JP6975481B2 - 脳活動検出用の頭部装着装置及び脳活動計測システム - Google Patents

Description

本発明は脳活動を計測するために使用される脳活動検出用の頭部装着装置及び脳活動計測システムに関するものである。

脳波（脳電図）、脳磁図、脳血流（例えばＢＯＬＤ効果：Ｂｌｏｏｄ ｏｘｇｅｎａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）等を計測することによる脳活動の非侵襲なイメージング技術は、計測装置の小型化や携帯性の向上が進んでおり、医療や研究のみならず産業での応用のニーズも高くなっている。産業応用する上で脳活動計測システム（例えば脳波計）を簡便に被験者に取り付けて、被験者の負担の少ない状態で計測できることが重要である。
脳活動を計測するためには、電極等の脳活動信号を受信する受信部材を被験者の頭皮に接地させる必要がある。そのために一般に頭部装着装置、例えば布製のベルト様の装着帯や頭部形状に対応させたヘルメットやフレームの内側に電極等の受信部材を固定させ、それら頭部装着装置を装着して電極等を頭皮に接地（当接）させるようにしている。
このような頭部装着装置の一例として特許文献１のヘッドセットを挙げる。特許文献１のヘッドセットはフレームの取り付け孔に電極が取り付けられ、その使用状態を示す参考図のように装着した状態で電極先端が被験者の頭皮に接地するように構成されている。装着した状態でヘッドセットを構成するフレームは二股に分かれたフォーク状の第１の部分が被験者の後頭部中央位置から上方に延出され後頭部から頭頂部及び前頭部を覆っている。一方、後頭部から頭部を左右方向に延出された第２の部分は後頭部中央位置から側頭部及び前頭部にかけてほぼ水平方向に配置されている。そして第２の部分は側頭部において耳上部（耳輪）の基部位置に載置されている。

意匠登録第１３１６２９５号公報

しかし、このような形状のヘッドセットでは、例えば普段眼鏡をかけている人が被験者である場合には眼鏡をかけたままでは眼鏡のつる（テンプル）がフレームの第２の部分に干渉してしまうため、眼鏡を外してヘッドセットを装着する必要がある。しかし、計測しようとする脳活動信号が視覚を通じての脳活動の変化である場合には眼鏡を外してしまうと正確に物体を視認できなくなるため、この状態での計測では本来計測されるべき計測値が得られなくなってしまう。といって、ヘッドセットを装着して、かつ同時に無理矢理眼鏡をかけたとすれば、例えばヘッドセットが正確に頭部にセットできなかったり眼鏡が傾いたりずれてしまったりする等の不具合が生じるおそれがある。これは、眼鏡に限ったことではなく例えば、ＶＲディスプレイ（仮想現実ディスプレイ）等を用いる場合の脳活動の計測の場合でも同様である。、
視覚情報の流れは、後頭から側方に向かう腹側経路と、後頭から上方に向かう背側経路があることが知られており、それぞれの視覚情報経路について脳活動を記録し解析することが大切とされている。ここで腹側経路の記録をする場合、国際１０−２０電極法におけるＯ１−Ｔ５、Ｏ２−Ｔ６のライン上の位置で脳活動を記録することが大切であるが、そのラインの延長地点は耳の付け根付近となるＴ７、Ｔ８の位置となる。そのため、Ｏ１−Ｔ５、Ｏ２−Ｔ６のライン上に電極等の脳活動の受信部材を配置しようとすれば、ヘッドセットが耳付近を通過することとなってしまい、眼鏡等との干渉が発生してしまっていた。例えば、特許文献１でもＴ７、Ｔ８の位置をヘッドセットが通過している。
また、計測しようとする脳活動信号が聴覚を通じての脳活動の変化である場合でも、一般にヘッドフォンを耳に取り付けるため、同様に特許文献１のヘッドセットではフレームの第２の部分に干渉してしまう可能性がある。つまり、脳活動信号の正確な計測のためには耳の周囲にはなるべく頭部装着装置が配置されないようにする必要がある。
本発明はこのような従来技術の問題に着目してなされたものである。その目的は、耳付近に配置される装備と干渉せず、かつ頭部において耳とほぼ同じ高さ位置となる後頭部の脳活動信号を計測できる頭部装着装置及び脳活動計測システムを提供することである。

上記課題を解決するために第１の手段では、頭部に装着し、脳活動信号を受信する受信部材を介して脳活動信号を取得する頭部装着装置において、頭部形状に沿って配置されるフレームを備え、前記フレームは後頭部位置に配置される第１の部分と、同第１の部分から頭部側面に沿って延出される第２の部分とを有し、前記第１の部分の内面には少なくとも２つの前記受信部材が配設され、前記受信部材は頭部正中面に対して直交する面に沿って直列に配設された受信部材列を構成し、前記第２の部分は、後頭結節及び左右の耳介前点の３点を通過する頭部周囲に形成される第１の仮想平面に対して前方に向かって仰角を有するように構成されるようにした。
つまり、頭部装着装置を第１の部分が後頭部位置に配置されるように装着すると、少なくとも２つの受信部材は頭部正中面に対して直交する面に沿って直列に配設された受信部材列を構成し、そのような第１の部分を基点として第２の部分は第１の仮想平面に対して前方に向かって仰角を持たせることにより、耳方向に向かわずに頭部側面を頭部前方上方に向かって延出されることとなる。このような構成の頭部装着装置であれば側頭部の耳の上側でかつその近傍位置に第２の部分が配置されないため、眼鏡やヘッドフォン等を装用して脳活動信号を検出する必要がある場合でもそれら装備とフレームとの干渉が生じることなく、また検出作業において頭部装着装置を装用する者（装用者）にごく普通に眼鏡やヘッドフォン等を装用させることができて装用者にストレスを感じさせることが少ないため、より正確さが増した脳活動信号を検出することができる。

ここに「後頭結節及び左右の耳介前点の３点を通過する頭部周囲に形成される第１の仮想平面」とは、脳計測の際の計測座標設定（例えば国際１０−２０電極法等）で基準とされる後頭結節及び左右の耳介前点の３点より一元的に必ず定まる耳と交差する位置を通る平面を画定するものである。そして、第１の部分は後頭部位置に配置した際に頭部正中面に対して直交する面に沿って直列に配設された受信部材列を構成している。ここで、フレームの第１の部分から頭部側面に沿って延出される第２の部分が第１の仮想平面と平行に延出されている場合、フレームは耳と干渉する位置あるいは耳のごく近傍に配置されてしまう。そして、その場合には耳に装着する眼鏡やヘッドフォン等の耳付近に配置される装備と干渉が生じる可能性がある。そのため、本発明ではフレームの第２の部分を耳付近に配置される装備と干渉しないように、第１の仮想平面に対して前方に向かって仰角を有するように構成したものである。尚、本発明では生体としての人の頭部の測点を基準としての第１の仮想平面や第２の仮想平面を画定しているにすぎないため、物理的に非常に精密な平面をいうのではない。発明の目的や発明の原理から概ね平面とみなせる程度の面をいうものとする。
ここに「少なくとも２つの前記受信部材が配設」されていることは、後頭の１次視覚野に伝えられた視覚情報は腹側経路で左右に分かれて、すなわち右半球と左半球に情報が伝わって処理されることから重要である。

ここに「脳活動」は一般に例えば、外部から電流が流れることで発生する磁場や異なる位置での電位差（電圧差）、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン等の吸光による近赤外線の光量差として計測できる。このような「脳活動信号を受信する受信部材」とは例えば、脳の神経活動に伴う電流変化（電位差の変化）を計測する脳波計測用の電極や、脳活動に伴う電流の変化を磁場の変化として計測する脳磁界（脳磁場）計測用の電極（素子）や、脳活動に伴う脳の血流（酸素カヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン量等）の変化を近赤外線の受光量の変化として計測する近赤外分光計測用のプローブ等が挙げられる。尚、このように「脳活動信号を受信する受信部材」は、計測対象とする脳活動により様々に選択できるが、もちろん「脳活動信号を受信する受信部材」の種類や受信方法によって本発明が限定されるものではない。
受信部材が電極の場合には装用者への計測負担を減らすため使用時に電極上に導電性のペーストやジェル、生理食塩水等を塗布しなくともよいドライ式の電極（以下、ドライ電極とする）等がよいが、使用時に電極上に導電性のペーストやジェル、生理食塩水等を塗布するウェット式の電極（以下、ウェット電極とする）であってもよい。電極は例えばフレームの所定の位置に埋め込み等によって一体不離的に固定されていてもよく、所定の取り付け位置に形成された取り付け用の孔に着脱可能に固定するようにしてもよい。
フレームはなるべく軽量で硬質であり適度な弾性を有する材質で構成されることがよい。材質としては、例えば木材やプラスチックがよい。また、単一の材料でなくてもエラストマー（弾力ゴム）等をフレームの一部に用いるなどしてもよい。
ここで「頭部正中面」とは、鼻根部、頭頂、後頭結節を含む平面のことである。概ね脳の右半球と左半球は頭部正中面で分割されていることになる。ここで頭頂とは、国際１０−２０電極法、および１０−１０法におけるＣｚの電極位置のことである。また、図８においては、鼻根部はＮｚ、後頭結節はＩｚの位置となっている。

また、第２の手段として前記受信部材列は、前記第１の仮想平面に対して平行でかつ前記第１の仮想平面よりも下側とならない第２の仮想平面上に存在するように配置され、前記第２の部分は、前記第２の仮想平面に対して前方に向かって仰角を有するように構成されるようにした。
このような構成においては、受信部材列が存在する平面（第２の仮想平面）は第１仮想平面に対して平行でかつ前記第１仮想平面よりも下側とならないように配置される。この第２の仮想平面の位置（高さ）でフレーム全体を構成して頭部をそのまま鉢巻き状に周回させたとするならば、フレームは耳と干渉する位置あるいは耳のごく近傍に配置されてしまう。そして、その場合には耳に装着する眼鏡やヘッドフォン等の耳付近に配置される装備と干渉が生じる可能性がある。そのため、本発明の第２の手段ではフレームの第２の部分を耳付近に配置される装備と干渉しないように、第２の仮想平面に対して前方に向かって仰角を有するように構成したものである。
また、第３の手段として前記第２の部分は前記第１の部分から左右の頭部側面に沿って延出されるようにした。
つまり、上記第１の手段において第２の部分が第１の部分から片方の頭部側面に沿って延出される場合の構成も含んでいることを意味する。第３の手段のように構成することで、後頭部位置に配置される第１の部分をバランスよく頭部に固定することができるようになる。ここで、前記第２の部分は前記第１の部分のいずれかから延出していればよく、中央から左右に延出させても、両端から左右に延出させてもよい。また、同じ高さではなく若干異なる高さから延出させるなども含む。第２の部分の重量を左右で変更する必要がある場合、例えば片側に電池や通信機器を入れる必要がある場合などでは、前記第２の部分の延出する高さを調整することで頭部装着装置の重量バランスを整えることができる。
また、第４の手段として前記受信部材列は前記第１仮想平面に隣接した位置に配置されようにした。
このような構成ではフレームの第１の部分は第１仮想平面、つまり耳と交差する平面位置に隣接した高さに配置されることとなる。しかし、上記のようにフレームの第２の部分を構成したことにより第２の部分はこのような第１仮想平面から離れて延出されるため、確実にフレームが耳の上側でかつその近傍位置を通ることがなくなる。ここで「隣接」とは、厳密に隣り合っている場合だけでなく脳計測の計測位置として隣接しているという概念である。例えば、鼻根部から頭頂を経て後頭結節までの長さは大人の頭部において概ね３５〜４０ｃｍ程度であるため、その２０％以下、すなわち、０〜７ｃｍ程度を隣接と考えることができる。ここで、前記受信部材列の中心は、前記第１仮想平面からあまり近くや遠くでは後頭葉の脳活動が計測しにくくなるため、２〜５ｃｍ離れて配置されることが好ましい。
また、第５の手段として前記フレームを頭部に配置した状態で、前記第２の部分は装用者の側頭部と頭頂部の境界領域を通過して前頭部に至るようにした。
特にこのように第２の部分が延出されれば、側頭部と頭頂部の境界領域は耳の近傍から離間した領域であるため第２の部分は耳付近に配置される装備と干渉しないで前頭部までフレームを延出でき、前頭部側で頭部に対してフレームを保持させることができることとなる。尚、本明細書における側頭部、頭頂部、前頭部の位置については図６に記載の通りである。「境界領域」とは、厳密に各領域が接している領域の接点だけでなく、ある程度の広さを持った領域であるものとする。例えば、側頭部と頭頂部の境界領域とは、側頭部で頭頂部に近い部位から、頭頂部で側頭部に近い部位までを含むものとする。
また、第６の手段として前記受信部材は受信部材列の全長の中心位置において線対称となるように配置されているようにした。
このような構成では、受信部材がバランス良く装用者（被験者）の頭部に当接されることとなり、頭部装着装置の重量のバランスや圧力のバランスをより均一にすることができ、頭部装着装置の装着感を向上させることができる。また、脳の左右半球の同位置は似た機能を持っており、腹側経路で左右に分かれてほぼ同時に情報が伝わる。そのため、受信部材を線対称とすることにより精度良く計測することができるようになる。

また、第７の手段として前記フレームは弾性を備え、前記第２の部分を頭部に対して離間する外方向に押し広げることで内側に復帰する付勢力を発生させるようにした。
このように構成すれば、フレームの第２の部分を頭部に対して離間する外方向に押し広げることで、フレームは元に復帰する付勢力を発生させることとなる。そして、頭部よりも若干狭い間隔に構成した第２の部分を有するフレームを用意し、第２の部分を頭部に対して離間する外方向に押し広げて第１の部分を後頭部に当接させた状態で頭部側面に装着する。こうすることでフレームはその第２の部分の付勢力によって頭部を挟み込むことができ、フレームを頭部に支持させることができる。これによって、頭部装着装置を装着する際にフレームを耳上部（耳輪）の基部位置に架けて支持させなくとも頭部に装着させることができる。
第２の部分が頭部を挟む場合には頭部の側面形状に沿った広い範囲で接触しても、第２の部分の一部のみで当接するようにしてもどちらでもよい。
また、第８の手段として前記第２の部分に前頭部への当接領域を設けるようにした。
これによって、不必要な広い範囲で頭部を挟むことがなくなり、装用者へのフレームを取り付ける際にストレスが軽減される。また、なるべく前頭部側で挟む方が後頭部で接する第１の部分と離れることとなり、フレームの頭部への安定性がよくなる。
また、第９の手段として前記受信部材と前記当接領域とによって前記フレームを頭部に対して支持させるようにした。
これによってフレームにおいて第２の部分の前頭部左右の当接領域と後頭部に配置される受信部材との三点支持的な三角形となるような位置でフレームは頭部を包囲することとなるため、頭部に装着された頭部装着装置が非常に安定する。

また、第１０の手段として前記第１の部分には重錘部材が配設されるようにした。
このように構成すれば、第２の部分に比較して低い位置に配置される第１の部分が後頭部位置で重錘部材の質量の重力によって下方に引き下げられることとなり、頭部に装着された頭部装着装置が非常に安定する。重錘部材は一般に軽量なフレームに対してこれよりも重い重量物であればよい。特に重さをかせぐためだけに重錘部材を配置するのではなく、なんらかの機能部材を兼用することがよい。機能部材としては、例えば検出した信号を増幅するための増幅装置や増幅装置の給電のためのバッテリーが挙げられる。
また、第１１の手段として前記重錘部材は前記第１の部分に形成した収容部に収容されるようにした。
例えば、重錘部材が上記のように機能部材と兼用する場合には収容部に収容するようにすれば、工程的に重錘部材を別途収容するようにすることができ、重錘部材フレームの加工と一緒に行う必要がなくなり、また重錘部材を収容部から取り出せば取り替えもできるため便利である。

また、第１２の手段として前記第２の部分は前記第１の部分の両側から左右一対で頭部側面に沿って延出されるようにした。
このようにすることで、第１の部分の頭部への保持をよりバランスよくできるようになり、頭部装着装置の装用時の安定感を向上させることができる。
また、第１３の手段として前記仰角は、１５〜６０度であるようにした。
仰角が小さ過ぎるとフレームの第２の部分が耳の上部付近を通過することとなってしまい、眼鏡、ヘッドフォン等の装用と干渉してしまう。一方で、あまりに仰角が大きいと頭部装着装置の頭部への装用時の安定感が低下してしまう。そのため、前記仰角は、１５〜６０度が好ましい。また、更に好ましくは、前記仰角は２０〜４５度であると耳付近に十分な空間を確保でき、装用時に頭部装着装置の重さが下方向にかかることになるためより好ましい。
また、第１４の手段として前記第２の部分間を連結し、頭部形状に沿って配置される１又は２以上の第２のフレームを備えるようにした。
これによってフレームの強度が向上する。また、第２のフレームは頭部外周形状に沿っているためアーチ状に湾曲することとなり、上記手段７のように前記第２の部分が外方に拡がる構成である場合にはその動きに追随することができる撓みを許容することができる。
また第１５の手段として、前記第２のフレームの少なくとも１つは装着状態で前頭部に配設されるようにした。
特に装着状態で第２のフレームが前頭部に配設されるのであれば、フレーム全体の重さを上部位置の第２のフレームによって頭部に吊り下げ状に保持させることができ、頭部に装着された頭部装着装置が非常に安定する。特にフレームにおいて第２の部分で挟みこむ作用があれば特に安定性は増す。更に、フレームにおいて第１の部分に重錘部材が配設されていれば更に安定性は増す。
また、第１６の手段として前記第２のフレームの内面には１又は２つ以上の前記受信部材が配設されているようにした。
これによって第２のフレームが配設される頭頂部や前頭部からも受信部材によって脳活動信号を検出することができる。視覚情報で、例えば背側経路に伝えられる脳情報を計測したい場合、後頭に位置させたフレームの第１の部分の前記受信部材と第２のフレームの内面に配設された受信部材との脳活動の差分を検出することにより解析することができるため好ましい。また、視覚情報に加えて、例えば認知、聴覚、運動想起などの脳活動を検出する場合にも第２のフレームに配設した受信部材で検出することができるため好ましい。更に、第２のフレームを額に配置するようにすれば、前頭葉からの脳活動を検出することができるようになる。
また、第１７の手段としては前記受信部材は電極であり、前記脳活動信号は脳波であるようにした。
これによって脳の神経活動に伴う電気的活動を脳波として検出することができる。脳活動には自発脳活動と誘発脳活動があるが、本発明では特に限定されず、どちらにも対応することができる。例えば、視覚情報の解析では、自発脳活動による後頭葉のα波等の検出や、誘発脳活動による視覚誘発電位や定常状態視覚誘発電位の検出等をすることができ好ましい。また、認知に関わる脳活動では、事象関連電位のＰ３００等を検出することができる。また、θ帯域やＨｉｇｈ−γ帯域等の脳活動も検出することができる。
また、第１８の手段としては前記受信部材は磁場の変化を検出するための素子であり、前記脳活動信号は脳磁場であるようにした。
これによって脳の神経活動に伴う磁界（磁場）の変化を脳磁場（脳磁界）として検出することができる。脳磁場は脳波に比べて頭蓋骨や脳髄液等による脳信号の歪の影響を受けないため、正確な脳活動位置の記録が期待できるようになる。また、脳波は髪の毛を掻き分けるなどして頭皮に電極を当接する必要があるが、脳磁場を検出するための素子は髪の毛の上から頭部に当接しても計測することができるため好ましい。
また、第１９の手段としては前記受信部材の隣接位置には近赤外線の送光部を備え、前記受信部材は近赤外線の受光部であり、前記脳活動信号は脳血流であるようにした。
これによって脳の活動に伴う酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン等の濃度変化を前記受信部材の隣接位置に設けた送光部からの近赤外線の脳表面からの反射を受光部で受光することにより検出することができる。
尚、第１７〜第１９の手段は組み合わせて実施することが可能である。例えば、フレームの第１の部分の受信部材を電極とし、後頭葉からの脳波を計測し、第２のフレームの内側の受信部材を近赤外の受光部として、前頭葉の脳血流を計測するなどすることで同時に得られる脳活動の情報量を増やすことができ好ましい。また例えばフレームの第１の部分に隣り合わせて、脳波を検出するための電極と脳磁場（脳磁場）を検出するための素子を配置するなどしても良い。このようにすると計測精度をより向上させることができる。
また、第２０の手段として第１〜第１９のいずれかの手段の頭部装着装置によって得られた脳活動信号に基づいて脳活動を計測するようにした。
このようにすることで、装用者に頭部装着装置を装着する手間を低減することができ、更には、眼鏡やヘッドフォン等を頭部装着装置と同時に装用しても装用者（被験者）にストレスをかけずに脳活動を検出する脳活動計測システムを提供することができる。

上記発明では、頭部装着装置を装着して後頭部の脳活動信号を計測する際に、耳付近に配置される装備と干渉させずに頭部装着装置を装着することが可能となる。

本発明の実施の形態のヘッドセットの後方斜め上方からの斜視図。 同じヘッドセットの前方斜め上方からの斜視図。 同じヘッドセットの底面図。 同じヘッドセットの背面図。 実施の形態の脳活動計測システムの電気的構成を説明するブロック図。 頭部における部位の区画とその名称を説明する説明図。 実施の形態のヘッドセットを頭部に装着した状態を側面視した状態の説明図。 実施の形態のヘッドセットを使用する前提としての電極が置かれる位置を示した電極配置図。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施の形態としての脳活動計測システムを説明する。図５は脳波計測システムの電気的構成を説明する説明図である。脳波計測システムは頭部装着装置としてのヘッドセット１とコンピュータ２から構成されている。ヘッドセット１には受信部材としての複数の電極Ｅ１〜Ｅ８と電極Ｅ１〜Ｅ８ごとのプリアンプ４とそれら複数のプリアンプ４が接続された１つの差動アンプ５が配設されている。ヘッドセット１の詳しい構成は後述する。
上記各電極Ｅ１〜Ｅ８はプリアンプ４と差動アンプ５を介して差動アンプ５内に配設されたインターフェースに接続されており、インターフェースを介してコンピュータ２に取得した脳波として電位データ（電圧データ）が出力される。インターフェースを介してのコンピュータ２への入出力は、有線でも無線でもよい。本実施例ではＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による無線式としている。ｗｉ−ｆｉ等その他の通信規格に変更することは自由にできる。
プリアンプ４は各電極Ｅ１〜Ｅ８ごとに配設され、各電極Ｅ１〜Ｅ８が取得したその位置での脳波電圧を増幅する。差動アンプ５は差動増幅回路を備え、図示しないリファレンス電極から得られた脳波電圧と電位差を算出し増幅する。リファレンスは右耳朶より取得する。また、差動アンプ５には図示しないグラウンド電極も接続されている。グラウンド電極の電極位置については制限がないが、本実施例ではリファレンス電極と同じ右耳朶としている。更に差動アンプ５は内蔵されたフィルター回路によってノイズを低減する機能を有する。差動アンプ５で増幅された電位データは検出対象データとしてコンピュータ２に出力される。
コンピュータ２はＣＰＵ（中央処理装置）１１や記憶装置１２及びその周辺装置によって構成されている。ＣＰＵ１１は記憶装置に保存されているプログラムに基づいて演算処理を行う。記憶装置１２にはＣＰＵ１１の動作を制御するためのプログラム、複数のプログラムに共通して適用できる機能を管理するＯＡ処理プログラム（例えば、日本語入力機能や印刷機能等）等の基本プログラムが格納されている。更に、電位データを取り込むプログラム、電位差を算出するプログラム、電流方向を推定するプログラム、計測データの信頼度を算出するプログラム等が格納されている。ＣＰＵ１１には入力装置１３(マウス、キーボード等)、及びモニター１４が接続されている。モニター１４に得られた脳波や差分等の計測結果を表示させることができる。

次にこのような脳波計測システムに使用される本発明の実施の形態のヘッドセット１の詳しい構成について説明する。
図１〜図４に示すように、ヘッドセット１は第１のフレーム２１と第２のフレーム２２の２つのフレーム体から構成されている。第１のフレーム２１はＵの字状に湾曲した外観を呈する抗菌プラスチック製の硬質の長尺体である。第１のフレーム２１はＵの字の底の部分に当たる第１の部分としてのベース部２１Ａと、ベース部２１Ａの左右両側から互いに対向するように張り出した第２の部分としての一対のフォーク部２１Ｂとから構成されている。ベース部２１Ａは頭部の後頭部位置を横方向に包囲し、フォーク部２１Ｂは頭部の左右側面を包囲する。
ベース部２１Ａはフォーク部２１Ｂに対して相対的に幅広かつ肉厚に構成されている。ベース部２１Ａは長手方向中央寄りほど厚く、両側に向かうほど（フォーク部２１Ｂ寄りほど）薄くなるように構成されている。つまり、ベース部２１Ａの外周には外側に凸となるような幅方向に湾曲した湾曲面２３が形成され、湾曲面２３の下方寄りにおいて外側に凹となるような幅方向に湾曲した逆湾曲面２４が形成されている。湾曲面２３と逆湾曲面２４との面の接する部分は不連続な境界線となってベース部２１Ａの長手方向に外方に凸となる鈍角部２５として現れる。ベース部２１Ａの内周は幅方向においては湾曲せず断面直線状に構成されている。
ベース部２１Ａ外周の長手方向中央位置であって鈍角部２５に面した位置にはスイッチ２６が配設されている。スイッチ２６と同じベース部２１Ａ外周の長手方向中央位置であってベース部２１Ａの上部位置には窓２７が形成されている。窓２７にはアクリル製の曇りガラス２８が嵌合されている。スイッチ２６及び曇りガラス２８の外周面はデザイン的な協調を図るためにベース部２１Ａの外周と面一に構成されている。窓２７内には図示しないＬＥＤが配設されている。スイッチ２６は、脳波計の電源であり、窓２７内に配設されたＬＥＤが緑色に発光して電源が入っていることが示される。また、コンピュータ２との通信エラー等、計測に不具合がある場合には同じく窓２７内に配設されたＬＥＤが赤色に発光してエラーが示される。

フォーク部２１Ｂはベース部２１Ａと表裏面及び上下端面において連続的なカーブ面を構成するように一体に形成された部分である。フォーク部２１Ｂはベース部２１Ａの長手方向左右位置から延出され前方に向かって徐々に幅が狭くなるように（つまり先細りとなるように）構成されている。フォーク部２１Ｂの外周には外側に凸となるような幅方向に湾曲した湾曲面３０が形成され、この湾曲面３０はベース部２１Ａの湾曲面２３と連続的に湾曲させられている。フォーク部２１Ｂの内周は幅方向においては湾曲せず断面直線状に構成されている。フォーク部２１Ｂは均一の厚みに構成されており、ベース部２１Ａの長手方向中央の厚みに比べて相対的に薄く構成されている。そのため、ベース部２１Ａからフォーク部２１Ｂへの移行部分においてベース部２１Ａは滑らかに厚みが逓減されてフォーク部２１Ｂに連接されている。
このように構成された第１のフレーム２１は、ベース部２１Ａの長手方向中央寄りを幅方向（上下方向）に通る線分を境界として左右対称に構成されている。また、第１のフレーム２１の素材の性質に基づいて硬質であるものの、全体として弾性をもって撓み、原形状に復帰することが可能である。対向配置されているフォーク部２１Ｂは互いに外方及び内方にその先端が接離可能とされ、外方及び内方に付勢した際に内部に付勢力が発生しこれが原位置への復帰力となる。
サイズの一例として本実施の形態ではベース部２１Ａの中央位置での幅は３３ｍｍ、厚みは１２ｍｍとされ、最も幅広となるフォーク部２１Ｂに隣接する位置での幅は４０ｍｍ、厚みは５ｍｍとされている。最も幅広となるフォーク部２１Ｂのベース部２１Ａに隣接する位置での幅は２０〜２５ｍｍ（両者の接続部分が明瞭ではないため）、厚みは全長に渡って３ｍｍとされている。

第１のフレーム２１のベース部２１Ａの内面中央位置には収納部３１が形成されている。収納部３１は抗菌プラスチックからなる筐体であって、ベース部２１Ａ内周面に埋め込み状に固定配置されている。収納部３１は後述する電極Ｅ２〜Ｅ４が配設される電極ベース部３１Ａと収納部本体３１Ｂとから構成されている。電極ベース部３１Ａはベース部２１Ａの内面にベース部２１Ａの上端に沿って、かつ上端から突出しないように横長に形成された板状部である。収納部本体３１Ｂは電極ベース部３１Ａの下部位置にベース部２１Ａの下端に沿って、かつ下端から突出しないように横長に形成された膨出部である。収納部本体３１Ｂ内には差動アンプ５と図示しないバッテリー（二次電池）が収容されている。差動アンプ５とバッテリーはいずれも第１のフレーム２１を構成するプラスチックよりも素材的に十分重いため、第１のフレーム２１の全体の重量バランスとして収納部３１部分に荷重が集中することとなる。
収納部本体３１Ｂの底面には４つのスロット３２Ａ〜３２Ｄが形成されている。図３において最も左側のスロット３２Ａはパソコンからケーブルを介して給電する際のケーブル端子用である。その隣のスロット３２Ｂはレファレンス/グラウンド用の電極の挿入口である。スロット３２Ｂには図示しないクリップ付きケーブルの端子を接続する。クリップ付きケーブルのクリップを右耳朶に取り付けてリファレンス電極とグラウンド電極を取得する。また、その隣のスロット３２Ｃとスロット３２Ｄは予備的な入力端子である。例えば他の電極からの入力データを入力したり、外部からの何らかの入力、例えば被験者にボタン押しのようなある動作をさせてそれと脳波との関係を解析するような場合に使用する。

第１のフレーム２１のベース部２１Ａの内面には複数の（５つの）電極Ｅ１〜Ｅ５が直列状に配設されている。受信部材としての電極Ｅ１〜Ｅ５は円筒形状の合成ゴム製のダンパー部３３とダンパー部３３から外方に露出された合金製の電極本体３４から構成されている。電極本体３４は真鍮を削り出した一体造形品の部材に金めっきを施して構成されている。電極本体３４は円板の周囲を多数の（本実施の形態では１５本）の同形状の当接片が均等な間隔で取り囲んだ王冠形状の外観を呈している。電極本体３４の円板の裏面側には上記プリアンプ４が配設されている。
電極Ｅ１〜Ｅ５のうち中央の３つの電極Ｅ２〜Ｅ４は収納部３１の電極ベース部３１Ａ上に固定配置され、両端の電極Ｅ１、Ｅ５はダンパー部３３と一体化した電極基部３８によってベース部２１Ａ内周面に埋め込み状に固定配置されている。５つの電極Ｅ１〜Ｅ５は頭部への装着状態で後頭部において同じ等高線上に直列状に並ぶとともに（つまり周方向に同じ水平面上となるように）、均等な間隔（本実施の形態では電極本体３４中央位置間で３０ｍｍ間隔）となるように配置されている。ちょうど中央となる電極Ｅ３がベース部２１Ａの長手方向中央位置に配置されている。中央の３つの電極Ｅ２〜Ｅ４はダンパー部３３内において図示しないデータ線を介して差動アンプ５に接続され、両端の電極Ｅ１、Ｅ５は第１のフレーム２１内に形成された図示しない通路内を図示しないデータ線を介して差動アンプ５に接続されている。

次に第２のフレーム２２について説明する。第２のフレーム２２は第１のフレーム２１の左右のフォーク部２１Ｂの先端側で両フォーク部２１Ｂ間に掛け渡すように配設されている。第２のフレーム２２は頭部の前頭部を横方向に包囲する。左右のフォーク部２１Ｂの先端内側には左右のフォーク部２１Ｂを頭部側面に当接させる際の当接部となるパッド３５が埋め込み状に固定配置されており、第２のフレーム２２の先端はフォーク部２１Ｂとパッド３５によって挟まれるように支持されている。パッド３５の表面には滑り止め用の多数の楕円孔３６が形成されている。第２のフレーム２２はアーチ状に湾曲した外観を呈するエラストマー製の薄板状の長尺体である。第２のフレーム２２はその素材の性質に基づいて硬質であるものの第１のフレーム２１よりは可撓性が高く、全体として弾性をもって撓み、原形状に復帰することが可能である。
第２のフレーム２２には長手方向における中央部分に幅方向において上方に向かって隆起したガウス曲線状の稜線状となる隆起部２２ａが形成されている。隆起部２２ａはヘッドセット１を頭部に装着する際の中央位置を示すための目印とされる。第２のフレーム２２は隆起部２２ａ位置から左右方向に均等に幅広となっており、両端位置が最も幅広となって左右のフォーク部２１Ｂに連結されている。このように第２のフレーム２２は幅方向のサイズが長手方向に渡って不均等であるにも関わらず下端面は凹凸せず同一平面上に存在する。
サイズの一例として本実施の形態では第２のフレーム２２の中央位置での幅は１８ｍｍ、もっとも狭い部分の幅は１５ｍｍ、フォーク部２１Ｂとパッド３５に挟まれた接合部分の長さは３０ｍｍ、厚みは１．５ｍｍとされている。

第２のフレーム２２の長手方向中央位置には電極ベース部３７が配設されている。電極ベース部３７は第２のフレーム２２の長手方向に沿って横長に形成された抗菌プラスチック製の部材である。電極ベース部３７は第２のフレーム２２の上端から若干外方にはみ出して取り付けられている。
第２のフレーム２２の内面には上記電極Ｅ１〜Ｅ５と同じ構成の複数の（３つの）電極Ｅ６〜Ｅ８が直列状に配設されている。電極Ｅ６〜Ｅ８は電極ベース部３７上に固定配置されている。電極Ｅ６〜Ｅ８は頭部への装着状態で前頭部において直列状に並ぶとともに電極Ｅ６及びＥ８はそれぞれＥ７から均等な間隔（本実施の形態では電極本体３４中央位置間で４０ｍｍ間隔）となるように配置されている。ちょうど中央となる電極Ｅ７が第２のフレーム２２の長手方向中央位置に配置されている。電極Ｅ６〜Ｅ８は第２のフレーム２２及び第１のフレーム２１内に形成された図示しない通路内を図示しないデータ線を介して差動アンプ５に接続されている。

次に、このように構成される脳波計測システムにおいてヘッドセット１の使用方法について説明する。
図８は本実施の形態のヘッドセット１を使用する前提としての電極が置かれる位置を示した電極配置図である。鼻根と後頭結節の間及び左右耳介前点の間を１０％ごとに分割し、電極を配置した１０−１０法（拡張１０−２０電極法）と呼ばれるものである。図８は平面図であるため同じ等高線上の電極位置は同心円上に配置されるが、実際の頭部においては同じ高さ位置となるため、その高さにおいて配置された電極列を側面視すれば直線状に配置されることとなる。本実施の形態のヘッドセット１はこの図８において特に後頭部と前頭部の電位を測定するために使用するものとする。後頭部の電極位置としてＰＯ７、Ｏ１、Ｏｚ、Ｏ２、ＰＯ８の５つの位置にそれぞれ対応するように第１のフレーム２１の電極Ｅ１〜Ｅ５を当接させるものとする。また、前頭部の電極位置としてＦ３、Ｆｚ、Ｆ４の３つの位置にそれぞれ対応するように第２のフレーム２２の電極Ｅ６〜Ｅ８を当接させるものとする。これらの電極位置は主として視覚情報に関する脳波を検出するための位置となる。後頭部の５電極で腹側経路、前頭部の３電極と後頭部の５電極で背側経路の視覚情報を主として検出できる。
頭部の領域は概ね図６に示すように分けることができる。このような頭部に対してヘッドセット１を装着していく。使用するヘッドセット１は被験者の頭部のサイズに合わせて複数種類から選択される。尚、この装着操作は被験者自ら行ってもシステムを操作する作業者が行ってもよい。

まず、第１のフレーム２１の電極Ｅ１〜Ｅ５が後頭部に配置されるようにヘッドセット１を頭部に被せていく。ほぼ同時に左右のフォーク部２１Ｂを頭頂部側から側頭部方向に下ろしていく。このとき、フォーク部２１Ｂを左右に若干押し広げ第１のフレーム２１にバネ力（復帰力）を与える。この時第２のフレーム２２も追随して拡がる。そして、そして拡げた左右のフォーク部２１Ｂが側頭部に干渉しないようにヘッドセット１前方を下げていき、第２のフレーム２２の電極Ｅ６〜Ｅ８を前頭部当接させる。そして、この状態で押し広げたフォーク部２１Ｂを自身の付勢力によって原位置への復帰方向に変位させるとフォーク部２１Ｂ内面のパッド３５が前頭部の側面に当接し頭部を左右から挟み込むこととなる。そして、左右のパッド３５と電極Ｅ６〜Ｅ８によってヘッドセット１は頭部に保持される（図７の状態）。
ここで、もう少し厳密なヘッドセット１の取り付け位置について説明する。
第１のフレーム２１の電極Ｅ１〜Ｅ５を後頭部に配置する場合には、まず電極Ｅ３を後頭結節を目標にそれよりも少しだけ上側に位置するように配置する。後頭結節は後頭部の左右方向中央の上記電極位置０ｚのすぐ下位置になる。ここで、後頭結節を基準とし、左右の耳介前点と鼻根を通る平面Ａを想定する。平面Ａは頭部正中面に直交する。また、第２のフレーム２２の電極Ｅ６〜Ｅ８の電極列は平面Ｂ上に配置される。このとき平面Ｂは平面Ａに対して平行となる。
このようなヘッドセット１の装着状態で第１のフレーム２１のフォーク部２１Ｂは頭部の側部において後頭部から側頭部と頭頂部の境界付近を通って前頭部に至っている。つまり、フォーク部２１Ｂは側頭部領域を概ね回避しながら斜め前方上方に向かって平面Ａに対して仰角をもってＣ方向に延出されるように配置されることとなる。本実施の形態では第１のフレーム２１のベース部２１Ａの最も下側となる位置（図７におけるｐ点）を基準に３０度程度の仰角とされている。第２のフレーム２２は額よりも上位置まで延出されたフォーク部２１Ｂから前頭部を包囲するように配置されることとなる。本実施の形態ではこのようにヘッドセット１を装着して脳波を計測する。

上記のように構成することで、上記実施の形態では次のような効果が奏される。
（１）ヘッドセット１を正しく装着した際には、後頭部においてＰＯ７、Ｏ１、Ｏｚ、Ｏ２、ＰＯ８の５つの水平方向に並んだ位置に電極Ｅ１〜Ｅ５が当接される。そして、その電極Ｅ１〜Ｅ５の配置方向を側頭部方向に鉢巻き状に延長させると耳のすぐ上を通過することになる（図７のＢの延長方向）。もしこのような方向にヘッドセット１があると、眼鏡やヘッドフォンのような耳に装着される装備を使用しにくくなってしまう。しかし、上記実施の形態ではヘッドセット１を正しく装着すると、ヘッドセット１を保持するために前方に延出されたフォーク部２１Ｂは頭部の側部において後頭部から側頭部と頭頂部の境界付近を通って前頭部に至るように構成されているため、フォーク部２１は耳付近には配置されなくなる。そのため、脳波を計測する際に被験者が眼鏡をかけて視覚を条件にした試験をしたり、ヘッドフォンを装着して聴覚を条件とした試験をしたりする際にそれら装備が邪魔になることがない。
（２）ヘッドセット１は後頭部の電極Ｅ１〜Ｅ５（特に中央の電極Ｅ３）とフォーク部２１先端寄りのパッド３５によって頭部にバランスよく三点支持されているため、ヘッドセット１が安定してしっかりと保持される。
（３）ヘッドセット１は前頭部で第２のフレーム２２の電極Ｅ６〜Ｅ８が頭部に当接することとなり、ヘッドセット１の下方へのずれ落ちが防止されている。
（４）第１のフレーム２１はベース部２１Ａの最下端となる位置に重錘部材となる差動アンプ５とバッテリーが配設されているため、ベース部２１Ａが後頭部にしっかりと押さえられることとなってヘッドセット１の安定性がよくなる。
（５）第１のフレーム２１はベース部２１Ａの内周もフォーク部２１Ｂの内周も幅方向においては湾曲していないため、幅方向に表面がスライドしやくすなっている。そのため、例えば内周面の拭き掃除や頭部に着脱する際に操作しやすくなっている。

上記実施の形態は本発明の原理およびその概念を例示するための具体的な実施の形態として記載したにすぎない。つまり、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、例えば次のように変更した態様で具体化することも可能である。
・上記実施の形態では第１のフレーム２１のフォーク部２１Ｂは頭部の側部において後頭部から側頭部と頭頂部の境界付近を通るような仰角であったが、この角度は適宜変更可能である。例えば、眼鏡のつるが耳の基部上に乗ればいいわけだからそれほど大きな仰角でフォーク部２１Ｂを延出する必要はない。また、ヘッドフォンのような大型の装備を装着する場合には大きな仰角がよい。このため仰角は１５〜６０度程度であることがよい。また特に２０〜４５度であることが好ましい。
・後頭部の電極Ｅ１〜Ｅ５は同一平面上に存在するが、同一平面上に存在しない位置（つまり、異なる高さの計測位置）に配置する電極を別途備えていてもよい。例えばヘッドセット１は図８において高さの違うｌｚの位置で計測するための電極を有するようにしてもよい。例えば、国際１０−２０電極法におけるＰ３、Ｐ４、Ｏ１、Ｏ２のような電極配置であっても本発明を適用することができる。
・後頭部の電極Ｅ１〜Ｅ５の数や間隔を変更するようにしてもよい。例えば、国際１０−２０電極法におけるＴ５、Ｏ１、Ｏ２、Ｔ６と電極を配置するようにしたりしてもよい。
・ヘッドセット１の第１のフレーム２１や第２のフレーム２２のサイズは上記は一例であって、実際には頭部の大きさに合わせたいくつかのサイズ違いが用意される。
・本発明の実施例は標準的な頭の大きさに合わせて設計したものである。頭の大きさは、女性が小さく男性が大きいなどの違いがあるため、それに対応するようにヘッドセット１の一部にエラストマー等を用いて可変長とするなどしても良い。また、第２のフレームの角度を可変にするなどしても良い。このようなアレンジは自由であり本発明に含まれる。
・ヘッドセット１の形状は上記実施の形態は一例である。ヘッドセット１を構成する第１のフレーム２１や第２のフレーム２２の素材は上記以外を使用することも可能である。
・ヘッドセット１は電極Ｅ１〜Ｅ５（特に中央の電極Ｅ３）とフォーク部２１先端寄りのパッド３５によって三点支持されるため、第２のフレーム２２はなくともよい。
・第２のフレーム２２の位置はフォーク部２１間であれば先端寄り以外の位置でもよい。また、フォーク部２１間には２本以上の第２のフレーム２２を配置するようにしてもよい。あるいは図７の電極位置に電極を配置させるために第１のフレーム２１や第２のフレーム２２を基礎として様々な方向にフレームを設けるようにしてもよい。
・上記実施の形態における電極本体３４の形状は上記以外であってもよい。
・上記実施の形態における電極本体３４はヘッドキャップセット１に当初から埋め込みされて取り外しはできないような構成であるが、電極は別体で構成してフレーム側の取り付け孔に使用時に適宜装着するような構成であってもよい。
・上記実施の形態における電極本体３４の素材は、上記の真鍮以外に導電性のよい素材であれば例えば金、銀、プラチナ等の金属（あるいはメッキとして）使用するようにしてもよい。金属以外であってもよい。
・その他本発明の趣旨を逸脱しない態様で実施することは自由である。

１…頭部装着装置としてのヘッドセット、２１Ａ…第１の部分としてのベース部、２１Ｂ…第２の部分としてのフォーク部、２１…フレームとしての第１のフレーム、Ｅ１〜Ｅ８…受信部材としての電極。

Claims (20)

1. 頭部に装着し、脳活動信号を受信する受信部材を介して脳活動信号を取得する頭部装着装置において、
   頭部形状に沿って配置されるフレームを備え、前記フレームは後頭部位置に前記フレーム装着時の水平方向に沿って配置される側頭部に及ばない長さの第１の部分と、同第１の部分から頭部側面に沿って延出される第２の部分とを有し、
   前記第１の部分の内面には少なくとも２つの前記受信部材が配設され、前記受信部材は頭部正中面に対して直交する面に沿って直列に配設された受信部材列を構成し、
   前記第２の部分は、後頭結節及び左右の耳介前点の３点を通過する頭部周囲に形成される第１の仮想平面に対して前方に向かって仰角を有するように構成されるとともに、
   前記第２の部分には前頭部側面に当接させるための当接領域を設けるようにし、頭部への装着状態で前記受信部材と前記当接領域によって保持されることを特徴とする脳活動検出用の頭部装着装置。
2. 前記第1の部分は１０−１０法又は拡張１０−２０法におけるＴ７、Ｔ８付近に配置されないことを特徴とする請求項１に記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
3. 前記第２の部分は１０−１０法又は拡張１０−２０電極法におけるＴ７、Ｔ８付近に配置されないことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
4. 前記受信部材列は、前記第１の仮想平面に対して平行でかつ前記第１の仮想平面よりも下側とならない第２の仮想平面上に存在するように配置され、
   前記第２の部分は、前記第２の仮想平面に対して前方に向かって仰角を有するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
5. 前記第２の部分は前記第１の部分から左右の頭部側面に沿って延出されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
6. 前記受信部材列は前記第１仮想平面から７ｃｍ以下の隣接した位置に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
7. 前記フレームを頭部に配置した状態で、前記第２の部分は装用者の側頭部と頭頂部の境界領域を通過して前頭部に至ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
8. 前記受信部材は受信部材列の全長の中心位置において線対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
9. 前記フレームの少なくとも一部は弾性を備え、前記第２の部分を頭部に対して離間する外方向に押し広げることで内側に復帰する付勢力を発生させることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
10. 前記第１の部分には重錘部材が配設されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
11. 前記重錘部材は前記第１の部分に形成した収容部に収容されていることを特徴とする請求項１０に記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
12. 前記第２の部分は前記第１の部分の両側から左右一対で頭部側面に沿って延出されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
13. 前記仰角は、１５〜６０度であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
14. 前記第２の部分間を連結し、頭部形状に沿って配置される１又は２以上の第２のフレームを備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
15. 前記第２のフレームの少なくとも１つは装着状態で前頭部に配設されることを特徴とする請求項１４に記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
16. 前記第２のフレームの内面には１又は２つ以上の前記受信部材が配設されていることを特徴とする請求項１４又は１５のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
17. 前記受信部材は電極であり、前記脳活動信号は脳波であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
18. 前記受信部材は磁場の変化を検出するための素子であり、前記脳活動信号は脳磁場であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
19. 前記受信部材の隣接位置には近赤外線の送光部を備え、前記受信部材は近赤外線の受光部であり、前記脳活動信号は脳血流であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置。
20. 請求項１〜１９のいずれかに記載の脳活動検出用の頭部装着装置を備え、前記頭部装着装置によって得られた脳活動信号に基づいて脳活動を計測する脳活動計測システム。

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