JP7224032B2 - Estimation device, estimation program and estimation method - Google Patents

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JP7224032B2 JP2019052913A JP2019052913A JP7224032B2 JP 7224032 B2 JP7224032 B2 JP 7224032B2 JP 2019052913 A JP2019052913 A JP 2019052913A JP 2019052913 A JP2019052913 A JP 2019052913A JP 7224032 B2 JP7224032 B2 JP 7224032B2
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この発明は推定装置、推定プログラムおよび推定方法に関し、特にたとえば、会話の話題について被験者が認識している困難性の高低を推定する、推定装置、推定プログラムおよび推定方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an estimation device, an estimation program, and an estimation method, and more particularly to an estimation device, an estimation program, and an estimation method for estimating, for example, the degree of difficulty recognized by a subject regarding a topic of conversation.

この種の推定装置の一例が特許文献1に開示される。特許文献1には、ユーザの視線と脳機能とを計測することにより、心理状態を判別し、判別された心理状態に基づき、課題の呈示内容を変化させる刺激呈示システムが開示される。 An example of this type of estimating device is disclosed in Patent Document 1. Patent Literature 1 discloses a stimulus presentation system that determines a user's mental state by measuring a user's line of sight and brain function, and changes the content of task presentation based on the determined mental state.

WO2013/186911WO2013/186911

上記の引用文献1の刺激呈示システムでは、ユーザの心理状態を判別するために、ユーザの視線を計測している。この刺激呈示システムを、被験者がコミュニケーション対象と会話する場合の当該被験者の認知負荷の大きさを推定するシステムに適用する場合には、計測した視線の情報は認知負荷の大きさを推定する要素として使用することができない。コミュニケーション対象に視線を向けているかどうかと、コミュニケーション対象の会話を聞いたり理解したりしているかどうかとは関係が無いからである。 The stimulus presentation system of Cited Document 1 measures the user's line of sight in order to determine the user's mental state. When this stimulus presentation system is applied to a system for estimating the cognitive load of a subject when the subject converses with a communication target, the measured line of sight information can be used as a factor for estimating the cognitive load. Unable to use. This is because there is no relationship between whether or not the person is looking at the communication target and whether or not the person is listening to or understanding the conversation of the communication target.

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、推定装置、推定プログラムおよび推定方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a primary object of the present invention is to provide a novel estimation device, estimation program and estimation method.

この発明の他の目的は、脳活動に基づいて会話中における被験者の認知負荷の大きさを推定することができる、推定装置、推定プログラムおよび推定方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an estimation device, an estimation program, and an estimation method capable of estimating the degree of cognitive load of a subject during conversation based on brain activity.

第1の発明は、コミュニケーション対象と会話する被験者の脳血流量に基づいて、当該被験者が話題に対して知覚する認知負荷の高低を推定する推定装置であって、認知課題を遂行する被験者の脳血流量についての信号である脳血流量信号を取得する取得手段と、取得手段によって取得された脳血流量信号の第1所定時間毎の差分エントロピーのベクトルをそれぞれ算出する算出手段と、算出手段によって算出された差分エントロピーのベクトルを、K平均法を用いて認知課題に対する認知負荷の高低の異なる所定数のクラスにクラスタリングしてクラスタ空間を構築する構築手段と、取得手段によって、クラスタ空間の構築における被験者がコミュニケーション対象と会話するときの脳血流信号を取得し、取得された当該脳血流量信号の差分エントロピーのベクトルを算出手段によって算出し、当該差分エントロピーのベクトルが当該クラスタ空間において属する所定数のクラスのうちの1つのクラスを判定することにより、当該被験者の会話中の内容についての認知負荷度を推定する推定手段を備え、算出手段は、第1所定時間分の脳血流量信号を第2所定時間毎の重複しない区分に分離し、当該区分毎の被験者の前頭前野活動の分散を用いて所定の確率分布の場合の差分エントロピーのベクトルを算出する、推定装置である。 A first invention is an estimation device for estimating the degree of cognitive load perceived by a subject for a topic based on the cerebral blood flow of the subject who has a conversation with a communication target, wherein the brain of the subject who performs a cognitive task Acquisition means for acquiring a cerebral blood flow signal that is a signal about blood flow; calculation means for calculating a vector of differential entropy of the cerebral blood flow signal acquired by the acquisition means for each first predetermined time; A construction means for constructing a cluster space by clustering the calculated differential entropy vector into a predetermined number of classes with different levels of cognitive load for the cognitive task using the K-means method, and an acquisition means. Acquiring a cerebral blood flow signal when a subject converses with a communication target, calculating a differential entropy vector of the acquired cerebral blood flow signal by a calculating means, and calculating a predetermined number to which the differential entropy vector belongs in the cluster space estimating means for estimating the degree of cognitive load regarding the content of the subject's conversation by determining one of the classes , the calculating means calculating the cerebral blood flow signal for a first predetermined time An estimator that separates into non-overlapping segments of a second predetermined time interval and calculates a differential entropy vector for a given probability distribution using the variance of the subject's prefrontal cortex activity for each segment.

第2の発明は、第1の発明に従属し、取得手段は、被験者の前頭前野の左側方の部分における脳血流量信号を取得する。 A second invention is according to the first invention, wherein the acquisition means acquires a cerebral blood flow signal in a left side portion of the prefrontal cortex of the subject.

第3の発明は、第1または第2の発明に従属し、推定手段によって推定された認知負荷度の情報を会話中の内容に関連して記憶する情報記憶手段をさらに備える。 A third invention is according to the first or second invention, and further comprises information storage means for storing information on the degree of cognitive load estimated by the estimation means in relation to the content of the conversation.

第4の発明は、第3の発明に儒属し、コミュニケーション対象は会話エージェントであり、情報記憶手段によって記憶された情報に基づいて会話エージェントが提供する話題を選択する話題選択手段をさらに備える。 A fourth invention belongs to the third invention, wherein the communication target is the conversation agent, and further comprising topic selection means for selecting a topic provided by the conversation agent based on the information stored by the information storage means.

第5の発明は、コミュニケーション対象と会話する被験者の脳血流量に基づいて、当該被験者が話題に対して知覚する認知負荷の高低を推定するコンピュータによって実行される推定プログラムであって、コンピュータのプロセッサに、認知課題を遂行する被験者の脳血流量についての信号である脳血流量信号を取得する取得ステップと、取得ステップにおいて取得した脳血流量信号の第1所定時間毎の差分エントロピーのベクトルをそれぞれ算出する算出ステップと、算出ステップにおいて算出した差分エントロピーのベクトルを、K平均法を用いて認知課題に対する認知負荷の高低の異なる所定数のクラスにクラスタリングしてクラスタ空間を構築する構築ステップと、取得ステップにおいて、クラスタ空間の構築における被験者がコミュニケーション対象と会話するときの脳血流信号を取得し、取得した当該脳血流量信号の差分エントロピーのベクトルを算出ステップにおいて算出し、当該差分エントロピーのベクトルが当該クラスタ空間において属する所定数のクラスのうちの1つのクラスを判定することにより、当該被験者の会話中の内容についての認知負荷度を推定する推定ステップを実行させ、算出ステップは、第1所定時間分の脳血流量信号を第2所定時間毎の重複しない区分に分離し、当該区分毎の被験者の前頭前野活動の分散を用いて所定の確率分布の場合の差分エントロピーのベクトルを算出する、推定プログラムである。 A fifth invention is an estimation program executed by a computer for estimating the degree of cognitive load perceived by a subject with respect to a topic based on the cerebral blood flow of the subject who has a conversation with a communication target, the computer processor an acquisition step of acquiring a cerebral blood flow signal, which is a signal about the cerebral blood flow of a subject performing a cognitive task; A construction step of constructing a cluster space by clustering the differential entropy vector calculated in the calculation step into a predetermined number of classes with different levels of cognitive load for the cognitive task using the K-means method, and obtaining In the step, acquiring a cerebral blood flow signal when the subject converses with the communication target in constructing the cluster space, calculating a differential entropy vector of the acquired cerebral blood flow signal in the calculating step, and calculating the differential entropy vector An estimating step of estimating the degree of cognitive load regarding the content of the conversation of the subject by determining one class among a predetermined number of classes belonging to the cluster space , and the calculating step includes a first predetermined Separating the cerebral blood flow signal for the hour into non-overlapping sections of a second predetermined time interval, and calculating a differential entropy vector for a predetermined probability distribution using the variance of the subject's prefrontal cortex activity for each section. It is an estimation program.

第6の発明は、コミュニケーション対象と会話する被験者の脳血流量に基づいて、当該被験者が話題に対して知覚する認知負荷の高低を推定するコンピュータの推定方法であって、(a)認知課題を遂行する被験者の脳血流量についての信号である脳血流量信号を取得するステップと、(b)ステップ(a)において取得した脳血流量信号の第1所定時間毎の差分エントロピーのベクトルをそれぞれ算出するステップと、(c)ステップ(b)において算出した差分エントロピーのベクトルを、K平均法を用いて前記認知課題に対する前記認知負荷の高低の異なる所定数のクラスにクラスタリングしてクラスタ空間を構築するステップと、(d)ステップ(a)において、クラスタ空間の構築における被験者がコミュニケーション対象と会話するときの脳血流信号を取得し、取得した当該脳血流量信号の差分エントロピーのベクトルをステップ(b)において算出し、当該差分エントロピーのベクトルが当該クラスタ空間において属する所定数のクラスのうちの1つのクラスを判定することにより、当該被験者の会話中の内容についての認知負荷度を推定するステップを含み、ステップ(b)は、第1所定時間分の脳血流量信号を第2所定時間毎の重複しない区分に分離し、当該区分毎の被験者の前頭前野活動の分散を用いて所定の確率分布の場合の差分エントロピーのベクトルを算出する、推定方法である。 A sixth invention is a computer estimation method for estimating the degree of cognitive load perceived by a subject for a topic based on the cerebral blood flow of the subject who has a conversation with a communication target, comprising: (a) performing a cognitive task; (b) calculating a differential entropy vector of the cerebral blood flow signal obtained in step (a) for each first predetermined time period; (c) constructing a cluster space by clustering the vector of differential entropy calculated in step (b) into a predetermined number of classes with different levels of cognitive load for the cognitive task using the K-means method; and (d) acquiring a cerebral blood flow signal when the subject in constructing the cluster space converses with the communication target in step (a), and converting the differential entropy vector of the acquired cerebral blood flow signal into step (b). ), and estimating the degree of cognitive load for the content of the conversation of the subject by determining one class out of a predetermined number of classes to which the differential entropy vector belongs in the cluster space step (b) separates the cerebral blood flow signal for the first predetermined time period into non-overlapping sections of the second predetermined time period, and uses the variance of the prefrontal cortex activity of the subject for each section to obtain a predetermined probability distribution It is an estimation method that computes the differential entropy vector for .

この発明によれば、脳活動に基づいて会話中における被験者の認知負荷の大きさを推定することができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the magnitude of the subject's cognitive load during conversation based on brain activity.

この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the embodiments with reference to the drawings.

図1は第1実施例の推定システムの電気的な構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the estimation system of the first embodiment. 図2(A)は脳活動計測装置の外観図であり、図2(B)は脳活動計測装置の発光部および受光部の位置関係を示す図である。FIG. 2(A) is an external view of the brain activity measuring device, and FIG. 2(B) is a diagram showing the positional relationship between the light emitting section and the light receiving section of the brain activity measuring device. 図3は被験者とロボットが会話する場合の位置関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship when the subject and the robot converse. 脳波検出装置として機能するブレインキャップに設けられる複数の電極の配置位置とこの電極の配置位置に脳計活動測装置の照射部と受光部の配置位置を重ねて記載した図である。FIG. 2 is a diagram showing the arrangement positions of a plurality of electrodes provided on a brain cap that functions as an electroencephalogram detection device, and the arrangement positions of the irradiation unit and the light reception unit of the electroencephalography activity measurement device superimposed on the arrangement positions of the electrodes. 図5はクラスタ空間を構築するために検出する脳血流量信号の全期間と、差分エントロピーのベクトルを算出する単位の長さと、差分エントロピーのベクトルを算出する場合の分散を算出する単位の長さを説明するための図である。FIG. 5 shows the entire period of the cerebral blood flow signal detected to construct the cluster space, the length of the unit for calculating the differential entropy vector, and the length of the unit for calculating the variance when calculating the differential entropy vector. It is a figure for explaining. 図6は図1に示したRAMのメモリマップの一例を示す図である。6 is a diagram showing an example of a memory map of the RAM shown in FIG. 1. FIG. 図7は図1に示す推定装置に内蔵されるCPUの構築処理の一例を示すフロー図である。FIG. 7 is a flowchart showing an example of construction processing of a CPU incorporated in the estimation apparatus shown in FIG. 1; 図8は図1に示す推定装置に内蔵されるCPUの推定処理の一例を示すフロー図である。FIG. 8 is a flowchart showing an example of estimation processing of a CPU incorporated in the estimation apparatus shown in FIG. 1; 図9は図1に示す推定装置に内蔵されるCPUの発話制御処理の一例を示すフロー図である。FIG. 9 is a flow chart showing an example of speech control processing of a CPU incorporated in the estimation device shown in FIG. 図10は第2実施例の推定システムの電気的な構成の一例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the estimation system of the second embodiment.

<第1実施例>
図1は第1実施例の推定システム10の電気的な構成を示すブロック図である。推定システム10は、推定装置12を含み、推定装置12は、表示装置14、A/D変換器16およびロボット20に接続される。また、A/D変換器16は、脳活動計測装置18に接続される。後述するように、推定システム10に含まれるロボット20は、被験者と会話するために設けられ、推定装置12で決定された話題および発話内容に従って音声を出力する。つまり、推定システム10は会話システムとしても機能し、推定装置12は会話制御装置としても機能する。
<First embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the electrical configuration of the estimation system 10 of the first embodiment. Estimation system 10 includes estimator 12 , which is connected to display 14 , A/D converter 16 and robot 20 . Also, the A/D converter 16 is connected to a brain activity measuring device 18 . As will be described later, the robot 20 included in the estimation system 10 is provided for conversing with the subject, and outputs voice according to the topic and utterance content determined by the estimation device 12 . That is, the estimation system 10 also functions as a conversation system, and the estimation device 12 also functions as a conversation control device.

なお、図1に示す推定システム10の電気的な構成は単なる一例であり、限定されるべきでない。たとえば、推定装置12は表示装置14を含んでいてもよい。また、後述するように、脳血流量信号に基づいて算出された差分エントロピーのベクトルが推定装置12に入力されればよいため、A/D変換器16および脳活動計測装置18は推定装置12に接続されていなくてもよい。 Note that the electrical configuration of the estimation system 10 shown in FIG. 1 is merely an example and should not be limited. For example, estimation device 12 may include display device 14 . In addition, as will be described later, since the differential entropy vector calculated based on the cerebral blood flow signal may be input to the estimating device 12, the A/D converter 16 and the brain activity measuring device 18 are connected to the estimating device 12. It does not have to be connected.

推定装置12は、汎用のパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータであり、CPU30を含み、CPU30は、内部バスを介して、HDD32、RAM34、表示制御部36、入力装置38、入出力インターフェース(以下、「入出力I/F」という)40および通信回路42に接続される。表示装置14は、表示制御部36に接続され、A/D変換器16は、入出力I/F40に接続される。 The estimation device 12 is a computer such as a general-purpose personal computer or a workstation, and includes a CPU 30. The CPU 30 connects an HDD 32, a RAM 34, a display control unit 36, an input device 38, an input/output interface (hereinafter referred to as (referred to as “input/output I/F”) 40 and a communication circuit 42 . The display device 14 is connected to the display controller 36 and the A/D converter 16 is connected to the input/output I/F 40 .

HDD32は、推定装置12の主記憶装置であり、オペレーティングシステムおよび各種のアプリケーションプログラムを記憶する。RAM34は、揮発性のメモリであり、CPU30のワーキング領域およびバッファ領域として使用される。 The HDD 32 is the main storage device of the estimation device 12 and stores an operating system and various application programs. A RAM 34 is a volatile memory and is used as a working area and a buffer area for the CPU 30 .

表示制御部36は、表示装置14のドライバであり、CPU30の制御の下で、認知負荷の大きさ(高低)、具体的には、コミュニケーション(雑談または会話)の内容について知覚された困難性を推定した推定結果などを表示するための表示信号を出力する。 The display control unit 36 is a driver of the display device 14, and under the control of the CPU 30, the degree of cognitive load (level), specifically, the perceived difficulty of the content of communication (chatter or conversation). Outputs a display signal for displaying the estimated estimation result.

入力装置38は、キーボード、コンピュータマウスおよびタッチパッド(またはタッチパネル)の少なくとも1つを意味する。 Input device 38 means at least one of a keyboard, computer mouse and touch pad (or touch panel).

入出力I/F40は、A/D変換器16からの信号を受信する。A/D変換器16は、脳活動計測装置18から入力されるアナログの信号を増幅するとともに、デジタルの信号に変換して、入出力I/F40を介してCPU30に入力する。ただし、この第1実施例では、脳活動は、前頭前野の活動である。(また、脳活動計測装置18から入力されるアナログの信号は、脳血流量についての信号(以下、「脳血流量信号」という)である。 The input/output I/F 40 receives signals from the A/D converter 16 . The A/D converter 16 amplifies the analog signal input from the brain activity measuring device 18 , converts it into a digital signal, and inputs it to the CPU 30 via the input/output I/F 40 . However, in this first example, the brain activity is that of the prefrontal cortex. (The analog signal input from the brain activity measuring device 18 is a signal about cerebral blood flow (hereinafter referred to as "cerebral blood flow signal").

なお、図1では、A/D変換器16と入出力I/F40を有線接続するように記載してあるが、A/D変換器16を脳活動計測装置18に内蔵し、脳活動計測装置18と入出力I/F40を無線接続するようにしてもよい。 1 shows that the A/D converter 16 and the input/output I/F 40 are connected by wire, the A/D converter 16 is incorporated in the brain activity measuring device 18, and the brain activity measuring device 18 and the input/output I/F 40 may be wirelessly connected.

脳活動計測装置18は、近赤外分光法(NIRS)を用いた脳の活動状態の計測装置であり、生体組織透過性が高い近赤外光を頭皮上から照射し、ヘモグロビンの濃度変化を計測する。簡単に説明すると、脳活動計測装置18から照射された近赤外光は生体組織により散乱され、散乱された近赤外光の一部は、被験者の頭蓋骨の内側に存在する大脳皮質を経由し、反射光として再び頭皮へ到達する。この到達位置は、成人の場合、光照射位置から約30mm離れていることが知られている(参考文献1:Li, T., Luo, Q. & Gong, H. Gender-specific hemodynamics in prefrontal cortex during a verbal working memory task by near-infrared spectroscopy. Behavioural Brain Research, 209, 148-153 (2010))。ここで、近赤外光は血液中のヘモグロビンにより吸収されるため、上記の到達位置で検出された反射光強度の変化は、脳活動によるヘモグロビンの濃度変化に反映する。これにより、脳血流量が検出される。 The brain activity measuring device 18 is a device for measuring the state of brain activity using near-infrared spectroscopy (NIRS), and irradiates near-infrared light, which is highly permeable to living tissue, from the scalp to measure changes in hemoglobin concentration. measure. Briefly, the near-infrared light emitted from the brain activity measuring device 18 is scattered by living tissue, and part of the scattered near-infrared light passes through the cerebral cortex existing inside the skull of the subject. , reaches the scalp again as reflected light. This reaching position is known to be about 30 mm away from the light irradiation position in the case of adults (Reference 1: Li, T., Luo, Q. & Gong, H. Gender-specific hemodynamics in prefrontal cortex during a verbal working memory task by near-infrared spectroscopy. Behavioral Brain Research, 209, 148-153 (2010)). Here, since the near-infrared light is absorbed by hemoglobin in the blood, the change in the reflected light intensity detected at the arrival position described above reflects the change in the concentration of hemoglobin due to brain activity. Thereby, the cerebral blood flow is detected.

この第1実施例の脳活動計測装置18は、図2(A)に示すように、上方または下方から見た場合にC字状に形成されたヘアバンドのような外観を有し、内側の面に近赤外光の発光部および反射光の受光部が設けられる(図2(B)参照)。 As shown in FIG. 2A, the brain activity measuring device 18 of the first embodiment has an appearance like a C-shaped hair band when viewed from above or below. A light-emitting portion for near-infrared light and a light-receiving portion for reflected light are provided on the surface (see FIG. 2B).

脳活動計測装置18は、被験者の前頭部に照射部および受光部が接触または対向するように装着される(図2(A)、(B)および図3参照)。図2(B)に示すように、脳活動計測装置18は、2つの照射部TL、TRと、4つの受光部L1、L3、R1、R3が設けられる。照射部TLに対する受光部L1の距離は10mmであり、照射部TLに対する受光部L3の距離は30mmである。また、照射部TRに対する受光部R1の距離は10mmであり、照射部TRに対する受光部R3の距離は30mmである。照射部TLから照射された近赤外光の反射光は受光部L1およびL3で受光され、照射部TRから照射された近赤外光の反射光は受光部R1およびR3で受光される。 The brain activity measuring device 18 is attached to the subject's forehead so that the irradiation unit and the light receiving unit are in contact with or face each other (see FIGS. 2A, 2B, and 3). As shown in FIG. 2B, the brain activity measuring device 18 is provided with two irradiation units TL and TR and four light receiving units L1, L3, R1 and R3. The distance of the light receiving part L1 from the irradiation part TL is 10 mm, and the distance of the light receiving part L3 from the irradiation part TL is 30 mm. Further, the distance of the light receiving section R1 from the irradiation section TR is 10 mm, and the distance of the light receiving section R3 from the irradiation section TR is 30 mm. Reflected near-infrared light emitted from the irradiation part TL is received by the light receiving parts L1 and L3, and reflected near-infrared light emitted from the irradiation part TR is received by the light receiving parts R1 and R3.

なお、脳活動計測装置18としては、株式会社NeU製の携帯型脳活動計測装置(ウェアラブル光トポグラフィシステム)「HOT-1000」を用いることができる。この場合、受光部は、左右に1つずつ設けられ、スライド式で計測位置(照射部との距離)が調整される。 As the brain activity measuring device 18, a portable brain activity measuring device (wearable optical topography system) “HOT-1000” manufactured by NeU Co., Ltd. can be used. In this case, one light receiving section is provided on each side, and the measurement position (distance from the irradiation section) is adjusted by a slide system.

図4は脳波検出装置として機能するブレインキャップに設けられる複数の電極の配置位置とこの電極の配置位置に照射部TL、TRと受光部L1、L3、R1、R3の配置位置を重ねて記載した図である。ただし、図4では、ブレインキャップに設けられる電極は丸で示され、照射部TL、TRおよび受光部L1、L3、R1、R3は四角で示される。 FIG. 4 shows the arrangement positions of a plurality of electrodes provided on a brain cap functioning as an electroencephalogram detection device, and the arrangement positions of the irradiation units TL and TR and the light receiving units L1, L3, R1 and R3 superimposed on the arrangement positions of the electrodes. It is a diagram. However, in FIG. 4, the electrodes provided on the brain cap are indicated by circles, and the irradiation parts TL, TR and the light receiving parts L1, L3, R1, R3 are indicated by squares.

複数の電極は、図4に示すように、国際10-20法に基づいて配置されている。この図4では、被験者がブレインキャップを装着した場合の複数の電極の配置状態を被験者の頭部の上方から見た状態が模式的に示される。図4においては、照射部TLは電極F7の右斜め上方に配置され、照射部TRは電極F8の左斜め上方に配置される。受光部L1は電極FP1の左側に配置され、受光部L3は電極FP1の右側に配置される。受光部L1は電極FP1の左側に配置され、受光部L3は電極FP1の右側に配置される。 The multiple electrodes are arranged according to the International 10-20 method, as shown in FIG. FIG. 4 schematically shows the arrangement of a plurality of electrodes when the subject wears the brain cap, viewed from above the subject's head. In FIG. 4, the irradiation unit TL is arranged diagonally above the electrode F7 to the right, and the irradiation unit TR is arranged diagonally above the electrode F8 to the left. The light receiving portion L1 is arranged on the left side of the electrode FP1, and the light receiving portion L3 is arranged on the right side of the electrode FP1. The light receiving portion L1 is arranged on the left side of the electrode FP1, and the light receiving portion L3 is arranged on the right side of the electrode FP1.

脳活動計測装置18で検出される脳血流量信号は、上述したように、A/D変換器16で増幅およびデジタル変換されて、推定装置12に与えられる。 A cerebral blood flow signal detected by the brain activity measuring device 18 is amplified and digitally converted by the A/D converter 16 and supplied to the estimating device 12 as described above.

この第1実施例では、10.0Hzのサンプリングレートで810nmの波長のレーザ光を放射(発光)することによって全血流量を検出することにより、前頭葉の活動が記録される。 In this first example, frontal lobe activity is recorded by detecting total blood flow by emitting laser light with a wavelength of 810 nm at a sampling rate of 10.0 Hz.

記憶および言語処理中の脳領域の活性化に関する研究では、両方の性別、特に女性において、より高い特異性を有する左側方活性化が示唆されている(参考文献2:Cooper, R., Selb, J., Gagnon, L., Phillip, D., Schytz, H.W., Iversen, H.K., Ashina, M. & Boas, D.A. A systematic comparison of motion artifact correction techniques for functional near-infrared spectroscopy, Frontiers in Neuroscience, 6, p. 147 (2012))。 Studies on the activation of brain regions during memory and language processing suggest a more specific left lateral activation in both genders, especially females (Ref. 2: Cooper, R., Selb, J., Gagnon, L., Phillip, D., Schytz, H.W., Iversen, H.K., Ashina, M. & Boas, D.A. A systematic comparison of motion artifact correction techniques for functional near-infrared spectroscopy, Frontiers in Neuroscience, 6, 147 (2012)).

この第1実施例では、脳血流量信号として、上記の参考文献1および2に基づいて、受光部L3の出力に基づく信号が検出される。つまり、前頭前野のうちの左側方部分についての脳血流量が検出される。 In this first embodiment, a signal based on the output of the light receiving section L3 is detected as the cerebral blood flow signal based on the references 1 and 2 above. That is, the cerebral blood flow in the left side portion of the prefrontal cortex is detected.

また、検出された脳血流量信号は、A/D変換器16で増幅およびデジタル変換され、増幅およびデジタル変換されたデータ(脳血流量データ)には、前処理が施される。この第1実施例では、前処理として、正規化処理、一次多項式バターワースフィルタによるフィルタリング、線形デトレンディングおよび主成分分析などが施される(実行される)。具体的には、脳血流量データから、ベースラインとして、1分の休止期間の平均値が差し引かれる。これにより、脳血流量データが正規化される。また、ローパスに0.01Hzを使用し、ハイパスに0.6Hzを使用して、一次多項式バターワースフィルタにより、正規化された脳血流量データがフィルタリングを施される。さらに、フィルタリングされた脳血流量データには、線形デトレンディングが施された後に、主成分分析が施される。つまり、脳血流データは、正規化されるとともに、アーティファクトを除去される。ただし、アーティファクトは、心臓の拍動、呼吸などの生理的アーティファクトと、頭部運動などの運動アーティファクトである。 ロボット20は、少なくとも音声によるコミュニケーションを実行可能なロボットである。詳細な説明は省略するが、この第1実施例では、ロボット20は、少なくとも、制御部、通信部および音声出力部を備え、推定装置12で決定された話題についての発話内容の音声を受信および出力し、被験者と会話を行う。つまり、ロボット20は、被験者のコミュニケーション対象である。 The detected cerebral blood flow signal is amplified and digitally converted by the A/D converter 16, and the amplified and digitally converted data (cerebral blood flow data) is preprocessed. In this first embodiment, as preprocessing, normalization processing, filtering with a first-order polynomial Butterworth filter, linear detrending, principal component analysis, etc. are applied (executed). Specifically, from the cerebral blood flow data, the mean value of the 1-minute rest period is subtracted as a baseline. This normalizes the cerebral blood flow data. The normalized cerebral blood flow data is also filtered with a first order polynomial Butterworth filter using 0.01 Hz for the low pass and 0.6 Hz for the high pass. Further, the filtered cerebral blood flow data are subjected to linear detrending and then principal component analysis. That is, the cerebral blood flow data are normalized and artifact-removed. However, the artifacts are physiological artifacts such as heartbeat, respiration, and motion artifacts such as head movement. The robot 20 is a robot capable of executing at least voice communication. Although detailed description is omitted, in the first embodiment, the robot 20 includes at least a control unit, a communication unit, and an audio output unit, and receives and outputs audio of utterance content on the topic determined by the estimation device 12. Output and have a conversation with the subject. In other words, the robot 20 is a subject's communication target.

なお、ロボット20としては、本件の出願人が所属する機関が開発したロボビー(登録商標)を使用することができる。 As the robot 20, RoboBee (registered trademark) developed by the institution to which the applicant of this application belongs can be used.

図3に示したように、コミュニケーション対象としてのロボット20と被験者は、所定の距離(この第1実施例では、1.4m)隔てた位置に、対面するように位置される。ロボット20は、床面、机または台の上に置かれて、ロボット20の顔に相当する部分が、椅子に座った被験者の顔と向かい合うように調整される。 As shown in FIG. 3, the robot 20 as a communication target and the subject are positioned facing each other at a predetermined distance (1.4 m in this first embodiment). The robot 20 is placed on the floor, desk, or table, and adjusted so that the part corresponding to the face of the robot 20 faces the face of the subject sitting on the chair.

話題は、被験者に認知負荷を与える内容であり、一例として、京都の観光名所(寺院)、京都の観光名所(寺院までの案内)などである。たとえば、京都の観光名所(寺院)の話題では、ロボット20に、「京都の有名な寺院を3つ教えてください」、「京都の紅葉がきれいな寺院を教えてください」などを発話させる。また、京都の観光名所(寺院までの案内)の話題では、ロボット20に、「JR京都駅から清水寺へはどのような交通手段で行けば良いですか?」、「三条京阪駅から八坂神社へ歩いて行く道順を教えてください」などを発話させる。 Topics are contents that give cognitive load to subjects, and examples include tourist attractions in Kyoto (temples), tourist attractions in Kyoto (guidance to temples), and the like. For example, in the topic of sightseeing spots (temples) in Kyoto, the robot 20 is made to utter "Please tell me three famous temples in Kyoto", "Please tell me a temple in Kyoto where autumn leaves are beautiful", and the like. In addition, in the topic of sightseeing spots in Kyoto (guidance to temples), the robot 20 was asked, "What kind of transportation should I take from JR Kyoto Station to Kiyomizu Temple?", "From Sanjo Keihan Station to Yasaka Shrine." Please tell me the walking route."

京都の観光名所(寺院)と、京都の観光名所(寺院までの案内)とでは、前者の話題の方が後者の話題よりも認知負荷度は低いと思われる。このように会話の内容についての難易度すなわち認知負荷度が異なる話題が複数用意されており、推定装置12は後述する所定のルールに従って話題を選択し、ロボット20に発話させる。 It is thought that the topic of tourist attractions in Kyoto (temples) and the topic of tourist attractions in Kyoto (guidance to temples) have a lower cognitive load than the latter topic. In this way, a plurality of topics with different difficulty levels, ie, cognitive load levels, are prepared for the content of the conversation, and the estimating device 12 selects a topic according to a predetermined rule, which will be described later, and causes the robot 20 to speak.

この第1実施例では、ロボット20と会話を行う被験者の脳血流量を検出し、脳血流量から特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて認知負荷の大きさ(以下、「認知負荷度」ということがある)を推定(または判定)し、認知負荷度に応じて話題を変更または維持する。ただし、認知負荷とは、作動記憶すなわちワーキングメモリに負荷を与える認知資源を意味する。また、ワーキングメモリとは、認知課題の遂行に関わる情報の一時的な貯蔵を意味する。 In this first embodiment, the cerebral blood flow rate of a subject who is conversing with the robot 20 is detected, a feature amount is extracted from the cerebral blood flow rate, and the magnitude of cognitive load (hereinafter referred to as "cognitive load ) is estimated (or judged), and the topic is changed or maintained according to the degree of cognitive load. However, cognitive load means cognitive resources that load working memory, ie, working memory. Working memory means temporary storage of information related to the performance of cognitive tasks.

また、この第1実施例では、被験者の認知負荷度を推定するための識別器として脳血流から抽出された特徴量が近いデータが集まり、いくつかのグループ(クラス)になっている空間であるクラスタ空間が構築される。クラスタ空間を構築するために、認知課題として音声によるNバック課題が用いられる。Nバック課題は、持続処理課題とも呼ばれ、N個前の提示刺激について回答する課題である。Nバック課題では、課題を暗記しづらく、慣れによる脳血流変化の低下が起き難いと考えられている。また、Nの値が大きくなるほど難易度が高くなるため、課題の難易度を容易に設定することができる。この第1実施例では、N=1または2に設定される。つまり、Nバック課題の難易度が2段階(低い、高い)に設定される。 In addition, in the first embodiment, as a discriminator for estimating the degree of cognitive load of the subject, data with similar feature amounts extracted from cerebral blood flow are collected, and in a space in which several groups (classes) are formed. A cluster space is constructed. In order to construct the cluster space, a speech N-back task is used as a cognitive task. The N-back task is also called a continuous processing task, and is a task to answer the stimulus presented N times before. In the N-back task, it is considered that it is difficult to memorize the task and that the change in cerebral blood flow due to habituation is unlikely to occur. In addition, since the difficulty level increases as the value of N increases, the difficulty level of the task can be easily set. In this first embodiment, N=1 or 2 is set. That is, the difficulty level of the N-back task is set to two levels (low, high).

推定装置12は、被験者がNバック課題を遂行するときの当該被験者の脳血流量信号を取得し、取得した脳血流量信号の特徴量(第1実施例では、差分エントロピー)に基づいてクラスタ空間を構築する。 The estimating device 12 acquires the cerebral blood flow signal of the subject when the subject performs the N-back task, and based on the feature amount (differential entropy in the first embodiment) of the acquired cerebral blood flow signal, cluster space to build.

特徴量として差分エントロピー(すなわち、連続確率変数の平均情報量)を採用するのは、発明者等の研究(参考文献3および参考文献4)により、差分エントロピーが、ヒト被験者の前頭前野(PFC)活動の機能的近赤外分光法による時系列データの分類に主に使用される特徴空間よりも著しく優れていることを示すからである。 The reason for adopting differential entropy (that is, the average amount of information of continuous random variables) as a feature amount is that the inventors' research (references 3 and 4) shows that differential entropy is the prefrontal cortex (PFC) of human subjects. This is because we show that it is significantly superior to the feature spaces mainly used for classifying time-series data by functional near-infrared spectroscopy of activity.

ただし、参考文献3は、「Keshmiri S., Sumioka, H., Yamazaki, R. & Ishiguro, H. A Non-parametric Approach to the Overall Estimate of Cognitive Load Using NIRS Time Series, Frontiers in Human Neuroscience, 11, p.15 (2017).」であり、参考文献4は「Keshmiri S., Sumioka, H., Yamazaki, R. & Ishiguro, H. Differential Entropy Preserves Variational Information of Near-Infrared Spectroscopy Time Series Associated with Working Memory, Frontiers in Neuroinformatics, 12 (2018).」である。 However, Reference 3 is "Keshmiri S., Sumioka, H., Yamazaki, R. & Ishiguro, H. A Non-parametric Approach to the Overall Estimate of Cognitive Load Using NIRS Time Series, Frontiers in Human Neuroscience, 11, p.15 (2017)." Reference 4 is "Keshmiri S., Sumioka, H., Yamazaki, R. & Ishiguro, H. Differential Entropy Preserves Variational Information of Near-Infrared Spectroscopy Time Series Associated with Working Memory , Frontiers in Neuroinformatics, 12 (2018).”

ここで、この第1実施例において、クラスタ空間を構築する方法について詳細に説明する。この第1実施例では、1分の休止期間後に、被験者に対して第1所定時間(5分間)のNバック課題を遂行させる。1バックまたは2バックについてのタスクがそれぞれ実行され、被験者は、一連の数字(0~9の数字)の音声を聞きながら、1つ前または2つ前の数字を、画面に表示された数字から選択してクリックする。この所定時間における被験者の脳血流量信号が記録される。 Now, in this first embodiment, the method of constructing the cluster space will be described in detail. In this first embodiment, after a 1-minute rest period, the subject is asked to perform the N-back task for a first predetermined time (5 minutes). A task for 1 back or 2 back is performed, and the subject, while listening to the sound of a series of numbers (numbers 0 to 9), repeats the number one or two before from the number displayed on the screen. Select and click. A cerebral blood flow signal of the subject at this predetermined time is recorded.

記録された脳血流量信号をA/D変換した脳血流量データには、上述したように、前処理が施される。前処理が施されることにより、正規化およびアーティファクトを除去された脳血流量データは、図5に示すように、第2所定時間(たとえば、20秒)毎の重複しないセグメントに分離され、セグメント毎に、差分エントロピーのベクトルが数1および数2に従って算出される。 The cerebral blood flow data obtained by A/D converting the recorded cerebral blood flow signal is preprocessed as described above. The normalized and artifact-removed cerebral blood flow data, which has been preprocessed, is separated into non-overlapping segments every second predetermined time period (eg, 20 seconds) as shown in FIG. , a differential entropy vector is calculated according to Equations 1 and 2.

図5に示すように、各セグメントは、第3所定時間(たとえば、5秒)毎の重複しないサブセグメントに分離され、差分エントロピーのベクトルは、所定数(この実施例では、4)の要素で構成される。つまり、この第1実施例では、セグメント毎の差分エントロピーのベクトルは、4次元のベクトルである。また、数1では、Hは着目するセグメントXの差分エントロピーのベクトルであり、Xiは着目するセグメントXにおけるi番目のサブセグメントを意味する。 As shown in FIG. 5, each segment is separated into non-overlapping sub-segments every third predetermined time (e.g., 5 seconds), and the vector of differential entropy has a predetermined number M (4 in this example) of elements consists of That is, in this first embodiment, the differential entropy vector for each segment is a four-dimensional vector. In Expression 1, H is the differential entropy vector of the segment X of interest, and Xi means the i-th subsegment of the segment X of interest.

Figure 0007224032000001
Figure 0007224032000001

[数2]

Figure 0007224032000002
[Number 2]

Figure 0007224032000002

この第1実施例では、セグメント毎に算出されたすべての差分エントロピーのベクトルは、K-means法(K平均法)によってクラスタリングされる。具体的には、すべての差分エントロピーのベクトルは、Nバック課題に対する認知負荷度が低いクラス(「クラスC1」と呼ぶことがある)と高いクラス(「クラスC2」と呼ぶことがある)の2つのクラス(または、クラスタ)にクラス分けされる。つまり、音声によるNバック(N=1,2)課題による誘発認知負荷に応じて、近赤外分光法(NIRS)で検出される被験者の前頭前野活動についての特徴量の時系列データをK平均アルゴリズムを用いて、K個(この第2実施例では、2個)のクラスタに分類する。つまり、2個のクラスタを有するクラスタ空間が生成される。ただし、2個のクラスタのそれぞれの中心(または重心)のベクトルのノルムがそれぞれ算出され、値の小さい方のクラスがクラスC1に決定され、値の大きい方のクラスがクラスC2に決定される。 In this first embodiment, all differential entropy vectors calculated for each segment are clustered by the K-means method. Specifically, all differential entropy vectors are divided into two classes: a class with low cognitive load (sometimes called “class C1”) and a class with high cognitive load (sometimes called “class C2”) for the N-back task. classified into one class (or cluster). In other words, according to the cognitive load induced by the N-back (N = 1, 2) task with speech, the time-series data of the feature amount of the prefrontal cortex activity of the subject detected by near-infrared spectroscopy (NIRS) was K-meaned. An algorithm is used to classify into K (2 in this second example) clusters. That is, a cluster space having two clusters is generated. However, the norm of the vector of the center (or center of gravity) of each of the two clusters is calculated, and the class with the smaller value is determined as class C1, and the class with the larger value is determined as class C2.

なお、K平均法では、ベクトルの空間距離が近いものをK個のクラスタにクラス分けするため、難易度が低いNバック課題を遂行した場合に得られた差分エントロピーのベクトルがクラスC2に属する場合があり、また、難易度が高いNバック課題を遂行した場合に得られた差分エントロピーのベクトルがクラスC1に属する場合もある。 In the K-means method, vectors with close spatial distances are classified into K clusters. , and the vector of the differential entropy obtained when performing the N-back task with a high degree of difficulty may belong to class C1.

クラスタ空間が生成(構築)されると、上述したように、このクラスタ空間を用いて、推定装置12は、上記の被験者とロボット20が会話する場合の当該会話の内容(または話題)について当該被験者によって知覚される困難性すなわち認知負荷度を推定または判定する。 When the cluster space is generated (constructed), as described above, using this cluster space, the estimating device 12 determines the content (or topic) of the conversation between the subject and the robot 20. Estimate or determine the difficulty or cognitive load perceived by

ここで、この第1実施例において、ロボット20と会話する被験者の認知負荷度を推定する方法について詳細に説明する。ただし、上述したクラスタ空間の構築と同じ処理については簡単に説明することにする。 Here, in the first embodiment, a method for estimating the degree of cognitive load of the subject conversing with the robot 20 will be described in detail. However, the same processing as the construction of the cluster space described above will be briefly described.

ロボット20と会話する前に、被験者は1分間安静にした状態を維持する。つまり、構築の工程と同様に、1分の休止期間が設けられる。1分が経過すると、ロボット20は、所定のルールに従って被験者と会話する内容(話題)を選択し、音声により話題を提供する。この第1実施例では、所定のルールは、会話した履歴が有る被験者については、認知負荷度が高いと推定された話題(難しいと推定された話題)が選択され、会話した履歴が無い被験者については、ランダムに話題が選択される。 Before conversing with the robot 20, the subject remains quiet for 1 minute. That is, there is a rest period of one minute, similar to the construction process. After one minute has passed, the robot 20 selects the content (topic) of conversation with the subject according to a predetermined rule, and provides the topic by voice. In this first embodiment, the predetermined rule is that, for subjects who have a history of conversation, a topic estimated to have a high degree of cognitive load (a topic estimated to be difficult) is selected, and for subjects who have no history of conversation, selects topics at random.

コミュニケーション対象であるロボット20との会話中では、脳活動計測装置18によって被験者の脳血流量が計測され、脳血流量信号がA/D変換器16を介して、推定装置12に入力される。推定装置12は、脳血流量信号を第2所定時間分(この第1実施例では、20秒)取得し、取得した20秒分の脳血流量信号をさらに第3所定時間(この第1実施例では、5秒)毎に分断し、分断したサブセグメント毎の分散を数2に従って算出し、数1に従ってサブセグメント毎の差分エントロピーが算出される。したがって、第2所定時間分の差分エントロピーのベクトルが算出される。そして、差分エントロピーのベクトルがクラスタ空間におけるクラスC1およびC2のいずれに属するかが判定される。具体的には、差分エントロピーのベクトルについてのクラスタ空間における位置が、クラスC1の重心およびクラスC2の重心のいずれに近いか判断され、近い方のクラスC1またはC2に属することが判定される。会話中、セグメント毎にクラスC1またはC2に属することが判定され、所定回数(この第1実施例では、9回)分の推定結果が得られた時点で、会話中の話題(すなわち、現在の話題)について被験者が知覚している困難性すなわち認知負荷度を推定する。所定回数分の推定結果について多数決を取り、多い方の推定結果が現在の話題についての認知負荷度として決定される。つまり、この第1実施例では、現在の話題について3分会話したときに、当該現在の話題についての認知負荷度が推定される。 During the conversation with the robot 20 as a communication target, the cerebral blood flow of the subject is measured by the brain activity measuring device 18 and the cerebral blood flow signal is input to the estimation device 12 via the A/D converter 16 . The estimating device 12 acquires the cerebral blood flow signal for a second predetermined time period (20 seconds in this first embodiment), and further acquires the cerebral blood flow signal for a third predetermined time period (20 seconds in this first embodiment). In the example, it is divided every 5 seconds), the variance for each divided sub-segment is calculated according to Equation 2, and the differential entropy for each sub-segment is calculated according to Equation 1. Therefore, a differential entropy vector for the second predetermined time period is calculated. It is then determined to which class C1 or C2 in the cluster space the differential entropy vector belongs. Specifically, it is determined whether the position of the differential entropy vector in the cluster space is closer to the center of gravity of class C1 or the center of gravity of class C2, and it is determined that it belongs to the closer class C1 or C2. During the conversation, it is determined that each segment belongs to class C1 or C2, and when the estimation results for a predetermined number of times (in this first embodiment, nine times) are obtained, the topic of the conversation (that is, the current Estimate the degree of difficulty perceived by the subject, that is, the degree of cognitive load. A majority vote is taken for the estimation results for a predetermined number of times, and the larger estimation result is determined as the degree of cognitive load for the current topic. That is, in the first embodiment, the degree of cognitive load on the current topic is estimated when the current topic is spoken for 3 minutes.

また、推定装置12は、現在の話題について、今回の推定結果と過去の推定結果を比較し、推定結果が異なる場合には、推定結果を書き換える(つまり、更新する)。ただし、過去の推定結果が記載されていない新しい話題については、当該話題のデータに関連して今回の推定結果がメタ情報として記録される(つまり、ラべリングされる)。ここで、新しい話題とは、脳の負荷度を高める話題を意味し、推定システム10または推定装置12の管理者等によって追加される。 In addition, the estimation device 12 compares the current estimation result with the past estimation result for the current topic, and rewrites (that is, updates) the estimation result when the estimation results are different. However, for new topics for which past estimation results are not described, the current estimation results are recorded as meta information (that is, labeled) in relation to the topic data. Here, a new topic means a topic that increases the load on the brain, and is added by the administrator of the estimation system 10 or the estimation device 12 or the like.

さらに、推定装置12は、今回の推定結果として、被験者によって知覚された困難性が低いことを示す場合には、推定結果の履歴に基づいて話題を変更する。この第1実施例では、推定装置12は、現在の話題とは異なる他の話題であって、推定結果として難易度が高いことがメタ情報として記録(または、ラべリング)されている話題を選択する。難易度が高いことがメタ情報として記録されている他の話題が無い場合には、新しい話題が選択される。ただし、ロボット20が、現在の話題についての発話する内容をすべて発話した場合にも、話題を変更する。この場合、たとえば、ロボット20から話題の送信が要求される。 Furthermore, when the current estimation result indicates that the difficulty perceived by the subject is low, the estimation device 12 changes the topic based on the history of the estimation result. In this first embodiment, the estimating device 12 selects a topic different from the current topic and recorded (or labeled) as meta-information indicating that the difficulty level is high as an estimation result. select. If there is no other topic recorded as meta information indicating a high degree of difficulty, a new topic is selected. However, the topic is changed even when the robot 20 has uttered all the contents of the current topic. In this case, for example, the robot 20 requests transmission of the topic.

図6は図1に示した推定装置12に内蔵されるRAM34のメモリマップ300の一例を示す図である。図6に示すように、RAM34はプログラム記憶領域302およびデータ記憶領域304を含む。プログラム記憶領域302は、情報処理プログラムを記憶し、情報処理プログラムは、脳血流量取得プログラム302a、分散算出プログラム302b、差分エントロピー算出プログラム302c、構築プログラム302d、推定プログラム302eおよび発話制御プログラム302fなどを含む。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a memory map 300 of the RAM 34 incorporated in the estimation device 12 shown in FIG. As shown in FIG. 6, RAM 34 includes program storage area 302 and data storage area 304 . The program storage area 302 stores an information processing program, which includes a cerebral blood flow acquisition program 302a, a variance calculation program 302b, a differential entropy calculation program 302c, a construction program 302d, an estimation program 302e, an utterance control program 302f, and the like. include.

脳血流量取得プログラム302aは、脳活動計測装置18から出力され、A/D変換器16で増幅およびデジタル変換された脳血流量信号に対応する脳血流量データを取得するためのプログラムであり、CPU30は、取得した脳血流量信号をデータ記憶領域304に記憶する。 The cerebral blood flow acquisition program 302a is a program for acquiring cerebral blood flow data corresponding to the cerebral blood flow signal output from the brain activity measuring device 18 and amplified and digitally converted by the A/D converter 16, CPU 30 stores the acquired cerebral blood flow signal in data storage area 304 .

分散算出プログラム302bは、脳波血流量データのサブセグメント毎の分散を数2に従って算出するためのプログラムである。差分エントロピー算出プログラム302cは、分散算出プログラム302bに従って算出したサブセグメント毎の分散を用いて、脳血流量データのセグメント毎の差分エントロピーを数1に従って算出するためのプログラムである。 The variance calculation program 302b is a program for calculating the variance for each subsegment of electroencephalogram blood flow data according to Equation (2). The differential entropy calculation program 302c is a program for calculating the differential entropy for each segment of the cerebral blood flow data according to Equation 1 using the variance for each subsegment calculated according to the variance calculation program 302b.

構築プログラム302dは、構築の工程において、全期間に含まれる全セグメントについて、差分エントロピー算出プログラム302cに従って算出したセグメント毎の差分エントロピーのベクトルをK平均法によりクラスタリングし、クラスタ空間を構築するためのプログラムである。この第1実施例では、上述したように、差分エントロピーのベクトルは、クラスC1またはクラスC2にクラス分けされる。 The construction program 302d is a program for constructing a cluster space by clustering the differential entropy vectors for each segment calculated according to the differential entropy calculation program 302c for all segments included in the entire period in the construction step, using the K-means method. is. In this first embodiment, the vector of differential entropy is classified into class C1 or class C2, as described above.

推定プログラム302eは、差分エントロピー算出プログラム302cに従って算出した推定の工程における被験者の脳血流量信号に基づく差分エントロピーのベクトルが、クラスC1に属するかクラスC2に属するかを判定し、所定回数分の推定結果に基づいて、現在の話題についての認知負荷度を推定するためのプログラムである。 The estimation program 302e determines whether the differential entropy vector based on the cerebral blood flow signal of the subject in the estimation step calculated according to the differential entropy calculation program 302c belongs to class C1 or class C2, and performs a predetermined number of estimations. Based on the results, this is a program for estimating the degree of cognitive load on the current topic.

発話制御プログラム302fは、所定のルールに従って、または、推定プログラム302eに従う推定結果に基づいて、話題を決定または変更し、決定または変更した話題についての音声データをロボット20に送信するためのプログラムである。 The speech control program 302f is a program for determining or changing a topic according to a predetermined rule or based on the estimation results according to the estimation program 302e, and transmitting voice data about the determined or changed topic to the robot 20. .

なお、図示は省略するが、プログラム記憶領域302には、コンピュータとしての推定装置12の動作を制御するために必要な他のプログラムも記憶される。 Although illustration is omitted, the program storage area 302 also stores other programs necessary for controlling the operation of the estimation device 12 as a computer.

データ記憶領域304には、話題データ304a、脳血流量データ304b、差分エントロピーデータ304c、クラスタデータ304dおよび推定結果データ304eが記憶される。 The data storage area 304 stores topic data 304a, cerebral blood flow data 304b, differential entropy data 304c, cluster data 304d, and estimation result data 304e.

話題データ304aは、ロボット20を通して被験者に提示する複数の話題の各々についての音声データであり、話題毎に発話内容に応じた複数の音声データが含まれる。ただし、過去に認知負荷度が推定されている話題については、推定された認知負荷度がメタ情報として記録されている(ラベリングされている)。 The topic data 304a is speech data for each of a plurality of topics presented to the subject through the robot 20, and includes a plurality of speech data corresponding to the utterance content for each topic. However, for topics whose cognitive load has been estimated in the past, the estimated cognitive load is recorded (labeled) as meta-information.

脳血流量データ304bは、脳活動計測装置18からA/D変換器16を介して入力され、前処理を施された脳血流量信号に対応するデータである。差分エントロピーデータ304cは、数1に従って算出されたセグメントについての差分エントロピーのベクトルについてのデータであり、構築の工程では、全期間に含まれる全セグメントについての差分エントロピーのベクトルについてのデータが含まれ、推定の工程では、所定回数分のセグメントについての差分エントロピーのベクトルについてのデータが含まれる。 The cerebral blood flow data 304b is data corresponding to a preprocessed cerebral blood flow signal input from the brain activity measuring device 18 via the A/D converter 16 . The differential entropy data 304c is data on the differential entropy vector for the segment calculated according to Equation 1, and in the construction step, includes data on the differential entropy vector for all segments included in the entire period, The estimation step includes data about the differential entropy vector for a predetermined number of segments.

クラスタデータ304dは、構築プログラム302dに従って構築されたクラスタ空間についてのデータであり、具体的には、クラスC1の重心位置とクラスC2の重心位置のデータである。推定結果データ304eは、推定プログラム302eに従って推定された現在の話題についての認知負荷度についてのデータである。 The cluster data 304d is data on the cluster space constructed according to the construction program 302d, specifically, data on the barycentric position of class C1 and the barycentric position of class C2. The estimation result data 304e is data about the degree of cognitive load on the current topic estimated according to the estimation program 302e.

図示は省略するが、データ記憶領域304には、情報処理プログラムの実行に必要な他のデータが記憶されたり、情報処理プログラムの実行に必要なカウンタ(タイマ)およびフラグが設けられたりする。 Although not shown, the data storage area 304 stores other data necessary for executing the information processing program, and is provided with a counter (timer) and flags necessary for executing the information processing program.

図7は図1に示した推定装置12に内蔵されるCPU30の構築処理(構築の工程の処理)の一例を示すフロー図である。図7に示すように、CPU30は、構築処理を開始すると、ステップS1で、認知課題を遂行しているときの被験者の脳血流信号を取得する。ここでは、第1所定時間分(5分)の脳血流量信号が増幅およびデジタル変換され、さらに、前処理を施された脳血流量データが取得される。 FIG. 7 is a flowchart showing an example of construction processing (construction step processing) of the CPU 30 incorporated in the estimation device 12 shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the construction process is started, the CPU 30 acquires the cerebral blood flow signal of the subject performing the cognitive task in step S1. Here, the cerebral blood flow signal for the first predetermined time period (5 minutes) is amplified and digitally converted, and preprocessed cerebral blood flow data is obtained.

次のステップS3では、セグメント単位で、サブセグメント毎の分散を数2に従って算出する。続いて、ステップS5では、セグメント毎の差分エントロピーのベクトルを算出する。ここでは、CPU30は、セグメント単位で、サブセグメント毎の差分エントロピーを数1に従って算出し、セグメント毎の差分エントロピーのベクトルを算出する。 In the next step S3, the variance for each sub-segment is calculated according to Equation 2 for each segment. Subsequently, in step S5, a differential entropy vector for each segment is calculated. Here, the CPU 30 calculates the differential entropy for each sub-segment according to Equation 1 on a segment-by-segment basis, and calculates the differential entropy vector for each segment.

続くステップS7では、算出したすべての差分エントロピーのベクトルを、K平均法により、2つのクラスC1およびC2にクラスタリングする。そして、ステップS9で、クラスC1およびC2の重心位置すなわちクラスタデータ304dをデータ記憶領域304に記憶して、構築処理を終了する。 In the subsequent step S7, all the calculated differential entropy vectors are clustered into two classes C1 and C2 by the K-means method. Then, in step S9, the barycenter positions of classes C1 and C2, that is, the cluster data 304d are stored in the data storage area 304, and the construction process ends.

図8は図1に示した推定装置12に内蔵されるCPU30の推定処理(推定の工程の処理)の一例を示すフロー図である。以下、推定処理について説明するが、図6に示した構築処理と同じ処理については簡単に説明する。 FIG. 8 is a flow chart showing an example of estimation processing (processing of an estimation step) of the CPU 30 incorporated in the estimation device 12 shown in FIG. The estimation processing will be described below, and the same processing as the construction processing shown in FIG. 6 will be briefly described.

ロボット20が被験者と会話する場合に、1分の休止期間を経過すると、図8に示すように、CPU30は、推定処理を開始し、ステップS21で、暗示音声を聞いているときの被験者の脳血流量信号を取得する。ここでは、CPU30は、第2所定時間分の脳血流量データを取得する。 When the robot 20 converses with the subject, after a pause period of 1 minute elapses, the CPU 30 starts the estimation process as shown in FIG. Acquire the blood flow signal. Here, the CPU 30 acquires cerebral blood flow data for the second predetermined time period.

次のステップS23では、第3所定時間毎の分散を算出し、ステップS25で、第2所定時間分の脳血流量信号についての差分エントロピーのベクトルを算出する。続いて、ステップS27で、現在の話題の認知負荷度を算出する。ここでは、所定回数分(この第1実施例では、9回分)の差分エントロピーのベクトルのそれぞれについてクラスC1およびC2つのいずれに属するかが判定され、所定回数分の推定結果から現在の話題の認知負荷度が多数決で決定される。 In the next step S23, the variance for each third predetermined time period is calculated, and in step S25, the differential entropy vector of the cerebral blood flow signal for the second predetermined time period is calculated. Subsequently, in step S27, the degree of cognitive load of the current topic is calculated. Here, it is determined whether each of the differential entropy vectors for a predetermined number of times (nine times in this first embodiment) belongs to the class C1 or C2, and the current topic is recognized from the estimation results for the predetermined number of times. The degree of load is determined by majority vote.

そして、ステップS29で、推定結果を出力して、推定処理を終了する。第1実施例では、推定結果はCPU30の発話制御処理部に出力される。 Then, in step S29, the estimation result is output, and the estimation process ends. In the first embodiment, the estimation result is output to the speech control processing section of the CPU 30. FIG.

なお、CPU30は、ロボット20が被験者との会話を終了するまで、話題が変更される度に、所定回数(この第1実施例では、9回)ずつ推定処理を実行する。 It should be noted that the CPU 30 executes the estimation process a predetermined number of times (nine times in the first embodiment) each time the topic is changed until the robot 20 ends the conversation with the subject.

図9は図1に示した推定装置12に内蔵されるCPU30の発話制御処理の一例のフロー図である。図9に示すように、CPU30は、発話制御処理を開始すると、ステップS51で、上述した所定のルールに従って話題を選択する。次のステップS51では、ステップS51で選択した話題をロボット20に送信する。つまり、CPU30は、選択された話題についての発話内容の音声データをロボット20に送信する。 FIG. 9 is a flowchart of an example of speech control processing of the CPU 30 incorporated in the estimation device 12 shown in FIG. As shown in FIG. 9, when the speech control process is started, the CPU 30 selects a topic according to the predetermined rule described above in step S51. In the next step S51, the topic selected in step S51 is transmitted to the robot 20. FIG. That is, the CPU 30 transmits to the robot 20 the voice data of the utterance content on the selected topic.

続くステップS55では、所定回数分(この第1実施例では、9回分)の推定結果を取得したかどうかを判断する。ステップS55で“NO”であれば、つまり、所定回数分の推定結果を取得していなければ、ステップS55に戻る。一方、ステップS55で“YES”であれば、つまり、所定回数分の推定結果を取得すれば、ステップS57で、話題を変えるかどうかを判断する。このステップS57では、CPU30は、所定回数分の推定結果に基づいて決定した結果が認知負荷度が低いことを示すかどうかを判断する。 In the subsequent step S55, it is determined whether or not a predetermined number of estimation results (9 times in this first embodiment) have been obtained. If "NO" in step S55, that is, if the estimation results for the predetermined number of times have not been acquired, the process returns to step S55. On the other hand, if "YES" in step S55, that is, if estimation results for the predetermined number of times have been acquired, it is determined in step S57 whether or not to change the topic. In this step S57, CPU 30 determines whether or not the result determined based on the estimation results for the predetermined number of times indicates that the degree of cognitive load is low.

CPU30は、所定回数分の推定結果から決定した結果が認知負荷度が高いことを示す場合には、話題を変えないと判断する。一方、CPU30は、所定回数分の推定結果がから決定した結果が認知度が低いことを示す場合には、話題を変えると判断する。ただし、現在の話題についての発話内容をすべて発話した場合にも、ロボット20から話題の送信が要求され、話題を変えることが判断される。 The CPU 30 determines not to change the topic when the result determined from the estimation results for the predetermined number of times indicates that the degree of cognitive load is high. On the other hand, the CPU 30 determines that the topic should be changed when the result determined from the predetermined number of estimation results indicates that the degree of recognition is low. However, even if all the contents of the utterance about the current topic have been uttered, the robot 20 requests the transmission of the topic, and it is determined that the topic should be changed.

ステップS57で“NO”であれば、つまり、話題を変えない場合には、ステップS57に戻る。一方、ステップS57で“YES”であれば、つまり、話題を変える場合には、ステップS59で、現在の話題が新規の話題であるかどうかを判断する。ここでは、CPU30は、現在の話題に対して認知負荷度の情報がラベリングされているかどうかを判断する。 If "NO" in step S57, that is, if the subject is not changed, the process returns to step S57. On the other hand, if "YES" in step S57, that is, if the topic is to be changed, it is determined in step S59 whether or not the current topic is a new topic. Here, the CPU 30 determines whether information on the degree of cognitive load is labeled for the current topic.

ステップS59で“YES”であれば、つまり、現在の話題が新規の話題であれば、ステップS61で、今回推定した認知負荷度の情報を今回の話題(すなわち、新規の話題)にラベリングして、ステップS67に進む。 If "YES" in step S59, that is, if the current topic is a new topic, then in step S61, the current topic (that is, the new topic) is labeled with information on the degree of cognitive load estimated this time. , the process proceeds to step S67.

一方、ステップS59で“NO”であれば、つまり、現在の話題が新規の話題でなければ、ステップS63で、今回推定した認知負荷度が履歴の認知負荷度と一致するかどうかを判断する。 On the other hand, if "NO" in step S59, that is, if the current topic is not a new topic, it is determined in step S63 whether or not the cognitive load level estimated this time matches the cognitive load level in the history.

ステップS63で“YES”であれば、つまり、今回推定した認知負荷度が履歴の認知負荷度と一致する場合には、ステップS67に進む。一方、ステップS63で“NO”であれば、つまり、今回推定した認知負荷度が履歴の認知負荷度と一致しない場合には、ステップS65で、認知負荷度を更新して、ステップS67に進む。つまり、ステップS65では、CPU30は、履歴の認知負荷度を今回推定した認知負荷度に書き換える。 If "YES" in step S63, that is, if the cognitive load degree estimated this time matches the cognitive load degree in the history, the process proceeds to step S67. On the other hand, if "NO" in step S63, that is, if the currently estimated cognitive load does not match the historical cognitive load, the cognitive load is updated in step S65, and the process proceeds to step S67. That is, in step S65, the CPU 30 rewrites the cognitive load degree of the history to the cognitive load degree estimated this time.

なお、この第1実施例では、話題を変える場合に、今回推定した認知負荷度が履歴の認知負荷度と一致するかどうかを判断して、一致しない場合に、認知負荷度を更新するようにしたが、話題を変えない場合にも、同様の判断を行い、判断結果に応じて、認知負荷度を更新するようにしてもよい。 In the first embodiment, when changing the topic, it is determined whether or not the cognitive load level estimated this time matches the cognitive load level in the history, and if they do not match, the cognitive load level is updated. However, even when the topic is not changed, the same determination may be made, and the cognitive load level may be updated according to the determination result.

ステップS67では、話題を変更する。この第1実施例では、CPU30は、現在の話題以外の話題であって、認知負荷度の情報として、高いことがラベリングされている話題を選択する。 In step S67, the topic is changed. In the first embodiment, the CPU 30 selects a topic other than the current topic and labeled as having a high degree of cognitive load as information.

次のステップS69では、変更後の話題をロボット20に送信する。そして、ステップS71では、終了かどうかを判断する。ここでは、終了の指示が入力されたかどうかを判断する。ステップS71で“NO”であれば、つまり、終了でなければ、ステップS55に戻る。このとき、取得した推定結果の個数をカウントするカウンタはリセットされる。一方、ステップS71で“YES”であれば、つまり、終了であれば、発話制御処理を終了する。 In the next step S69, the changed topic is transmitted to the robot 20. FIG. Then, in step S71, it is determined whether or not the processing is finished. Here, it is determined whether or not an end instruction has been input. If "NO" in step S71, that is, if the process is not finished, the process returns to step S55. At this time, a counter that counts the number of obtained estimation results is reset. On the other hand, if "YES" in step S71, that is, if it is finished, the speech control process is finished.

この第1実施例によれば、認知課題を遂行する被験者の脳血流量信号に基づいて所定時間毎の差分エントロピーのベクトルを算出し、算出した差分エントロピーのベクトルを認知負荷度の大きさが異なる2つのクラスにクラス分けしたクラスタ空間を構築し、このクラスタ空間を用いて、当該被験者がコミュニケーション対象のロボットと会話するときの脳血流量信号を取得し、取得した脳血流量信号に基づいて算出した差分エントロピーのベクトルがいずれのクラスに属するかに応じて会話の内容について被験者が知覚する難易度すなわち認知負荷度を推定するので、脳活動に基づいて会話中における被験者の認知負荷の大きさを推定することができる。 According to this first embodiment, a differential entropy vector is calculated for each predetermined time based on the cerebral blood flow signal of a subject performing a cognitive task, and the calculated differential entropy vector is used for different degrees of cognitive load. Create a cluster space divided into two classes, use this cluster space to acquire the cerebral blood flow signal when the subject talks with the communication target robot, and calculate based on the acquired cerebral blood flow signal. Based on the class to which the differential entropy vector obtained from the analysis belongs to, the degree of difficulty perceived by the subject, that is, the degree of cognitive load, is estimated. can be estimated.

また、第1実施例によれば、推定した被験者の認知負荷度に応じて話題を変更するので、ロボットの発話を適切に制御することができる。 Further, according to the first embodiment, the topic is changed according to the estimated degree of cognitive load of the subject, so that the utterance of the robot can be appropriately controlled.

さらに、第1実施例によれば、脳血流量に基づいて認知負荷度を推定するので、顔の表情または/および視線の向きも考慮して推定する場合よりも優れた認知負荷度の推定結果を得ることができる。たとえば、被験者が神妙な顔でコミュニケーション対象を見ている場合には、そのような表情から判断すると、当該コミュニケーション対象の発話をきちんと聞いているように推定されかも知れないが、実際にはその発話を聞いていない場合もあるからである。また、コミュニケーション対象の方を見ていなくても、当該コミュニケーション対象の発話を聞いていたり発話の内容を理解していたりする場合もあるからである。 Furthermore, according to the first embodiment, the degree of cognitive load is estimated based on the cerebral blood flow, so the estimation result of the degree of cognitive load is superior to the case of estimating in consideration of facial expression and/or gaze direction. can be obtained. For example, when the subject looks at the communication target with a serious expression, judging from such facial expressions, it may be assumed that the subject is properly listening to the communication target's utterance. This is because they may not have heard of In addition, even if the communication target person is not looking at the communication target person, there are cases where the communication target person is listening to the utterance or understanding the utterance content.

なお、この第1実施例では、コミュニケーション対象としてのロボットが被験者に話題を提供し、ロボットと被験者が会話するようにしてあるが、コミュニケーション対象はロボットに限定される必要はなく、仮想空間に配置された仮想のキャラクタであってもよい。この場合、ロボットに代えて、被験者に対面するように、表示装置(14)が配置され、仮想のキャラクタは、表示装置(14)に表示され、推定装置に接続されたスピーカ(図示せず)から話題についての音声が出力される。つまり、コミュニケーション対象としては、ロボットおよび仮想のキャラクタのようなエージェント(すなわち、会話エージェント)を使用することができる。 In the first embodiment, the robot serving as the communication target provides the subject with a topic, and the robot and the subject converse with each other. It may be a virtual character that has been created. In this case, instead of the robot, a display device (14) is arranged so as to face the subject, and the virtual character is displayed on the display device (14) and a speaker (not shown) connected to the estimation device. The voice about the topic is output from. In other words, agents such as robots and virtual characters (that is, conversation agents) can be used as communication targets.

また、この第1実施例では、被験者が5分間の認知課題を遂行したときの脳血流量信号に基づいてクラスタ空間を構築したが、これに限定される必要はない。推定システム(推定装置)の用途によっては、複数の被験者が5分間の認知課題を遂行したとの脳血流量信号のそれぞれに基づいてクラスタ空間が構築されてもよい。 Moreover, in the first embodiment, the cluster space was constructed based on the cerebral blood flow signal when the subject performed the cognitive task for 5 minutes, but it is not necessary to be limited to this. Depending on the application of the estimation system (estimation device), a cluster space may be constructed based on each of the cerebral blood flow signals that a plurality of subjects performed a five-minute cognitive task.

さらに、この第1実施例では、1人の被験者について推定システムおよび推定装置を使用する場合について説明したが、これに限定される必要はない。複数の被験者に使用することも可能である。かかる場合には、話題についての認知負荷度の情報のラベリングは被験者を識別可能に行なわれる。被験者毎に話題についての認知負荷度は異なるからである。 Furthermore, in this first embodiment, the case of using the estimation system and the estimation device for one subject has been described, but there is no need to be limited to this. It can also be used for multiple subjects. In such a case, the labeling of the information on the degree of cognitive load on the topic is performed so that the subject can be identified. This is because the degree of cognitive load on the topic differs for each subject.

さらにまた、この第1実施例では、推定装置に話題データを記憶しておき、選択された話題についての音声データをロボットに送信するようにしたが、これに限定される必要はない。ロボットに話題データを記憶しておき、推定装置から、選択された話題の識別情報をロボットに送信し、ロボットが受信した識別情報が示す話題についての音声データを出力するようにしてもよい。 Furthermore, in the first embodiment, topic data is stored in the estimating device, and speech data about the selected topic is transmitted to the robot, but the present invention is not limited to this. Topic data may be stored in the robot, the identification information of the selected topic may be transmitted from the estimating device to the robot, and voice data on the topic indicated by the received identification information may be output by the robot.

<第2実施例>
第2実施例の推定システム10は、推定装置12と通信可能に接続される外部コンピュータ22から指令に応じてロボット20は被験者と会話し、現在の話題について推定した認知負荷度を外部コンピュータ22に出力し、認知負荷度を確認した外部コンピュータ22の操作者が話題を変更するようにした以外は第1実施例と同じである。以下、第2実施例の推定システム10について説明するが、第1実施例で説明した内容と重複する内容については省略することにする。
<Second embodiment>
In the estimation system 10 of the second embodiment, the robot 20 converses with the subject in response to commands from an external computer 22 communicably connected to the estimation device 12, and the degree of cognitive load estimated about the current topic is sent to the external computer 22. This is the same as the first embodiment except that the operator of the external computer 22 who has output and confirmed the degree of cognitive load changes the topic. In the following, the estimation system 10 of the second embodiment will be explained, but the contents overlapping with the contents explained in the first embodiment will be omitted.

図10に示すように、第2実施例の推定システム10では、外部コンピュータ22が推定装置12の通信回路42に接続され、この外部コンピュータ22にロボット20が接続される。第2実施例では、ロボット20は、外部コンピュータ22からの指令に応じて被験者と会話する。つまり、ロボット20が被験者に提示する話題は外部コンピュータ22の操作者によって決定される。 As shown in FIG. 10, in the estimation system 10 of the second embodiment, the external computer 22 is connected to the communication circuit 42 of the estimation device 12, and the robot 20 is connected to this external computer 22. As shown in FIG. In the second embodiment, robot 20 converses with a subject in response to commands from external computer 22 . In other words, the topic presented to the subject by the robot 20 is determined by the operator of the external computer 22 .

つまり、第2実施例の推定システム10では、推定処理においては、ステップS29で、推定結果を外部コンピュータ22に出力する。また、発話制御処理においては、ステップS51における話題の選択およびステップS67における話題の変更は、外部コンピュータ22の操作者によって行われる。 That is, in the estimation system 10 of the second embodiment, the estimation result is output to the external computer 22 in step S29 in the estimation process. In addition, in the speech control process, the operator of the external computer 22 selects the topic in step S51 and changes the topic in step S67.

ただし、図9に示した発話制御処理を外部コンピュータ22のプロセッサが実行することにより、外部コンピュータ22の操作者が介在せずに、ロボット20の発話が制御されてもよい。 However, the speech control process shown in FIG. 9 may be executed by the processor of the external computer 22 to control the speech of the robot 20 without intervention of the operator of the external computer 22 .

第2実施例においても、第1実施例と同様に、脳活動に基づいて会話中における被験者の認知負荷の大きさを推定することができる。 Also in the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to estimate the magnitude of the subject's cognitive load during conversation based on brain activity.

また、第2実施例においても、第1実施例と同様に、被験者の認知負荷度に応じてロボットに適切に会話させることができる。 Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the robot can be appropriately made to converse according to the subject's degree of cognitive load.

さらに、第2実施例においても、第1実施例と同様に、顔の表情または/および視線の向きも考慮して推定する場合よりも優れた認知負荷度の推定結果を得ることができる。 Furthermore, in the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to obtain an estimation result of the degree of cognitive load that is superior to the case of estimating in consideration of the facial expression and/or the line-of-sight direction.

なお、第2実施例においては、外部コンピュータの操作者の発話した内容をロボットを通して被験者に提示することもできる。かかる場合には、ロボットとして、上記のロボビー(登録商標)のみならず、出願人が所属する機関が開発したテレノイド(登録商標)を使用することもできる。ただし、テレノイド(登録商標)を使用する場合には、これに装着されるスマートフォンまたは携帯電話機などの携帯機器が推定装置と通信可能に接続され、携帯機器からテレノイドに設けられたスピーカを通して音声データが出力される。 In addition, in the second embodiment, it is also possible to present the contents of the speech of the operator of the external computer to the subject through the robot. In such a case, as the robot, it is possible to use not only the above-mentioned Robobee (registered trademark), but also the Telenoid (registered trademark) developed by the institution to which the applicant belongs. However, when using Telenoid (registered trademark), a mobile device such as a smartphone or a mobile phone attached to it is communicatively connected to the estimation device, and voice data is transmitted from the mobile device through a speaker provided in Telenoid. output.

また、上述の各実施例では、クラスタ空間を構築するために、認知課題としてNバック課題を用いるようにしたが、これに限定される必要はなく、他の課題を使用することもできる。他の課題としては、リスニングスパンテスト、ストループ課題および暗算課題などが該当する。 Also, in each of the above-described embodiments, an N-back task was used as a cognitive task to construct a cluster space, but the present invention is not limited to this, and other tasks can also be used. Other tasks include listening span tests, Stroop tasks, and mental arithmetic tasks.

さらに、上述の各実施例では、Nバック課題に対する認知負荷度が低いクラスC1と高いクラスC2の2つのクラスを含むクラスタ空間を構築し、これを用いて話題に対する認知負荷度を推定するようにしたが、3つ以上のクラスを含むクラスタ空間を構築するようにしてもよい。かかる場合には、クラスの個数に応じて、Nバック課題に対する認知負荷度の段階が設定される。したがって、ロボットなどから提供する話題も認知負荷度の段階に応じた段階に分類される。そして、話題を提供する場合には、推定された認知負荷度に応じて、段階的に認知負荷を大きくするように、話題を変更するようにしてもよい。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, a cluster space containing two classes, a class C1 with a low cognitive load on the N-back task and a class C2 with a high cognitive load, is constructed and used to estimate the cognitive load on the topic. However, a cluster space containing three or more classes may be constructed. In such a case, the stages of cognitive load for the N-back task are set according to the number of classes. Therefore, topics provided by robots and the like are also classified into stages according to stages of cognitive load. Then, when providing a topic, the topic may be changed so as to gradually increase the cognitive load according to the estimated degree of cognitive load.

また、上述の各実施例で示した具体的な数値は単なる一例であり、限定されるべきではなく、実施される製品等に応じて適宜変更可能である。 Further, the specific numerical values shown in each of the above examples are merely examples, and should not be limited, and can be appropriately changed according to the product or the like to be implemented.

10 …推定システム
12 …推定装置
14 …表示装置
16 …A/D変換器
18 …脳活動計測装置
20 …ロボット
30 …CPU
32 …HDD
34 …RAM
40 …入力I/F
42 …通信回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Estimation system 12... Estimation device 14... Display device 16... A/D converter 18... Brain activity measuring device 20... Robot 30... CPU
32 HDD
34 RAM
40 ... Input I/F
42 ... communication circuit

Claims (6)

コミュニケーション対象と会話する被験者の脳血流量に基づいて、当該被験者が話題に対して知覚する認知負荷の高低を推定する推定装置であって、
認知課題を遂行する被験者の脳血流量についての信号である脳血流量信号を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された脳血流量信号の第1所定時間毎の差分エントロピーのベクトルをそれぞれ算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された差分エントロピーのベクトルを、K平均法を用いて前記認知課題に対する前記認知負荷の高低の異なる所定数のクラスにクラスタリングしてクラスタ空間を構築する構築手段と、
前記取得手段によって、前記クラスタ空間の構築における前記被験者がコミュニケーション対象と会話するときの前記脳血流信号を取得し、取得された当該脳血流量信号の差分エントロピーのベクトルを前記算出手段によって算出し、当該差分エントロピーのベクトルが当該クラスタ空間において属する前記所定数のクラスのうちの1つのクラスを判定することにより、当該被験者の会話中の内容についての認知負荷度を推定する推定手段を備え、
前記算出手段は、前記第1所定時間分の前記脳血流量信号を第2所定時間毎の重複しない区分に分離し、当該区分毎の前記被験者の前頭前野活動の分散を用いて所定の確率分布の場合の前記差分エントロピーのベクトルを算出する、推定装置。
An estimating device for estimating the degree of cognitive load perceived by a subject for a topic based on the cerebral blood flow of the subject who has a conversation with a communication target,
Acquisition means for acquiring a cerebral blood flow signal that is a signal about cerebral blood flow of a subject performing a cognitive task;
a calculating means for calculating a differential entropy vector of the cerebral blood flow signal obtained by the obtaining means for each first predetermined time;
A construction means for clustering the differential entropy vector calculated by the calculation means into a predetermined number of classes with different levels of cognitive load for the cognitive task using the K-means method to construct a cluster space;
The acquisition means acquires the cerebral blood flow signal when the subject converses with the communication target in constructing the cluster space, and the calculation means calculates a differential entropy vector of the acquired cerebral blood flow signal. , estimating means for estimating the degree of cognitive load regarding the content of the conversation of the subject by determining one of the predetermined number of classes to which the differential entropy vector belongs in the cluster space ;
The calculation means separates the cerebral blood flow signal for the first predetermined time period into non-overlapping sections for each second predetermined time period, and uses the variance of the prefrontal cortex activity of the subject for each section to obtain a predetermined probability distribution. An estimator for calculating the differential entropy vector for
前記取得手段は、前記被験者の前頭前野の左側方の部分における脳血流量信号を取得する、請求項1記載の推定装置。 2. The estimating apparatus according to claim 1, wherein said acquiring means acquires a cerebral blood flow signal in a left side portion of said subject's prefrontal cortex. 前記推定手段によって推定された認知負荷度の情報を前記会話中の内容に関連して記憶する情報記憶手段をさらに備える、請求項1または2記載の推定装置。 3. The estimating apparatus according to claim 1, further comprising information storage means for storing information on the degree of cognitive load estimated by said estimating means in relation to the content of said conversation. 前記コミュニケーション対象は会話エージェントであり、
前記情報記憶手段によって記憶された情報に基づいて前記会話エージェントが提供する話題を選択する話題選択手段をさらに備える、請求項3記載の推定装置。
the communication target is a conversation agent;
4. The estimation device according to claim 3, further comprising topic selection means for selecting a topic to be provided by said conversation agent based on information stored by said information storage means.
コミュニケーション対象と会話する被験者の脳血流量に基づいて、当該被験者が話題に対して知覚する認知負荷の高低を推定するコンピュータによって実行される推定プログラムであって、
前記コンピュータのプロセッサに、
認知課題を遂行する被験者の脳血流量についての信号である脳血流量信号を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにおいて取得した脳血流量信号の第1所定時間毎の差分エントロピーのベクトルをそれぞれ算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出した差分エントロピーのベクトルを、K平均法を用いて前記認知課題に対する前記認知負荷の高低の異なる所定数のクラスにクラスタリングしてクラスタ空間を構築する構築ステップと、
前記取得ステップにおいて、前記クラスタ空間の構築における前記被験者がコミュニケーション対象と会話するときの前記脳血流信号を取得し、取得した当該脳血流量信号の差分エントロピーのベクトルを前記算出ステップにおいて算出し、当該差分エントロピーのベクトルが当該クラスタ空間において属する前記所定数のクラスのうちの1つのクラスを判定することにより、当該被験者の会話中の内容についての認知負荷度を推定する推定ステップを実行させ、
前記算出ステップは、前記第1所定時間分の前記脳血流量信号を第2所定時間毎の重複しない区分に分離し、当該区分毎の前記被験者の前頭前野活動の分散を用いて所定の確率分布の場合の前記差分エントロピーのベクトルを算出する、推定プログラム。
An estimation program executed by a computer for estimating the degree of cognitive load perceived by a subject for a topic based on the cerebral blood flow of the subject who has a conversation with a communication target,
to the processor of said computer;
an acquiring step of acquiring a cerebral blood flow signal that is a signal about cerebral blood flow of a subject performing a cognitive task;
a calculation step of calculating a vector of differential entropy of the cerebral blood flow signal obtained in the obtaining step for each first predetermined time;
A construction step of clustering the differential entropy vector calculated in the calculation step into a predetermined number of classes with different levels of cognitive load for the cognitive task using the K-means method to construct a cluster space;
obtaining, in the obtaining step, the cerebral blood flow signal when the subject in the construction of the cluster space converses with a communication target, and calculating a differential entropy vector of the obtained cerebral blood flow signal in the calculating step; executing an estimation step of estimating the degree of cognitive load of the subject's conversational content by determining one of the predetermined number of classes to which the differential entropy vector belongs in the cluster space ;
The calculating step separates the cerebral blood flow signal for the first predetermined time period into non-overlapping sections of the second predetermined time period, and uses the variance of the prefrontal cortex activity of the subject for each section to obtain a predetermined probability distribution. An estimation program that computes the differential entropy vector for .
コミュニケーション対象と会話する被験者の脳血流量に基づいて、当該被験者が話題に対して知覚する認知負荷の高低を推定するコンピュータの推定方法であって、
(a)認知課題を遂行する被験者の脳血流量についての信号である脳血流量信号を取得するステップと、
(b)前記ステップ(a)において取得した脳血流量信号の第1所定時間毎の差分エントロピーのベクトルをそれぞれ算出するステップと、
(c)前記ステップ(b)において算出した差分エントロピーのベクトルを、K平均法を用いて前記認知課題に対する前記認知負荷の高低の異なる所定数のクラスにクラスタリングしてクラスタ空間を構築するステップと、
(d)前記ステップ(a)において、前記クラスタ空間の構築における前記被験者がコミュニケーション対象と会話するときの前記脳血流信号を取得し、取得した当該脳血流量信号の差分エントロピーのベクトルを前記ステップ(b)において算出し、当該差分エントロピーのベクトルが当該クラスタ空間において属する前記所定数のクラスのうちの1つのクラスを判定することにより、当該被験者の会話中の内容についての認知負荷度を推定するステップを含み、
前記ステップ(b)は、前記第1所定時間分の前記脳血流量信号を第2所定時間毎の重複しない区分に分離し、当該区分毎の前記被験者の前頭前野活動の分散を用いて所定の確率分布の場合の前記差分エントロピーのベクトルを算出する、推定方法。
A computer- based estimation method for estimating the degree of cognitive load perceived by a subject for a topic based on the cerebral blood flow of the subject who has a conversation with a communication target,
(a) acquiring a cerebral blood flow signal that is a signal about cerebral blood flow in a subject performing a cognitive task;
(b) calculating a differential entropy vector of the cerebral blood flow signal obtained in step (a) for each first predetermined time;
(c) constructing a cluster space by clustering the differential entropy vector calculated in step (b) into a predetermined number of classes with different levels of cognitive load for the cognitive task using the K-means method;
(d) obtaining the cerebral blood flow signal when the subject converses with the communication target in constructing the cluster space in step (a); Estimate the degree of cognitive load regarding the content of the conversation of the subject by determining one of the predetermined number of classes to which the differential entropy vector belongs in the cluster space calculated in (b) including steps
The step (b) separates the cerebral blood flow signal for the first predetermined time period into non-overlapping sections of the second predetermined time period, and uses the variance of the prefrontal cortex activity of the subject for each section to obtain a predetermined An estimation method , wherein the differential entropy vector for a probability distribution is calculated .
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