JP5958553B2 - 睡眠制御装置及び睡眠制御方法 - Google Patents

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Description

本発明の一実施形態は、対象者が快適に睡眠を行うための睡眠制御装置及び睡眠制御方法に関する。
対象者が快適に睡眠を行うための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、対象者の脳波を検出することにより、対象者がレム（REM：Rapid eye movement）睡眠の状態であるか、ノンレム睡眠の状態であるかを判定する装置が開示されている。特許文献１の装置は、対象者がレム睡眠の状態であるときに、対象者に刺激を付与することにより、対象者を覚醒させる。
特開２０１２−１１０５３６号公報
しかしながら、上記技術でも、対象者の覚醒後の意識が低い場合があり、改善の余地がある。
本発明の一実施形態は上記課題に鑑みてなされたものであり、より快適な覚醒を得ることができる可能性を高める睡眠制御装置及び睡眠制御方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化を予測する睡眠深度予測ユニットと、対象者を覚醒させるために設定された第１時間において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態であると、睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、第１時間よりも前の第２時間に対象者に刺激を付与する刺激付与ユニットとを備えた睡眠制御装置である。
対象者を覚醒させるために設定された時間において、対象者の睡眠深度がより深くなるように推移中である状態で、対象者を刺激付与により無理に覚醒させると、覚醒後の対象者の意識が低い状態が持続する睡眠慣性により、快適な覚醒が得られない。しかしながら、この構成によれば、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化を予測し、刺激付与ユニットは、対象者を覚醒させるために設定された第１時間において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態であると、睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、第１時間よりも前の第２時間に対象者に刺激を付与する。このため、対象者の睡眠深度の変化の周期の位相がずれ、対象者が覚醒する第１時間において、睡眠深度がより深くなるような推移状態ではなく、睡眠深度がより浅くなるような推移状態となる可能性が高くなり、より快適な覚醒を得ることができる可能性が高まる。
この場合、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットにより対象者の睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットにより対象者の睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される第２時間に対象者に刺激を付与する。このため、対象者の睡眠深度の変化の周期の位相がずれ、対象者を覚醒させる第１時間においても対象者の睡眠深度がより浅くなるように推移中の状態になる可能性がより高くなり、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、刺激付与ユニットは、第２時間において、第１時間まで対象者を覚醒させない刺激を付与することができる。
この構成によれば、刺激付与ユニットは、第２時間において、第１時間まで対象者を覚醒させない刺激を付与する。このため、対象者を覚醒させる第１時間前に対象者が覚醒することを防ぎつつ、第１時間において対象者の睡眠深度がより浅くなるような推移状態である可能性を高め、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化の周期を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測した睡眠深度の変化の周期において、対象者の睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される睡眠深度減少期間内の第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化の周期を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測した睡眠深度の変化の周期において、対象者の睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される睡眠深度減少期間内の第２時間に対象者に刺激を付与する。これにより、より容易に対象者の睡眠深度の周期を制御し、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化の周期を予測し、第１時間において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態であると睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測した睡眠深度の変化の周期において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態である睡眠深度増加期間それぞれの内の第１時間に最も近い睡眠深度増加期間がより短くなるように、第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化の周期を予測し、第１時間において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態であると睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測した睡眠深度の変化の周期において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態である睡眠深度増加期間それぞれの内の第１時間に最も近い睡眠深度増加期間がより短くなるように、第２時間に対象者に刺激を付与する。これにより、対象者が覚醒する第１時間の直前の睡眠深度増加期間が短くなり、覚醒後の対象者の意識が低い状態が持続する睡眠慣性が減少するため、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、刺激付与ユニットは、第２時間以降に対象者に刺激を付与することにより、第２時間から第１時間に達するまで、対象者の睡眠深度を睡眠段階１に相当する睡眠深度に維持することができる。
また、刺激付与ユニットは、第２時間以降に対象者に刺激を付与することにより、第２時間から第１時間に達するまで、対象者の睡眠深度を、対象者の脳波にθ波が出現する睡眠深度に維持することができる。
また、刺激付与ユニットは、対象者の睡眠時間の５％に相当する時間及び１０〜２０分のいずれかの時間だけ第１時間より前の第２時間以降に、第１時間まで対象者を覚醒させない刺激を付与することができる。
また、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化の周期を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測した睡眠深度の変化の周期における対象者の睡眠深度が最も深くなってから最も浅くなる時間以下の時間だけ第１時間より前の第２時間以降に、第１時間まで対象者を覚醒させない刺激を付与することができる。
これらの構成によれば、例えば、刺激付与ユニットは、第２時間以降に対象者に刺激を付与することにより、第２時間から第１時間に達するまで、対象者の睡眠深度を睡眠段階１に相当する睡眠深度に維持する。睡眠段階１においては背景脳波としてθ波が出現する。覚醒前にθ波を出現させることにより、覚醒後の対象者の意識が低い状態が持続する睡眠慣性を低減し、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
なお、本願の明細書、請求の範囲及び図面において、「睡眠段階１〜４」あるいは「睡眠段階I〜IV」とは、一般的に用いられる睡眠深度を表す指標を意味し、レム睡眠とノンレム睡眠とに分けられる睡眠の状態において、ノンレム睡眠における４つの睡眠深度を表す状態を示す。
具体的には、睡眠段階１（睡眠段階I）は、覚醒から睡眠へ移行する状態であり、対象者は、周囲の状況がある程度認識可能である。睡眠段階１では、対象者の睡眠深度が深くなるにつれて脳の活動が低下しθ波が出現する。
睡眠段階２（睡眠段階II）は、睡眠段階１よりも睡眠深度が深い状態である。睡眠段階２では、脳波には振幅の低い波形の中に一過性の睡眠紡錘波やＫ−複合波と呼ばれる特徴的な波形が出現する。
睡眠段階３（睡眠段階III）は、睡眠段階４（睡眠段階IV）は、睡眠段階２よりも睡眠深度が深い状態である。第３、第４段階は「徐波睡眠」といわれ、身体の修復が行われる。一般に、入眠後約２０分で最初の深い眠りである睡眠段階３に到達し、体温の低下や呼吸、心拍数の減少が見られる。睡眠段階３の脳波の５０％はδ波という徐波で占められる。
睡眠段階４は最も深い睡眠段階である。一般に、睡眠の最初のサイクルでは入眠後約１時間で睡眠段階４に到達する。睡眠段階４では、脳波は５０％以上が高振幅、低周波のδ波で占められる。
睡眠中は、一般的にレム睡眠からノンレム睡眠の睡眠段階１、睡眠段階２、睡眠段階３、睡眠段階４へと睡眠深度が深くなり、ノンレム睡眠の睡眠段階４、睡眠段階３、睡眠段階２、睡眠段階１からレム睡眠へと睡眠深度が浅くなる睡眠深度の周期が９０分程度で繰り返される。
また、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者がレム睡眠を行うレム睡眠期間を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したレム睡眠期間に基づいて、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者がレム睡眠を行うレム睡眠期間を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したレム睡眠期間に基づいて、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与する。レム睡眠は対象者が筋弛緩している状況であり、覚醒後に対象者の意識が低くなる傾向がある。そのため、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制することにより、覚醒後の対象者の意識を高めることができる。
この場合、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したレム睡眠期間それぞれの内で第１時間に最も近いレム睡眠期間において、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したレム睡眠期間それぞれの内で第１時間に最も近いレム睡眠期間において、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与する。睡眠中の対象者のレム睡眠を抑制し過ぎると、覚醒中の対象者の意識が急激に低下する可能性が生じる。そこで、睡眠中の対象者のレム睡眠期間それぞれの内で対象者を覚醒させる第１時間に最も近いレム睡眠期間においてレム睡眠に移行することを抑制することにより、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
また、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者がフェイジック（phasic）・レム睡眠を行うフェイジック・レム睡眠期間を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したフェイジック・レム睡眠期間に基づいて、対象者がトニック（tonic）・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者がフェイジック・レム睡眠を行うフェイジック・レム睡眠期間を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したフェイジック・レム睡眠期間に基づいて、対象者がトニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与する。レム睡眠には、眼球が動き、外部からの感覚が遮断されるフェイジック期と、外部からの感覚があり、睡眠段階１に近いトニック期とがある。上述したように、睡眠中の対象者のレム睡眠を抑制し過ぎると、覚醒中の対象者の意識が急激に低下する可能性が生じる。そこで、過剰なレム睡眠の抑制による覚醒中の急激な意識低下の低減と、より自然な睡眠に近い状況を創出するために、トニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制することにより、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
この場合、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したフェイジック・レム睡眠期間それぞれの内で第１時間に最も近いフェイジック・レム睡眠期間において、対象者がトニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したフェイジック・レム睡眠期間それぞれの内で第１時間に最も近いフェイジック・レム睡眠期間において、対象者がトニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与する。これにより、より自然な睡眠に近い状況を創出でき、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
また、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者がトニック・レム睡眠を行うトニック・レム睡眠期間を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したトニック・レム睡眠期間内の第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の対象者がトニック・レム睡眠を行うトニック・レム睡眠期間を予測し、刺激付与ユニットは、睡眠深度予測ユニットが予測したトニック・レム睡眠期間内の第２時間に対象者に刺激を付与する。そのため、対象者にトニック・レム睡眠は行わせつつも、フェイジック・レム睡眠に移行することを抑制することができ、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
また、刺激付与ユニットは、対象者の睡眠の開始からの経過時間が長いほど、対象者により弱い刺激を付与することができる。
この構成によれば、刺激付与ユニットは、対象者の睡眠の開始からの経過時間が長いほど、対象者により弱い刺激を付与する。睡眠時間が伸びるほど、副腎皮質ホルモン（コルチゾール）が上昇する。コルチゾールは睡眠から覚醒への準備段階で高まるホルモンであり、コルチゾールが高いと覚醒しやすい。そのため、睡眠時間が伸び、コルチゾールの量が多くなるほど、刺激の強度を弱くすることにより、対象者に適切な刺激を与えて、第１時間の前に対象者が覚醒することを防止しつつ、睡眠を制御することができる。
また、刺激付与ユニットは、第２時間における対象者の睡眠の開始からの経過時間と、刺激の強度との関連付けられた関係に基づいて、第２時間に対象者に刺激を付与することができる。
この構成によれば、刺激付与ユニットは、第２時間における対象者の睡眠の開始からの経過時間と、刺激の強度との関連付けられた関係に基づいて、第２時間に対象者に刺激を付与する。これにより、対象者に適切な刺激を与えて、第１時間の前に対象者が覚醒することを防止しつつ、睡眠を制御することができる。
また、本発明の一実施形態は、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化を予測する睡眠深度予測工程と、対象者を覚醒させるために設定された第１時間において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態であると、睡眠深度予測工程で予測されるときは、第１時間よりも前の第２時間に対象者に刺激を付与する刺激付与工程とを含む睡眠制御方法である。
本発明の一実施形態の睡眠制御装置及び睡眠制御方法によれば、より快適な覚醒を得ることができる可能性が高まる。
実施形態の覚醒補助システムを示すブロック図である。 実施形態の覚醒補助システムの全体の動作を示すフローチャートである。 実施形態の覚醒補助システムの動作の詳細を示すフローチャートである。 刺激提示の有る場合及び刺激提示の無い場合における睡眠段階の変化を示すグラフである。 刺激提示時間と刺激提示終了から睡眠段階２に到達するまでの時間とを示すグラフである。 睡眠深度の周期的変化を示すグラフである。 図６の区間Ｐ１における刺激提示のある場合及び刺激提示の無い場合の睡眠深度の変化を示すグラフである。 覚醒前のθ波含有率に対する目覚めの良さを示すグラフである。 刺激提示のある場合及び刺激提示の無い場合の睡眠深度の変化におけるレム睡眠の有無を示すグラフである。 刺激提示のある場合及び刺激提示の無い場合の睡眠深度の変化におけるフェイジック・レム睡眠の有無を示すグラフである。 フェイジック・レム睡眠時における眼球運動、呼吸、胸郭、腹部及び動脈中の酸素飽和度を示すグラフである。 睡眠時間に対する副腎皮質ホルモンの量を示すグラフである。 睡眠時の眠りの深さ、発汗量及びコルチゾールの量の変化を示すグラフである。 ノンレム睡眠１周期における経過時間に対する覚醒に必要な刺激強度を示すグラフである。 全睡眠時間における経過時間に対する覚醒に必要な刺激強度を示すグラフである。 経過時間、刺激強度及び刺激提示間隔それぞれの関係を示すグラフである。
図面を参照して、本発明の実施形態に係る睡眠制御装置及び睡眠制御方法の一例について説明する。図１に示すように、本実施形態の睡眠制御装置は、覚醒補助システム１０として構成され、覚醒時間入力装置２０、生体情報計測装置群３０及び携帯通信端末４０から成る。本実施形態の覚醒補助システム１０は、睡眠を取る対象者がより快適な覚醒を得るために利用される。
覚醒時間入力装置２０は、短時間の仮眠あるいは長時間の睡眠を取る対象者の希望する睡眠時間の長さ又は希望する覚醒時刻を取得する。覚醒時間入力装置２０は、具体的にはキーボート等の入力端末であり、対象者の希望する睡眠時間又は希望する覚醒時刻が直接に入力される。また、覚醒時間入力装置２０は、ネットワーク２２，２６と接続されたサーバ２４のスケジューラ等の外部記憶媒体から、対象者の希望する睡眠時間又は希望する覚醒時刻を取得することができる。もし、覚醒時間入力装置２０に対象者の希望する睡眠時間又は希望する覚醒時刻の入力が無く、サーバ２４のスケジューラ等の外部記憶媒体にも対象者の希望する睡眠時間又は希望する覚醒時刻の記録が無い場合は、覚醒時間入力手段２０は、対象者の覚醒時刻を通常の覚醒時刻に設定する。
生体情報計測装置群３０は、短時間の仮眠あるいは長時間の睡眠を取る対象者の生理的な情報を取得する。生体情報計測装置群３０は、脳波センサ３１、呼吸センサ３２、皮膚電位センサ３３、体温検出センサ３４、眼球カメラ３５、眼電位センサ３６、心拍センサ３７及び血圧センサ３８を備える。生体情報計測装置群３０は、これらの装置から対象者を覚醒させる方法を決定するために必要な対象者の脳波や、呼吸、皮膚電位、体温、心拍、血圧等の自律神経活動や、眼球運動や体動等の指標の内でいずれか１つ以上を計測する。
生体情報計測装置群３０の計測方法は、必ずしも各センサが別個に各指標を計測する必要は無い。生体情報計測装置群３０は、例えば接触式の計測方法として、携帯電話機等の携帯通信端末４０の加速度から、対象者の呼吸、心拍及び体動等の計測を行うことができる。また、生体情報計測装置群３０は、例えば接触式の計測方法として、圧電素子等のシートセンサによる対象者の呼吸、心拍、体動の計測を行うことができる。また、生体情報計測装置群３０は、例えば接触式の計測方法として、腕時計型のセンサにより対象者の心拍、皮膚電位、血圧及び体温の計測を行うことができる。また、生体情報計測装置群３０は、例えば接触式の計測方法として、頭部に装着するバンド型のセンサにより、対象者の脳波、心拍、皮膚電位、血圧及び体温の計測を行うことができる。あるいは、生体情報計測装置群３０は、非接触式の計測方法として、超音波センサ等により対象者の生理的指標を計測しても良い。
あるいは、生体情報計測装置群３０は、個々のセンサとすることができ、例えば、脳波センサ３１は簡易脳波計から構成することができる。また、心拍センサ３７及び血圧センサ３８は、短距離無線通信によりパーソナルコンピュータ等の別の端末に接続され、計測された指標のデータが処理されても良い。
生体情報計測装置群３０は、覚醒時間入力装置２０により対象者が希望する覚醒時間が決定され、生体情報計測装置群３０により計測された生理的指標により対象者の入眠が確認された場合は、対象者の睡眠深度の計測を開始する。対象者の入眠の開始は、例えば、生体情報計測装置群３０により計測された生理的指標が一定時間低下した場合、例えば、３分間対象者の加速度が低下した場合に、対象者が入眠したと判定される。あるいは、対象者の加速度の絶対値が、覚醒時間入力装置２０への対象者による入力が行われたときの半分以下となった時に、対象者が入眠したと判定される。あるいは、対象者の呼吸信号により、対象者が入眠したと判定される。
携帯通信端末４０は、具体的には例えば対象者が携帯する携帯電話機やパーソナルコンピュータである。携帯通信端末４０は、その内部に睡眠状態算出部４１、睡眠変数算出部４２、レム睡眠検出部４３、特徴量算出部４４、覚醒方法決定部４５、刺激提示量決定部４６及びその外部に刺激提示装置４７を備えている。
睡眠状態算出部４１は、生体情報計測装置群３０の各装置と有線又は無線により接続され、各装置が計測したデータを処理する。
睡眠変数算出部４２は、睡眠状態算出部４１が処理した対象者の生理的指標それぞれから、睡眠深度、睡眠深度の変化、任意の時刻において予想される睡眠深度、仮眠開始からの時間、所定の睡眠深度の累積時間、及び所定の睡眠深度の継続時間を計測する。睡眠変数算出部４２は、脳波センサ３１により得られた対象者の脳波を用いて国際判定基準により対象者の睡眠深度を決定することができる。睡眠変数算出部４２は、呼吸センサ３２、皮膚電位センサ３３、体温検出センサ３４、眼球カメラ３５、眼電位センサ３６、心拍センサ３７及び血圧センサ３８により得られた対象者の呼吸、皮膚電位、体温、眼球運動、心拍及び血圧等から、対象者の睡眠深度を推定しても良い。また、睡眠変数算出部４２は、対象者の脳波等の任意の周波数帯のパワースペクトルから対象者の睡眠深度を決定しても良い。
睡眠変数算出部４２は、対象者の睡眠深度の変化を捉える場合、覚醒から浅い眠りまでは、対象者の皮膚電気活動から睡眠深度の変化を捉えることができる。睡眠変数算出部４２は、対象者の浅い眠りにおける睡眠深度の変化を、対象者の緩徐眼球運動又は腹式呼吸から胸式呼吸への変遷等の呼吸様式の変化等を組み合わせて算出することができる。
レム睡眠検出部４３は、後述するように、対象者の眼球運動等の生理的指標から、対象者がレム睡眠の状態及びノンレム睡眠の状態のいずれにあるかを検出する。レム睡眠検出部４３は、任意の時刻において、対象者がレム睡眠の状態及びノンレム睡眠の状態のいずれにあるかを予測する。
特徴量算出部４４は、後述するように、対象者の眼球運動等の生理的指標から特徴量を算出し、対象者が、フェイジック・レム睡眠の状態及びトニック・睡眠の状態のいずれにあるかを検出する。
覚醒方法決定部４５は、後述するように、睡眠状態算出部４１、睡眠変数算出部４２、レム睡眠検出部４３及び特徴量算出部４４から得られた情報により、対象者の覚醒及び睡眠深度を制御するための刺激の提示方法を決定する。
刺激提示量決定部は、後述するように、事前に定められた対象者の睡眠の開始からの経過時間と刺激の強度と刺激の提示間隔との関連付けられた関係を記録したマップ等に基づいて、対象者に提示する刺激の量を決定する。
刺激提示装置４７は、対象者を覚醒させるためや、対象者を任意の睡眠深度に移行させるための刺激を対象者に提示する。刺激提示装置４７は、対象者に知覚可能な物理的な刺激を付与する。刺激提示装置４７は、例えば、光、音、振動、温熱、冷風及び匂い等の刺激を対象者に提示する。
以下、本実施形態の覚醒補助システム１０の動作について説明する。まず、本実施形態の覚醒補助システム１０の全体の動作を説明する。図２に示すように、対象者は、携帯通信端末４０に接続された覚醒時間入力装置２０から希望する覚醒時間又は希望する睡眠時間を入力する（Ｓ１１）。生体情報計測装置群３０により、対象者の脳波、呼吸、心拍等の生理的指標が計測される（Ｓ１２）。睡眠変数算出部４２により、対象者の任意の時刻の予想される睡眠深度等の睡眠変数が算出される（Ｓ１３）。覚醒方法決定部４５により、睡眠変数算出部４２により算出された睡眠変数に基づいて、対象者の覚醒の開始する事や対象者を所定の睡眠深度に誘導する事等の対象者の覚醒方法が決定される（Ｓ１４）。覚醒方法決定部４５により決定された覚醒方法を実行するために、刺激提示装置４７により対象者に刺激が提示される（Ｓ１５）。
次に、本実施形態の覚醒補助システム１０の詳細な動作を説明する。図３に示すように、睡眠変数算出部４２により、対象者の睡眠変数が取得される（Ｓ２１）。睡眠変数算出部４２は、対象者が希望する覚醒時間に睡眠深度がより深くなるように推移中の状態となるか否かを判定する（Ｓ２２）。
図４に示すように、睡眠中の対象者の睡眠深度は周期的に増減を繰り返す。このような睡眠深度の増減の周期はウルトラディアンリズムと呼ばれている。対象者の睡眠深度がより深くなるように推移中の状態で、対象者に刺激を付与することにより対象者を無理に覚醒させると、覚醒後の対象者の意識が低い状態が持続する睡眠慣性により覚醒後の対象者の意識が低下する可能性がある。一方、図４に示すように、本発明者らは、適切に刺激を付与することにより、対象者の睡眠深度の増減の周期の位相を変更することができることを見出した。例えば、図５に示すように、刺激の提示時間を変えることにより、刺激の提示の終了から睡眠段階２に到達するまでの時間を変動させることが可能となる。
図６に示すように、ウルトラディアンリズムでは、約９０分周期で睡眠深度の増減の一周期が終了する。そのため、対象者の希望する睡眠時間が６時間等の９０分の倍数である場合には、覚醒時間において、対象者の睡眠深度がちょうど最も浅くなる状態となるため、睡眠慣性が少なく、快適な覚醒が得られる。しかしながら、例えば、対象者の希望する睡眠時間が７時間であり、９０分の倍数ではない場合には、対象者の睡眠深度がより深くなるように推移中の状態で対象者を覚醒させることになる。この場合、睡眠慣性による覚醒後の意識の低下の可能性がある。
そこで、本実施形態では、図３及び図６の区間Ｐを拡大した図７に示すように、睡眠深度が増加する前の睡眠深度が減少する区間に対象者が希望する覚醒時間まで覚醒しない刺激提示装置４７により刺激を提示することにより、対象者の睡眠深度の増減の周期の位相がずらされる（Ｓ２３）。これにより、覚醒時間において、対象者の睡眠深度がちょうど最も浅くなる状態となるため、睡眠慣性が少なく、快適な覚醒が得られる。なお、任意の時刻における対象者の睡眠深度は、対象者の通常のウルトラディアンリズムにより予測することができる。
ここで、図８に示すように、仮眠においては例えば２０分の仮眠中で、睡眠時間の５％に相当する覚醒の１分前において、θ波の含有率と目覚めの良さには正比例の関係がある。夜間の６時間程度の睡眠でも、睡眠時間の５％程度に相当する覚醒時間前の１０〜２０分程度前にθ波のスペクトルが上昇すると対象者の睡眠慣性が減少する。θ波は睡眠段階１に相当する睡眠深度で出現する背景脳波である。
そこで、本実施形態では、図３に示すように、レム睡眠検出部４３により対象者が覚醒時間にレム睡眠の状態ではないことが予測される場合には（Ｓ２４）、対象者の覚醒予定時から１０分〜２０分前又は対象者の覚醒予定時から総睡眠時間の５％の時間前から、対象者が睡眠段階１の睡眠深度となりθ波が出現するように対象者に刺激が提示される（Ｓ２５）。
対象者の希望する覚醒時間から１０分〜２０分前又は対象者の希望する覚醒時間から総睡眠時間の５％の時間の前において、対象者が睡眠段階２又はそれより深い睡眠深度である場合は、覚醒後の目覚めの良さを得るために、刺激提示装置４７からの刺激提示により対象者はより浅い眠りに誘導される。対象者の脳波からθ波が出現していることを確認し、対象者の眼球運動がレム睡眠で生じる鋸波状でないことが確認される。対象者の呼吸より睡眠段階１に相当する睡眠深度であることが確認される。覚醒時間までの間に睡眠深度が深くなった場合には、その都度刺激が提示される。
θ波の出現の確認を脳波により確認する場合は、θ波のパワースペクトル、パワースペクトルの比率（４〜８Ｈｚのスペクトルの和／０．５〜２４Ｈｚのスペクトルの和）、ウェーブレット変換等を用いることができる。θ波の出現の確認を眼電位により確認する場合は、１〜１０Ｈｚの高振幅の波が出現していることで検出することができる。
なお、対象者がそのまま覚醒した場合には、刺激提示装置４７による追加の刺激提示は行われず、対象者が自然に覚醒するようにする。覚醒時間になっても対象者が覚醒しない場合には、刺激提示装置４７により、例えば５秒〜１０秒の連続した刺激等の対象者を覚醒させるための刺激が提示される。覚醒時間の経過後は、一定時間間隔で振動による刺激が提示されても良い。また、音等の他の種類の刺激が組み合わされて提示されても良い。
一方、レム睡眠検出部４３により対象者が覚醒時間にレム睡眠の状態であることが予測される場合には（Ｓ２４）、本実施形態では、以下のようにして対象者の覚醒が行われる。レム睡眠中は対象者が筋弛緩している状態であり、覚醒後の意識が低下する傾向がある。一方、睡眠中の全時間帯において、対象者の全てのレム睡眠を抑制してしまうと、対象者が日中の覚醒中に非常に強い眠気に襲われる可能性がある。そこで、本実施形態では、図３及び図９に示すように、覚醒時間に最も近い最後のレム睡眠の期間において、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制する（Ｓ２６）。
例えば、覚醒時間の３０分程度前において、レム睡眠検出部４３が対象者がレム睡眠の状態となると判定した場合は、覚醒後の寝覚めの良さを得るため、刺激提示装置４７から振動刺激等が提示され、選択的にレム睡眠が除外される。覚醒時間までの間に、レム睡眠で生じる鋸波状の眼電位を検出した場合には、その都度刺激が提示され、レム睡眠が除外される。
なお、レム睡眠検出部４３は、頭部に取り付けた眼電位センサ３６や、眼球カメラ３５によって対象者の瞳孔の陰影の動きを撮像することにより、対象者の眼球運動を検出して、対象者のレム睡眠の状態を検出する。任意の時刻において対象者がレム睡眠の状態となるか否かは、対象者の通常のウルトラディアンリズムにより予測することができる。
あるいは本実施形態では、レム睡眠検出部４３により対象者が覚醒時間にレム睡眠の状態であることが予測される場合には（Ｓ２４）、図３及び図１０に示すように、対象者がトニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠へ移行することを抑制するように刺激が適時される（Ｓ２６）。
レム睡眠を抑制する時間が長すぎると、対象者が日中の覚醒中に非常に強い眠気に襲われる可能性がある。また、レム睡眠中は、図１０及び図１１に示すように、対象者の眼球が主に動き、対象者が弛緩状態にあり、外部からの感覚が遮断されるフェイジック期と、外部からの感覚があり、睡眠段階１に近いトニック期とがある。そこで、本実施形態では、特徴量算出部４４により、レム睡眠中のフェイジック期とトニック期とを区別し、トニック期に刺激を提示して、対象者がトニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠へ移行することを抑制することにより、フェイジック期の感覚遮断による刺激提示効果の低減を防ぐとともに、浅い睡眠時の刺激提示で自発的な覚醒を促すことにより、覚醒後の弛緩状態を低減することが可能となる。
特徴量算出部４４は、頭部に取り付けた眼電位センサ３６や、眼球カメラ３５によって対象者の瞳孔の陰影の動きを撮像することにより、対象者の眼球運動を検出して、対象者のトニック・レム睡眠の状態を検出することができる。また、特徴量算出部４４は、心拍センサ３７により得られた心拍変動のばらつき度合から、対象者のトニック・レム睡眠の状態を検出することができる。特徴量算出部４４は、眼球運動の発生及び心拍変動の増大のいずれかの状態において、対象者がフェイジック・レム睡眠の状態であると判定する。
覚醒時間の例えば１０分程度前にフェイジック・レム睡眠の状態であると判定された場合には、例えば振動刺激が提示され、覚醒が促される。また、フェイジック・レム睡眠が開始された場合も同様に刺激が提示される。眼球運動及び心拍変動などが見られず、トニック・レム睡眠の状態である場合は、覚醒時間までの間、刺激の提示が行われず、覚醒時間に達した後に、対象者を覚醒させるための刺激が提示される。
以下、本実施形態における刺激提示量決定部４６の刺激強度を決定する方法について説明する。図１２及び図１３に示すように、睡眠開始から睡眠時間が伸びるほど、副腎皮質ホルモン（ＤＨＥＡ−Ｓ、コルチゾール）の分泌量が増大する。コルチゾールは睡眠から覚醒の準備段階で高まるホルモンである。このコルチゾールのため、図１４及び図１５に示すように、睡眠開始から睡眠の経過時間が長くなるほど、覚醒に必要な刺激強度は弱くなる。そこで、本実施形態では、刺激提示量決定部４６は、図１４及び図１５のようなマップを用いて、睡眠開始からの睡眠の経過時間が長いほど、強度の弱い刺激を提示することにより、覚醒時間前に対象者が覚醒してしまうことを防止することができる。
刺激提示量決定部４６は、睡眠変数算出部４２により算出された対象者の睡眠開始からの経過時間を使用し、刺激を提示する時点での刺激強度を決定する。睡眠開始から４時間までのノンレム睡眠の期間で刺激が提示される場合は、刺激提示量決定部４６は、他の時間帯とは別個のマップを使用して、刺激強度を決定しても良い。刺激強度は、振動刺激であれば、周波数、提示時間及び振幅等で関数化されていても良い。あるいは、これらの数値と睡眠開始からの経過時間とを関連付けたマップを使用して、刺激を決定することができる。
例えば、刺激提示量決定部４６は、図１６に示すような睡眠開始からの経過時間、刺激強度及び刺激提示間隔を互いに関連付けたマップを使用して、刺激の強度や提示方法を決定しても良い。刺激提示量決定部４６は、図１６中に破線と実線とで示すように、１回目の刺激提示の後の睡眠深度の変化の大きさに応じて、マップを切り替えても良い。
本実施形態によれば、睡眠変数算出部４２は、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化を予測し、刺激提示装置４７は、対象者の覚醒時間において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態であると睡眠変数算出部４２により予測されるときは、覚醒時間よりも前の時間に対象者に刺激を付与する。このため、対象者の睡眠深度の変化の周期の位相がずれ、対象者が覚醒する時間において、睡眠深度がより深くなるように推移中の状態ではなく、睡眠深度がより浅くなるように推移中の状態となる可能性が高くなり、より快適な覚醒を得ることができる可能性が高まる。
また、本実施形態によれば、刺激提示装置４７は、睡眠変数算出部４２により対象者の睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される時間に対象者に刺激を付与する。このため、対象者の睡眠深度の変化の周期の位相がずれ、対象者を覚醒させる時間においても対象者の睡眠深度がより浅くなるように推移中の状態になる可能性がより高くなり、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、本実施形態によれば、刺激提示装置４７は、刺激を付与する時間において、覚醒時間まで対象者を覚醒させない刺激を付与する。このため、対象者を覚醒させる時間前に対象者が覚醒することを防ぎつつ、覚醒時間において対象者の睡眠深度がより浅くなるように推移中の状態になる可能性を高め、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、本実施形態によれば、睡眠変数算出部４２は、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化の周期を予測し、刺激提示装置４７は、睡眠変数算出部４２が予測した睡眠深度の変化の周期において、対象者の睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される期間内に対象者に刺激を付与する。これにより、より容易に対象者の睡眠深度の周期を制御し、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、本実施形態によれば、睡眠変数算出部４２は、睡眠中の対象者の睡眠深度の変化の周期を予測し、覚醒時間において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態であると睡眠変数算出部４２により予測されるときは、刺激装置４７は、睡眠変数算出部４２が予測した睡眠深度の変化の周期において対象者の睡眠深度がより深くなるような推移状態である期間それぞれの内の覚醒時間に最も近い期間がより短くなるように、対象者に刺激を付与する。これにより、対象者が覚醒する時間の直前の睡眠深度が増加する期間が短くなり、覚醒後の対象者の意識が低い状態が持続する睡眠慣性が減少するため、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、本実施形態では、刺激提示装置４７は、対象者に刺激を付与することにより、刺激を提示した時間から覚醒時間に達するまで、対象者の睡眠深度を睡眠段階１に相当する睡眠深度に維持する。睡眠段階１においては背景脳波としてθ波が出現する。覚醒前にθ波を出現させることにより、覚醒後の対象者の意識が低い状態が持続する睡眠慣性を低減し、より快適な覚醒を得ることができる可能性がさらに高まる。
また、本実施形態では、レム睡眠検出部４３は、睡眠中の対象者がレム睡眠を行うレム睡眠期間を予測し、刺激提示装置４７は、レム睡眠検出部４３が予測したレム睡眠期間に基づいて、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制するように、対象者に刺激を付与する。レム睡眠は対象者が筋弛緩している状況であり、覚醒後に対象者の意識が低くなる傾向がある。そのため、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制することにより、覚醒後の対象者の意識を高めることができる。
また、本実施形態では、刺激提示装置４７は、レム睡眠検出部４３が予測したレム睡眠期間それぞれの内で覚醒時間に最も近いレム睡眠期間において、対象者がノンレム睡眠からレム睡眠に移行することを抑制するように、対象者に刺激を付与する。睡眠中の対象者のレム睡眠を抑制し過ぎると、覚醒中の対象者の意識が急激に低下する可能性が生じる。そこで、睡眠中の対象者のレム睡眠期間それぞれの内で対象者を覚醒させる時間に最も近いレム睡眠期間においてレム睡眠に移行することを抑制することにより、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
また、本実施形態によれば、特徴量算出部４４は、睡眠中の対象者がフェイジック・レム睡眠を行うフェイジック・レム睡眠期間を予測し、刺激提示装置４７は、特徴量算出部４４が予測したフェイジック・レム睡眠期間に基づいて、対象者がトニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、第２時間に対象者に刺激を付与する。レム睡眠には、眼球が動き、外部からの感覚が遮断されるフェイジック期と、外部からの感覚があり、睡眠段階１に近いトニック期とがある。上述したように、睡眠中の対象者のレム睡眠を抑制し過ぎると、覚醒中の対象者の意識が急激に低下する可能性が生じる。そこで、過剰なレム睡眠の抑制による覚醒中の急激な意識低下の低減と、より自然な睡眠に近い状況を創出するために、トニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制することにより、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
また、本実施形態によれば、刺激提示装置４７は、特徴量算出部４４が予測したフェイジック・レム睡眠期間それぞれの内で覚醒時間に最も近いフェイジック・レム睡眠期間において、対象者がトニック・レム睡眠からフェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、対象者に刺激を付与する。これにより、より自然な睡眠に近い状況を創出でき、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
また、本実施形態によれば、特徴量算出部４４は、睡眠中の対象者がトニック・レム睡眠を行うトニック・レム睡眠期間を予測し、刺激提示装置４７は、特徴量算出部４４が予測したトニック・レム睡眠期間内に対象者に刺激を付与する。そのため、対象者にトニック・レム睡眠は行わせつつも、フェイジック・レム睡眠に移行することを抑制することができ、覚醒後の対象者の意識を高めつつ、覚醒中の対象者の意識が急激に低下することを防止することができる。
また、本実施形態によれば、刺激提示装置４７は、対象者の睡眠の開始からの経過時間が長いほど、対象者により弱い刺激を付与する。睡眠時間が伸びるほど、副腎皮質ホルモン（コルチゾール）が上昇する。コルチゾールは睡眠から覚醒への準備段階で高まるホルモンであり、コルチゾールが高いと覚醒しやすい。そのため、睡眠時間が伸び、コルチゾールの量が多くなるほど、刺激の強度を弱くすることにより、対象者に適切な刺激を与えて、対象者が覚醒時間前に覚醒することを防ぎつつ、睡眠を制御することができる。
また、本実施形態によれば、刺激提示装置４７は、刺激を提示する時間における対象者の睡眠の開始からの経過時間と、刺激の強度との関連付けられた関係に基づいて、対象者に刺激を付与する。これにより、対象者に適切な刺激を与えて、覚醒時間の前に対象者が覚醒することを防止しつつ、睡眠を制御することができる。
本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、対象者に刺激を提示する時間及び覚醒時間は、ある特定の時刻であったが、いずれも所定の幅を持たせた時間帯であっても良い。この場合、対象者に刺激を提示する時間帯及び対象者が覚醒する時間帯は、それぞれ異なる長さの時間とすることができる。また、対象者に刺激を提示する時間帯では、刺激は対象者に連続的又は断続的に提示されるものであっても良い。
本発明の一実施形態の睡眠制御装置及び睡眠制御方法によれば、より快適な覚醒を得ることができる可能性が高まる。
１０ 覚醒補助システム
２０ 覚醒時間入力装置
２２，２６ ネットワーク
２４ サーバ
３０ 生体情報計測装置群
３１ 脳波センサ
３２ 呼吸センサ
３３ 皮膚電位センサ
３４ 体温検出センサ
３５ 眼球カメラ
３６ 眼電位センサ
３７ 心拍センサ
３８ 血圧センサ
４０ 携帯通信端末
４１ 睡眠状態算出部
４２ 睡眠変数算出部
４３ レム睡眠検出部
４４ 特徴量算出部
４５ 覚醒方法決定部
４６ 刺激提示量決定部
４７ 刺激提示装置

Claims (13)

  1. 睡眠中の対象者の睡眠深度の変化を予測する睡眠深度予測ユニットと、
    前記対象者を覚醒させるために設定された第１時間において前記対象者の前記睡眠深度がより深くなるような推移状態であると、睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、前記第１時間よりも前の第２時間に前記対象者に刺激を付与する刺激付与ユニットと、を備え、
    前記刺激付与ユニットは、前記第２時間以降に前記対象者に前記刺激を付与することにより、前記第２時間から前記第１時間に達するまで、前記対象者の前記睡眠深度を睡眠段階１に相当する前記睡眠深度に維持する、睡眠制御装置。
  2. 睡眠中の対象者の睡眠深度の変化を予測する睡眠深度予測ユニットと、
    前記対象者を覚醒させるために設定された第１時間において前記対象者の前記睡眠深度がより深くなるような推移状態であると、睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、前記第１時間よりも前の第２時間に前記対象者に刺激を付与する刺激付与ユニットと、を備え、
    前記刺激付与ユニットは、前記第２時間以降に前記対象者に前記刺激を付与することにより、前記第２時間から前記第１時間に達するまで、前記対象者の前記睡眠深度を、前記対象者の脳波にθ波が出現する前記睡眠深度に維持する、睡眠制御装置。
  3. 睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の前記対象者がレム睡眠を行うレム睡眠期間を予測し、
    前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットが予測した前記レム睡眠期間に基づいて、前記対象者がノンレム睡眠から前記レム睡眠に移行することを抑制するように、前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項１又は２に記載の睡眠制御装置。
  4. 前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットが予測した前記レム睡眠期間それぞれの内で前記第１時間に最も近い前記レム睡眠期間において、前記対象者がノンレム睡眠から前記レム睡眠に移行することを抑制するように、前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項３に記載の睡眠制御装置。
  5. 睡眠中の対象者の睡眠深度の変化を予測する睡眠深度予測ユニットと、
    前記対象者を覚醒させるために設定された第１時間において前記対象者の前記睡眠深度がより深くなるような推移状態であると、睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、前記第１時間よりも前の第２時間に前記対象者に刺激を付与する刺激付与ユニットと、を備え、
    睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の前記対象者がフェイジック（phasic）・レム睡眠を行うフェイジック・レム睡眠期間を予測し、
    前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットが予測した前記フェイジック・レム睡眠期間に基づいて、前記対象者がトニック（tonic）・レム睡眠から前記フェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、睡眠制御装置。
  6. 前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットが予測した前記フェイジック・レム睡眠期間それぞれの内で前記第１時間に最も近い前記フェイジック・レム睡眠期間において、前記対象者が前記トニック・レム睡眠から前記フェイジック・レム睡眠に移行することを抑制するように、前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項５に記載の睡眠制御装置。
  7. 睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の前記対象者が前記トニック・レム睡眠を行うトニック・レム睡眠期間を予測し、
    前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットが予測した前記トニック・レム睡眠期間内の前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項５又は６に記載の睡眠制御装置。
  8. 前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットにより前記対象者の前記睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の睡眠制御装置。
  9. 前記刺激付与ユニットは、前記第２時間において、前記第１時間まで前記対象者を覚醒させない前記刺激を付与する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の睡眠制御装置。
  10. 睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の前記対象者の前記睡眠深度の変化の周期を予測し、
    前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットが予測した前記睡眠深度の変化の前記周期において、前記対象者の前記睡眠深度がより浅くなるような推移状態であると予測される睡眠深度減少期間内の前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の睡眠制御装置。
  11. 睡眠深度予測ユニットは、睡眠中の前記対象者の前記睡眠深度の変化の周期を予測し、
    前記第１時間において前記対象者の前記睡眠深度がより深くなるような推移状態であると睡眠深度予測ユニットにより予測されるときは、
    前記刺激付与ユニットは、前記睡眠深度予測ユニットが予測した前記睡眠深度の変化の前記周期において前記対象者の前記睡眠深度がより深くなるような推移状態である睡眠深度増加期間それぞれの内の前記第１時間に最も近い前記睡眠深度増加期間がより短くなるように、前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の睡眠制御装置。
  12. 前記刺激付与ユニットは、前記対象者の睡眠の開始からの経過時間が長いほど、前記対象者により弱い前記刺激を付与する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の睡眠制御装置。
  13. 前記刺激付与ユニットは、前記第２時間における前記対象者の睡眠の開始からの経過時間と、前記刺激の強度との関連付けられた関係に基づいて、前記第２時間に前記対象者に前記刺激を付与する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の睡眠制御装置。
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