JP5135640B2 - 脳波スイッチの制御方法および装置 - Google Patents
脳波スイッチの制御方法および装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5135640B2 JP5135640B2 JP2009083423A JP2009083423A JP5135640B2 JP 5135640 B2 JP5135640 B2 JP 5135640B2 JP 2009083423 A JP2009083423 A JP 2009083423A JP 2009083423 A JP2009083423 A JP 2009083423A JP 5135640 B2 JP5135640 B2 JP 5135640B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stimulus
- switch
- electroencephalogram
- presentation
- user
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000012549 training Methods 0.000 description 4
- 230000000763 evoking effect Effects 0.000 description 3
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 206010002026 amyotrophic lateral sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 230000007177 brain activity Effects 0.000 description 1
- 230000003925 brain function Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 210000000624 ear auricle Anatomy 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004424 eye movement Effects 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、誘発電位反応の１つである随伴陰性変動を用い、ユーザが脳の中で注意選択しているスイッチを特定することにより、実世界のスイッチを操作する脳波スイッチの制御方法および装置に関する。
脳波を分析することにより注意選択する手法としては、例えば特許文献１にて開示されたものが挙げられる。これは、脳波スイッチ処理方法を使用したメッセージ表示装置であり、ＡＬＳ症などにより脳機能を維持した状態で全身不随となった患者の意思の伝達を、脳波によって文字選択させることにより補助するものである。
特許文献１の手法の場合、どのようにしたら脳波が変化するのか、また脳波をどう変化させたらスイッチを操作できるのかなどについて、ユーザ（患者）自身の膨大なトレーニングにより把握・獲得する必要があり、現実的には困難を伴う。また、一般的な脳波の波形は特徴に欠き、ノイズが乗ると波形がわからなくなってしまうことから、数十回におよぶ加算平均処理を行いノイズを除去する必要がある。そのため、実際にスイッチの操作が実行されるまで、数秒から数十秒を要し、操作性に難がある。
本発明の目的は、ユーザが脳波の変化とスイッチの対応付けを行うためのトレーニングを行う必要が無く、かつ短時間でスイッチ操作が可能な脳波スイッチの制御方法および装置を提供することにある。
本発明の脳波スイッチの制御方法は、或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する刺激提示ステップと、第１刺激と第２刺激に対するユーザの脳の電位の変化を観測する脳波計測ステップと、第１刺激の提示時刻でのユーザの脳の電位を基準電位とし、基準電位から第１刺激の提示時刻以降の各時刻のユーザの脳の電位を減じた値を振幅として、第１刺激の提示時刻から第２刺激の提示時刻までの間に振幅が負に遷移し、かつ、第２刺激の提示時刻から所定の時間内に振幅が正に遷移した場合に、当該第１刺激と当該第２刺激に対応するスイッチの識別子を出力するスイッチ選択ステップと、を識別子が出力されるまで繰り返し実行する。
本発明の脳波スイッチの制御方法および装置によれば、ユーザが脳波の変化とスイッチの対応付けを行うためのトレーニングを行う必要が無く、また波形が特徴的な随伴陰性変動を利用するため加算処理が不要であり、よって短時間でのスイッチ操作を実現できる。
図１に本発明の脳波スイッチ装置１００の機能構成例を示す。脳波スイッチ装置１００は、脳波の誘発電位反応のひとつである随伴陰性変動（ＣＮＶ：continent negative variation）を利用して脳波スイッチを実現する。誘発電位反応は一般的な脳波と異なり、脳活動が正常であれば必ず同様の波形が出現することが知られており、主に臨床検査において用いられている。この反応は２つの刺激（光や音など）により誘導される。具体的には、ユーザに対し、開始を示す第１刺激を与え、その後終了を示す第２刺激が与えられるまでの間（この間は予測できないようにする）、集中（注意）が必要な、例えば素早く数を頭の中で数えるなどのタスクを行わせる。すると、このプロセスの間に図２に示すようなＣＮＶ波形が観測される。ＣＮＶ波形は、第１刺激時点の脳波の電位を基準電位として、（基準電位）−（各時刻で計測された電位）により表わされる相対的電位（振幅）が第１刺激から第２刺激までの間はマイナス（−）方向に緩やかに増加するが、第２刺激後はプラス（＋）に転じ大きな谷状の波形を生じるという特徴的な形をしている。本発明では、このＣＮＶ波形の検出によりユーザが注意選択しているスイッチを特定する。
本発明の脳波スイッチ装置１００は、刺激提示部１０１と刺激制御部１０２と脳波計測部１０３とスイッチ選択部１０４とを備える。
刺激提示部１０１は、或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザ１に提示する。例えば識別子ｉが１〜９のいずれかのスイッチを選択する場合、１〜９の番号が表示された光源を設ける。そして、例えばスイッチ６の選択操作の開始・終了の刺激を提示する時には、まず選択操作開始を示す第１刺激として図３(a)に示すように６番の光源をフラッシュのように点灯させ、図３(b)に示すようにしばらく間を置いた後、選択操作終了を示す第２刺激として図３(c)に示すように再び６番の光源をフラッシュのように点灯させる。なお、第１刺激と第２刺激は必ずしも同じ種類の刺激でなくてもよく、例えば第１刺激が音、第２刺激が光というように異なる種類の刺激を与えても構わない。
刺激制御部１０２は、第１刺激と第２刺激の提示タイミングを制御する。具体的には図４に示すように、或るスイッチに係る第１刺激と第２刺激を順次与えた後、次の或るスイッチに係る第１刺激と第２刺激を順次与える。また、刺激のタイミングが予測できないように各刺激の提示間隔は一定にならないよう制御する（タイミングを予測されると脳波の反応が変化しＣＮＶ波形を観測しづらくなる）。各刺激の提示間隔は任意に設定してよいが、ＣＮＶ波形を観測する上で、或るスイッチに係る第１刺激と第２刺激との提示間隔は２０００ミリ秒以上とることが望ましく、また、各スイッチごとの刺激を区別する上で、或るスイッチに係る第２刺激と次の或るスイッチに係る第１刺激との提示間隔は１秒以上とることが望ましい。更に、刺激のタイミングをより予測しづらくするため、刺激を提示するスイッチの順序を順不同にすることが望ましい（図４の例では、（３→１→６→２→・・・）。
脳波計測部１０３は、電極２を介してユーザ１の脳の電位を一定のサンプリング間隔（例えば２〜１０ｋＨｚ）で計測し、スイッチ選択部１０４に向けて出力する。なお、電極２の装着方法はＣＮＶ波形を観測しうる方法であればいかなる方法を採っても構わない。図１は、マイナスの導出電極２ａ、２ｂ、２ｃを頭頂部に、プラスの基準電極２ｄを両耳たぶに、ボディーアース２ｅを額に、眼球運動によるアーチファクトの影響を補正するための電極２ｆを眼窩上縁に、それぞれ装着した例である。
スイッチ選択部１０４は、図２に示すように、第１刺激の提示時刻でのユーザ１の脳の電位を基準電位として、（振幅）＝（基準電位）−（各時刻で計測された電位）を計算する。そして、第１刺激の提示時刻から当該第１刺激に対応する第２刺激の提示時刻までの間に振幅が負に遷移し、かつ、当該第２刺激の提示時刻から所定の時間ｔ（例えば２００〜４００ｍｓｅｃ）内に振幅が正に遷移した場合に、ユーザ１が当該第１刺激と当該第２刺激に対応する光源（スイッチ）を注意選択し随伴陰性変動が発生したと判定し、上記第１刺激と上記第２刺激に対応するスイッチの識別子ｉを出力する。
以下、脳波スイッチ装置１００の処理フロー例を図５を用いて説明する。なお、ここでは説明の便宜上、スイッチの識別子ｉを１、２、・・・と順番に遷移させて刺激を提示する例を説明するが、実際には識別子ｉは先に説明したように順不同に遷移させることが望ましい。
まず、識別子ｉの初期値（ここではｉ＝１）を設定した上で、一定のサンプリング間隔でユーザの脳の電位の計測を開始し、識別子ｉ（＝１）に対応するスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する（Ｓ１）。このとき、ユーザは第１刺激をトリガに集中が必要なタスク、例えば素早く数を頭の中で数える作業を開始し、第２刺激をトリガに作業を終了する。また、Ｓ１と並行して随伴陰性変動の有無を観測し（Ｓ２）、第１刺激と第２刺激との間に振幅が負に遷移し、かつ、第２刺激の提示から所定の時間内に振幅が正に遷移した場合（随伴陰性変動が観測された場合）、当該スイッチの識別子ｉ（＝１）を出力し処理を終了する（Ｓ３）。一方、随伴陰性変動が観測されなかった場合には、識別子ｉをｉ＝ｉ＋１により遷移させ、再びＳ１〜Ｓ３を実行し、これを識別子ｉが出力されるまで（随伴陰性変動が観測されるまで）繰り返す。識別子が一巡しても識別子ｉが出力されなかった場合は終了してもよいし、再びｉ＝１から開始してもよい。
以上のような本発明の脳波スイッチの制御方法及び装置により、ユーザが脳波の変化とスイッチの対応付けを行うためのトレーニングが不要となる。また、波形が特徴的な随伴陰性変動を利用するため加算処理が不要となるため短時間でのスイッチ操作を実現できる。これにより、高い応答特性が得られ使用者の操作性が向上する。
Claims (6)
- 或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する刺激提示ステップと、
上記第１刺激と上記第２刺激に対する上記ユーザの脳の電位の変化を観測する脳波計測ステップと、
上記第１刺激の提示時刻での上記ユーザの脳の電位を基準電位とし、当該基準電位から上記第１刺激の提示時刻以降の各時刻の上記ユーザの脳の電位を減じた値を振幅として、上記第１刺激の提示時刻から上記第２刺激の提示時刻までの間に上記振幅が負に遷移し、かつ、上記第２刺激の提示時刻から所定の時間内に上記振幅が正に遷移した場合に、上記第１刺激と上記第２刺激に対応するスイッチの識別子を出力するスイッチ選択ステップと、
を上記識別子が出力されるまで繰り返し実行する脳波スイッチの制御方法。 - 請求項１に記載の脳波スイッチの制御方法であって、
上記所定の時間は、２００〜４００ミリ秒である脳波スイッチの制御方法。 - 請求項１又は２のいずれかに記載の脳波スイッチの制御方法であって、
上記第１刺激と上記第２刺激との提示間隔が２０００ミリ秒以上であり、かつ、或るスイッチに係る上記第２刺激と次の或るスイッチに係る上記第１刺激との提示間隔が１秒以上である脳波スイッチの制御方法。 - 或るスイッチの選択操作開始を示す第１刺激と選択操作終了を示す第２刺激をユーザに提示する刺激提示部と、
上記第１刺激と上記第２刺激の提示タイミングを制御する刺激制御部と、
上記ユーザの脳の電位を計測する脳波計測部と、
上記第１刺激の提示時刻での上記ユーザの脳の電位を基準電位とし、当該基準電位から上記第１刺激の提示時刻以降の各時刻の上記ユーザの脳の電位を減じた値を振幅として、上記第１刺激の提示時刻から上記第２刺激の提示時刻までの間に上記振幅が負に遷移し、かつ、上記第２刺激の提示時刻から所定の時間内に上記振幅が正に遷移した場合に、上記第１刺激と上記第２刺激に対応するスイッチの識別子を出力するスイッチ選択部と、
を備える脳波スイッチ装置。 - 請求項４に記載の脳波スイッチ装置であって、
上記所定の時刻は、２００〜４００ミリ秒である脳波スイッチ装置。 - 請求項４又は５のいずれかに記載の脳波スイッチ装置であって、
上記第１刺激と上記第２刺激との提示間隔が２０００ミリ秒以上であり、かつ、或るスイッチに係る上記第２刺激と別の或るスイッチに係る上記第１刺激との提示間隔が１秒以上である脳波スイッチ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009083423A JP5135640B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 脳波スイッチの制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009083423A JP5135640B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 脳波スイッチの制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010237856A JP2010237856A (ja) | 2010-10-21 |
| JP5135640B2 true JP5135640B2 (ja) | 2013-02-06 |
Family
ID=43092121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009083423A Active JP5135640B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 脳波スイッチの制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5135640B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022085327A1 (ja) * | 2020-10-23 | 2022-04-28 | 株式会社島津製作所 | 脳機能解析方法および脳機能解析システム |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1097369A (ja) * | 1996-09-24 | 1998-04-14 | Yoshimichi Yonezawa | 誘発脳波を用いた選択スイッチ機能 |
| AU2003267818B2 (en) * | 2002-09-24 | 2009-12-17 | Suntory Holdings Limited | Composition containing arachidonic acid alone or in combination with docosahexaenoic acid for enhancing cognitive abilities |
| JP4269827B2 (ja) * | 2003-07-02 | 2009-05-27 | 財団法人くまもとテクノ産業財団 | 画像刺激−脳波意思伝達方法 |
| JP4287903B2 (ja) * | 2007-06-12 | 2009-07-01 | パナソニック株式会社 | 脳波インタフェースシステムおよび起動装置 |
-
2009
- 2009-03-30 JP JP2009083423A patent/JP5135640B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010237856A (ja) | 2010-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200237618A1 (en) | Systems, apparatuses, devices, and processes for synergistic neuro-physiological rehabilitation and/or functional development | |
| CN102647942B (zh) | 在时域中的感觉诱发电位(sep)分类/检测 | |
| CN100366215C (zh) | 基于脑电稳态诱发响应的控制方法及系统和感官测试方法及系统 | |
| JP2017535364A (ja) | 様々な刺激系列による効果的な非侵襲性神経刺激のためのデバイスおよび方法 | |
| AU2012259507A1 (en) | Systems, apparatuses, devices, and processes for synergistic neuro-physiological rehabilitation and/or functional development | |
| WO2004023996A1 (ja) | 活動筋肉表示装置 | |
| JP4378957B2 (ja) | 生理状態誘導装置 | |
| Varada et al. | Measuring and processing the brains EEG signals with visual feedback for human machine interface | |
| JP6055679B2 (ja) | 生体信号加算平均処理装置 | |
| WO2019078330A1 (ja) | 脳波測定システム、リハビリテーション支援システム、脳波測定システムの制御方法、プログラム、及び非一時的記録媒体 | |
| JP2009112791A (ja) | リハビリテーション支援装置 | |
| JP5135640B2 (ja) | 脳波スイッチの制御方法および装置 | |
| Horki et al. | Asynchronous steady-state visual evoked potential based BCI control of a 2-DoF artificial upper limb | |
| EP3698710A1 (en) | Brain wave measurement system, brain wave measurement method, program, and non-transitory recording medium | |
| Jiang et al. | A four-class phase-coded SSVEP BCI at 60Hz using refresh rate | |
| JP4788956B2 (ja) | 脳活動解析方法および装置 | |
| US11191475B2 (en) | Method for determining the perceptiveness of a subject | |
| JP2016066287A (ja) | 意思伝達支援方法及び意思伝達支援システム | |
| FR3079129B1 (fr) | Methode de generation d’un indicateur d’etat d’une personne dans le coma | |
| JP7328869B2 (ja) | 筋弛緩監視装置及びキャリブレーション処理方法 | |
| CN110811613B (zh) | 基于欧德保和dmst范式融合提高事件相关电位信噪比的方法 | |
| Thomas et al. | Optimizing P300-speller sequences by RIP-ping groups apart | |
| Özdenizci et al. | Towards neurofeedback training of associative brain areas for stroke rehabilitation | |
| JP2021083654A (ja) | 注意機能訓練システム、注意機能訓練方法、訓練処理装置、及びコンピュータプログラム | |
| WO2019078325A1 (ja) | 脳波判定システム、脳波判定方法、プログラム、及び非一時的記録媒体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20111121 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20111121 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120214 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20120214 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121010 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121016 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121026 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5135640 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151122 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |