JP5432989B2 - 被験者における望ましい状態を求める方法 - Google Patents

Description

本発明は、被験者における望ましい状態を求める方法及びシステムに関する。

バイオフィードバック研究はすでに確立された研究分野である。１つ以上のセンサ、例えば、電気皮膚反応、局所的皮膚温度、心拍数と心拍数変動、呼吸、筋電図、脳波などのセンサで構成されているバイオフィードバックシステムがある。こうしたシステムの目的は、生のセンサ信号から、被験者の感情的体験について解釈できる一定の生理的パラメータを抽出することである。ユーザが自分の状態に関する情報を得て、自分の身体的反応とその結果生じる感情とをコントロールすることを学習できるように、その時の感情的体験を、好ましくはリアルタイムで、ユーザにフィードバックする。近年、ライフスタイルアプリケーションにおけるバイオフィードバックの利用が盛んに行われており、例えば、三洋マッサージチェアテクノロジ社などからセンサを有するマッサージ装置が発売されている（特許文献１参照）。

同様のアイデアが特許文献２に示されている。この文献は、人の心理・生理的状態をモニタする装置を開示している。この特許では、プログラムは、自分の心理・生理的状態の１つ以上の側面をコントロールするようにユーザをトレーニングするように設計されており、その実行は、ユーザの電気皮膚抵抗などの心理・生理的パラメータを表す信号によりコントロールされる。この信号は、ユーザの隣り合った指で、２つのコンタクトを有するセンサユニットにより検出される。センサユニットはレシーバユニットと別々になっている。レシーバユニットは上記プログラムを実行するコンピュータに接続されている。従来のすべてのシステムの目的は、被験者に自分のその時の成績に関する正確なフィードバックを提供することである。確かに、多くのアプリケーションでは、フィードバックの正確性が最も重要である。

米国特許出願公開第２００５/０１３７５０３ 米国特許第６０６７４６８号

それゆえ、本発明の目的は従来技術の改良である。

本発明の第１の態様は、被験者における望ましい状態を求める方法であって、前記被験者の１つ以上の生理的パラメータを測定する段階と、前記測定したパラメータを用いて値を計算する段階と、前記計算した値を修正するか決定する段階と、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階と、前記計算した値の動く方向を決定する段階であって、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、前記値の前記動く方向に依存する段階と、前記被験者に対する出力を発生する段階であって、前記出力は前記修正した値に比例する段階とを有する方法である。

本発明の第２の態様は、被験者における望ましい状態を求めるシステムであって、前記被験者の１つ以上の生理的パラメータを測定するように構成された１つ以上のセンサと、前記測定したパラメータを用いて値を計算し、前記計算した値を修正するか決定し、前記決定が前記値を修正するものであるとき、前記計算した値を修正するように構成されたプロセッサであって、前記計算した値の動く方向を決定するように構成され、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、前記値の前記動く方向に依存する、プロセッサと、前記被験者に対する出力を発生するように構成された１つ以上の出力装置であって、前記出力は前記修正した値に比例する出力装置とを有するシステムである。

本発明により、バイオフィードバックを変更して感情的体験をよくすることが可能である。この方法とシステムは、例えばライフスタイル装置におけるバイオフィードバックの利用に関する。人は、その時の自分の感情的体験を認識するにはフィードバックモニタリングに多きく依存しがちである。変更したバイオフィードバックの実施により、システムの使用中に、改良された（enhanced）感情的及び／または性的興奮を達成する方法を提供する。本方法の特徴は、ユーザが自分の体が感情的に興奮（またはその逆にリラックス）すると信じ始めるように、ユーザにフィードバックするセンサ信号のバイアス／変更（alteration）である。その結果、心理的要因と生物学的要因の間の複雑な相互作用によって、心に生じるもの（例えば、性的欲望）が刺激される。

いままで、バイオフィードバックシステムでは、ユーザに、（例えば、電気皮膚反応（ＧＳＲ）、筋電図（ＥＭＧ）、心拍数変動（ＨＲＶ）などの）生理的機能に関する正確なフィードバックを提供することが強調されてきた。この「体に注意を払う（minding the body）」アプローチの主な目的は、ユーザのリアルタイムコーチングにあることは、ヘルスケアドメインでは周知であるが、これに限定はされない。ここでは、心理・生理検知方法（及び、その結果の診断）の時間的及び機能的な精度と分解能が非常に重要である。アプリケーションの一例は、上記の先行技術特許に記載されているように、その心理・生理的状態の１つ以上の側面を制御するようにユーザを訓練することである。その意味で、バイオフィードバックを用いて、ユーザの自己行動修正（self-behaviour modification）を起こさせる。例えば、この方法論は、（注意深さの哲学に関する）ネガティブな行動パターンを修正させるようにユーザを訓練するために用いることができる。

従来のバーチャルリアリティシステムでは、物理的な触覚の現実的なシミュレーションが力のフィードバックにより提供される。力のフィードバックのアプリケーションは、人体のデリケートなエリアにおいて外科用メスでどのくらい強く押すかを外科医に教える医療トレーニングシステムから、コンピュータゲームで使われる一般のジョイスティックまで、広範囲にわたる。例えば、http://encyclopedia.farlex.com/force+feedbackを参照。力のフィードバックの使用は、より現実的でより強い体験を提供することが知られている。これらのアプリケーションでは、目的は再び正確なフィードバックの提供である。

エンドユーザの視点から、センサを有するマッサージ装置などのライフスタイルやウェルネスの分野の装置は、ヘルスケアアプリケーションの場合と同様に、ユーザの体の制御にはフォーカスしていない。むしろ、ユーザが制御できないことによる喜びの改良（enhancing）に重点がある。ユーザのニーズによって、アプリケーションに対するアプリオリなアプローチは異なる。高分解能と高精度なバイオフィードバックシステムの開発は、この場合、中心的な問題ではない。問題は、何がユーザの感情的体験を強めるかという点にある。

このように、本システムと方法は、従来のアプリケーションとは異なる。マッサージ装置やＡｕｒｅａテレビジョン（http://www.aurea.philips.com参照）などの装置により提供されるライフスタイルやウェルネスの分野において、エンドユーザのニーズは、ヘルスケア分野のユーザのニーズとは非常に異なる。すなわち、エンドユーザは、基本的に、バイオフィードバックの帰納的な分解能に興味を有している。これはまたライフスタイル機器はあまり技術的に見えないという一般的な洞察を反映している。エンドユーザは、ライフスタイルの広い範囲で、エンターテイメント、楽しみ、簡単なユーザインタフェースにむしろフォーカスする必要がある。これは、力のフィードバックを有するコンピュータゲームにある価値と同様である。

この積極的にインスパイアされたアプローチにより、「問題と機能障害の解決」のヴィジョンを「ユーザの喜びの改良」のヴィジョンに変換される。

（ユーザが健康関連の理由にフォーカスする必要がある）ヘルスケアの分野では診断とフィードバックモニタリングの精度が大きな関心であるが、ライフスタイルとウェルネス（例えばマッサージ）の分野では、エンターテイメントのインパクトがはるかに重要である。両分野の重きの違い（ユーザニーズの違い）により、アプリケーションは完全に異なる。バイオフィードバックを変更するシステムを利用して、エンターテイメントアプリケーション一般、及びマッサージ装置などのより具体的な装置に大きなインパクトを与えることができることを提案する。

従来のシステムでは、ユーザは、その時の生理的状態（及び、その結果、必要に応じて、自分のその時の感情的状態）の正確なフィードバックを受け取り、または、システム（すなわち、コンピュータゲーム等）によりシミュレーションされる活動に対する正確なフィードバックを受け取る。しかし、本発明は、必ずしもその時の感情的状態ではない、ユーザの望ましい感情的状態に基づき刺激を提供するのがより効果的になるようにユーザの感情的状態に影響するために、設計されている。例えば、被験者がリラックスしたいとき、その時にストレスがたまっているというフィードバックを受けても役に立たない。より有益なアプローチは、「快適そうだ」といったフィードバックを与え、この示唆が被験者に少なくとも少しよく感じさせることを願うことである。このような示唆的なリマークをするアプローチは、（ユーザの実際の状態ではないことが明らかでも）いかなる感情的状況に適用して、被験者に望ましい感情的状態に気づかせることができる。同様に、ユーザのその時の感情的状態を単に反映するシステムは、ユーザにおける望ましい状態を生じさせるのに理想的ではない。

この理由から、本発明では、被験者を望ましい状態にし、例えば被験者の感情的体験を改良するために、主要な目標がバイオフィードバック信号の明示的な変更であるシステム、装置、方法を提案する。提案する変更については、以下に詳細を記す。変更は少なくとも妥当（plausible）なものでなければならない。明らかに落ち込んでいる人に絶好調に見えると言ったとしても、それは明らかに信じられない。同様に、フィードバックの操作も妥当でなければならない。これについては、フィードバックを変更するアルゴリズムを説明するときに検討する。
本発明の方法とシステムにより、より効果的かつ適応的なソリューションが提供できる。適用する修正を決定する際に、絶対値を考慮するのに加えて、この値が増加しているか減少しているかを用いて、適用する調整の性質を決定する（すなわち、修正スキームの性質、または多数の所定の修正スキームのうちの１つの選択、または修正スキームのオンライン生成）。例えば、値が減少しているとき、第１のグラフを用いて修正を決定し、値が増加しているとき、計算した値の修正に第２のグラフを用いる。

一実施形態では、感情的体験の強化に重点をおく。体験を強化する目的は、コンピュータゲームにおける力のフィードバックの目的と同様である。違いは、ユーザにフィードバックするセンサ信号の明示的なバイアスである。結局、（自己充足的予言として効果的に機能する）感情的体験における違いを作るのは、ユーザによるフィードバックの評価及び／または解釈である。ここで、示唆性及び／または喚起性が非常に重要である。

好ましくは、前記決定が値を修正するというものであるとき、計算した値を修正するステップは、修正スキームにアクセスし、その修正スキームに従って計算した値を修正するステップを含む。スキームは、システムにより適用される修正にしたがって、計算した値をどう変更するかを規定する、グラフの形式でも、ルックアップテーブル（このテーブルは、基本的にグラフのＸ、Ｙ軸を含み、プロセッサにおいて実施される）の形式でもよい。これにより、ユーザに対する出力を駆動する値の修正に、高い柔軟性を与えるが、実施は比較的簡単である。システムは、修正スキームにアクセスして、そのスキームに従って修正を実行できる。

有利にも、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値を増幅するステップを有する。値の修正は、乗算ファクタによる簡単な増幅であってもよい。修正スキームを用いるとき、このスキームにより、測定した値により、使用する乗算ファクタを決定することができる。例えば、それに向かってユーザがプッシュされている望ましい状態が興奮状態である場合、センサがユーザの心拍数を測定し、ユーザにその時の心拍数を示す出力をフィードバックする。しかし、システムにより供給される変更したフィードバックは、測定した値を増幅し、被験者に影響を与えて実際よりも興奮していると信じさせる。あるいは、変更したフィードバックは、計算した値を減衰することもできる。

一実施形態では、計算した値を修正するか決定するステップは、計算した値を閾値と比較するステップを含む。また、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値が閾値を（下か上に）超えているとき、その計算した値を増幅するステップを有してもよい。例えば、計算した値が所定の閾値（固定または可変、すなわち時間的に適応、パーソナル化するかしない）よりも低いとき、変更により、計算した値を増幅する。もう一つの場合、計算した値が所定の閾値（固定または可変、すなわち時間的に適応、パーソナル化するかしない）よりも高いとき、変更により、計算した値を増幅する。増幅のレベルは、測定した値に依存してもよい。例えば、被験者が最小心拍数が毎分８５拍（ＢＰＭ）に対応する望ましい状態に向けてプッシュされており、その測定した心拍数が７５ＢＰＭの閾値より低い場合、１．２の乗算ファクタを用いて、値の増幅を実行する。

理想的には、プロセスはさらに、被験者の１つ以上の測定した生理的パラメータをスケールにマッピングするステップを有し、計算した値はそのスケール上の値を有する。被験者の状態を、心拍数などの純粋に客観的な物理的項で計算してもよいが、リラックススケールなどの主観的な項を考えてもよい。例えば、１が最もリラックスした状態、１０が最も興奮した状態とする、１から１０までのスケールを用いてもよい。１つ以上の測定した生理的パラメータを用いて、被験者のその時の（current）リラックス状態を決定してもよい。これらの離散的状態は、システムにより提供された出力で、被験者に示すこともできる。本発明のシステムは、測定した値の修正により、出力の変更を提供し、被験者に変更したバイオフィードバックを提供する。さらに別の実施形態では、システムはマッサージ装置を有する。

添付した図面を参照して、例により、本発明の実施形態を説明する。
被験者とシステムを示す図である。 １つの固定した閾値を用いたバイオフィードバックの変更を示すグラフである。 １つの固定した閾値を用いたバイオフィードバックの変更を示す別のグラフである。 ２つの固定した閾値を用いたバイオフィードバックの変更を示す第２の別のグラフである。 被験者における望ましい状態を求める方法を示すフローチャートである。 システムの第２の実施形態を示す図である。

図１は、被験者１２における望ましい状態を求めるシステム１０を示す。システム１０は、被験者１２の１つ以上の生理的パラメータを測定するように構成されたセンサ１４と、測定したパラメータを用いて、いろいろな計算を実行するように構成されたプロセッサ１６と、被験者１２に対する出力を発生するように構成された出力装置１８とを有する。システム１０は、被験者１２の皮膚温度や心拍数などのパラメータをモニタし、出力装置１８を介して被験者１２にフィードバックを提供する、事実上フィードバックシステムである。

図面は被験者１２が３つのセンサ１４でモニタされていることを示している。第１のセンサ１４ａは、皮膚伝導度測定装置であり、第２のセンサ１４ｂは、被験者１２の顔の表情と頭の位置とをモニタするカメラであり、第３のセンサ１４ｃは、被験者の胸に巻いたストラップで固定されたワイヤレス心拍数モニタである。センサ１４ａと１４ｃは、被験者１２の生理的パラメータを直接測定している直接センサと考えられ、センサ１４ｂは、被験者１２の顔の表情、及び／または被験者の頭の動くレートなどの生理的パラメータを測定している間接センサである。その他の使える間接的生理的センサには、ユーザがその時の状況に応じてユーザインタフェースとインターラクトする仕方がある。例えば、ユーザが運転中にハンドルを握る圧力などである。

出力装置１８は、プロセッサ１６のコントロール下で、被験者１８に出力を供給するように構成されたスピーカである。図に示した出力装置１８は１つだが、同種または異種の複数の出力装置１８を使えない理由はない。例えば、ディスプレイ装置を含む出力装置１８を設けてもよい。被験者１２は、オーディオ装置１８により、またコンサートでは関連したディスプレイ装置により、フィードバックを提供される。複数の出力装置１８、または１つの出力装置１８は、装置１８により被験者１２に提供されるフィードバックの範囲と強さを決定するプロセッサ１６のコントロール下で、被験者１２へのフィードバック全体を提供する。

システム１０は、センサ１４により測定され、雰囲気フィードバックまたは装置フィードバックのいずれかにより、システム１０のユーザ１２にフィードバックされる、バイオフィードバック信号を変更する方法を開示する。システム１０の基本的な機能は、電気皮膚反応、局所的皮膚温度、顔の表情、心拍数と心拍数変動、呼吸、筋電図などの一定の生理的属性を測定し、ユーザへのバイオフィードバックを変更することである。プロセッサ１６は、ユーザ１２へのフィードバックを制御し、ユーザに提供するフィードバックを修正するように構成されている。

センサ１４は、ユーザ１２の体の位置、顔の表情、動作、動きなどの１つ以上の生理的信号を記録するために、設けられている。好適なセンサには、被験者の心拍数信号（心拍数変化からリラックス状態を求められる）の測定が含まれる。心拍数信号は、いろいろな方法で決定できる。例えば、ＥＣＧ信号を測定する従来の電気的Ａｇ／ＡｇＣｌ電極で、例えば、静電気感知ベッド（ＳＣＳＢ）、または椅子に組み込んだピエゾ薄膜やＥＭＦｉフィルムセンサで、心弾動図を測定することにより、ユーザの酸素飽和（ＳＰＯ２）を測定することにより、指、耳、その他の場所で（光）電脈波PPGを測定することにより、非電気的容量電極を用いて、腕時計状装置を用いて、地震計（ＳＳＧ）、超広帯域レーだ、光振動心電計、マイクロホンによる音響計測（心音図）を用いて、またはセンサを組み込んだインテリジェント繊維または下着を用いて、決定できる。

その他の生理的測定装置には、皮膚伝導度/発汗（これは、本技術分野において感情的興奮として周知であり、ユーザの興奮のレベルを判定するのに最も適している）、熱電対を用いたフルコンタクト測定や、非コンタクト赤外線検出温度計を用いた（皮膚）温度、ＥＥＧによる脳波パターンを測定するものが含まれる。他のセンサには、血流センサ（例えば、光ベースセンサ）、及び血液ガスレベルセンサ（例えば、酸素レベルを測定するもの）が含まれる。

センサ１４により測定できるその他の生理的パラメータには、筋肉の緊張（好ましくはＥＭＧにより電気的に測定される）と呼吸レートがある。これは心拍数変動から求めることができ（ＥＣＧ信号から判断して）、または伸縮バンドにより胸／腹部で直接測定できる）。あるいは、ヘッドセットや電話のマイクロホンを用いて、被験者１２の呼吸レートを自動的に検出できる。この信号を用いてもユーザ興奮を測定できる。

センサ１４を用いても音声ベースの分析を実行できる。例えば、音声分類手段を用いて、オーディオ信号の周波数分布の分析により、笑い、熱心な話し、叫び、泣き、社会的状況における大きな変化を検出し、より一般的には感情的状態の表示を求めることができる。同様に、ビデオベースの分析も使える。例えば、コンピュータビジョンを用いて、パーティ、笑顔などの社会的イベントを検出し分類できる。また、顔の各パーツの相対的な位置（口に対する目と鼻）を用いて、例えば、「喜び対興奮レベル」スケールの形で、ユーザの感情的状態を規定することもできる。これは、バース大学における「共感的ペインティング」プロジェクトなどで行われている（http://www.cs.bath.ac.uk/~vision/empaint）。

プロセッサ１６は、リアルタイムで生の生理的信号を処理するソフトウェアを実行する。一定の時間ウィンドウ内で、生理的信号の最小及び最大パラメータ値を、ピーク検出により計算する。規格化手順により、プロセッサ１６は、一定の時間における極値に関してパラメータ値を評価でき、それゆえ、ベースラインパラメータ値における時間変動を制御できる（これにより、システムに、パーソナル化した、時間的にアダプティブはパラメータインターバルを提供する）。

被験者１２の望ましい感情的状態は、閾値（下記参照）により規定されるが、時間的に不変であるとも、時間的に可変であるとも考え得る。最も簡単な実施形態は、１つか２つの固定閾値を使うことである。より進んで実施形態では、ベースラインパラメータレンジにおける時間変動をカプセル化して、１つまたは２つの可変閾値を用いてもよい。フィードバック変更アルゴリズムは、プロセッサ１６により実行され、被験者１２に対するフィードバックの修正を決定する。システム１０の核心は、ユーザ１２に提示されるバイオフィードバックの変更に関する。バイオフィードバックを変更するように用いられるアルゴリズムを、以下により詳しく説明する。

変更したバイオフィードバックシステム１０の第１の実施形態では、１つの閾値を有するシステムを用いる。システム１０の目標は、ライフスタイル装置を用いつつ、被験者の感情的体験を改良（enhance）することである。システム１０の最も簡単な実施形態では、ユーザの感情的体験の望ましい（「最適な」）状態を、生理的に測定したパラメータのいずれかまたはそれぞれ、または２つ以上の生理的パラメータの組み合わせに対する、境界（低いまたは高い閾値のいずれか）により規定する。変更の結果は、ユーザ１２に影響して、低い閾値より上か、高い閾値より下の位置に到達し、その境界の正しい側にあることが必要である。

この最適な結果は、２つの基本的な操作により達成される。変更には質的に異なる多くの可能性がある。例えば、増幅、減衰、位相シフト（遅延）、反転、非測定信号（ジッタなど）の重畳、及びこれらの組み合わせである。質的には、変更量は、例えば、その時測定した生理的信号の傾き（例えば、急峻であれば、変更は小さくなり、変更は傾きの符合（正または負の急峻さ）に依存する）、または、その時に測定したパラメータ値の閾値からの距離に依存する。

第１の例を図２に示した。これは、ユーザ１２への出力に変更をするか、どのくらい変更するかを決定するプロセッサ１６による処理に関する、１つの固定閾値２０の原理を説明する図である。この例において測定する生理的パラメータは、皮膚伝導度（ＧＳＲ）レベルｘ（ｔ）であり、Ｘ軸に示した。変更の増幅率をＹ軸に示した。望ましい感情的状態２２は、１つの閾値２０により規定される。固定値（ｘ１）＝測定したセンサ信号の低い閾値であり、５μＳである。閾値２０は、ユーザ１２の望ましい状態２２を、望ましくない状態２４と分ける。

図２のグラフは、ｘ＜ｘ１であれば増幅し、ｘ１≦ｘであれば変更しないという、簡単な決定規則を示している。グラフ２６は、ユーザ１２に提供される出力を修正するために用いられる修正スキームと考えることができる。システム１０は、被験者１２の生理的パラメータ（皮膚伝導度）を測定するように動作する。これを用いて値を（ここでは、０乃至２０μＳのスケールで）計算する。プロセッサ１６は、計算したこの値を修正するか決定する。この場合、この決定プロセスは上記の通り閾値２０に基づく。計算した値を修正すると決定すると、その値をスキーム２６に従って修正する。スキーム２６は、計算した値を増幅して修正した値を生成する。システム１０は、被験者１２に対する出力を発生する。その出力は修正した値に比例する。

皮膚伝導度（ＧＳＲ）値のレンジは、幅広いテスト被験者の典型値として１乃至２０μＳ内にある。例えば、低い閾値ｘ１＝５μＳと設定することも可能である。その時測定した値が固定閾値２０より低いとき、フィードバック信号を増幅する。この例では、増幅量は、実際のパラメータ値と望ましいパラメータ値との間の距離に依存する。計算した値の、低い閾値２０からの距離が大きければ大きいほど、スキーム２６に従って、フィードバックの変更は急峻になる。図中、実際の増幅率は、フィードバックが閾値に合わせて直接設定される状況に対して与えられる。別の曲線では、ユーザに対して、実際よりも望ましい状態に近いが、まだ望ましい状態ではないという印象を与える、もう少し低い増幅値を用いることができる。以下、バイオフィードバックを変更するいろいろな方法を提示する。

第２の実施例を図３に示した。これは１つの閾値２０を用いているが、もう少し進んだアルゴリズムの例である。その時に測定した皮膚伝導度（ＧＳＲ）信号ｘ（ｔ）が望ましい感情的状態の外側にあるとき、バイオフィードバックを変更する目的は、その人１２を正しい心的状態に、すなわち測定したパラメータ値の正しいエリア２２にすることである。アルゴリズムは、図３に示したが、人１２を低い閾値２０より上にするという目的をいかに達成するかの例を与えている。

感知したパラメータ値が低すぎたら、フィードバックを変更する。第２の閾値２８で規定されたこのエリアでは、増幅は妥当ではない（例えば、人１２は今にも寝入ろうとしているので、この時に興奮に関する情報は無関係であり、木に触ることもある）。この第２の閾値２８は、例えば低い閾値２０の５０％以下に設定できる。実際に測定した値と閾値２０との間の距離が短ければ、フィードバックの変更が始まる。増幅率をスキーム２６により図に示した。これは、測定したセンサ値の方向に応じて、値の修正に用いるスキームは異なる場合である。値が増加しているときは、第１のスキーム２６ａを用いる。値が減少しているときは、第２のスキーム２６ｂを用いる。特に、スキーム２６ｂは、ユーザが、望ましいエリア２２から低い閾値２０に近づき始めたとき、閾値２０ｂから、強く修正した値を受ける効果を有する。これにより、彼らは、望ましい領域を離れようとしていると警告し、それを回避する行動を起こすことを可能にする。

この場合、留意すべき点として、ユーザが望ましいエリア２２に（まだ）いても、値を修正する。これは、本システムにおいて、ユーザの望ましい状態をある値２０で表しつつ、修正用の閾値を望ましい状態を規定する値より高い（２０ａ、２０ｂ）または低い値に設定できることを認識することにより、実現できる。

その時に測定した皮膚伝導度（ＧＳＲ）信号ｘ（ｔ）が望ましい感情的状態の境界の内側にあるとき、バイオフィードバックを変更する目的は、その人１２を正しい心的状態に、すなわち測定したパラメータ値の正しいエリア２２に留めることである。図３（特に修正スキーム２６ｂ）に示したアルゴリズムは、人を、１つの低い閾値２０により規定されるこのエリア内に留めることをいかに達成するかの例を与えている。

別の実施形態では、変更したバイオフィードバックシステム１０は、２つの閾値（下と上）で動作する。この別システム１０では、本実施形態では、ユーザの感情的体験の最適／望ましい状態は、生理的に測定したパラメータまたは２つ以上の生理的パラメータの組み合わせの２つの境界（下の閾値＋上の閾値）により規定される。変更の結果は、ユーザが、２つの境界の内側の位置に到達し、そこに留まるように影響する必要がある。

第３の例を、２つの固定閾値の原理を説明する図４に示した。測定する皮膚伝導度（ＧＳＲ）信号ｘ（ｔ）をＸ軸に示した。変更の増幅率をＹ軸に示した。望ましい感情的状態は２つの閾値２０と３２により規定される：固定値（ｘ１）＝測定したセンサ信号の低い閾値；固定値（ｘ２）＝測定した信号の高い閾値。被験者を導く望ましい状態２２は、低い閾値２０と高い閾値３２により規定される。測定した生理的パラメータ値が閾値２０より低いとき、ユーザ１２は望ましくない状態２４（リラックスし過ぎ）にあり、パラメータ値が閾値３２より高いとき、ユーザ１２は望ましくない状態３０（ストレスの受けすぎ）にある。

このライン２６は、値を修正して、被験者１２への出力を発生する時に用いる値を生成するのに用いる修正スキームを規定する。このグラフは、ｘ＜ｘ１であれば増幅し、ｘ１≦ｘ≦ｘ２であれば変更せず、ｘ＞ｘ２であれば減衰するという、簡単な決定規則を示している。それゆえ、測定した値が第１の閾値２０より低ければ、増幅され、測定した値が第２の閾値３２より高ければ、減衰される。

皮膚伝導度値のレンジは、幅広いテスト被験者の典型値として２乃至２０μＳ内にある。例えば、低い閾値ｘ１＝５μＳ、高い閾値ｘ２＝１０μＳと設定できる。一方で、その時測定した値が固定閾値２０より低いとき、フィードバック信号を増幅する。もう一方で、その時測定した値が固定閾値３２より高いとき、フィードバック信号を減衰する。この例では、増幅量は、ライン２６が規定しているように、実際のパラメータ値と望ましいパラメータ値との間の距離に依存する。測定した値の閾値２０からの距離が大きければ大きいほど、フィードバックの変更は急峻になる。図中、実際の増幅率は、フィードバックが閾値（高い及び低い）に合わせて直接設定される状況に対して与えられる。別の曲線を用いることもできる（増幅や減衰が弱いもの）明らかに、図３で１つの閾値に対して示したように、値が閾値に近づく方向に応じて、異なる曲線を用いることができる。

上記の閾値はすべて「固定」閾値である。例えば、他のパラメータの測定を参照して、計算した値に修正を加えるかどうか決定する閾値を、動的に決定することが可能である。この他のパラメータは、局所的な温度などの外的測定であってもよいし、被験者１２の他の生理的パラメータであってもよい。システム１０において１つ以上の閾値を用いる場合、例えば、第２の閾値を用いて、（妥当性を理由として）修正をしないことを決定する場合、この第２の閾値を、例えば第１の閾値の５０％に設定される、第１の閾値の関数として設定することができる。

被験者１２における望ましい状態を求める方法を図５にまとめた。この方法は、最初に、ステップＳ１において、被験者１２の１つ以上の生理的パラメータを測定し、次に、ステップＳ２において、測定したパラメータを用いて値を計算する。前記値を求めるために、プロセッサ１６により実行される手順は、被験者１２の１つ以上の測定した生理的パラメータをスケールにマッピングし、それゆえ、計算した値はそのスケール上に値を有する。最も簡単な形式では、値は、センサ１４が読んだデータから直接生成される。例えば、ユーザの心拍数をセンサ１４により測定し、使用する値をユーザの１分当たりの心拍数にする。しかし、異なるセンサ１４からのデータを合成して、そのデータを、より抽象的なものであると考えられる、緩和スケールなどのスケールにマッピングする、センサデータのより複雑な処理も可能である。

プロセスの次のステップはステップＳ３であり、計算した値を修正するか決定する。計算した値を修正するか決定するステップは、図２乃至４を参照して詳しく説明したように、計算した値を閾値と比較するステップを有する。プロセッサ１６は、所定の規則に従って、計算した値を修正するかどうか決定する。これは、プロセッサ１６がプロセスのこの段階で用いる１つ以上のアルゴリズムで実施できる。これはリアルタイムで実行される。

プロセスの第４のステップは、ステップＳ４であり、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正する。プロセッサ１６は、計算した値に修正を加えて、被験者１２に対するバイオフィードバックを変更する。前記決定が値を修正するというものであるとき、計算した値を修正するステップは、修正スキーム２６にアクセスし、修正スキーム２６に従って計算した値を修正してもよい。好ましい実施形態では、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値を増幅する。本システムは閾値を用いて値に修正をするかの前記決定をし、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値が閾値を超えるとき、計算した値を増幅する。

より複雑なレベルの処理も可能である。例えば、プロセッサ１４が、スケール上での値の動きの方向を決定するように構成されており、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、値の動きの負おこうに依存する。

プロセスの最後のステップＳ５は、被験者１２に対する出力の発生である。その出力は修正した値に比例する。この最後のステップは、ユーザ１２へのフィードバックである。これにより、音、におい、触覚、視覚などの人の感覚がトリガーされる。操作するパラメータは、例えば、提供されるフィードバック信号の強さや頻度である。光によるフィードバックを、色の変化や明るさの変化により与えることができる。音によるフィードバックを、音程の変化や振幅の変化により与えることができる。または、両耳に供給する音声を用いる場合、変更したバイオフィードバック信号に応じて、方向的な特性（binaural inter-aural time and level differences）を変化させてもよい触覚によるフィードバックは、触知できる刺激のリズムの変化や、刺激圧力や刺激の長さの変化により与えることができる。においによるフィードバックは、香りの変化や、においの強さの変化により与えることができる。最後に、フィードバックは、意識的な提示によっても、サブリミナルメッセージによっても、これらの組み合わせによっても提供できる。

システム１０を実施できる、多くの実施形態とアプリケーションがある。例えば、変更したバイオフィードバック信号をランプなどの外部装置にワイヤレスで送信して、そのランプのカラーホイールをフィードバックコントローラ（プロセッサ１６）で操作することができる。被験者１２に対する出力は、テレビジョン画面に表示される映画／アニメーションを含む。

他のフィードバックのモダリティは、フィードバックコントローラにより修正できる、経皮的な電気的神経刺激（ＴＥＮＳ）である。

被験者がベッドに横になっている場合、システム１０を就寝エイドとして用いることもできる。上記の方法の一つで、しかし、被験者が自由に動けるように、好ましくは心弾動計で心臓信号を測定する。光を控えめなレベルで変調して、あるいはフィードバックコントローラにより変調できる控えめな音声レベルでリラックスできるハミングサウンドにより、フィードバックを与えることができる。または、（合成）音楽を用いることもできる。

例えば被験者１２がジム活動、ランニング、ボート漕ぎに参加しているときなど、スポーツ活動中に、スポーツマンがフィードバックを得ることもできる。特にランナーはＨＲ測定装置をすでに身につけていることが多い。一部の活動では、自転車のハンドルなどの装置に触っている。これにより容易にＥＣＧを測定することができる。その他の多くのジム機器が同様のコンタクトを有している。同様に、（ボクサー、ラグビー選手などの）スポーツマンの場合、試合の前に正しい心的状態になることが重要である。ボクサーは、興奮し恐怖感が少なければ高いパフォーマンスを示すことができる。俳優は、表現しようとする感情を本当に感じれば、より実際に近い演技（例えば、怒り）ができる。その意味で、変更したバイオフィードバックをトレーニングツールとして使用できる。オフィスでＰＣを用いて仕事をしている時には、ユーザはよりリラックスできる。

好ましい実施形態では、図６に示したように、システムは、ハンドヘルドマッサージ装置３４をさらに有する。これには、被験者１２が使うハンドルホール３６が設けられている。任意的に、かかるマッサージ装置は、被験者の生理的パラメータを測定する手段をさらに有する。多くのハンドヘルドマッサージ装置が市場で入手可能であり、通常はプラスチックのケースと、１つ以上の振動モータとを有する。生理的センサ（この場合ＧＳＲセンサ）を有するマッサージ装置の例が米国特許第４，１７３，２１７号に開示されている。

図６に示した実施形態は、装置に組み込まれたセンサ１４を含む。このセンサ１４は、被験者１２の皮膚温度やその他の生理的パラメータを測定できる。プロセッサ１６は、センサ１４から測定結果を受け取り、出力装置１８の出力を制御する。出力装置１８は、被験者１２の皮膚に接触するものである。プロセッサ１６は、図の下側に示したように、被験者１２に変更したバイオフィードバックを提供するように構成されている。この場合、計算した値３８はスキーム２６に従って修正され、修正した値４０が生成される。この例では、プロセッサ１６は値１２を１０に減衰し、出力装置１８により提供されるフィードバックはこの修正した値４０に比例する。

Claims (14)

1. 被験者における望ましい状態を求める方法であって、
   前記被験者の１つ以上の生理的パラメータを測定する段階と、
   前記測定したパラメータを用いて値を計算する段階と、
   前記計算した値を修正するか決定する段階と、
   前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階と、
   前記計算した値の動く方向を決定する段階であって、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、前記値の前記動く方向に依存する段階と、
   前記被験者に対する出力を発生する段階であって、前記出力は前記修正した値に比例する段階とを有する方法。
2. 前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、修正スキームにアクセスする段階と、前記修正スキームに従って前記計算した値を修正する段階とを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記修正スキームの形式はグラフまたはルックアップテーブルである、請求項２に記載の方法。
4. 前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、前記計算した値を増幅または減衰する段階を有する、請求項１ないし３いずれか一項に記載の方法。
5. 前記計算した値を修正するか決定する段階は、前記計算した値を閾値と比較する段階を有する、請求項１ないし４いずれか一項に記載の方法。
6. 前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、前記計算した値が前記閾値より大きければ、前記計算した値を増幅する段階を有する、請求項４及び５に記載の方法。
7. さらに、 前記被験者の前記１つ以上の測定した生理的パラメータを、スケールにマッピングする段階を有し、前記計算した値は前記スケール上の値を有する、請求項１ないし６いずれか一項に記載の方法。
8. 被験者における望ましい状態を求めるシステムであって、
   前記被験者の１つ以上の生理的パラメータを測定するように構成された１つ以上のセンサと、
   前記測定したパラメータを用いて値を計算し、前記計算した値を修正するか決定し、前記決定が前記値を修正するものであるとき、前記計算した値を修正するように構成されたプロセッサであって、前記計算した値の動く方向を決定するように構成され、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、前記値の前記動く方向に依存する、プロセッサと、
   前記被験者に対する出力を発生するように構成された１つ以上の出力装置であって、前記出力は前記修正した値に比例する出力装置とを有するシステム。
9. 前記プロセッサは、前記決定が前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正するときに、修正スキームにアクセスする段階と、前記修正スキームに従って前記計算した値を修正するように構成された、請求項８に記載のシステム。
10. 前記修正スキームの形式はグラフまたはルックアップテーブルである、請求項９に記載のシステム。
11. 前記プロセッサは、前記決定が前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正するときに、前記計算した値を増幅または減衰するように構成された、請求項８ないし１０いずれか一項に記載のシステム。
12. 前記プロセッサは、前記計算した値を修正するか決定するときに、前記計算した値を閾値と比較するように構成された、請求項８ないし１１いずれか一項に記載のシステム。
13. 前記プロセッサは、前記決定が前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正するときに、前記計算した値が前記閾値より大きければ、前記計算した値を増幅するように構成された、請求項１１及び１２に記載のシステム。
14. 前記プロセッサは、さらに、前記被験者の前記１つ以上の測定した生理的パラメータを、スケールにマッピングするように構成され、前記計算した値は前記スケール上の値を有する、請求項８ないし１３いずれか一項に記載のシステム。

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