JP6653500B2 - 前庭電気刺激装置及び仮想現実体感装置 - Google Patents
前庭電気刺激装置及び仮想現実体感装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6653500B2 JP6653500B2 JP2015187553A JP2015187553A JP6653500B2 JP 6653500 B2 JP6653500 B2 JP 6653500B2 JP 2015187553 A JP2015187553 A JP 2015187553A JP 2015187553 A JP2015187553 A JP 2015187553A JP 6653500 B2 JP6653500 B2 JP 6653500B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- stimulation
- acceleration
- current signal
- vestibular
- 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
- 230000035807 sensation Effects 0.000 title claims description 85
- 230000001720 vestibular Effects 0.000 title claims description 44
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 128
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims description 115
- 210000001595 mastoid Anatomy 0.000 claims description 23
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 8
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims description 6
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 claims description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 105
- 235000019615 sensations Nutrition 0.000 description 83
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 38
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 13
- 230000004886 head movement Effects 0.000 description 12
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 12
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 12
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 9
- 210000003582 temporal bone Anatomy 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 240000004050 Pentaglottis sempervirens Species 0.000 description 6
- 235000004522 Pentaglottis sempervirens Nutrition 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 210000000613 ear canal Anatomy 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 210000003371 toe Anatomy 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000356847 Otolithes Species 0.000 description 4
- 210000003027 ear inner Anatomy 0.000 description 4
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 4
- 230000002842 otolith Effects 0.000 description 4
- 210000001265 otolithic membrane Anatomy 0.000 description 4
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 4
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 4
- 238000012552 review Methods 0.000 description 4
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000763 evoking effect Effects 0.000 description 3
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010339 medical test Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 description 2
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 206010034962 Photopsia Diseases 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000000540 analysis of variance Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 210000001715 carotid artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010205 computational analysis Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 210000000256 facial nerve Anatomy 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 210000004880 lymph fluid Anatomy 0.000 description 1
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 1
- 230000001936 parietal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 229910000065 phosphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001144 postural effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 210000002480 semicircular canal Anatomy 0.000 description 1
- 235000019578 sensation perception Nutrition 0.000 description 1
- 208000021833 sensation perception Diseases 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 210000002905 vestibular aqueduct Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Electrotherapy Devices (AREA)
Description
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、効果的な電極位置の設定と、往復電流刺激を用いた上下方向前庭電気刺激とによって、安全ガイドラインに沿った電流値内でも上下方向の加速度感覚の知覚を可能とする前庭電気刺激装置及び仮想現実体感装置を提供するものである。
上下方向のGVSが主観的な上下方向の加速度感覚を惹起するかどうかを検証するために、被検者に上下定電流刺激、上下往復電流刺激、左右刺激の3種類の刺激を印加した時の、被験者の加速度感覚(感じた力)の方向を回答させる実験を行った。
被験者は、前庭に病歴のない健常な成人男性5名(23〜25才)であった。大阪大学大学院情報科学研究科倫理審査委員会において承認された規定に基づき、全ての被験者から十分にインフォームドコンセントを得た上で参加してもらった。
図5は、刺激ごとの各方向に対する被験者の選択確率を示している。図5におけるerror barは、標準誤差を示しており、*は、刺激ごとに方向の選択確率に対してKruskal-Wallis ANOVAとScheffeの多重比較検定を行った時の有意差のある箇所を示している(上下定電流刺激:F(3.16)=12.84, p<0.05、上下往復電流刺激:F(3.16)=16.8, p<0.05、左右刺激:F(3.16)=16.8, p<0.05)
図5から、上下往復電流刺激において、被験者は有意に高い確率で上下方向を選択しており、左右定電流刺激においては、有意に高い確率で左右を回答していることが分かる。上下定電流刺激においては、最も高い確率で選択されるのは上下方向であり、その確率は前後やYaw回転が選択される確率よりは有意に高いが、左右が選ばれる確率との間には、有意差は見られず、有意傾向(p<0.10)のみが見られた。
GVSによって生起される加速度感覚は電流と同じ方向であり、陽極側に体が傾く身体動揺が誘発される。このことから、先行研究においては、GVSによる提示加速度感覚の方向と強度についての客観的な評価指標として身体動揺が利用されている(非特許文献3、6、さらに、(i)Omar S. Mian, Christopher J.Dakin, Jean-Sebastien Blouin, Richard C. Fitzpatrick and Brian L. Day:Lack of otolith involvement inbalance responses evoked by mastoid electrical stimulation;Journal of Physiology,588, 22, 4441-4451(2010)、(ii) Cathers, I., Day, B. L. & Fitzpatrick, R. C. : Otolith and canal reflexes in human standing;Journal of Physiology, Vol. 563, 229-234 (2005)、(iii) Mian, O. S., Dakin, C. J., Blouin,J. S., Fitzpatrick, R. C. & Day, B. L.: Lack of otolith involvement inbalance responses evoked by mastoid electrical stimulation; Journal ofPhysiology Vol. 588, 4441-4451 (2010)の各文献にも記載されている。)。
被験者は前庭に病歴のない健常な成人男性5名(23〜25才)であった。大阪大学大学院情報科学研究科倫理審査委員会において承認された規定に基づき、全ての被験者から十分にインフォームドコンセントを得た上で参加してもらった。
図7〜図10は、世界座標系における各姿勢条件での各刺激印加時の頭部位置変化の俯瞰図と左右方向と前後方向の頭部移動量の時間変化を示している。俯瞰図には刺激開始1000ms前から刺激終了後2000msまでの頭部位置変化を250msごとにプロットし、時間変化の図には刺激開始1000ms前から刺激終了後2000msまでをプロットした。世界座標系とは、立位姿勢において被験者の正面を縦軸に、左右方向に横軸を取る座標系として定義した。初期姿勢は、それぞれ図7A〜図10Aでは立位姿勢、図7B〜図9Bでは右傾き姿勢、図7C〜図8Cと図10Bでは前傾き姿勢である。プロットの種別は、それぞれ刺激極性、刺激手法を示しており、黒プロットはそれぞれ下方向電流または右方向電流、後方向電流を示しており、白プロットはそれぞれ上方向電流または左方向電流、前方向電流を示している。上向き三角印は上下方向定電流条件を、丸印は上下方向往復電流条件を、右向き三角印は左右方向刺激条件を、四角印は前後方向刺激を示している。また、図7D〜図8Dと図9C〜図10Cとは左右方向の頭部移動量(右方向が正)を示しており、図7E〜図8Eと図9D〜図10Dとは前後方向の頭部移動量(前方向が正)を示している。これらの図において、細い実線は立位姿勢条件、太い実線は右傾き姿勢条件、破線は前傾き姿勢を示している。
(3.1)上下方向電流が惹起する加速度感覚の方向
図5より、上下方向電流刺激の時には、定電流刺激でも往復電流刺激でも上下方向の選択率が最も高かった。これは、上下刺激において、被験者は上下方向の加速度感覚を最も強く知覚しているということを示している。よって、上下方向電流は、上下方向の加速度感覚を強く惹起していることが示された。また、左右刺激においては、従来の知見どおり被験者は左右方向への加速度感覚を感じていることが示された。
図11から、右傾き姿勢における上下方向往復電流刺激が誘発する前後方向の身体動揺は上下方向定電流が誘発する前後方向の身体動揺よりも有意に大きいことが分かる。また、図12から、有意差は無いが、上下方向往復電流刺激が誘発する右傾き姿勢における前後方向の身体動揺は、立位姿勢おける前後方向の身体動揺よりも大きいことが分かる。
以上では、3つの姿勢を被験者にとらせた時の身体動揺を計測することで、GVSの惹起する加速度感覚の方向を調査した。各姿勢を被験者にとらせた時の姿勢が身体動揺に及ぼす影響を見るために、被験者5名に3つの姿勢条件をとらせ、刺激を提示しなかった時の身体動揺の時間変化(各姿勢、各被験者4試行分)の俯瞰図と各方向への身体動揺の時間変化、身体動揺の絶対最大値の平均値を図15に示した。図15から、GVS提示を行わない条件は、GVS提示を行った時と比較して身体動揺が非常に小さいことが分かる。また、図15Cにおいて、前傾き姿勢における前後方向の頭部移動量が、立位姿勢におけるそれよりも有意に小さかった(F(2.57)=7.98, p<0.05)。このことから、立位姿勢に比べて、前傾き姿勢は、前後方向の身体動揺が惹起されにくい姿勢であるといえる。この姿勢において、上下往復電流刺激が前後方向の身体動揺を誘発したことは、上下往復電流刺激が、上下方向の加速度感覚を惹起していることを支持している。
解剖学的知見から、頭部内の電流経路は、頭蓋骨の穴によって形成されると仮定し、その穴の位置関係を調査した。その知見を用いて、前庭に上下方向の方向成分を持った電流を印加することで、上下方向への加速度感覚提示が可能な電極の配置を行った。
上下方向への加速度感覚提示を目指して、頭部内の電流経路を考慮し、前庭に上下方向の電流を流すことが可能な電極配置として、乳様突起上と、その電極から約6cm直下の首上、すなわち胸鎖乳突筋及び肩甲拳筋の皮膚方向に直上となる皮膚の位置に電極を設置する電極配置を提案した。さらに、この電極配置においてGVSの安全ガイドラインに沿った電流値で強力な加速度感覚提示を実現するために、GVSによって惹起される加速度感覚の増強と誘発される身体動揺の増大効果があることが示されている往復電流刺激方を採用した。その結果、従来、加速度感覚提示ができなかった上下方向への加速度感覚の生起を実験的に確認した。
11 ヘッドセット
21,21R,21L 電極(第1電極)
22,22R,22L 電極(第2電極)
23,23R,23L 電極
4 回路部(電流出力部)
41 刺激電流生成回路
100 仮想現実体感装置
113 主キャラクタ加速度算出部
P1、P11 刺激電流信号
P10 事前電流信号
Claims (8)
- 左右の乳様突起上の皮膚に設置される第1電極と、前記左右の乳様突起の直下位置であって胸鎖乳突筋及び肩甲挙筋の皮膚方向に直上となる皮膚の位置に設置される第2電極と、左右それぞれで前記第1、第2電極間に、両極性の往復電流信号を印加する電流出力部とを備え、
前記往復電流信号は、一方極性で第1の時間幅を有する方形波状の刺激電流信号と、前記刺激電流信号の出力前に出力される、逆極性で第2の時間幅を有する方形波状の事前電流信号を含むものである前庭電気刺激装置。 - 前記第1、第2電極を取り付けるヘッドセットを備え、
前記ヘッドセットは、左右対称の半円形状をなし、左右両側から頭部を押圧する弾性の頭部装着部と、前記頭部装着部の両端に取り付けられた環状の耳掛け部と、前記頭部装着部の左右から下方に延びる弾性のアームを備えたアーム対を有し、
前記第1電極は、前記耳掛け部の下部後方部に取り付けられ、前記第2電極は前記アームの各先端に取り付けられてなることを特徴とする請求項1に記載の前庭電気刺激装置。 - 前記電流出力部は、前記事前電流信号と前記刺激電流信号とを連続して出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の前庭電気刺激装置。
- 前記第2の時間幅は、前記第1の時間幅と等しいか長いことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の前庭電気刺激装置。
- 前記電流出力部は、前記刺激電流信号及び前記事前電流信号として、前記第1、第2電極間に予め設定された安全レベルの電流値を出力するものである請求項1〜4のいずれかに記載の前庭電気刺激装置。
- 前記電流出力部は、左右方向への加速度感覚の提示用として前記左右の第1電極間に、方向に対応する極性で第3の時間幅を有する方形波状の刺激電流信号を出力するものである請求項1〜5のいずれかに記載の前庭電気刺激装置。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の前庭電気刺激装置と、モニタに表示される、少なくとも鉛直方向に移動する主キャラクタの画像の動きから、前記主キャラクタの画像の重力方向の仮想的な加速度を得る演算部とを備え、前記電流出力部は、前記演算部で得られた加速度に対応する往復電流信号を出力する仮想現実体感装置。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の前庭電気刺激装置と、モニタに表示される、少なくとも鉛直方向に移動する主キャラクタの画像に対して鉛直方向の動きを指示する操作部と、前記操作部の指示内容から前記主キャラクタの画像の重力方向の仮想的な加速度を得る演算部とを備え、前記電流出力部は、前記往復電流信号として前記演算部で得られた加速度に対応する信号を出力する仮想現実体感装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015187553A JP6653500B2 (ja) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 前庭電気刺激装置及び仮想現実体感装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015187553A JP6653500B2 (ja) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 前庭電気刺激装置及び仮想現実体感装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017060581A JP2017060581A (ja) | 2017-03-30 |
JP6653500B2 true JP6653500B2 (ja) | 2020-02-26 |
Family
ID=58429755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015187553A Active JP6653500B2 (ja) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 前庭電気刺激装置及び仮想現実体感装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6653500B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11911617B2 (en) | 2013-03-01 | 2024-02-27 | The Regents Of The University Of California | Methods for treatment of disease using galvanic vestibular stimulation |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2018297323B2 (en) * | 2017-07-07 | 2024-07-18 | The Regents Of The University Of California | Method and system for altering body mass composition using galvanic vestibular stimulation |
CN108031002B (zh) * | 2018-02-08 | 2021-06-29 | 中国医科大学附属盛京医院 | 用于促进自体移植脂肪瓣再生的电刺激设备 |
WO2023176924A1 (ja) * | 2022-03-16 | 2023-09-21 | 国立大学法人大阪大学 | 経頭蓋電気刺激装置 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6077237A (en) * | 1998-11-06 | 2000-06-20 | Adaboy, Inc. | Headset for vestibular stimulation in virtual environments |
JP4481209B2 (ja) * | 2005-04-08 | 2010-06-16 | 日本電信電話株式会社 | 電気刺激装置及びバーチャルリアリティ体感装置 |
JP2008188121A (ja) * | 2007-02-01 | 2008-08-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電気刺激装置、刺激電流制御方法 |
US10076655B2 (en) * | 2007-09-21 | 2018-09-18 | Koninklijke Philips N.V. | Vestibular stimulation system |
WO2010101641A2 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-10 | Infoscitex Corporation | Galvanic vestibular stimulation system and method of use for simulation, directional cueing, and alleviating motion-related sickness |
-
2015
- 2015-09-25 JP JP2015187553A patent/JP6653500B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11911617B2 (en) | 2013-03-01 | 2024-02-27 | The Regents Of The University Of California | Methods for treatment of disease using galvanic vestibular stimulation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017060581A (ja) | 2017-03-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11592902B2 (en) | Wearable electronic haptic feedback system for VR/AR and gaming | |
US10437335B2 (en) | Wearable electronic, multi-sensory, human/machine, human/human interfaces | |
JP6653500B2 (ja) | 前庭電気刺激装置及び仮想現実体感装置 | |
AU2010221761B2 (en) | Galvanic vestibular stimulation system and method of use for simulation, directional cueing, and alleviating motion-related sickness | |
US20190232113A1 (en) | Multimodal Sensory Feedback System and Method for Treatment and Assessment of Disequilibrium, Balance and Motion Disorders | |
JP6557652B2 (ja) | リハビリテーション用装置、これを備えたリハビリテーションシステム、リハビリテーション用プログラムおよびリハビリテーション用装置の作動方法 | |
US20180036531A1 (en) | Device, system and method for the transmission of stimuli | |
US20180028810A1 (en) | System for controlling stimulation impulses | |
KR101635266B1 (ko) | 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법 | |
US20220261065A9 (en) | System for communicating sensory information with an interactive system and methods thereof | |
CN108135473A (zh) | 生理反应 | |
DE202015001313U1 (de) | Vorrichtung und System zum Empfang vom EMG-Signalen und/oder übermitteln von EMS-Signalen an einen menschlichen Körper um ihn zu trainieren | |
JP2018175083A (ja) | 平衡機能訓練装置 | |
US11465014B2 (en) | Body joystick for interacting with virtual reality or mixed reality machines or software applications with brainwave entrainment | |
TW201524467A (zh) | 頭戴式裝置及其相關的模擬系統、模擬方法 | |
JP4481209B2 (ja) | 電気刺激装置及びバーチャルリアリティ体感装置 | |
Hwang et al. | Electrical, vibrational, and cooling stimuli-based redirected walking: Comparison of various vestibular stimulation-based redirected walking systems | |
CN111182831A (zh) | 用于冥想增强的系统和方法 | |
US11707644B2 (en) | Variable—resistance exercise machine with network communication for smart device control and brainwave entrainment | |
KR20180108011A (ko) | 가상현실기반 전정 재활 시스템 | |
KR101878416B1 (ko) | 뇌-컴퓨터 인터페이스(bci)를 이용한 게임 방식의 재활 시스템 및 그 제어방법 | |
Caldas et al. | Behavioral and Psychophysiological Measures of Engagement During Dynamic Difficulty Adjustment in Immersive Virtual Reality. | |
Aoyama | Novel display using percutaneous electrical stimulation for virtual reality | |
RU2153369C1 (ru) | Способ формирования магнитотерапевтического воздействия | |
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 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180810 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190625 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190823 |
|
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: 20200107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200121 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6653500 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |