JP6856860B2 - 集中度評価装置、集中度評価方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
最初に、本実施形態による集中度評価装置の測定原理について簡単に説明する。ヒトの脳の活動は、扁桃体、海馬、視床下部などから構成され、深部に位置する発生学的に古い脳である大脳辺縁系と、大脳の外側に位置する大脳新皮質との活動のバランスによって担われている。ヒトが何かに集中するという場合、クールな知的作業を担う頭頂葉新皮質(大脳新皮質)の活動が主として現れるが、悲しみや喜び、怒りといった感情的な面に脳活動が集中する場合には、主として大脳辺縁系の活動が支配的になる。
(式1)
次に第1の実施形態の集中度評価装置1について説明する。第1の実施形態の集中度評価装置1は、前頭部に配置した3つの電極11よりFmθ波を含む脳電位信号を取得し、かつ前頭部に配置した4つの電極11よりβ波を含む脳電位信号を取得し、集中度の評価値を算出することにより、被験者の集中度を評価する。
次に第2の実施形態の集中度評価装置1について説明する。第2の実施形態の集中度評価装置1は、第1の実施形態の集中度評価装置1と同様の構成を有し、更に脳深部の活動を捉えるために頭部表面に配置した3つの電極より脳電位信号を取得し、被験者の感情度を算出する。第2の実施形態の集中度評価装置1は、評価値T1と被験者の感情度とを用いて、被験者の集中度を評価する。ここでは、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
(式3)
(i=1、2、…、T、τ1=Δt、2Δt、…、1(秒)、τ2=Δt、2Δt、…、1(秒))
(式4)
(式5)
(式6)
(式7)
本発明の実施形態による集中度評価装置1を用いて集中度の評価を行った実験について説明する。本実験において、第1主成分の相対寄与率PCAβは、Fp1、Fp2、F3、F4に配置された4つの電極11から抽出されたβ波(13Hz〜20Hz)の脳電位データに対して主成分分析を行うことにより算出した。また本実験において、パワー平均値PowerAveは、F3、F4、Fzに配置された3つの電極11から取得された脳電位データそれぞれから算出された3つのパワースペクトルの3〜7Hz内の3つのパワー値を平均することにより算出した。また本実験において、評価値T1は、式2により算出した。また本実験において、感情指標値Emは、F3、F7、C3に配置された3つの電極11から抽出された3〜7Hzの脳電位データに基づいて算出された相関値S及びばらつき指標値SDを用いて算出した。また本実験において、評価値T2は、式8により算出した。
実施例1では、第1の実施形態の集中度評価装置1を用いて、集中度を評価できることを説明する。本実施例においては、被験者Aと被験者Bの2名に、(1)安静閉眼(約2分)、(2)安静開眼(約3分)、(3)雑誌を100%集中で読む(約3分)、(4)雑誌を60%集中で読む(約3分)、(5)雑誌を30%集中で読む(約3分)、(6)英語の試験問題を解く、の状態になってもらった。それぞれの状態において、第1の実施形態の集中度評価装置1を用いて、脳電位信号を取得した。
実施例2では、感情の動きを伴う集中の集中度の評価にあたって、第2の実施形態の集中度評価装置1が有効であることを説明する。本実施例においては、ある被験者に、(1)算数理科問題を解く(約30秒)、(2)道徳問題を解く(約1分)、(3)面白動画を視聴する(約70秒)、(4)感動CMを視聴する(約3分)、の状態になってもらった。それぞれの状態において、第1の実施形態の集中度評価装置2を用いて、脳電位信号を取得した。
実施例3では、第2の実施形態の集中度評価装置1を用いて、感情の動きを伴う集中の集中度の評価ができることを説明する。本実施例においては、被験者13名に(1)安静閉眼(約3分)、(2)安静開眼(約2分)、(3)面白動画を視聴する(約70秒)、(4)嫌悪動画を視聴する(約50秒)、(5)感動CMを視聴する(約3分)、の状態になってもらった。それぞれの状態において、第2の実施形態の集中度評価装置1を用いて、脳電位信号を取得した。なお被験者13名は、男性7名、女性6名であり、全員右利きである。
10 頭部装着型センサ
11 電極
12 基準電極
13 固定具
14 プリアンプ
15 シールドケーブル
16 導電性ゴム電極
17 金属フィルム
20 電子装置
21 プロセッサ
22 入力装置
23 出力装置
24 記憶装置
25 通信装置
26 バス
31 脳電位信号取得部
32 演算部
Claims (8)
- 被験者の集中度を評価するための集中度評価装置であって、
前記被験者の頭部に取り付けられたセンサを用いて該頭部表面の複数の異なる位置における該被験者の脳電位信号を取得する脳電位信号取得部と、
前記被験者の集中度の評価値を算出する演算部であって、
前記脳電位信号取得部により取得された第1の複数の位置における脳電位信号のそれぞれからβ波帯域の少なくとも一部を含む第1の周波数帯域の時系列データを抽出し、該それぞれ抽出された時系列データから生成された複数の次元の時系列データに対して主成分分析を行って第1主成分の相対寄与率を算出し、
前記脳電位信号取得部により取得された第2の複数の位置における脳電位信号のそれぞれから、該脳電位信号ごとにパワースペクトルをそれぞれ算出し、該パワースペクトルを用いてθ波帯域の少なくとも一部を含む第2の周波数帯域内のパワー平均値を算出し、
前記相対寄与率及び前記パワー平均値に基づいて前記被験者の集中度の評価値を算出する、演算部と、
を備える、集中度評価装置。 - 前記第1の複数の位置は、前記被験者の前頭部表面の4つの異なる位置であり、
前記第2の複数の位置は、前記被験者の前頭部表面の3つの異なる位置である、請求項1に記載の集中度評価装置。 - 前記第1の周波数帯域は、13〜20Hzであり、
前記第2の周波数帯域は、3〜7Hzである、請求項1又は2に記載の集中度評価装置。 - 前記演算部は、
前記相対寄与率と前記パワー平均値の平方根とに基づいて前記被験者の集中度の評価値を算出する、請求項1から3のいずれか1項に記載の集中度評価装置。 - 前記演算部は、
前記脳電位信号取得部により取得された3つの異なる位置における脳電位信号のそれぞれから脳深部の活動に起因する特定の周波数帯域のデータをそれぞれ抽出し、該それぞれ抽出されたデータの位相関係に基づいて、該取得された3つの異なる位置における脳電位信号の相関関係を示す相関値を算出し、
算出される前記相関値の時間的なばらつきに基づいてばらつき指標値を算出し、
前記相関値及び前記ばらつき指標値に更に基づいて、前記被験者の集中度の評価値を算出する、請求項1から4のいずれか1項に記載の集中度評価装置。 - 前記特定の周波数帯域は、3〜7Hzである、請求項5に記載の集中度評価装置。
- 被験者の集中度を評価するための方法であって、
前記被験者の頭部に取り付けられたセンサを用いて該頭部表面の複数の異なる位置における該被験者の脳電位信号を取得するステップと、
第1の複数の位置における前記取得された脳電位信号のそれぞれからβ波帯域の少なくとも一部を含む第1の周波数帯域の時系列データを抽出し、該それぞれ抽出された時系列データから生成された複数の次元の時系列データに対して主成分分析を行って第1主成分の相対寄与率を算出するステップと、
第2の複数の位置における前記取得された脳電位信号のそれぞれから、該脳電位信号ごとにパワースペクトルをそれぞれ算出し、該パワースペクトルを用いてθ波帯域の少なくとも一部を含む第2の周波数帯域内のパワー平均値を算出するステップと、
前記相対寄与率及び前記パワー平均値に基づいて前記被験者の集中度の評価値を算出するステップと、
を有する方法。 - 被験者の集中度を評価するためのプログラムであって、コンピュータに、
前記被験者の頭部に取り付けられたセンサを用いて該頭部表面の複数の異なる位置における該被験者の脳電位信号を取得するステップと、
第1の複数の位置における前記取得された脳電位信号のそれぞれからβ波帯域の少なくとも一部を含む第1の周波数帯域の時系列データを抽出し、該それぞれ抽出された時系列データから生成された複数の次元の時系列データに対して主成分分析を行って第1主成分の相対寄与率を算出するステップと、
第2の複数の位置における前記取得された脳電位信号のそれぞれから、該脳電位信号ごとにパワースペクトルをそれぞれ算出し、該パワースペクトルを用いてθ波帯域の少なくとも一部を含む第2の周波数帯域内のパワー平均値を算出するステップと、
前記相対寄与率及び前記パワー平均値に基づいて前記被験者の集中度の評価値を算出するステップと、
を実行させるプログラム。
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