JP5317277B2

JP5317277B2 - 脳波同調方法および装置

Info

Publication number: JP5317277B2
Application number: JP2009083422A
Authority: JP
Inventors: 康広加藤; 英由樹安藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Osaka University NUC
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Osaka University NUC
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010233720A

Description

本発明は、一人または複数人の脳波を特定の周波数成分に同調する脳波同調方法および装置に関する。

人の心の状態は、同じ環境や状況に置かれていても個々に異なる。この異なった心の状態を近づけることが社会的に有用な場面がある。例えば、協調性が要求される場面である。複数で協調作業を行うような集団スポーツでは、個々の協調性、つまり心の状態の同調によってその成果が大きく左右される。これを克服するために、かけ声等の斉唱や瞑想などによって個々の心の状態を同調する手法（非特許文献１参照）がある。

一方、心の状態を定量・定性的に評価する科学的手法において脳波が利用されている。脳波は、δ波（１〜３Ｈｚ）は深い睡眠状態、θ波（４〜７Ｈｚ）は浅い睡眠状態、α１波（７〜９Ｈｚ）はリラックス状態で若干眠りかけの状態、α２波（９〜１１Ｈｚ）はリラックス状態で理想的な集中状態、α３波（１１〜１３Ｈｚ）はややリラックス状態でかつ落ち着いた状態、β波（１４〜３０Ｈｚ）は五感（視覚・聴覚・触覚・味覚・嗅覚）が働いた覚醒状態でかつ意識が緊張状態において発生すると、それぞれ解釈されている。更に、γ波として３０〜６４Ｈｚ（ただし、β波とγ波の帯域の境界は２８Ｈｚとするものなど諸説ある）、ω波として６４〜１２８Ｈｚ、ρ波として１２８〜５１２Ｈｚ、σ波として５１２〜１０２４Ｈｚに分類される脳波がある（非特許文献２参照）。

これらの脳波を利用して、対象ユーザの脳波を特定周波数に同調する従来方法として、ニューロフィードバックシステム（特許文献１参照）がある。ニューロフィードバックシステムは、脳波を計測・解析し、その結果を対象ユーザに提示して脳波を変調するシステムである。

特開２００８−１８６３３５号公報

小林真著、「幼児の社会的行動における主張性と協調性の役割」、株式会社風間書房、１９９８年２月「脳波」、[online]、ウィキペディア (Wikipedia): フリー百科事典、[２００８年１１月３日検索]、インターネット<URL: http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%84%B3%E6%B3%A2>

かけ声等の斉唱や瞑想などによって個々の心の状態を同調する従来手法は、心身のリズムを心理物理的刺激などにより同調するものであり、心の実体である脳そのものに直接働きかけるものでないため、定量・定性的に個々の心の状態を同調することができない。また、従来のニューロフィードバックシステムは、複数人の脳波を同時に同調させるものではなく、複数人を対象とした心の状態を協調させることはできない。

本発明の目的は、心の実体である脳そのものに働きかけ、一人又は複数人の脳波を特定の周波数成分に同調させることが可能な脳波同調方法および装置を提供することにある。

本発明の脳波同調方法は、Ｎ人（Ｎ≧１）のユーザの脳波を計測する脳波計測ステップと、ユーザ毎に予め用意された、刺激の態様とその刺激に対する脳波の各周波数成分の変化とがマッチングされたフィルタを用い、上記計測した各ユーザの脳波について、所望の周波数成分の強度が各ユーザ同時に最大化されるように、各ユーザに対する刺激の態様を決定する情報処理ステップと、上記決定した各ユーザに対する刺激の態様に応じ、各ユーザに対し刺激を提示する刺激提示ステップと、を実行する。

本発明の脳波同調方法および装置によれば、心の実体である脳そのものに働きかけ、一人又は複数人の脳波を特定の周波数成分に同調させることが可能となる。

脳波同調装置１００の機能構成例を示す図。フィルタの特性イメージを示す図。ユーザの脳波を刺激により所望の周波数成分に誘導するイメージを示す図。脳波同調装置１００の処理フロー例を示す図。脳波同調装置１００´の機能構成例を示す図。

図１に本発明の脳波同調装置１００の機能構成例を示す。脳波同調装置１００は、Ｎ人（Ｎ≧１）のユーザの脳波を所望の周波数成分に同調、つまり脳波の所望の周波数成分の強度を他の周波数成分に対し、相対的に最大化させる装置である。大まかな原理としては、ユーザ個々の脳波を測定し、脳波の周波数成分に応じた感覚フィードバック（刺激）を個々に提示することにより、個々の脳波を所望の周波数成分に同調するものである。

脳波同調装置１００は、脳波計測部１０１−１〜Ｎと情報処理部１０２と刺激提示部１０３−１〜Ｎとを備える。
脳波計測部１０１−１〜Ｎはユーザ毎に設けられ、ユーザ１−１〜Ｎに装着された探査電極２−１〜Ｎを通じ、ユーザ１−１〜Ｎの脳波を計測する。

情報処理部１０２は、ユーザ１−１〜Ｎそれぞれに対し予め用意されたフィルタを用い、ユーザ１−１〜Ｎの脳波が同時に所望の周波数成分に同調されるように、ユーザ１−１〜Ｎに対する刺激の態様を決定する。ここでいうフィルタとは、例えば刺激周波数や刺激頻度等の刺激の態様と、それに反応する脳波の周波数成分や同調するまでの位相、同調後の同調保持時間等とがマッチングされたものでありユーザにより異なる。２名のユーザ（Ａ、Ｂ）についてのフィルタのイメージを図２に示す。このようなフィルタを用いることで、ユーザ個々に同調するまでの所要時間をコントロールしたり、同調周波数に段階的に遷移させることが可能となる。そのため、脳波を所望の周波数成分に無理なく誘導したり、各ユーザの脳波を同時に同調させることが可能となる。あるユーザの脳波を刺激により所望の周波数成分に誘導するイメージを図３に示す。図３では計測開始時点で１５Ｈｚ付近の周波数成分の強度が最大で脳波を、ｔ２秒後に所望の周波数成分（１０Ｈｚ）に段階的に同調させている。具体的には、当該ユーザのフィルタを用いて、まず１０〜１５Ｈｚの間の１５Ｈｚ寄りの周波数にて刺激を与えることによりｔ１秒後に最大強度の周波数成分を１０Ｈz寄りにシフトさせ、更にｔ１秒後に１０〜１５Ｈｚの間の１０Ｈｚ寄りの周波数にて刺激を与えることによりｔ２秒後に１０Ｈｚに同調させている。

刺激提示部１０３−１〜Ｎはユーザ毎に設けられ、ユーザ１−１〜Ｎに刺激を提示する。刺激提示部１０３−１〜Ｎは、例えば視覚からの刺激を与える視覚刺激提示手段３−１〜Ｎと聴覚からの刺激を与える聴覚刺激提示手段４−１〜Ｎとから構成することが考えられる。視覚刺激提示手段３としては例えば平面・球面モニタ、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ等が、また聴覚刺激提示手段４としては例えば空気伝導や骨伝導によるスピーカ、ヘッドフォン等が考えられる。なお、刺激の提示の波形としては、ユーザへのフィードバックによる時間応答を小さくするため、特許文献１に記載されているような正弦波を用いることが望ましいが、ユーザのフィードバック応答が有意でない場合には正弦波以外の波形を用いても構わない。

なお、ユーザ１−１〜Ｎが同調までの進捗状況を把握可能なように、各ユーザの脳波の各周波数成分の強度や同調する周波数成分の強度をリアルタイムに棒グラフやレーダーチャート等により表示する表示部１０４−１〜Ｎを更に設けてもよい。

図２に脳波同調装置１００の処理フロー例を示す。なお、処理にあたっては予めどの周波数成分にどの程度の時間で同調するかを決めておく。まず、ユーザ１−１〜Ｎの脳波を脳波計測部１０１−１〜Ｎにより測定する（Ｓ１）。続いて情報処理部１０２が、同調する周波数成分に遷移するまでの刺激の態様や回数を各ユーザ毎に各ユーザのフィルタを用いて決定する（Ｓ２）。そして、刺激提示部１０３−１〜Ｎが情報処理部１０２において決定された刺激の態様に従いユーザ１−１〜Ｎに対し刺激を提示する（Ｓ３）。なお、各ユーザの脳波の各周波数成分は、外的要因等により必ずしも当初決定したとおりに遷移しない場合があるため、例えば、刺激の提示（Ｓ３）→脳波測定（Ｓ１）→刺激の補正（Ｓ２）→刺激の提示（Ｓ３）→・・・というように刺激の提示の都度、脳波の状態確認及び刺激の補正を行う繰り返し処理を、同調されるまで行うこととしてもよい。

本発明により、一人又は複数人の脳波を所望の周波数成分に同調させ、個々の心の状態を同調することができる。つまり、人の心の状態は、その環境や状況によって個々に相違が生じるが、心が働く脳のメカニズムは同じであると考えれば、一人又は複数人の脳波を所望の周波数成分に同調することによって、個々の心の状態を同調することができる。

本発明は、複数で協調作業を行うような場面において、作業の効率化や成果の創出に有効である。複数で協調作業を行う場面として、野球やサッカーなどの集団スポーツ、交響楽団やトリオ演奏などの音楽活動、学校などにおける学習活動、工場などの集団作業などの場面が挙げられる。また、リハビリテーションや教育など、指導者が被指導者を指導する際の模倣学習を促進する方法へも応用が可能である。

例えば、学習活動や集団スポーツにおいてはα２波の脳波に同調することが考えられる。α２波の脳波に同調するのが望ましい理由は、α２波は最も集中力が高まり、自己能力を最大限に発揮できる状態の時に出現すると解釈されているためである。特に、集団スポーツにおいては、個々の脳波を同時に同調することで、個人能力が最大限に発揮されるだけでなく、集団としての協調性の向上も期待できる。

また、所望の特定周波数成分に同調させる利用方法以外に、図５に示すように脳波同調装置１００´を構成し、良い状態にあるユーザ１−Ｚの脳波に他のユーザ１−１〜Ｎの脳波を同調させるという利用方法も考えられる。

なお、本発明においては情報処理部１０２以外はユーザ毎に設けられるため、情報処理部１０２と通信可能であれば各ユーザは任意の場所から装置を動作させることができる。そのため、例えば図５のユーザ１−Ｚが遠征している場合でも、本拠地にいる他のユーザ１−１〜Ｎの脳波をユーザ１−Ｚの脳波に同調させることができる。

Claims

Ｎ人（Ｎ≧１）のユーザの脳波を計測する脳波計測ステップと、
ユーザ毎に予め用意された、刺激の態様とその刺激に対する脳波の各周波数成分の変化とがマッチングされたフィルタを用い、上記計測した各ユーザの脳波について、所望の周波数成分の強度が各ユーザ同時に最大化されるように、各ユーザに対する刺激の態様を決定する情報処理ステップと、
上記決定した各ユーザに対する刺激の態様に応じ、各ユーザに対し刺激を提示する刺激提示ステップと、
を実行する脳波同調方法。
Ｎ人（Ｎ≧１）のユーザの脳波を計測するＮ個の脳波計測部と、
ユーザ毎に予め用意された、刺激の態様とその刺激に対する脳波の各周波数成分の変化とがマッチングされたフィルタを用い、上記計測した各ユーザの脳波について、所望の周波数成分の強度が各ユーザ同時に最大化されるように、各ユーザに対する刺激の態様を決定する情報処理部と、
上記決定した各ユーザに対する刺激の態様に応じ、各ユーザに対し刺激を提示する刺激提示部と、
を備える脳波同調装置。