JP7014433B2 - 生体情報処理装置、生体情報処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、生体情報処理装置、生体情報処理方法及びプログラムに関する。
従来、脳卒中により片麻痺を生じた患者に対して、ＢＭＩ（Ｂｒａｉｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いたリハビリテーションを行うことにより、麻痺の回復を図る技術が知られている。
例えば、特許文献１には、ＢＭＩを用いた外骨格型ロボットによるリハビリテーションのための技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、ＢＭＩを用いた外骨格型ロボットによるリハビリテーションのための技術が開示されている。
しかしながら、従来のＢＭＩを用いたリハビリテーションのための技術においては、片麻痺を生じている身体部位と繋がる脳神経経路を活性化させることにより、片麻痺を回復させることができれば、リハビリテーションの目的を達成したものとされている。ところが、片麻痺を生じている身体部位と繋がる脳神経経路が複数残存していることがあり、この場合、患者の身体全体の回復を図る上で、いずれの脳神経経路を活性化させて片麻痺を生じている身体部位を回復させるかが重要となる。例えば、左の手指及び左肩に片麻痺が生じた患者において、右脳の特定の脳領域に繋がる脳神経経路を活性化させて左肩の片麻痺を回復させると、左の手指が当該同一の脳領域にのみ脳神経経路で繋がっている場合、脳領域のリソースが競合することから、左の手指については麻痺の回復を図ることが困難となる。
即ち、従来の技術においては、身体部位を機能させる適切な脳領域を選択してトレーニングすることが困難であった。
即ち、従来の技術においては、身体部位を機能させる適切な脳領域を選択してトレーニングすることが困難であった。
本発明は、身体部位を機能させる適切な脳領域を選択してトレーニングできるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様の生体情報処理装置は、
機能の回復または向上の対象となる身体部位に応じて選択可能な複数の脳領域のうち、少なくともいずれかの脳領域における生体情報を検出する生体情報検出部と、
前記生体情報検出部によって検出された脳領域における生体情報に基づいて、前記身体部位の動作を試みた被検者において活性化されている前記脳領域の位置及び当該脳領域の活性化されているレベルを含む脳の活性状態を判定する判定部と、
前記判定部によって前記脳の活性状態が予め設定された条件に適合すると判定された場合に、予め設定された動作を実行する出力部と、
を備えることを特徴とする。
機能の回復または向上の対象となる身体部位に応じて選択可能な複数の脳領域のうち、少なくともいずれかの脳領域における生体情報を検出する生体情報検出部と、
前記生体情報検出部によって検出された脳領域における生体情報に基づいて、前記身体部位の動作を試みた被検者において活性化されている前記脳領域の位置及び当該脳領域の活性化されているレベルを含む脳の活性状態を判定する判定部と、
前記判定部によって前記脳の活性状態が予め設定された条件に適合すると判定された場合に、予め設定された動作を実行する出力部と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、身体部位を機能させる適切な脳領域を選択してトレーニングすることが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［本発明の基本的概念］
図１は、ＢＭＩを用いたリハビリテーションの原理を示す模式図である。
図１においては、脳神経経路に関連する大脳、延髄尾側部、脊髄及び筋肉が示されており、大脳における各脳領域が丸印で示されている。なお、脳領域を示す丸印において、黒丸とした部分は脳領域が活性化していない状態を表し、白丸とした部分は脳領域が活性化している状態を表している。
ＢＭＩを用いたリハビリテーションでは、ターゲットとなる脳領域（例えば、運動野等）の活性状態を取得し、片麻痺を生じている身体部位を患者が動かそうとした場合に、当該脳領域が活性化したときのみ、ロボットあるいは筋電刺激等のＢＭＩが作用して、身体部位の運動を補助する。すると、補助された身体部位の運動感覚が脳にフィードバックされることにより、脳の可塑性が誘導される。そして、このような過程が繰り返される結果、残存している脳神経経路が活性化され、患者はＢＭＩがない状態でも、片麻痺が生じていた身体部位を運動させることが可能となる。
［本発明の基本的概念］
図１は、ＢＭＩを用いたリハビリテーションの原理を示す模式図である。
図１においては、脳神経経路に関連する大脳、延髄尾側部、脊髄及び筋肉が示されており、大脳における各脳領域が丸印で示されている。なお、脳領域を示す丸印において、黒丸とした部分は脳領域が活性化していない状態を表し、白丸とした部分は脳領域が活性化している状態を表している。
ＢＭＩを用いたリハビリテーションでは、ターゲットとなる脳領域（例えば、運動野等）の活性状態を取得し、片麻痺を生じている身体部位を患者が動かそうとした場合に、当該脳領域が活性化したときのみ、ロボットあるいは筋電刺激等のＢＭＩが作用して、身体部位の運動を補助する。すると、補助された身体部位の運動感覚が脳にフィードバックされることにより、脳の可塑性が誘導される。そして、このような過程が繰り返される結果、残存している脳神経経路が活性化され、患者はＢＭＩがない状態でも、片麻痺が生じていた身体部位を運動させることが可能となる。
ここで、従来のＢＭＩを用いたリハビリテーションのための技術では、身体における左右の麻痺側とは反対側（対側）の頭皮脳波から体性感覚運動野の興奮性（活性状態）を推定し、そのレベルに応じたフィードバックを与えることにより、脳卒中患者の麻痺手運動の機能回復を実現している。なお、脳波の特定の周波数成分が随意運動や刺激等の事象に前後して減少することは、事象関連脱同期（ＥＲＤ：Ｅｖｅｎｔ－Ｒｅｌａｔｅｄ Ｄｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）と呼ばれ、体性感覚運動野の興奮性の指標としては、このＥＲＤを使用することができる。
しかし、上述のような従来のＢＭＩを用いたリハビリテーションのための技術で使用している対側の脳領域は、脳卒中患者においては、障害側の脳であることから、そのリソースに限りがあると考えられる。
しかし、上述のような従来のＢＭＩを用いたリハビリテーションのための技術で使用している対側の脳領域は、脳卒中患者においては、障害側の脳であることから、そのリソースに限りがあると考えられる。
対側の脳領域を使用してリハビリテーションが行われる理由は、従来のＢＭＩを用いたリハビリテーションの対象が、手指等、主に対側の脳神経経路により支配される部位を想定していることによる。
これに対し、片麻痺を生じた脳卒中患者の日常生活動作を取り戻すためには、手指の動作（把握動作等）のみならず、肩肘の動作（肩肘を曲げ伸ばしするリーチング動作等）を回復することも重要である。
肩肘の動作に関しては、手指等とは異なり、対側の脳神経経路のみならず、同側の脳神経経路による支配が一定の割合を占めている。
これに対し、片麻痺を生じた脳卒中患者の日常生活動作を取り戻すためには、手指の動作（把握動作等）のみならず、肩肘の動作（肩肘を曲げ伸ばしするリーチング動作等）を回復することも重要である。
肩肘の動作に関しては、手指等とは異なり、対側の脳神経経路のみならず、同側の脳神経経路による支配が一定の割合を占めている。
図２は、手指及び肩とそれを支配する脳神経経路との関係を示す模式図である。
図２に示すように、手指はほぼ対側の脳神経経路によって支配されているのに対し、肩は対側及び同側の脳神経経路による支配が同程度である。
そこで、本発明では、脳情報流路（機能回復に用いる脳神経経路）を切り替えるためのＢＭＩ技術として、片麻痺患者では健常側にあたる、同側の頭皮脳波から体性感覚運動野の興奮性を推定し、そのレベルに応じて、上肢外骨格ロボットによる麻痺側上肢の肩挙上運動アシストや電気刺激装置による上肢近位筋電気刺激等のフィードバックを与える。
図２に示すように、手指はほぼ対側の脳神経経路によって支配されているのに対し、肩は対側及び同側の脳神経経路による支配が同程度である。
そこで、本発明では、脳情報流路（機能回復に用いる脳神経経路）を切り替えるためのＢＭＩ技術として、片麻痺患者では健常側にあたる、同側の頭皮脳波から体性感覚運動野の興奮性を推定し、そのレベルに応じて、上肢外骨格ロボットによる麻痺側上肢の肩挙上運動アシストや電気刺激装置による上肢近位筋電気刺激等のフィードバックを与える。
これにより、本発明においては、同側の体性感覚運動野の興奮性の上昇と、それに伴う近位筋を中心とした麻痺側上肢機能の回復を図るものである。即ち、身体部位の機能回復に用いる脳神経経路を、同側の体性感覚運動野から麻痺側上肢に至る脳情報流路に切り替えることで、身体部位を機能させる適切な脳領域を選択してトレーニングすることが可能となる。
［構成］
図３は、本発明に係る生体情報処理装置１の全体構成を示す模式図である。
生体情報処理装置１は、脳波検出部１０（生体情報検出部）と、制御部２０（判定部）と、運動補助部３０（出力部）とを含んで構成され、これらは有線通信または無線通信によって互いに通信可能に構成されている。
図３は、本発明に係る生体情報処理装置１の全体構成を示す模式図である。
生体情報処理装置１は、脳波検出部１０（生体情報検出部）と、制御部２０（判定部）と、運動補助部３０（出力部）とを含んで構成され、これらは有線通信または無線通信によって互いに通信可能に構成されている。
脳波検出部１０は、頭皮における電位変化によって、脳の生体情報としての脳波を検出するための電極を含んで構成される。本実施形態において、脳波検出部１０は、頭皮全体にマトリクス状に配置された複数の電極として構成される。脳波検出部１０の検出結果に基づいて、制御部２０により、活性化した脳領域の位置及び活性化のレベルを含む脳の活性状態を取得することができる。脳波検出部１０によって検出された脳波の信号は、後段の処理に適する信号レベルまで増幅された上で、制御部２０に送信される。なお、脳領域の活性状態を取得するために、脳の生体情報として脳波を検出することの他、近赤外分光法による脳血流変化を検出するセンサを用いて、脳の血流量を検出することとしてもよい。
制御部２０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、タブレット端末、あるいは、スマートフォン等の情報処理装置によって構成される。また、制御部２０は、後述する脳活性状態判定処理を実行することにより、脳波検出部１０の検出結果に基づいて、運動補助部３０を制御する。
図４は、制御部２０を構成する情報処理装置の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、制御部２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２３と、情報入力部２４と、情報出力部２５と、記憶部２６と、通信部２７と、を備えている。
図４に示すように、制御部２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２３と、情報入力部２４と、情報出力部２５と、記憶部２６と、通信部２７と、を備えている。
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２または記憶部２６に記憶されたプログラムに従って各種の処理を実行する。
ＲＯＭ２２は、生体情報処理装置１を制御するための各種プログラムを記憶する。
ＲＡＭ２３には、ＣＰＵ２１が各種の処理を実行するためのデータ等が記憶される。
ＲＯＭ２２は、生体情報処理装置１を制御するための各種プログラムを記憶する。
ＲＡＭ２３には、ＣＰＵ２１が各種の処理を実行するためのデータ等が記憶される。
情報入力部２４は、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネル等の入力デバイスによって構成され、ユーザの指示操作に応じて各種情報を入力する。
情報出力部２５は、ディスプレイやスピーカによって構成され、ＣＰＵ２１の制御に従って、情報の表示や音声の出力を行う。
記憶部２６は、ハードディスク等の記憶装置によって構成され、生体情報処理装置１で使用される各種データやプログラムを記憶する。
通信部２７は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ケーブル等による有線通信あるいはブルートゥース（登録商標）等の無線通信によって他の装置との通信を行う。
情報出力部２５は、ディスプレイやスピーカによって構成され、ＣＰＵ２１の制御に従って、情報の表示や音声の出力を行う。
記憶部２６は、ハードディスク等の記憶装置によって構成され、生体情報処理装置１で使用される各種データやプログラムを記憶する。
通信部２７は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ケーブル等による有線通信あるいはブルートゥース（登録商標）等の無線通信によって他の装置との通信を行う。
このような構成の生体情報処理装置１において、ＣＰＵ２１が脳活性状態判定処理のためのプログラムを実行することにより、ＣＰＵ２１には、機能的な構成として、生体情報取得部２１ａと、脳活性状態判定部２１ｂと、運動補助制御部２１ｃとが形成される。
生体情報取得部２１ａは、脳の活性状態を示す生体情報として、脳波検出部１０によって検出された脳領域の脳波のデータを取得する。本実施形態においては、左手指及び左肩に片麻痺が生じている患者において、左肩の機能をリハビリテーションの対象とする場合を例とし、生体情報取得部２１ａは、右脳の体性感覚運動野及び左脳の体性感覚運動野の脳領域における脳波を取得するものとする。なお、この場合、右脳の体性感覚運動野及び左脳の体性感覚運動野の脳領域における脳波を少なくとも取得すれば、脳活性状態判定処理を実行することが可能である。ただし、脳波検出部１０における全ての電極によって検出された各脳領域の脳波を取得し、リハビリテーションのターゲットとなる脳領域以外において無用な活性化が生じていないことを併せて判定することとしてもよい。
脳活性状態判定部２１ｂは、生体情報取得部２１ａによって取得された脳領域の脳波のデータに基づいて、脳の活性状態が運動補助部３０を動作させるために予め設定された条件（以下、「運動補助条件」と呼ぶ。）に適合しているか否かの判定を行う。
本実施形態においては、左手指及び左肩に片麻痺が生じている患者において、左肩の機能をリハビリテーションの対象としているため、右脳の体性感覚運動野の脳領域は左手指の機能回復に使用し、左肩の機能回復については、同側である左脳の体性感覚運動野の脳領域を使用する。したがって、左脳の体性感覚運動野の脳領域に対応する頭皮の位置において、検出された脳波の特定の周波数成分が減少している（即ち、ＥＲＤが生じている）ことが運動補助条件として設定される。具体的には、脳波における８～１３Ｈｚを主成分とする振動（ミュー律動）の振幅が設定された閾値よりも小さくなっていることが運動補助条件として設定される。なお、脳波における８～１３Ｈｚの振動（ミュー律動）の振幅について設定される閾値は、患者個人のＥＲＤに応じた値に設定することができる。
本実施形態においては、左手指及び左肩に片麻痺が生じている患者において、左肩の機能をリハビリテーションの対象としているため、右脳の体性感覚運動野の脳領域は左手指の機能回復に使用し、左肩の機能回復については、同側である左脳の体性感覚運動野の脳領域を使用する。したがって、左脳の体性感覚運動野の脳領域に対応する頭皮の位置において、検出された脳波の特定の周波数成分が減少している（即ち、ＥＲＤが生じている）ことが運動補助条件として設定される。具体的には、脳波における８～１３Ｈｚを主成分とする振動（ミュー律動）の振幅が設定された閾値よりも小さくなっていることが運動補助条件として設定される。なお、脳波における８～１３Ｈｚの振動（ミュー律動）の振幅について設定される閾値は、患者個人のＥＲＤに応じた値に設定することができる。
運動補助制御部２１ｃは、脳活性状態判定部２１ｂにおいて、生体情報取得部２１ａによって取得された脳領域の脳波のデータが、運動補助条件に適合していると判定された場合、運動補助部３０を駆動させる指示信号を出力する。
運動補助部３０は、患者の片麻痺を生じている腕を支持し、運動補助制御部２１ｃから駆動を指示する指示信号が入力されると、アクチュエータによって、患者が片麻痺を生じている腕を拳上する動作を補助する。
運動補助部３０は、患者の片麻痺を生じている腕を支持し、運動補助制御部２１ｃから駆動を指示する指示信号が入力されると、アクチュエータによって、患者が片麻痺を生じている腕を拳上する動作を補助する。
図５は、運動補助部３０の構成を示す模式図である。
図５に示すように、運動補助部３０は、本体支持部３１と、アーム部３２と、連結部３３と、アクチュエータ３４とを備えた上肢外骨格ロボットとして構成される。
本体支持部３１は、患者が着席する椅子に固定され、連結部３３によってアーム部３２を回転可能に保持している。本体支持部３１とアーム部３２との相対的な回転動作は、アクチュエータ３４によって駆動される。
図５に示すように、運動補助部３０は、本体支持部３１と、アーム部３２と、連結部３３と、アクチュエータ３４とを備えた上肢外骨格ロボットとして構成される。
本体支持部３１は、患者が着席する椅子に固定され、連結部３３によってアーム部３２を回転可能に保持している。本体支持部３１とアーム部３２との相対的な回転動作は、アクチュエータ３４によって駆動される。
アーム部３２は、患者の腕に沿って配置されるアーム部材であり、患者の上腕及び前腕に対応する部分を有すると共に、これらの部分が所定角度（患者が肘を軽く曲げた程度の角度）で屈曲して繋がっている。アーム部３２の上腕に対応する部分の上端は、連結部３３によって、本体支持部３１に対して上下方向に回転可能に連結されている。また、アーム部３２の上腕及び前腕に対応する部分それぞれには、患者の上腕及び前腕を支持するためのベルト部材３２ａ，３２ｂが備えられている。
連結部３３は、本体支持部３１に対してアーム部３２を上下方向に回転可能に連結している。
アクチュエータ３４は、本体支持部３１に対してアーム部３２を回転動作させるための駆動力を出力する。
連結部３３は、本体支持部３１に対してアーム部３２を上下方向に回転可能に連結している。
アクチュエータ３４は、本体支持部３１に対してアーム部３２を回転動作させるための駆動力を出力する。
このような構成により、生体情報処理装置１は、左肩を拳上しようと試みる患者の脳波を検出し、リハビリテーションにおいてターゲットとする脳領域（ここでは同側の脳領域）が活性化されているか否かを判定する。
図６は、左肩を拳上しようと試みる患者の同側の脳領域が活性化された状態を示す模式図である。
左肩の拳上等、患者が特定の動作を試みた場合、動作を行う身体部位と脳神経経路が繋がっているいずれかの脳領域が活性化する。本実施形態では、上述のように、特定の動作（ここでは左肩の拳上）のために使用する脳神経経路を選択し、患者が特定の動作を試みた場合に、当該脳神経経路に繋がる脳領域（同側の脳神経経路）が活性化するよう生体情報処理装置１によってトレーニングを行うものである。
左肩の拳上等、患者が特定の動作を試みた場合、動作を行う身体部位と脳神経経路が繋がっているいずれかの脳領域が活性化する。本実施形態では、上述のように、特定の動作（ここでは左肩の拳上）のために使用する脳神経経路を選択し、患者が特定の動作を試みた場合に、当該脳神経経路に繋がる脳領域（同側の脳神経経路）が活性化するよう生体情報処理装置１によってトレーニングを行うものである。
即ち、患者が片麻痺の生じている身体部位で特定の動作を試みたときに、特定の脳領域が活性化したと判定されると、生体情報処理装置１では、運動補助部３０による運動の補助が行われる。すると、補助された身体部位の運動感覚が脳にフィードバックされることにより、脳の可塑性が誘導される。これを繰り返すことで、当初、特定の動作を試みた際に活性化する脳領域にばらつきがある状態から、徐々にターゲットとする脳領域が活性化する状態がトレーニングされ、運動補助部３０の補助がない状態でも、患者自身の脳神経経路によって、片麻痺が生じていた身体部位の運動を行うことが可能となる。
図７は、トレーニングにより特定の脳領域が活性化する様子の一例を示す模式図である。なお、図７では、脳領域の活性状態を示す脳の模式図及び当該脳領域によって制御される身体部位（麻痺筋）のＥＭＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈ）を示している。
図７の脳の模式図においては、濃度が高い部分ほど、脳領域が活性化している（ＥＲＤが生じている）ことを示しており、トレーニングにより特定の動作に対応付けて脳領域が活性化することで、麻痺筋の機能が回復していることがわかる。
図７の脳の模式図においては、濃度が高い部分ほど、脳領域が活性化している（ＥＲＤが生じている）ことを示しており、トレーニングにより特定の動作に対応付けて脳領域が活性化することで、麻痺筋の機能が回復していることがわかる。
［動作］
次に、生体情報処理装置１の動作を説明する。
図８は、脳活性状態判定処理の流れを説明するフローチャートである。
脳活性状態判定処理は、情報入力部２４を介して脳活性状態判定処理の実行が指示入力されることにより開始される。
次に、生体情報処理装置１の動作を説明する。
図８は、脳活性状態判定処理の流れを説明するフローチャートである。
脳活性状態判定処理は、情報入力部２４を介して脳活性状態判定処理の実行が指示入力されることにより開始される。
ステップＳ１において、生体情報取得部２１ａは、脳の活性状態を示す生体情報として、脳波検出部１０によって検出された脳領域の脳波のデータを取得する。
ステップＳ２において、脳活性状態判定部２１ｂは、生体情報取得部２１ａによって取得された脳領域の脳波のデータに基づいて、脳の活性状態が運動補助部３０を動作させるために予め設定された条件（運動補助条件）に適合しているか否かの判定を行う。
脳の活性状態が運動補助条件に適合していない場合、ステップＳ２においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ４に移行する。
一方、脳の活性状態が運動補助条件に適合している場合、ステップＳ２においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ３に移行する。
ステップＳ２において、脳活性状態判定部２１ｂは、生体情報取得部２１ａによって取得された脳領域の脳波のデータに基づいて、脳の活性状態が運動補助部３０を動作させるために予め設定された条件（運動補助条件）に適合しているか否かの判定を行う。
脳の活性状態が運動補助条件に適合していない場合、ステップＳ２においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ４に移行する。
一方、脳の活性状態が運動補助条件に適合している場合、ステップＳ２においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ３に移行する。
ステップＳ３において、運動補助制御部２１ｃは、運動補助部３０を駆動させる指示信号を出力する。これにより、運動補助部３０のアクチュエータ３４が、本体支持部３１に対してアーム部３２を回転動作させるための駆動力を出力する。即ち、運動補助部３０のアーム部３２が本体支持部３１に対して上方に回転され、患者が左肩を拳上する運動が補助される。
ステップＳ４において、脳活性状態判定部２１ｂは、脳活性状態判定処理の終了が指示入力されている否かの判定を行う。
脳活性状態判定処理の終了が指示入力されていない場合、ステップＳ４においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ１に移行する。
一方、脳活性状態判定処理の終了が指示入力されている場合、ステップＳ４においてＹＥＳと判定されて、脳活性状態判定処理は終了する。
脳活性状態判定処理の終了が指示入力されていない場合、ステップＳ４においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ１に移行する。
一方、脳活性状態判定処理の終了が指示入力されている場合、ステップＳ４においてＹＥＳと判定されて、脳活性状態判定処理は終了する。
［実施形態の効果］
図９は、同側（健常側）におけるＥＲＤを使用した脳卒中片麻痺患者の肩挙上ＢＭＩトレーニングの具体的な実施例を示す図である。
図９に示す実施例では、国際１０／２０法に基づく電極配置において、Ｃ３（左脳）及びＣ４（右脳）の位置の電極によって検出された脳波のＥＲＤを、それぞれ同側の脳活動による肩挙上運動のためのバイオマーカーとして使用した。
そして、被検者（患者及び健常者）が麻痺側に相当する肩の挙上動作を試みた際に、同側のＥＲＤが一定の閾値を超えた時に、装着した上肢外骨格ロボットが肩を他動的に挙上するものとした。
図９は、同側（健常側）におけるＥＲＤを使用した脳卒中片麻痺患者の肩挙上ＢＭＩトレーニングの具体的な実施例を示す図である。
図９に示す実施例では、国際１０／２０法に基づく電極配置において、Ｃ３（左脳）及びＣ４（右脳）の位置の電極によって検出された脳波のＥＲＤを、それぞれ同側の脳活動による肩挙上運動のためのバイオマーカーとして使用した。
そして、被検者（患者及び健常者）が麻痺側に相当する肩の挙上動作を試みた際に、同側のＥＲＤが一定の閾値を超えた時に、装着した上肢外骨格ロボットが肩を他動的に挙上するものとした。
本実施例において、単日訓練では、２０回×５ブロックの計１００回の反復訓練を行うことにより、片麻痺患者の麻痺側上肢運動のトレーニングを行った。
そして、健常者３名、片麻痺患者４名において単日での肩挙上ＢＭＩトレーニングを実施し、健常者１名、片麻痺患者１名において３日間の連日での肩挙上ＢＭＩトレーニングを実施することにより、実験結果を取得した。
なお、脳波計測装置としては、高密度脳波計（１２８ｃｈ、ＥＧＩ社）を使用した。
そして、健常者３名、片麻痺患者４名において単日での肩挙上ＢＭＩトレーニングを実施し、健常者１名、片麻痺患者１名において３日間の連日での肩挙上ＢＭＩトレーニングを実施することにより、実験結果を取得した。
なお、脳波計測装置としては、高密度脳波計（１２８ｃｈ、ＥＧＩ社）を使用した。
被検者は、外骨格ロボットを装着した状態で、Ｒｅｓｔ（５秒）、Ｒｅａｄｙ（１秒）、Ｉｍａｇｅｒｙ（６秒）の順番に文字が表示される画面を視認する。被検者は、Ｉｍａｇｅｒｙと表示された時に、“肘伸展で肩を９０度屈曲させるイメージ”をイメージする。この運動イメージ時の同側（健常側）における体性感覚運動野のＥＲＤが３０％以上の時に、上肢外骨格ロボットが他動的に被検者の上肢を屈曲させる。これを１回の訓練で２０回×５ブロック実施した。
その結果、本実施例では、単日の肩挙上ＢＭＩトレーニングにおける、一定の閾値を超える同側ＥＲＤを伴う肩挙上運動イメージの成功率は、健常者５６±４％、片麻痺患者７９±２１％であり、全例において同側ＥＲＤを用いた肩挙上ＢＭＩトレーニングが実施可能であった。
その結果、本実施例では、単日の肩挙上ＢＭＩトレーニングにおける、一定の閾値を超える同側ＥＲＤを伴う肩挙上運動イメージの成功率は、健常者５６±４％、片麻痺患者７９±２１％であり、全例において同側ＥＲＤを用いた肩挙上ＢＭＩトレーニングが実施可能であった。
図１０は、健常者１名について３日間連続での肩挙上ＢＭＩトレーニング前後の脳波の変化を示す図である。
図１０においては、記録した全頭脳波の各チャンネルのＥＲＤ平均値が濃淡で表示されており、濃度が高いほど、ＥＲＤが強く表れ、脳活動の興奮性（活性状態）が上昇していることを示している。１日目と３日目とを比較すると、肩挙上ＢＭＩトレーニングにより肩挙上イメージ時の同側ＥＲＤが高まる傾向が見られた。
図１０においては、記録した全頭脳波の各チャンネルのＥＲＤ平均値が濃淡で表示されており、濃度が高いほど、ＥＲＤが強く表れ、脳活動の興奮性（活性状態）が上昇していることを示している。１日目と３日目とを比較すると、肩挙上ＢＭＩトレーニングにより肩挙上イメージ時の同側ＥＲＤが高まる傾向が見られた。
図１１は、片麻痺患者１名について３日間連続での肩挙上ＢＭＩトレーニング前後の脳波の変化を示す図である。
トレーニングの１日目は、運動イメージ時に麻痺側三角筋前部繊維に著明な筋緊張上昇を認め、筋活動による影響が脳波にノイズとして混入したため、解析結果からは除外とした。
したがって、図１１には、運動イメージ時に麻痺側三角筋前部繊維の安静が担保された２日目と３日目の脳波（脳の活性状態）が示されている。図１１の左側の脳の模式図は、ＥＲＤ平均値を示している。また、図１１の右側の脳の模式図には、運動イメージ時のＥＲＤ値に対して、安静時のＥＲＤ値でＴ検定を実施し、各チャンネル（電極）のＴ値を示している。図１１において、右側の脳の模式図では、濃度が高いほど施行毎のＥＲＤ値の分散が小さくなるため、より確実にＥＲＤが起きていることが示されている。このように、片麻痺患者において、肩挙上ＢＭＩトレーニングにより、同側ＥＲＤ平均値、同側ＥＲＤのＴ値が高まる傾向が見られた。
トレーニングの１日目は、運動イメージ時に麻痺側三角筋前部繊維に著明な筋緊張上昇を認め、筋活動による影響が脳波にノイズとして混入したため、解析結果からは除外とした。
したがって、図１１には、運動イメージ時に麻痺側三角筋前部繊維の安静が担保された２日目と３日目の脳波（脳の活性状態）が示されている。図１１の左側の脳の模式図は、ＥＲＤ平均値を示している。また、図１１の右側の脳の模式図には、運動イメージ時のＥＲＤ値に対して、安静時のＥＲＤ値でＴ検定を実施し、各チャンネル（電極）のＴ値を示している。図１１において、右側の脳の模式図では、濃度が高いほど施行毎のＥＲＤ値の分散が小さくなるため、より確実にＥＲＤが起きていることが示されている。このように、片麻痺患者において、肩挙上ＢＭＩトレーニングにより、同側ＥＲＤ平均値、同側ＥＲＤのＴ値が高まる傾向が見られた。
図１２は、片麻痺患者１名について３日間連続での肩挙上ＢＭＩトレーニング前後の臨床指標の結果を示す図である。
ここで、Ｆｕｇｌ－Ｍｅｙｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（ＦＭＡ）、Ｓｔｒｏｋｅ Ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｅｔ（ＳＩＡＳ）は、臨床的な麻痺側上肢機能評価であり、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｓｈｗｏｒｔｈ ｓｃａｌｅ（ＭＡＳ）は、麻痺側上肢の筋緊張の程度の臨床的評価尺度である。ＦＭＡの臨床的に意義のある最小変化量（ＭＣＩＤ）は４．２５～７．２５点であることが知られている。
図１２に示すように、３日間の肩挙上ＢＭＩトレーニングにより片麻痺患者の上肢麻痺にＦＭＡの改善が認められ、自動及び他動運動での肩挙上角度にも向上が認められた。
ここで、Ｆｕｇｌ－Ｍｅｙｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（ＦＭＡ）、Ｓｔｒｏｋｅ Ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｅｔ（ＳＩＡＳ）は、臨床的な麻痺側上肢機能評価であり、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｓｈｗｏｒｔｈ ｓｃａｌｅ（ＭＡＳ）は、麻痺側上肢の筋緊張の程度の臨床的評価尺度である。ＦＭＡの臨床的に意義のある最小変化量（ＭＣＩＤ）は４．２５～７．２５点であることが知られている。
図１２に示すように、３日間の肩挙上ＢＭＩトレーニングにより片麻痺患者の上肢麻痺にＦＭＡの改善が認められ、自動及び他動運動での肩挙上角度にも向上が認められた。
図１３～図１８は、脳卒中重度片麻痺患者５名に対して、１日１時間のＢＭＩトレーニングを合計７日間実施した結果を示す図である。なお、ＢＭＩリハビリシステムの構成は図９と同様である。
具体的には、図１３は、脳卒中重度片麻痺患者５名の代表被検者１名について、７日間連続での肩挙上ＢＭＩトレーニング前後の脳波の変化を示す図である。図１３において、濃度が高い部分ほど、ＥＲＤが強く表れ、濃度が低い部分ほど、事象関連同期（ＥＲＳ：Ｅｖｅｎｔ－Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）が強く表れていることを示している。また、図１４は、図１３の代表被験者における７日間連続での肩挙上ＢＭＩトレーニング前後のラテラリティ・インデクス（Ｌａｔｅｒａｌｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）の変化を示す図である。
なお、図１４におけるラテラリティ・インデクスは、
ラテラリティ・インデクス＝（対側ＥＲＤ－同側ＥＲＤ）／（｜対側ＥＲＤ｜＋｜同側ＥＲＤ｜）
として定義される。
図１３～図１８に示すＢＭＩトレーニングでは、麻痺している右肩の筋肉に接続されている左半球の運動野と右半球の運動野のうち、右半球の運動野の近くに電極を貼付して脳波を検出し、この右半球の運動野から肩の筋肉へ降りて行く神経経路（麻痺肢と同側の経路）を機能訓練することを目指した。
その結果、肩の挙上運動を企図しているときに発生する運動関連脳波（図１３における濃度が高い部分）は、ＢＭＩでトレーニングに用いている脳波である右側のほうへ遷移した。この結果から、経路選択的な機能活性化を目指した本実施形態に係るＢＭＩは、狙い通り右半球の運動野から肩の筋肉へ降りて行く神経経路を選択的に活性化させたと考えられる。
なお、脳波における同様の有意な変化が、５名中２名の被験者において確認された。
さらに、図１５は、図１３の代表被検者における三角筋前部の随意筋電図の変化を示す図である。また、図１６は、三角筋前部における筋電図の変調指数ＭＩ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）の変化を示す図である。
なお、図１６における変調指数ＭＩ（ｔ）は、
ＭＩ（ｔ）＝（１／Ｔｔａｓｋ）ΣＥＭＧ（ｔ）ｔａｓｋ／（１／Ｔｒｅｓｔ）ΣＥＭＧ（ｔ）ｒｅｓｔ
として定義される。ただし、Ｔｔａｓｋは運動イメージ時のサンプルデータ数、Ｔｒｅｓｔは安静時のサンプルデータ数、ＥＭＧ（ｔ）ｔａｓｋは運動イメージ時（タスク時）の筋電図の波形、ＥＭＧ（ｔ）ｒｅｓｔは安静時の筋電図の波形である。
図１５及び図１６に示すように、麻痺肢の肩を挙上するときに活動する三角筋前部の筋電図を観察したところ、トレーニング後にはその活動量が有意に増加した。つまり、本実施形態に係るＢＭＩによって、狙い通り右半球の運動野から肩の筋肉へ降りて行く神経経路を選択的に活性化させた結果、筋肉の随意的な制御がより強く行えるようになったことを意味している。
なお、筋電図における同様の有意な変化が、５名中４名の被験者において確認された。
また、図１７は、被験者５名におけるＦＭＡ－Ｕ／Ｅ（ＦＭＡの上肢項目スコア）の変化を示す図である。
図１７に示すように、上記ＢＭＩトレーニングの結果としてもたらされる臨床的な治療効果を、臨床学的運動評価指標であるＦＭＡ－Ｕ／Ｅを用いて評価したところ、全例において大幅な機能回復が認められた。
図１８は、代表被検者におけるトレーニング前及びトレーニング後の麻痺肢の肩の機能の変化を示す模式図である。
図１８に示すように、上記ＢＭＩトレーニングを行った結果、麻痺している肩がトレーニング前に比べて明らかに高い位置まで拳上できる状態となっている。
具体的には、図１３は、脳卒中重度片麻痺患者５名の代表被検者１名について、７日間連続での肩挙上ＢＭＩトレーニング前後の脳波の変化を示す図である。図１３において、濃度が高い部分ほど、ＥＲＤが強く表れ、濃度が低い部分ほど、事象関連同期（ＥＲＳ：Ｅｖｅｎｔ－Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）が強く表れていることを示している。また、図１４は、図１３の代表被験者における７日間連続での肩挙上ＢＭＩトレーニング前後のラテラリティ・インデクス（Ｌａｔｅｒａｌｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）の変化を示す図である。
なお、図１４におけるラテラリティ・インデクスは、
ラテラリティ・インデクス＝（対側ＥＲＤ－同側ＥＲＤ）／（｜対側ＥＲＤ｜＋｜同側ＥＲＤ｜）
として定義される。
図１３～図１８に示すＢＭＩトレーニングでは、麻痺している右肩の筋肉に接続されている左半球の運動野と右半球の運動野のうち、右半球の運動野の近くに電極を貼付して脳波を検出し、この右半球の運動野から肩の筋肉へ降りて行く神経経路（麻痺肢と同側の経路）を機能訓練することを目指した。
その結果、肩の挙上運動を企図しているときに発生する運動関連脳波（図１３における濃度が高い部分）は、ＢＭＩでトレーニングに用いている脳波である右側のほうへ遷移した。この結果から、経路選択的な機能活性化を目指した本実施形態に係るＢＭＩは、狙い通り右半球の運動野から肩の筋肉へ降りて行く神経経路を選択的に活性化させたと考えられる。
なお、脳波における同様の有意な変化が、５名中２名の被験者において確認された。
さらに、図１５は、図１３の代表被検者における三角筋前部の随意筋電図の変化を示す図である。また、図１６は、三角筋前部における筋電図の変調指数ＭＩ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）の変化を示す図である。
なお、図１６における変調指数ＭＩ（ｔ）は、
ＭＩ（ｔ）＝（１／Ｔｔａｓｋ）ΣＥＭＧ（ｔ）ｔａｓｋ／（１／Ｔｒｅｓｔ）ΣＥＭＧ（ｔ）ｒｅｓｔ
として定義される。ただし、Ｔｔａｓｋは運動イメージ時のサンプルデータ数、Ｔｒｅｓｔは安静時のサンプルデータ数、ＥＭＧ（ｔ）ｔａｓｋは運動イメージ時（タスク時）の筋電図の波形、ＥＭＧ（ｔ）ｒｅｓｔは安静時の筋電図の波形である。
図１５及び図１６に示すように、麻痺肢の肩を挙上するときに活動する三角筋前部の筋電図を観察したところ、トレーニング後にはその活動量が有意に増加した。つまり、本実施形態に係るＢＭＩによって、狙い通り右半球の運動野から肩の筋肉へ降りて行く神経経路を選択的に活性化させた結果、筋肉の随意的な制御がより強く行えるようになったことを意味している。
なお、筋電図における同様の有意な変化が、５名中４名の被験者において確認された。
また、図１７は、被験者５名におけるＦＭＡ－Ｕ／Ｅ（ＦＭＡの上肢項目スコア）の変化を示す図である。
図１７に示すように、上記ＢＭＩトレーニングの結果としてもたらされる臨床的な治療効果を、臨床学的運動評価指標であるＦＭＡ－Ｕ／Ｅを用いて評価したところ、全例において大幅な機能回復が認められた。
図１８は、代表被検者におけるトレーニング前及びトレーニング後の麻痺肢の肩の機能の変化を示す模式図である。
図１８に示すように、上記ＢＭＩトレーニングを行った結果、麻痺している肩がトレーニング前に比べて明らかに高い位置まで拳上できる状態となっている。
以上より、本発明によって生じる特有の効果として、健常者、片麻痺患者において肩挙上運動イメージ時の同側の体性感覚運動野の興奮性の上昇と、それに伴う片麻痺患者での麻痺側上肢機能の回復効果が示された。これは、同側の体性感覚運動野から麻痺側上肢に至る脳情報流路（脳神経経路）の切り替えに伴って起きた現象であると考えられる。
［変形例１］
上述の実施形態において、脳活性状態判定処理の実行に先立ち、当該患者における脳領域の活性状態の傾向を検出し、その検出結果に基づいて、いずれの脳領域をリハビリテーションのターゲットとするかを選択する処理（脳領域選択処理）を実行することができる。
図１９は、脳領域選択処理の流れを示すフローチャートである。
脳領域選択処理は、情報入力部２４を介して脳領域選択処理の実行が指示入力されることにより開始される。
ステップＳ１１において、生体情報取得部２１ａは、片麻痺の生じている身体部位で特定の動作を行う患者の各脳領域の脳波を取得する処理を、所定回数繰り返す。ステップＳ１１では、例えば、患者が片麻痺の生じている身体部位で特定の動作を５回繰り返し、生体情報取得部２１ａが、この５回分の各脳領域の脳波を取得する。
ステップＳ１２において、脳活性状態判定部２１ｂは、片麻痺の生じている身体部位による特定の動作に対して、活性化する傾向が高い脳領域を判定する。
ステップＳ１３において、脳活性状態判定部２１ｂは、片麻痺の生じている身体部位による特定の動作に対して、活性化する傾向が高いと判定した脳領域を、リハビリテーションのターゲットとするために好適な脳領域として提示（ディスプレイへの表示等）する。
このとき、予め指定した脳領域（例えば、同側の脳領域に限定する、あるいは、現時点では活性が低いが訓練にともなって活性化する傾向が高いと判断した脳領域を選択する等）の中で、ターゲットとして好適な脳領域を提示することとしてもよい。
脳活性状態判定処理によってトレーニングを行うことに先立ち、脳領域選択処理によって、当該患者において、トレーニングを行う特定の動作に対応して活性化し易い脳領域を選択することで、より効率的に身体機能の回復を図ることができる。
上述の実施形態において、脳活性状態判定処理の実行に先立ち、当該患者における脳領域の活性状態の傾向を検出し、その検出結果に基づいて、いずれの脳領域をリハビリテーションのターゲットとするかを選択する処理（脳領域選択処理）を実行することができる。
図１９は、脳領域選択処理の流れを示すフローチャートである。
脳領域選択処理は、情報入力部２４を介して脳領域選択処理の実行が指示入力されることにより開始される。
ステップＳ１１において、生体情報取得部２１ａは、片麻痺の生じている身体部位で特定の動作を行う患者の各脳領域の脳波を取得する処理を、所定回数繰り返す。ステップＳ１１では、例えば、患者が片麻痺の生じている身体部位で特定の動作を５回繰り返し、生体情報取得部２１ａが、この５回分の各脳領域の脳波を取得する。
ステップＳ１２において、脳活性状態判定部２１ｂは、片麻痺の生じている身体部位による特定の動作に対して、活性化する傾向が高い脳領域を判定する。
ステップＳ１３において、脳活性状態判定部２１ｂは、片麻痺の生じている身体部位による特定の動作に対して、活性化する傾向が高いと判定した脳領域を、リハビリテーションのターゲットとするために好適な脳領域として提示（ディスプレイへの表示等）する。
このとき、予め指定した脳領域（例えば、同側の脳領域に限定する、あるいは、現時点では活性が低いが訓練にともなって活性化する傾向が高いと判断した脳領域を選択する等）の中で、ターゲットとして好適な脳領域を提示することとしてもよい。
脳活性状態判定処理によってトレーニングを行うことに先立ち、脳領域選択処理によって、当該患者において、トレーニングを行う特定の動作に対応して活性化し易い脳領域を選択することで、より効率的に身体機能の回復を図ることができる。
［変形例２］
上述の実施形態において、脳活性状態判定処理では、脳の活性状態が運動補助条件に適合している場合、運動補助部３０により、患者が左肩を拳上する運動が補助されるものとした。
これに対し、脳の活性状態が運動補助条件に適合している場合に、運動補助部３０による運動補助を行うことに代えて、ディスプレイに脳の活性状態が適切である旨を表示することとしてもよい。
これにより、運動補助部３０を使用することなく、簡易にトレーニングを行うことが可能となる。即ち、患者は、自宅でリハビリテーションを行うこと等が可能となる。
なお、運動補助部３０によって運動補助を行うことに加えて、ディスプレイに脳の活性状態が適切である旨を表示することとしてもよい。
上述の実施形態において、脳活性状態判定処理では、脳の活性状態が運動補助条件に適合している場合、運動補助部３０により、患者が左肩を拳上する運動が補助されるものとした。
これに対し、脳の活性状態が運動補助条件に適合している場合に、運動補助部３０による運動補助を行うことに代えて、ディスプレイに脳の活性状態が適切である旨を表示することとしてもよい。
これにより、運動補助部３０を使用することなく、簡易にトレーニングを行うことが可能となる。即ち、患者は、自宅でリハビリテーションを行うこと等が可能となる。
なお、運動補助部３０によって運動補助を行うことに加えて、ディスプレイに脳の活性状態が適切である旨を表示することとしてもよい。
［変形例３］
上述の実施形態において、脳の活性状態が運動補助条件に適合していない場合に、患者に対して脳の活性状態が適切でない旨を報知する知覚的な刺激（痛み、振動、圧迫、電気刺激あるいは音声等）を与えることとしてもよい。
このような刺激を与えることにより、患者におけるトレーニング効果の定着率を高めることができる。
上述の実施形態において、脳の活性状態が運動補助条件に適合していない場合に、患者に対して脳の活性状態が適切でない旨を報知する知覚的な刺激（痛み、振動、圧迫、電気刺激あるいは音声等）を与えることとしてもよい。
このような刺激を与えることにより、患者におけるトレーニング効果の定着率を高めることができる。
なお、本発明は、本発明の効果を奏する範囲で変形、改良等を適宜行うことができ、上述の実施形態に限定されない。
例えば、上述の実施形態において、片麻痺を生じている身体部位と同側の脳領域のみならず、対側において選択可能な複数の脳領域のうち、いずれかの脳領域を選択してトレーニングすることとしてもよい。また、片麻痺を生じている身体部位と対側の脳領域及び同側の脳領域を選択し、これらをリハビリテーションのターゲットとする脳領域として、複数の身体部位をトレーニングすることとしてもよい。
このとき選択される脳領域としては、成人の場合、体性感覚運動野、補足運動野、運動前野、前補足運動野等の運動関連領域とすることができる。一方、小児以下の場合、運動関連領域に加え、感覚野等の運動関連領域以外の脳領域をさらに含むことができる。
これらのうち、いずれの脳領域を選択するかについては、当該患者ごとに、脳卒中の重症度、組織損傷のサイズや損傷部位、幼少期に発症した脳卒中であるか、腕神経叢麻痺（引き抜き症候群）、脊髄損傷、脳性麻痺あるいは神経筋難病等であるかといった状況を勘案して選択することが適切である。
例えば、上述の実施形態において、片麻痺を生じている身体部位と同側の脳領域のみならず、対側において選択可能な複数の脳領域のうち、いずれかの脳領域を選択してトレーニングすることとしてもよい。また、片麻痺を生じている身体部位と対側の脳領域及び同側の脳領域を選択し、これらをリハビリテーションのターゲットとする脳領域として、複数の身体部位をトレーニングすることとしてもよい。
このとき選択される脳領域としては、成人の場合、体性感覚運動野、補足運動野、運動前野、前補足運動野等の運動関連領域とすることができる。一方、小児以下の場合、運動関連領域に加え、感覚野等の運動関連領域以外の脳領域をさらに含むことができる。
これらのうち、いずれの脳領域を選択するかについては、当該患者ごとに、脳卒中の重症度、組織損傷のサイズや損傷部位、幼少期に発症した脳卒中であるか、腕神経叢麻痺（引き抜き症候群）、脊髄損傷、脳性麻痺あるいは神経筋難病等であるかといった状況を勘案して選択することが適切である。
また、上述の実施形態においては、患者の片麻痺が生じている身体部位の機能回復を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。即ち、生体情報処理装置１を用いて、健常者の身体部位の機能向上のためにトレーニングを行うこととしてもよい。
また、上述の実施形態において、脳波検出部１０は、頭皮全体にマトリクス状に配置された電極として構成するものとしたが、これに限られない。即ち、リハビリテーションのターゲットとして選択した脳領域に対応する頭皮の位置に、単体の電極を１つまたは複数設置する形態としてもよい。
また、上述の実施形態において、運動補助部３０を上肢外骨格ロボットとして構成する場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。即ち、患者の運動を補助することができるものであれば、他の形態の装置とすることができ、例えば、片麻痺が生じている身体部位に筋電刺激を与える電気刺激装置として構成すること等が可能である。
また、上述の実施形態において、運動補助部３０を上肢外骨格ロボットとして構成する場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。即ち、患者の運動を補助することができるものであれば、他の形態の装置とすることができ、例えば、片麻痺が生じている身体部位に筋電刺激を与える電気刺激装置として構成すること等が可能である。
また、上記実施形態及び各変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
上述の実施形態における処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能が生体情報処理装置１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
上述の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにネットワークや記憶媒体からインストールされる。
上述の実施形態における処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能が生体情報処理装置１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
上述の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにネットワークや記憶媒体からインストールされる。
プログラムを記憶する記憶媒体は、装置本体とは別に配布されるリムーバブルメディア、あるいは、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、磁気ディスク、光ディスク、または光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ），Ｂｌｕ－ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ－Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体は、例えば、プログラムが記憶されているＲＯＭやハードディスク等で構成される。
以上のように構成される生体情報処理装置１は、脳波検出部１０と、制御部２０と、運動補助部３０とを備えている。
脳波検出部１０は、機能の回復または向上の対象となる身体部位に応じて選択可能な複数の脳領域のうち、少なくともいずれかの脳領域における生体情報を検出する。
制御部２０は、脳波検出部１０によって検出された脳領域における生体情報に基づいて、身体部位の動作を試みた被検者において活性化されている脳領域の位置及び当該脳領域の活性化されているレベルを含む脳の活性状態を判定する。
運動補助部３０は、制御部２０によって脳の活性状態が予め設定された条件に適合すると判定された場合に、予め設定された動作を実行する。
これにより、機能の回復または向上の対象となる身体部位に応じて選択可能な複数の脳領域のうち、身体部位を機能させる適切な脳領域を選択してトレーニングすることが可能となる。
脳波検出部１０は、機能の回復または向上の対象となる身体部位に応じて選択可能な複数の脳領域のうち、少なくともいずれかの脳領域における生体情報を検出する。
制御部２０は、脳波検出部１０によって検出された脳領域における生体情報に基づいて、身体部位の動作を試みた被検者において活性化されている脳領域の位置及び当該脳領域の活性化されているレベルを含む脳の活性状態を判定する。
運動補助部３０は、制御部２０によって脳の活性状態が予め設定された条件に適合すると判定された場合に、予め設定された動作を実行する。
これにより、機能の回復または向上の対象となる身体部位に応じて選択可能な複数の脳領域のうち、身体部位を機能させる適切な脳領域を選択してトレーニングすることが可能となる。
脳波検出部１０は、機能の回復または向上の対象となる身体部位に対する同側の脳領域における生体情報を検出する。
これにより、身体部位と同側の脳領域から選択した脳領域を用いて、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
これにより、身体部位と同側の脳領域から選択した脳領域を用いて、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
脳波検出部１０は、機能の回復または向上の対象となる身体部位に対する対側の脳領域における生体情報を検出する。
これにより、身体部位と対側の脳領域から選択した脳領域を用いて、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
これにより、身体部位と対側の脳領域から選択した脳領域を用いて、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
脳波検出部１０は、機能の回復または向上の対象となる第１の身体部位に対する同側の脳領域における生体情報、及び、機能の回復または向上の対象となる第２の身体部位に対する対側の脳領域における生体情報をそれぞれ検出する。
これにより、身体部位と対側の脳領域から選択した脳領域及び身体部位と同側の脳領域から選択した脳領域を用いて、複数の身体部位をそれぞれ機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
これにより、身体部位と対側の脳領域から選択した脳領域及び身体部位と同側の脳領域から選択した脳領域を用いて、複数の身体部位をそれぞれ機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
脳波検出部１０は、成人の脳における運動関連領域に含まれる脳領域における生体情報を検出する。
これにより、成人の脳において選択可能な適切な脳領域を選択して、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
これにより、成人の脳において選択可能な適切な脳領域を選択して、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
脳波検出部１０は、小児以下の脳における運動関連領域、及び、感覚野を含む運動関連領域以外の領域に含まれる脳領域における生体情報を検出する。
これにより、小児以下の脳において、トレーニングにより活性化する可能性を有する広範な脳領域を選択して、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
これにより、小児以下の脳において、トレーニングにより活性化する可能性を有する広範な脳領域を選択して、身体部位を機能させるトレーニングを行うことが可能となる。
脳波検出部１０は、身体部位の動作を試みた被検者の複数の脳領域における生体情報を検出する。
制御部２０は、脳波検出部１０によって検出された脳波に基づいて、活性化された複数の脳領域のうち、身体部位と対応付ける対象として選択された脳領域を、脳の活性状態を判定する判定対象とする。
これにより、当該被検者において、トレーニングを行う特定の動作に対応して活性化する適切な脳領域を選択することで、身体部位を機能させるトレーニングをより効率的に行うことが可能となる。
制御部２０は、脳波検出部１０によって検出された脳波に基づいて、活性化された複数の脳領域のうち、身体部位と対応付ける対象として選択された脳領域を、脳の活性状態を判定する判定対象とする。
これにより、当該被検者において、トレーニングを行う特定の動作に対応して活性化する適切な脳領域を選択することで、身体部位を機能させるトレーニングをより効率的に行うことが可能となる。
出力部は、身体部位の動きを補助する補助装置（運動補助部３０）を含む。
これにより、身体部位の運動感覚が脳にフィードバックされることにより、脳の可塑性を誘導することが可能となる。
これにより、身体部位の運動感覚が脳にフィードバックされることにより、脳の可塑性を誘導することが可能となる。
出力部は、脳の活性状態が予め設定された条件に適合しているか否かを表示する表示装置（情報出力部２５のディスプレイ）を含む。
これにより、身体部位を機能させるトレーニングを簡易に行うことが可能となる。
これにより、身体部位を機能させるトレーニングを簡易に行うことが可能となる。
出力部は、脳の活性状態が予め設定された条件に適合しない場合に、被検者に対して知覚的な刺激を付与する知覚刺激装置を含む。
これにより、被験者におけるトレーニング効果の定着率を高めることができる。
これにより、被験者におけるトレーニング効果の定着率を高めることができる。
１ 生体情報処理装置、１０ 脳波検出部、２０ 制御部、２１ ＣＰＵ、２１ａ 生体情報取得部、２１ｂ 脳活性状態判定部、２１ｃ 運動補助制御部、２２ ＲＯＭ、２３ ＲＡＭ、２４ 情報入力部、２５ 情報出力部、２６ 記憶部、２７ 通信部、３０ 運動補助部、３１ 本体支持部、３２ アーム部、３２ａ，３２ｂ ベルト部材、３３ 連結部、３４ アクチュエータ
Claims (12)
- 手指及び肩肘に片麻痺が生じている片麻痺患者の手指及び肩肘の機能のうち肩肘の機能のみの回復または向上のために生体情報を処理する生体情報処理装置であって、
前記片麻痺患者の麻痺側と同側の脳の生体情報を検出する生体情報検出部と、前記片麻痺患者の同側の脳領域を、肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域とし、
前記肩肘の動作を試みた被検者の、前記肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域の活性状態を、前記検出された生体情報に基づいて判定する判定部と、
前記脳領域の活性状態が予め設定された条件に適合すると判定された場合に、予め設定された動作を実行する出力部と、
を備えることを特徴とする生体情報処理装置。 - 前記生体情報検出部によって検出された生体情報に基づいて、前記動作を試みた場合に活性化する傾向が高いと判定された脳領域が、前記肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域として選択されることを特徴とする請求項１に記載の生体情報処理装置。
- 前記生体情報検出部は、成人の脳における運動関連領域における生体情報を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体情報処理装置。
- 前記生体情報検出部は、小児以下の脳における運動関連領域、及び、感覚野を含む運動関連領域以外の領域に含まれる脳領域における生体情報を検出することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
- 前記出力部は、前記肩肘の動きを補助する補助装置を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
- 前記補助装置は、肩の拳上動作を補助することを特徴とする請求項５に記載の生体情報処理装置。
- 前記出力部は、前記脳領域の活性状態が予め設定された条件に適合しているか否かを表示する表示装置を含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
- 前記出力部は、前記脳領域の活性状態が予め設定された条件に適合しない場合に、前記片麻痺患者に対して知覚的な刺激を付与する知覚刺激装置を含むことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の生体情報処理装置。
- 被検者の生体情報を処理する生体情報処理装置において実行され、手指及び肩肘に片麻痺が生じている片麻痺患者の手指及び肩肘の機能のうち肩肘の機能のみの回復または向上のために生体情報を処理する生体情報処理方法であって、
前記片麻痺患者の麻痺側と同側の脳の生体情報を検出する生体情報検出ステップと、
前記片麻痺患者の同側の脳領域を、肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域とし、前記肩肘の動作を試みた被検者の、前記肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域の活性状態を、前記検出された生体情報に基づいて判定する判定ステップと、
前記脳領域の活性状態が予め設定された条件に適合すると判定された場合に、予め設定された動作を実行する出力ステップと、
を含むことを特徴とする生体情報処理方法。 - 前記生体情報検出ステップにおいて検出された生体情報に基づいて、前記動作を試みた場合に活性化する傾向が高いと判定された脳領域が、前記肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域として選択されることを特徴とする請求項９に記載の生体情報処理方法。
- 手指及び肩肘に片麻痺が生じている片麻痺患者の手指及び肩肘の機能のうち肩肘の機能のみの回復または向上のために生体情報を処理する生体情報処理装置を制御するコンピュータに、
前記片麻痺患者の麻痺側と同側の脳の生体情報を検出する生体情報検出処理と、
前記片麻痺患者の同側の脳領域を、肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域とし、前記肩肘の動作を試みた被検者の、前記肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域の活性状態を、前記検出された生体情報に基づいて判定する判定処理と、
前記脳領域の活性状態が予め設定された条件に適合すると判定された場合に、予め設定された動作を実行する出力処理と、
を実行させることを特徴とするプログラム。 - 前記生体情報検出処理によって検出された生体情報に基づいて、前記動作を試みた場合に活性化する傾向が高いと判定された脳領域が、前記肩肘の機能の回復または向上に用いる脳領域として選択されることを特徴とする請求項１１に記載のプログラム。
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