JP4844523B2 - メンタルトレーニングシステム - Google Patents

Description

本発明は、さまざまな場面において、望ましい精神状態に自ら導くことができ、その結果、高いパフォーマンスを発揮することができるように、自らを訓練するシステムに関するものである。スポーツ選手のメンタルトレーニング、ストレス社会に対応できるように導くメンタルトレーニングなどに活用することができるメンタルトレーニングシステムに関する。

スポーツ選手は、大きな大会でもリラックスできて、本来持っている力を十分に発揮することにより、好記録を出すことができる。そのためには、緊張しやすい環境下でも、リラックスできることが重要である。緊張すると身体がかたくなり、本来の力を発揮できなくなる。大きな大会に繰り返し参加することにより、慣れることで緊張しにくくなり、リラックスすることができるようになるケースもある。しかし、日頃から、どんな場面でも緊張することなくリラックスできるように、自らコントロールできるように訓練していると失敗も少なくなる。

また、現代は、ストレス社会と言われているが、うつ病になったり、コミュニケーションが上手くできなかったり、落ち着きのない子供が増えたり、精神的な問題が大きく取り上げられている。原因は複雑ではあるが、自己のメンタル状態を上手くコントロールできないことも１つの原因である。自分が望むメンタル状態に、自力でコントロールすることができる訓練をすることで、さまざまなストレスにも適応できるようになる。

一般的なメンタルトレーニングでは、呼吸統制をする場合や、イメージトレーニングをする場合が多い。例えば、深呼吸をすることで気分を落ち着かせることができる。また、過去の嬉しかったこと、成功体験などを思い浮かべることでポジティブな思考を持つことができる。あるいは、スポーツなどで自分が好記録を出すことをイメージすることで自信を持つことができる。これらの手法は各種試みられているが、リアルタイムで自分のメンタル状態を把握することはできない。また、メンタルトレーニングをした結果、上手く自己のメンタル状態をコントロールできているかどうかを知ることもできない。効果的にメンタルトレーニングを進めるためには、自己のメンタル状態がリアルタイムで把握でき、トレーニングした結果もリアルタイムで把握できることが必要であるが、そのようなトレーニングシステムはない。

特許文献１には、機械作業中の作業者の満足感を脳波で計測し、作業者に満足感の状態をフィードバックし、さらには、機械へもフィードバックをかけることが記載されている。この方法は、脳波という生理データから満足感を評価する手法であるが、満足感という感覚は複合的な感覚であり、具体的なメンタル状態を評価することはできない。例えば、リラックスして満足なのか、眠気を生じることで満足なのか、覚醒していることで満足なのか、そのような具体的なメンタル状態は把握できない。

また、脳波から重要な生理情報を得ることができるが、それだけでは、具体的なメンタル状態を十分評価することは難しい。また、本特許は、作業者に満足感の状態をフィードバックすることができるが、それを知った作業者が自らの意思で自分の状態を変化させて、その効果を把握し、自分のメンタル状態をコントロールすることができるようなトレーニングシステムではない。
特開平１０−２６２９４２

特許文献２は、ゲームの操作速度（反応速度）と心理状態とＡＣＴＨ（副腎皮質刺激ホルモン）の生理データとの対応関係を把握して、心理状態を判定するシステムである。ＡＣＴＨでストレスを評価することは一般的であるが、本特許の心理状態がどのような心理状態を把握するかは明確にされておらず、具体的でない。また、心理状態の判定結果をユーザーに知らせるシステムであるが、その結果を受けて、ユーザー自らがメンタル状態をコントロールして心理状態を変化させてその結果を確認できる、というトレーニングシステムではない。ＡＣＴＨはリアルタイムで結果を出せる指標ではないので、技術的に困難だと思われる。また、ＡＣＴＨでは、リラックス、覚醒、眠気、緊張などの、具体的なメンタル状態を評価することは難しい。

特開平２００４−２６７２９６

特許文献３は、脳波を検出して、その脳波情報から快適性を評価し、判定結果に基づいて機器を制御するシステムである。脳波のみで、リラックス、覚醒を脳波で評価することができるとされているが、心電のデータを加えた方が、より精度が上がる。また、本特許は、快適性を評価した結果を受けて、機器を制御するシステムであり、自分で自己のメンタル状態を変化させ、その効果を把握するようなトレーニングシステムではない。
特開平８−７１０５０

特許文献４は、自動車乗員のぼんやり度を運転者の視線の動きをＣＣＤカメラで撮影し、画像解析した結果から判断し、ぼんやり度が高くなる警報を出力する装置である。メンタル状態は、「ぼんやり度」という具体的な内容であるが、生理データではなく、表情を撮影することにより評価する方法である。また、判断結果については、機械へのフィードバックであり、人がその結果を受けて自らのメンタル状態をコントロールすることを試みるものではない。
特開平８−２９０７２５

特許文献５では、乳幼児の生理情報を計測し、心理状態を推定し、乳幼児に異変がおきたと判断された場合は、緊急通報手段で通報を行なうことができるシステムである。生理値は、脈拍を計測しており、眠たくて泣いている、あるいは、うつ伏せ寝で危険な状態にあるかどうか、などを判断することができる。判断結果を知らせることはできるが、人がその結果を受けて自らをコントロールすることを試みるものではない。
特開２００４−１８１２１８

上記の特許文献に記載されているように、従来、生理情報を計測し、心理状態を推定し、評価結果を表示する、あるいは、さらに、機械へフィードバックする、というシステムは構築されている。しかし、経時的に、リアルタイムで、被計測者にメンタル状態を提示し続けるシステムではない。そのため、生理計測値から評価され、提示されたメンタル状態を受けて、被計測者が自らのメンタル状態をコントロールする訓練はできない。

また、生理計測値が脳波のみ、唾液（ＡＣＴＨ）のみ、脈拍のみ、という単一の計測値で評価することが多い。もちろん、単一の計測値でもある程度の心理状態は推定できるが、具体的なメンタル状態を精度良く推定するためには、複数の指標を用いることが望ましい。脈拍は自律神経活動を表し、脳波は中枢神経活動を表すので、特定のメンタル状態は評価できるが、複合的で具体的なメンタル状態を評価することは難しい。また、メンタルトレーニングを目的としていないので、結果を表示した段階でシステムを終了し、結果を受けてトレーニングをしてその効果を自分で知るシステムではない。または、機械へフィードバックをかける文献が多く、被計測者へ次の具体的方向を指示するシステムにはなっていない。

本発明の目的は、自己のメンタル状態を自力でコントロールすることができるように訓練することができるメンタルトレーニングシステムを提供することにある。

本発明のメンタルトレーニングシステムは、心電図、脳波、または心電図および脳波を検出する検出手段１、前記検出手段からの信号を処理する信号処理手段２、信号処理結果を受けて単独または複数のメンタル状態を評価する評価手段３、メンタル評価結果を被計測者へリアルタイムで経時的に提示し続ける評価結果の表示手段４から構成される。

また、表示手段４に掲示されたメンタル評価結果をもとに、希望メンタル状態を選択し、被計測者に対し、具体的推奨行動を提示する行動提示手段５を組み込むことが好ましい。

例えば、心電図からメンタル状態を評価する生理指標として、心電図の波形の中で最も振幅の大きい波（Ｒ波）を１秒毎にすぐ手前のＲ波とＲ波との間隔（心電図のＲＲ間隔）を用いることで、リラックスあるいは緊張のメンタル状態を評価することができる。

さらに、メンタル状態を評価する生理指標として、脳波のα波パワースペクトルの逆数を用いることで、覚醒あるいは眠気のメンタル状態を評価することができる。

本願発明の別の実施形態としては、心電図の代わりに脈波を検出し、脈波からメンタル状態を評価する生理指標として、脈波と次の脈波までの時間を用い、リラックスあるいは緊張のメンタル状態を評価してもよい。

生理特性値から心理状態を推定して、メンタル評価結果の提示をリアルタイム、かつ経時的に受けることで、メンタルコントロールが上手くいったかどうかを被計測者が理解することでき、さらにトレーニングをした結果の変化も提示されるので、メンタルトレーニングの効果が増大する。

また、メンタル評価結果の提示をもとに、被計測者に推奨行動を提示することにより、さらに効果的なメンタルトレーニングを行なうことができる。

また、複数の生理計測値から複数のメンタル状態を精度高く推定し、それらを自由にコントロールできるように訓練することで、メンタルトレーニングの効果をさらに増加させ、より高度なメンタルコントロール能力を習得することができる。

また、本発明によるメンタルトレーニングシステムを活用することにより、スポーツ選手は、日頃から過緊張しない訓練を自分で行なうことができ、その結果、大きな大会でも自己のメンタル状態をコントロールすることにより、本来の力を発揮することが可能になる。また、人とのコミュニケーションが上手くとれず、リラックスした自然体で人と接することができない人は、本発明のトレーニングシステムを使うことで、人と接するときにも萎縮してしまうことなく、リラックスしてコミュニケーションがとれるようになる。さらには、長時間作業をして、眠気と戦いながら仕事をする場合に、活力を復活させるように自己をコントロールすることができるようになる。

また、自動車の運転時においても、眠気を一時的に払拭することができるようになる。このように、メンタルトレーニングシステムを活用することで、自らのメンタル状態を把握できるようになり、トレーニングを続けることにより、本発明のシステムがない状況下でも、望ましいメンタル状態に自ら導けるようになることができる。

図１に本発明のメンタルトレーニングの概略構成図を示す。
以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の心電図、脳波、または心電図および脳波を検出する検出手段１について説明する。
心電図は、人の生体電気を計測するアンプにより計測される。心電図の計測は、２つの部位の間の電位差を測定する双極導出法をとる。双極導出法には、前胸部の心臓の位置を挟んだ２箇所に電極を貼って計測する方法と、右手首、左手首、左足に電極を貼り付けて、それぞれの電位差を測定する方法がある。本発明における心電図の計測方法は、どちらの方法を用いてもよいが、前胸部に電極を貼る方法が動作により生じるノイズも小さくなるので望ましい。

また、心電図を計測する代わりに、生体電気ではなく、血流量の変化を捉える測定である、脈波を計測する方法でも実施が可能である。脈波は、手首、または手指で計測することができる。心電図のＲＲ間隔と同様に、脈波の時間間隔を扱うことが可能である。

脳波の計測位置は、一般的に、国際法１０−２０法で決められた箇所があるが、全部位を計測する必要はなく、前頭部Ｆｚまたは頭頂部Ｃｚの１点計測で十分である。脳波は、微弱電流であるので、差動アンプにより計測し、計測部位と耳朶との電位差を検出する、あるいは、基準電極と計測部位、基準電極と耳朶との電位差を検出し、さらに、その２つの電位差の差を求める方法で計測する方法をとる。差動アンプを使うことで、同相出力信号を除去する。電位差の計測方法であるが、２つの方法のどちらを使っても問題ない。

脳波は、脳の電気活動に関連して、あるリズムをもった微弱な電位変化であり、周波数によりδ波、θ波、α波、β波、γ波に分類される。睡眠脳波、快適性を示す脳波など、さまざまな研究がされているが、本発明においては、脳波により、覚醒、眠気を評価することを目的として脳波を検出しており、α波のみを検出すればよい。α波は一般的に８〜１３Ｈｚと言われているが、その範囲内のどの周波数を選定してもかまわない。サンプリング周波数は、脳波は２５０Ｈｚ程度でもかまわないが、心電図はＲ波を間違いなく検出するためには１０００Ｈｚ程度のサンプリング周波数であることが望ましいため、１０００Ｈｚに統一することが適当である。もちろん、心電図と脳波のサンプリング周波数を個々に設定してもかまわない。

脳波計測において、精度は落ちるが電極が装着されたバンドを頭に巻く方法で簡易的に脳波を計測する方法でもよい。また、心電図、脳波計測において、アンプ、Ａ／Ｄ変換機を内蔵する送信機において計測されたデータを、無線でコンピュータに飛ばす方法でもかまわない。無線でデータをパソコンに送信する方法だと、コードの揺れによるノイズが生じにくい、あるいは、動作をしやすい、というメリットがある。

また、脳波の電極抵抗は小さくしなければノイズを除去することができないので、１０ｋΩ以下、望ましくは５ｋΩ以下にする。電極はＡｇ−ＡｇＣｌ電極を用いる。また、脳波は微弱電流の検出であるため、ノイズが入りやすいので、ハムフィルター、低周波カットフィルター、高周波カットフィルターを使用することで異常値を除去することができる。さらに、精度を高くするには、差動アンプのＣＭＲＲ（同相分弁別比）が高くなければならず、８０ｄＢ以上は必要である。

次に、検出手段からの信号を処理する信号処理手段２について説明する。
心電図からはＲ波の検出をする。Ｒ波は心電図の波形の中で、最も振幅の大きい波である。１秒毎にすぐ手前のＲ波とＲ波との時間間隔（ＲＲ間隔）を求める。脳波は、５秒間、５１２ポイントのデータでＦＦＴ処理を行い、α波パワースペクトルを１秒毎に計算する。さらに、その結果の逆数を計算する。ＦＦＴはハニング窓、ハミング窓のどちらを使ってもよい。このようにして、１秒毎に、ＲＲ間隔の結果、α波パワースペクトルの逆数の結果を計算する。脈派は、心電図のＲＲ間隔と同様に、脈波と次の脈波の時間間隔を計測すればよい。

信号処理結果を受けてメンタル状態を評価する評価手段３について次に説明する。
メンタル状態のリラックス、緊張、覚醒（活性）、眠気について、主観評価実験を実施し、そのアンケート調査結果を因子分析したところ、リラックスと緊張が同軸に、かつ、覚醒（活性）と眠気が同軸にあることを把握した。さらに、そのメンタル状態と生理計測値との対応を検討した結果、リラックス−緊張の軸は心電図のＲＲ間隔、覚醒（活性）−眠気の軸は脳波のα波パワースペクトルの逆数と対応が良いことを把握した。

これらの結果より、「リラックスし、かつ覚醒している」というメンタル状態は、ＲＲ間隔が大きく、かつα波パワースペクトルの逆数も大きい、という生理指標で示される。一方、「リラックスし、かつ眠い」というメンタル状態は、ＲＲ間隔は大きいが、α波パワースペクトルの逆数は小さい、という生理指標で示される。

尚、α波のみ、心電図のみでメンタル状態を評価するケースがあるが、それでは、多面的な角度でメンタル状態が評価できない。リラックスしている場合、頭がすっきりして覚醒状態でリラックスしているケースもあれば、眠たくてリラックスしているケースもある。その両者の区別をするためには、脳波、心電図から検出される１つの生理指標では不十分である。ただし、簡易的には、１つの生理指標で評価することも、ある程度は可能である。

次に、メンタル評価結果を被計測者にリアルタイムに経時的に提示し続ける評価結果表示手段４について説明する。
１秒毎にＲＲ間隔とα波パワースペクトルの逆数を計算した信号処理結果を、モニター画面に提示する。経時変化がわかるように、Ｘ軸とＹ軸に心電図のＲＲ間隔とα波パワースペクトルの逆数をとり、１秒毎の値をプロットし続ける。時間経過を分かりやすくするために、色の濃度を経時的に変える、あるいは、１分毎に色を変える、などの方法をとると望ましい。長時間トレーニングするときは、表示間隔を１秒ではなく、もっと間隔を長くして結果を表示することも可能である。

トレーニングを開始して最初のプロットは中央を開始とする。そうすることで、変化を分かりやすく表示することができる。Ｘ軸、Ｙ軸のレンジも、画面全体を使って表示できるように、プロットが増えてくるに従いレンジを変更して表示すると良い。図２に表示の一例を示す。Ｘ軸を緊張−リラックスの軸とし、心電図のＲＲ間隔のデータを使い、Ｙ軸を眠気−覚醒の軸とし、α波パワースペクトルの逆数のデータを使い、１分毎の計測結果をプロットした図である。経時的に、ＲＲ間隔が大きくなり、かつ、α波パワースペクトルの逆数が大きくなり、リラックスしてかつ覚醒状態にあることがわかる。時間経過を色の濃度にグラデーションをつけ、かつ何分目のデータか分かるように数字表示もしているケースである。

具体的推奨行動を提示する行動提示手段５について説明する。
リラックス−緊張の軸は、心電図のＲＲ間隔で数値化することができるが、心電は自律神経系に支配されるものなので、呼吸調整により変化させることが可能である。被計測者がメンタル状態評価結果を見て、よりリラックスしたいと思った場合は、モニター上の希望メンタル選択画面の「リラックス」を選択する。それを受けて、「目を瞑って深呼吸をしてください」などの指示をモニターに表示する。より緊張状態にしたいという選択をされた場合は、「呼吸を故意に速くしてください」などの指示をモニター上に表示する。

また、覚醒−眠気の軸は脳波のα波パワースペクトルの逆数で数値化することができるが、脳波は中枢神経系に支配されるものなので、適切な場面を頭に思い浮かべることでコントロールすることができる。被計測者がメンタル状態評価結果を見て、より覚醒したいと思った場合は、モニター上の希望のメンタル選択画面の「覚醒」を選択する。それを受けて、「目を瞑って趣味などの楽しみな予定を考えてください」などの指示をモニター上に表示する。より眠たくなりたい、という選択をされた場合は、「目を瞑って何も考えないようにしてください」などの指示をモニター上に表示する。具体的指示の内容は、上述の内容に限定されない。柔軟体操の指示や、食べ物を食べる指示も含まれる。また、メンタル状態を維持したい場合は、維持したいことを表す選択「変化無し」を選定する。図３の表示方法は一例であり、これに限定されるものではない。

メンタルトレーニングとは、さまざまな環境変化、環境刺激があっても、希望するメンタル状態に自力で持っていけるように訓練することである。たとえば、スポーツ大会で良い成績を残すためには、リラックスして競技に臨むことが必要であるが、平常心を保つことは難しく、緊張しがちである。メンタルトレーニングとは、日頃から自分の心をコントロールできるように訓練するものであり、本発明のメンタルトレーニングシステムにより、定期的に訓練することで、最終的にメンタルトレーニングシステムを使わなくても、自分をリラックス状態にすることができる。

そこまでレベルアップするためには、メンタルトレーニングをするときに、その効果を自分で確認しながら進めると効果が倍増する。そのために、経時的にリアルタイムで生理状態を表示し被計測者に現状を通知すること、かつ、狙い通りのコントロールができているかどうか結果も表示することは非常に重要である。このような、自分で現状を知り、トレーニング効果も知る、ということがメンタルトレーニングを効果的に進めるためには重要である。

メンタルトレーニングシステムの概要図 表示手段のモニター表示例 行動提示手段の希望メンタル選択画面例

符号の説明

０：被計測者
１：心電図、脳波検出手段
２：信号処理手段
３：評価手段
４：表示手段
５：行動提示手段

本発明によるメンタルトレーニングシステムを活用することにより、スポーツ選手は、日頃から過緊張しない訓練を自分で行なうことができ、その結果、大きな大会でも自己のメンタル状態をコントロールすることにより、本来の力を発揮することが可能になる。また、人とのコミュニケーションが上手くとれず、リラックスした自然体で人と接することができない人は、本発明のトレーニングシステムを使うことで、人と接するときにも萎縮してしまうことなく、リラックスしてコミュニケーションがとれるようになる。さらには、長時間作業をして、眠気と戦いながら仕事をする場合に、活力を復活させるように自己をコントロールすることができるようになる。また、自動車の運転時においても、眠気を一時的に払拭することができるようになる。このように、メンタルトレーニングシステムを活用することで、自らのメンタル状態を把握できるようになり、トレーニングを続けることにより、本発明のシステムがない状況下でも、望ましいメンタル状態に自ら導けるようになることができる。

Claims (2)

1. 心電図および脳波を検出する検出手段１、前記検出手段からの信号を処理する信号処理手段２、信号処理結果を受けて単独または複数のメンタル状態を評価する評価手段３、メンタル評価結果を被計測者へリアルタイムで経時的に提示し続ける評価結果の表示手段４をもとに、希望メンタル状態を選択し、被計測者に対し、具体的推奨行動を提示する行動提示手段５から構成される、メンタルトレーニングシステム。
2. 心電図からメンタル状態を評価する生理指標として、心電図の波形の中で最も振幅の大
   きい波（Ｒ波）を１秒毎にすぐ手前のＲ波とＲ波との間隔（心電図のＲＲ間隔）を用い、
   リラックスあるいは緊張のメンタル状態を評価することを特徴とする請求項１記載のメンタルトレーニングシステム。