファクトによるノイズとして消去される場合、消去信号を受け取った一次記憶部4は、演算部5での加算平均が行われる前に図3(c)のように一次記憶部4に一旦記憶された単位脳波(”bw5A”,”bw5B”)を脳の各部位について一括消去する。そして、次にサッカードの終了が検出された時刻(時刻t6 )から時間T経過後に、図3(d)に示すように、単位脳波(”bw5A”,”bw5B”)が格納されていたアドレスに単位脳波(”bw6A”,”bw6B”)が格納される。しかる後、演算部5は、一次記憶部4に記憶された4つの単位脳波(”bw6A”,”bw2A”,”bw3A”,”bw4A”;”bw6B”,”bw2B”,”bw3B”,”bw4B”)の加算平均波形を脳の各部位ごとに求める。このように、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置1では、ノイズのない単位脳波だけを演算部5での加算対象とすることができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。
【0044】
表示制御部7は、サッカードの終了が検出されるごとに、上述のようにして二次記憶部6に記憶された単位脳波の加算平均波形から、代表値としてその最大振幅、波長、位相差或いはその一種としての潜時などの少なくともいずれか1つを脳の各部位についてそれぞれ順次抽出すると共に、抽出された代表値から電極が配置されていない多数の位置での代表値を補間演算によって順次求める。また、表示制御部7は、このようにして求められた多数の代表値に基づいて、頭部平面形状に対応した形状を有するマップを代表値の値に応じて色分けしてディスプレイ8に表示させるための制御を行う。そして、求められたマップデータがディスプレイ8に表示されることによって、オペレータが眼球停留関連電位である加算平均波形の代表値の分布状況の時間的変化を観察することが可能になる。なお、表示制御部7は、加算平均波形の代表値ではなく、加算平均波形の形状そのものを図4に示すようなマップとしてディスプレイ8に表示させるための制御をおこなってもよい。
【0045】
本実施の形態において、表示制御部7は、図5に示すように、1つ1つが静止画像として表示される色分けされたマップが時間の経過に沿ってディスプレイ8に複数表示されるような制御を行ってもよいし、或いは、図6に示すように、動画像として表示される1つのマップがディスプレイ8に表示されるような制御を行ってもよい。前者の場合には、時間経過に伴うマップの変化を複数の時刻におけるマップを観察者が直接比較しつつ容易に認識できるいう利点があり、後者の場合には、観察者が1つのマップに注目しつつそのダイナミックな変化を容易に認識できるようになり且つ1つのマップを比較的大きく表示させることができるので観察者にとってマップ上の波形や代表値を容易に把握することが可能になるという利点がある。このようにしてディスプレイ8に表示された眼球停留関連電位を用いると、余計な心理的負荷をかけることなく日常的な環境での人間または動物の感覚や注意レベルを検出することができる。
【0046】
以上説明したように、本実施の形態の眼球停留関連電位解析装置1によると、サッカード終了時点からの一定期間内の単位脳波を脳の部位ごとに加算することにより脳波中のランダム成分を排除して眼球停留関連電位をほぼリアルタイム(3〜4回/秒)に多チャンネルで検出することができるようになる。これにより、脳の各部位の相互活動の変化を観察できるようになるので、脳の部位間の比較を容易に行うことが可能となる。また、ノイズとして扱われる単位脳波を加算対象から除外することができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。
【0047】
また、一次記憶部4、演算部5および二次記憶部6の動作並びに表示制御部7での代表値の抽出動作が脳の複数の部位ごとに行われ、二次記憶部6に記憶された信号または抽出された代表値が部位と関連づけられてマップとして表示されるので、脳の各部位についての眼球停留関連電位またはその代表値の分布状態を一目で把握することが可能になる。また、眼球停留関連電位そのままではなくそこから抽出された代表値をマップとして表示させることができるので、用途に適した代表値を用いて見やすいマップを表示することが可能である。また、一次記憶部4に新たな単位脳波が記憶されるごとに、一次記憶部4にリング状に複数の単位脳波が記憶されてそれが加算されるので、所定数の単位脳波が記憶されるごとに加算が行われる場合よりも短い更新サイクルでマップを表示することが可能になる。
【0048】
以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、演算部が単位脳波の加算平均を行うものであるが、演算部が行う演算は眼球停留関連電位のS/N比を向上させるという条件の下で単位脳波を加算するものであれば加算平均でなくてもよい。また、演算部で行われる加算平均の加算数は上述の実施の形態では4であったが、この数は単なる例示であって加算数を50にするなど適宜変更してよい。また、眼球運動信号を取り出す方法は、EOG法に限らず別の方法であってもよい。
【0049】
また、上述の実施の形態では一次記憶部に記憶される単位脳波の記憶上限数が加算平均演算での加算数と同じであったが、記憶上限数が加算平均演算での加算数を超えていてもよい。その場合、最新に記憶された単位脳波を含む連続したタイミングで記憶された所定数の単位脳波を選択して加算することが必要となる。また、上述の実施の形態では、平面的なマップがディスプレイに表示されるようにしているが、頭部の形状に対応づけられた立体的なマップがディスプレイに表示されるようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、色分けされたカラーマップがディスプレイに表示されるようにしているが、潜時などの代表値の変化を山の高さの変化として立体的に表すマップがディスプレイに表示されてもよいし、色分けされていると共に代表値の変化を山の高さの変化として立体的に表すマップがディスプレイに表示されてもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1によると、眼球運動終了時点からの一定期間内の単位脳波を加算することにより脳波中のランダム成分を排除して眼球停留関連電位を検出することができるようになる。また、ノイズとして扱われる単位脳波を加算対象から除外することができるために、眼球停留関連電位を高精度に検出することができるようになる。また、一次記憶手段、加算手段、二次記憶手段および抽出手段の動作が脳の複数の部位ごとに行われ、二次記憶手段に記憶された信号または抽出された代表値が部位と関連づけられてマップとして表示されるので、脳の各部位についての眼球停留関連電位またはその代表値の分布状態を一目で把握することが可能になる。また、眼球停留関連電位そのままではなくそこから抽出された代表値をマップとして表示させることができるので、用途に適した代表値を用いれば見やすいマップを表示することが可能になる。また、一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波が選択されて加算されるので、所定数の単位脳波が記憶されるごとに加算が行われる場合よりも短い更新サイクルでマップを表示することが可能になる。眼球停留関連電位は人間または動物の感覚や注意レベルに応じて変動するので、上述のようにして得られた眼球停留関連電位またはその代表値のマップは、自動車運転時の安全対策、デザインの評価、照明の評価などの分野で人間の注意力を検出するために用いて或いは医療機器として用いて極めて有効である。
【0051】
さらに、請求項1によると、眼球運動信号に基づいてサッカードの終了を確実且つ簡易に検出することが可能である。請求項2によると、簡単な演算によって、眼球の運動方向およびそれが変化した時点を迅速に検出することが可能になる。
【0052】
請求項3によると、時間経過に伴うマップの変化を複数の時刻におけるマップを観察者が直接比較しつつ容易に認識できるようになる。請求項4によると、観察者が1つのマップに注目しつつそのダイナミックな変化を容易に認識できるようになる。また、1つのマップを比較的大きく表示させることができるので、観察者にとってマップ上の波形や代表値を容易に把握することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置のブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る眼球停留関連電位解析装置における単位脳波の加算手順を説明するための図である。
【図3】図1に示す一次記憶部の記憶内容を説明するための模式図である。
【図4】単位脳波の加算平均波形を脳の部位ごとに描いた図である。
【図5】図1に示すディスプレイに表示される画面の一例を描いた図である。
【図6】図1に示すディスプレイに表示される画面の別の一例を描いた図である。
【符号の説明】
1 眼球停留関連電位解析装置
3 眼球運動終了時点検出部(眼球運動終了時点検出手段)
3a 運動方向検出部(運動方向検出手段)
3b 変化時点検出部(変化時点検出手段)
3c 判断部(判断手段)
4 一次記憶部(一次記憶手段)
5 演算部(加算手段)
6 二次記憶部(二次記憶手段)
7 表示制御部(抽出手段)
8 ディスプレイ(表示手段)
9 消去信号生成部(加算除外信号生成手段)
Claims (4)
- 眼球運動信号に基づいて眼球運動終了時点を検出するための眼球運動終了時点検出手段と、
前記眼球運動終了時点検出手段で眼球運動終了時点が検出されるごとに、眼球運動終了時点からの一定期間内の脳波を単位脳波として脳の複数の部位ごとに順次記憶するための一次記憶手段と、
前記一次記憶手段に新たな単位脳波が記憶されるごとに、前記一次記憶手段に記憶された複数の単位脳波から最新に記憶された単位脳波を含む連続した所定数の単位脳波を選択して前記部位ごとに加算するための加算手段と、
ノイズとして扱われる単位脳波を前記加算手段での加算対象から除外するための信号を生成するための加算除外信号生成手段と、
前記加算手段で加算された信号を前記部位ごとに記憶するための二次記憶手段と、
前記二次記憶手段に記憶された信号の代表値を前記部位ごとに抽出するための抽出手段と、
前記二次記憶手段に記憶された信号または前記抽出手段で抽出された代表値を前記部位と関連づけてマップとして表示するための表示手段とを備え、
前記眼球運動終了時点検出手段が、
前記眼球運動信号に基づいて眼球の運動方向を検出するための運動方向検出手段と、
前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向に基づいて眼球の運動方向が変化した時点を検出するための変化時点検出手段と、
前記変化時点検出手段による検出に基づいて、眼球の運動方向が所定時間範囲内で連続して同じであった後に変化したかどうかを判断する判断手段とを備えていることを特徴とする眼球停留関連電位解析装置。 - 前記運動方向検出手段が、近接した2時点での前記眼球運動信号の信号値の差の正負に応じて眼球の運動方向を検出し、
前記変化時点検出手段が、前記運動方向検出手段で検出された眼球の運動方向を表す信号の近接した2時点での信号値の積の符号に応じて眼球の運動方向が変化した時点を検出することを特徴とする請求項1に記載の眼球停留関連電位解析装置。 - 前記表示手段が、静止画像としての前記マップを時間の経過に沿って画面上に複数表示可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の眼球停留関連電位解析装置。
- 前記表示手段が、動画像としての前記マップを画面上に表示可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の眼球停留関連電位解析装置。
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