JP7444003B2

JP7444003B2 - 気分障害測定装置および気分障害測定方法

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Publication number: JP7444003B2
Application number: JP2020154326A
Authority: JP
Inventors: ゆり渡邉; 美枝子田中; 洋平小林; 幸夫小杉; 佳世子福原; 桜子家部; 博吉田
Original assignee: Nipro Corp
Current assignee: Nipro Corp
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2024-03-06
Anticipated expiration: 2040-09-15
Also published as: JP2022048487A

Description

本発明は、頭部に設置した複数の電極により観測される脳電位の時系列データを解析することで被験者の気分障害の度合いを定量的に測定する装置および方法に関する。

気分障害とは、慢性疼痛などの疾病などが原因で、常に気分が落ち込んだり、あるいは常に高まったりすることで日常生活に様々な支障をきたしてしまう心の病気である。事業所における労務管理部門や、精神科クリニックでは、環境から受ける負の心理効果や、鬱（うつ）の程度を定量的に評価することへのニーズが高まってきている。

医療現場では、うつ病等の気分障害を診断する際に、問診による診断が主である。また、末梢性疼痛に関しては、慢性的に強い痛みが生じている場合、２点識別覚の閾値の増加といった中枢神経系を含む機能異常が報告されている。また、外部からの侵害刺激に対する実験痛を定量的に評価する熱的方法（Hardyの輻射熱法）があり、痛みを定量化する方法として優れていると言われている。
しかし、心因性の疼痛に関しては患者の主観的評価に大きく依存し、その客観化と定量化は非常に難しいとされており、定量的な診断方法の手段がない。
そこで、大規模な装置を使用することなく、簡易的に診断を行うことができ、気分障害の度合いを定量的に評価できる手法が求められる。

脳が悲しみや恐怖といった精神的ストレスを受けると、情動の中枢である大脳辺縁系に大きな影響が及ぶが、一次的な情動反応は、主として、扁桃体部分で生成されると考えられる。例えば、非特許文献１には、ペットを亡くした２０名の被験者に当該ペットに関連する言語的タスクを課してｆＭＲＩ（磁気共鳴機能画像法）で活動部位を調査した結果、悲しみや忌避に対応して扁桃体を中心とした部分に優位な活性が観測されることが開示されている。この一次的な神経活動は、同じく大脳辺縁系の中にある視床下部の神経核に働きかけ、交換神経および副交感神経からなる自律神経系を介して、二次的な生理反応（例えば血圧や、脈拍、瞳孔反応等）を惹き起こすことが知られている。また二次的な反応は前頭部にもおよび、側坐核を中心とした「喜びの中枢」としての自己報酬系の活動を抑制することが知られている。

一方、非特許文献２には、鬱の経歴のある被験者３５名について、閉眼時の脳波計測を行い、精神的な痛みと、前頭葉のδ波（０．５～４Ｈｚ未満の徐波）のパワーには高い相関があることを開示している。

更には、非特許文献３には、ｆＭＲＩおよび脳電位測定の結果、自閉症やうつ病等により喜びの感覚が低下した被検者では、前頭葉の自己報酬系の主要な要素である側坐核の活動が低下するとともに、前帯状皮質の脳波（ＥＥＧ：electroencephalogram）のδ成分が増加することを開示している。

特許文献１には、大脳深部の活動を少数電極から測定される脳電位間の高次相関を算出することが有効であり、後頭部に配した３電極から得られる３次相関から、認知症に関する診断情報が得られることを開示している。

国際公開第２０１６／０１３５９６号

Peter J. Freed, Ted K.Yanagihara, Joy Hirsch, and J. John Mann, "Neural mechanism of grief regulation", Biol. Psychiatry, vol.66, no.1, pp.33-40, July 2009. Esther L. Meerwijk et al.: Resting-State EEG Delta Power is Associated with Psychological pain in Adults with a History of Depression, Biol Physio. 2015 Feb: 0: pp.106-114. Jan Wacker, Daniel G. Dillon, Diego A. Pissagalli, "The role of the nucleus accumbens and rostral anterior cingulate cortex in anhedonia: Integration of resting EEG, fMRI, and Volumetric Techniques, Neuroimage, vol.46, no.1, pp.327-337, May 2009.

被験者の気分やストレスの状態を推定するのには、脳深部、大脳辺縁系の神経活動を、磁気共鳴機能画像法（ｆＭＲＩ）や、脳磁図（ＳＱＩＤ）によって推定する方法が有効とされている。しかしながら、これらの装置は大がかりな付帯設備を必要とするため、一般開業医やメンタル・クリニックのレベルでの導入が困難であった。加えて、患者にも経済的な負担が大きい。一方、電極数が少数であれば、脳電位（脳波）の測定には大がかりな装置を必要としない。そこで、本発明は、医療現場において、比較的軽微な設備で気分障害を定量的かつ簡易に測定することが可能な気分障害測定装置および方法を提供することを主目的とする。

上記の課題は以下の特徴を有する本発明によって解決される。すなわち、本発明の一態様としての気分障害測定装置は、被験者の気分障害を測定する装置であって、前記被験者の頭部上に配置された複数の電位センサを用いて異なる複数の部位の各々で測定された脳電位信号を取得する脳電位信号取得手段と、前記取得された脳電位信号から抽出された脳活動に起因する特定の周波数帯の信号に基づいて脳電位データを算出し、前記被験者の気分障害を測定する気分障害測定手段と、を有し、前記脳電位信号取得手段は、前記被験者の頭部表面の前記各部位を囲む３つの異なる場所に取り付けられる電位センサを用いて脳深部の活動に起因する脳電位信号を取得するものであり、前記複数の部位が、側頭部と前頭部を含むものであり、前記気分障害測定手段は、前記側頭部から測定された周波数帯がθ域であり、前記前頭部から測定された周波数帯がδおよびθ域であり、それぞれの電位センサにおいて取得されたそれぞれの脳電位信号から前記各部位のそれぞれの周波数帯の信号を抽出し、抽出された信号からサンプリング周期で脳電位データを抽出し、それぞれの電位センサごとに抽出された３つの時系列データの位相関係に基づいて、それぞれの電位センサにおいて取得された信号の相関関係を示す相関値を算出し、および、算出された相関値に基づいて脳深部からの信号を解析して脳機能を判断するための指標値を算出し、前記各部位からの脳電位信号により算出した前記指標値を組み合わせて演算し、前記被験者の気分障害を判断するための指標値を算出するものである。

本発明の一態様としての気分障害測定装置において、国際１０－２０法で規定される電極配置において、側頭部に配置される電位センサの位置がＰ３、Ｔ５およびＣ３、または、Ｐ４、Ｔ６およびＣ４であり、前頭部に配置される電位センサの位置がＦ３、Ｆ４およびＣｚであることが好ましい。

本発明の一態様としての気分障害測定装置において、前記被験者の気分障害を判断するための指標値を求める演算が、脳機能を判断するための指標値の累乗積、または、線形和であることが好ましい。

本発明の一態様としての気分障害測定方法は、被験者の気分障害を測定する方法であって、前記被験者の頭部上に配置された複数の電位センサを用いて異なる複数の部位の各々で測定された脳電位信号を取得するステップと、前記取得された脳電位信号から抽出された脳活動に起因する特定の周波数帯の信号に基づいて脳電位データを算出し、前記被験者の気分障害を測定するステップと、を有し、前記被験者の頭部表面の前記各部位を囲む３つの異なる場所に取り付けられる電位センサを用いて脳からの信号を取得し、前記複数の部位を側頭部と前頭部を含むものとし、前記側頭部から測定された周波数帯がθ域であり、前記前頭部から測定された周波数帯がδおよびθ域であり、それぞれの電位センサにおいて取得されたそれぞれの脳電位信号から前記各部位のそれぞれの周波数帯の信号を抽出し、抽出された信号からサンプリング周期で脳電位データを抽出し、それぞれの電位センサごとに抽出された３つの時系列データの位相関係に基づいて、それぞれの電位センサにおいて取得された信号の相関関係を示す相関値を算出し、および、算出された相関値に基づいて脳深部からの信号を解析して脳機能を判断するための指標値を算出し、前記各部位からの脳電位信号から算出した前記指標値を組み合わせて演算し、被験者の気分障害の指標値を算出するものである。

本発明によれば、気分障害に関係する脳深部の活動を示す指標を用い、異なる皮質部位の活動の相互関係を反映して高い精度で気分障害を評価することが可能になるので、医療現場において、比較的軽微な設備で気分障害を定量的かつ簡易に測定することができる。

本発明の一実施形態にかかる気分障害測定装置の機能ブロック図である。上記実施形態に用いる脳活動測定装置の概略図である。国際１０－２０法の電極配置を説明する図である。中心部にダイポール電流源を持つ均一球モデル表面の電位を示す図であって、（ａ）～（ｄ）は時間経過の様子を示し、（ｅ）は各電極Ａ、Ｂ、Ｃの電位の時間発展を示すグラフである。遅延パラメータ空間上のプロットを示す図である。上記実施形態の電位センサの配置を示した概念図である。上記実施形態の脳電位の３重相関値を算出するための処理ブロックを示す図である。上記実施形態の３重相関値Ｓ_ｉを算出する処理の流れを示すフローチャートである。上記実施形態の３重相関表示部を示す図である。上記実施形態の２つの遅延パラメータ（τ１、τ２）が形成する特徴空間上にプロットされた３重相関値分布の３次元表示を示す図であって、（ａ）は３重相関値の空間的・時間的乱れが小さいものを例示し、（ｂ）は３重相関値の空間的・時間的乱れが比較的大きいものを例示する。３重相関値分布の３次元表示を上からみた図であって、３つの信号が同符号をとる領域を白で表し、３つの信号のいずれか１つの符号が異なる領域を黒で表した図である。実施例１において、ある被験者の主観評価と評価値ｄ１との相関を示すグラフである。実施例２において、ある被験者の主観評価と評価値ｄ２との相関を示すグラフである。

以下、図面を参照し本発明の実施の形態にかかる気分障害測定装置および方法について説明する。

［装置概要］
本実施形態の気分障害測定装置１００は、図１に示すように、脳電位信号取得手段としての脳活動測定装置２００と、その脳活動測定装置２００と通信可能に接続される気分障害測定手段としてのコンピュータ１１０と、コンピュータ１１０に接続される入力装置（例えばマウス、キーボード）１２０および出力装置（例えばディスプレイ、プリンタ）１３０とを含む。コンピュータ１１０は、処理部１１１、記憶部１１２、通信部１１３を備え、これらの各構成部はバス１１４によって接続され、またバス１１４を通して入力装置１２０および出力装置１３０に接続される。脳活動測定装置２００から得られる信号または脳電位データは、例えばＩ／Ｏポートを介してバス１１４に接続されたコンピュータ１１０の脳電位情報処理手段によって処理される。処理されたデータは、出力装置１３０に出力することができる。処理部１１１は、各部を制御するプロセッサを備えており、記憶部１１２をワーク領域として各種処理を行う。上記処理手段、演算等は記憶部１１２内に格納されたプログラムによって実行することができる。入力装置１２０によりユーザは設定値等を変更することができる。

図２は、上記実施形態で用いる脳活動測定装置２００の装置構成例を概念的に示す図である。脳活動測定装置２００は、被験者の頭部の異なる複数の部位の各々に対応して少なくとも３つの電位センサ２０２が取り付けられて脳内神経活動に基づく電位を測定する頭部装着部２０４と、各電位センサ２０２と信号ケーブル２０６で接続された増幅器・帯域フィルタ２０８と、を備える。増幅器・帯域フィルタ２０８は、信号ケーブル２１０で解析用コンピュータ１１０に接続されている。また、脳活動測定装置２００は、基準電位測定用の基準電位センサ２１２をさらに有する。

頭部装着部２０４は、図３に示す国際１０－２０法の電極配置に従い各電位センサ２０２が配置されるように、被験者の頭部に装着する。この場合、頭部装着部２０４は、不快な刺激に伴う扁桃体の活動を、側頭部に設置した３つの電位センサ２０２の各々の電極により検出し、または、その結果として前頭前野の活動が抑制されることを、前頭葉深部の活動を検出するように配置した３つの電位センサ２０２の各々の電極により検出することが好ましい。両者を同時に検出することがさらに好ましい。具体的には、扁桃体の活動の検出には、図３に示す国際１０－２０法の側頭部の電極位置Ｐ３、Ｔ５およびＣ３、または、Ｐ４、Ｔ６およびＣ４に配置した３つの電位センサ２０２を用い、θ帯域（４Ｈｚ以上８Ｈｚ未満）の脳電位を測定することが好ましい。前頭前野の活動の検出には、図３示す国際１０－２０法の前頭部の電極位置Ｆ３、Ｆ４およびＣｚに配置した３つの電位センサ２０２を用い、δ帯域からθ帯域まで（２～６Ｈｚ）の脳電位を測定することが好ましい。なお、被験者頭部の所定の部位に電位センサ２０２を配置できる限り、頭部装着部２０４の形態に制限はない。測定用の少なくとも３つ１組の電位センサ２０２および基準電位センサ２１２は無線通信機能を有し、同様に無線通信機能を有する解析用コンピュータ１１０へ、測定用の各電位センサ２０２と基準電位センサ２１２から得られる脳電位信号の差分を３つの脳電位信号として、無線で送信するようにしてもよい。

［測定原理］
３つの電極を用いた脳活動測定によって、アルツハイマー型認知症を高い確率で識別することができることが特許文献１により知られている。実際にＮＬ（健常者）とＡＤ（アルツハイマー患者）において実験を行い、高い確率での識別を実現している。脳活動測定装置２００が、この原理を用いて被験者の快、不快などの気分障害を識別判定する方法は次の通りである。

本測定装置においては、脳深部に等価ダイポール電源を仮定している。ここで、このダイポール電位活動を解析するための電位分布測定を、頭皮上に配置した３つの異なる場所に配置された電極に限定して行う場合を考える。脳深部に電源がある場合には、これら３つの電極で観測される電位波形には、強い位相関係が存在するという事実に基づいて、この位相関係を評価する。このようにして、脳深部に仮定した等価ダイポール電源の時間的な挙動を近似的に推定する。これは、地震波に例えれば、表層に震源を持つ地震波が観測地点ごとに大きく異なるのに比し、深部に震源を持つ地震波では、近い距離をおいて配置された地震計ではほぼ同じ振幅・位相のＰ波が観測されることと同等な現象である。

脳活動測定装置２００では、脳深部の活動に基づいて表面に現れる電位波形は近い距離離れた表面においてはほぼ同位相であることから、３つの電位の符号が同一であるデータのみを加算する方式を定義する。すなわち同一符号のデータのみを演算の対象とすることで、相関を有するデータを抽出することができる。ただし、すべてのデータを演算の対象とすることもできる。

具体的な情報処理としては、まず３つの電位信号が入力されると、３つの電位が同符号の信号を選択する。電位の符号を判定する際の基準電位は、例えば皮質活動を直接反映しない耳朶が用いられうるが、増幅器の帯域フィルタで直流分は遮断されるので、実質的には、各々の電極ごとの時間平均から見た正負の符号を判定することになる。なお基準電位の取り方はこれらに限定されず、導電性ゴム電極も使用することができる。さらには、無線通信機能を有する測定用の３つの電極から得られる脳電位信号と、当該３つの電極の中央に配置される基準電極から得られる脳電位信号の差分を、３つの脳電位信号として無線で送信する構成とすることもできる。この場合は、コンピュータが帯域フィルタの機能を有する。

続いて３重相関値を算出する。３重相関値は、３つの電極からの低周波帯域の電位信号をそれぞれＥＶＡ（ｔ）、ＥＶＢ（ｔ）、ＥＶＣ（ｔ）としたとき、１つの電極の電位信号に対し、τ１、τ２の時間ずれのある信号との積を使用する。下記数式１に示す（１）式は３重相関値Ｓｔの１つの例示である。Ｔは３重相関値の演算対象時間であり、Δｔは各電位信号のデータサンプリング周期であり、Ｎは規格化するための定数であって、例えば３つの信号の積の計算回数である。
算出された３重相関値を用いて所定の演算を行うことにより指標を算出し、当該指標により、被験者の快や不快などの気分障害の識別判定を行うことができる。

上述の演算で得られる遅延パラメータ空間上の３重相関プロットが、脳深部の等価ダイポール電源の挙動とどのような関係にあるかを、均一媒質からなる球状モデルを用いて説明する。以下では、説明の都合上、球モデル各部の呼称を地球になぞらえ、北極（ＮＰ）南極（ＳＰ）、赤道等と記載する。

脳深部の活動は、等価的に、深部に微小電流源があるように、脳の表面上で観測されることから、球の中心部に、南極から北極に向かう方向に微小電流源を仮定する。この電流源が球表面上につくる電位分布は、図４（ａ）に示すように、北半球では＋、南半球では－、赤道上ではゼロ電位となる。また、この電流源は、赤道上１８０度経度の異なる点Ｐ１、Ｐ２と、ＮＰ、ＳＰを含む面内で、周期Ｔ秒で時計方向に回転する。回転角度９０度ごとに各時点での球表面電位分布は、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）のように逐次変化する。この電位変化を球の表面上に、面Ｐ１、ＮＰ、Ｐ２、ＳＰに平行な三角形の頂点に、３つの電極Ａ、Ｂ、Ｃを配置する。各電極から測定された電位波形は、（１）式により相関値が計算され、計算結果が図５の遅延パラメータ空間上にプロットされる。

Ａ、Ｂ、Ｃの各電極の電位の時間発展は図４（ｅ）のグラフのようになり、各電極は位相差１／３Ｔの関係で周期Ｔの正弦波で変化をする。電極Ａを基準にみるとこれらの電極の符号が最も一致するτ1、τ2の値はそれぞれ１／３＋ｋと２／３＋ｋ(ｋは整数)であり、結果として図５における縦横方向に黒丸のプロットで示されるような、周期Ｔでピークを持つ特性が得られる。またこれらのピークからいずれかの電極が半周期ずれるような位置は、１つの電極が必ず他の２つの電極と逆位相になるため電極の符号が一致することはない。そのため白丸のプロットで示されるような位置は値がプロットされない。

上述のように、脳深部の等価ダイポール電源の回転を２次元の遅延パラメータ空間上のプロットとして観測することができる。

以上では、単一の等価ダイポール電源が球状の脳深部で滑らかに回転した場合について記載しているが、ダイポールが複数ある場合や、回転が滑らかでない場合には、図５上のプロットは、同符号条件を満たす個々のケースが複雑に分布し、遅延パラメータ空間上に細かい凹凸となって現れる。

［ｄＮＡＴ値算出方法］
以下に不快な刺激に伴う脳活動についての定量的な評価をするための３重相関値の算出方法について説明するとともに、ｄＮＡＴ値算出方法について説明する。

ここではまず不快な刺激に伴う脳活動を定量的に評価することを目的とし、特に３電極（電位センサ２０２）から得られる脳電位の空間的ゆらぎを評価する。図６に示すように、３つの電極ＥＡ（２０２）、ＥＢ（２０２）、ＥＣ（２０２）が三角形の各頂点部分に配置され、別途設置される基準電極２１４と、各電極との電位差として、電位信号ＶＡ（ｔ）、ＶＢ（ｔ）、ＶＣ（ｔ）が計測される。各電位信号は、脳電位信号の３重相関評価装置によって処理される。図７は３重相関評価装置６００の処理ブロックを示す図であり、３ｃｈ増幅器６０１・帯域フィルタ（バンドパスフィルタ：ＢＰＦ）６０２とコンピュータによって実現される。図７に示すように、脳電位増幅器６０１によって増幅された信号はＢＰＦ６０２によって、δ波やθ波などの特定の周波数帯の脳電位波形が抽出される。ここで、帯域フィルタ６０２の通過帯域は、側頭部電極からの信号を処理する場合には、θ波帯域に設定され、前頭部電極からの信号を処理する場合には、δ波帯域に設定される。

次に、これら３つの信号による３重相関値Ｓの算出方法について示す。抽出された信号は３重相関値算出部６０３によって、図８のフローチャートに示すように処理される。図８は、ｉ秒からｉ＋１秒における３重相関値Ｓ_ｉ（ｉ＝１、２、…、Ｔ）を算出する処理のフローチャートを示す。なお、ここで実施される処理は、趣旨を逸脱しない範囲において変更することができる。

前述の通り３つの信号が入力されるとサンプリング周期でデータが抽出され（Ｓ７０１）、それぞれの電極の電位ごとに標準偏差（σ_Ａ、σ_Ｂ、σ_Ｃ）で割って規格化（ＥＶＡ（ｔ）＝ＶＡ（ｔ）/σ_Ａ、ＥＶＢ（ｔ）＝ＶＢ（ｔ）/σ_Ｂ、ＥＶＣ（ｔ）＝ＶＣ（ｔ）/σ_Ｃ）される（Ｓ７０２）。この規格化処理は１秒ごとに行うのが好ましいが、これに限定されない。

なおバンドパスフィルタ６０２による周波数抽出処理は、規格化処理の前後いずれかに行われる。また規格化処理の前には、ノイズ処理を行うのが好ましい。ノイズ処理は、例えば、１）±１００μＶ以上のセグメントを除く、２）フラットな電位（２５ｍｓｅｃ以上一定の電位だった場合）を除く、３）±１μＶ以内の電位が１秒以上続く場合は除く、という処理から構成される。

ここで、上記３つの信号は、電位センサＥＡに対し、電位センサＥＢはτ１、電位センサＥＣはτ２の時間のずれがあるものとする。続いて、３つの信号の符号がすべて正（ＥＶＡ（ｔ）＞０、ＥＶＢ（ｔ－τ１）＞０、ＥＶＣ（ｔ－τ２）＞０）、またはすべて負（ＥＶＡ（ｔ）＜０、ＥＶＢ（ｔ－τ１）＜０、ＥＶＣ（ｔ－τ２）＜０）の信号のみを計算対象とする処理を行う（Ｓ７０３）。下記数式２の（２）式に示すように、３重相関値は時間ずれのある、３つの電位信号の積を加算することで求められる（Ｓ７０４）。この処理は、ｔがｔ＝ｉ＋１秒となるまでΔｔ秒ずつずらして行われる（Ｓ７０６、Ｓ７０７）。なお図８ではｔ＝ｉ秒からｉ＋１秒における３重相関値Ｓ_ｉを算出していることからも分かる通り、全データ（Ｔ秒）について一度に計算するのではなく、所定時間ごとに、例えば１秒ごとに、３重相関値Ｓ_ｉを求めＴ個の３重相関値の平均値を最終的には３重相関値とし、時間ずれτ１、τ２も１秒の中でΔｔ秒ずつずらして３重相関値を算出する。例えば、電位データサンプリング周波数をｆｓ（Ｈｚ）とすると、ｆｓ＝２００Ｈｚの場合はΔｔ＝１／ｆｓ＝０．００５秒ずつずらして、３つの電位信号の積を算出する。また、１秒ごとに３つの信号が正または負になった時の回数Ｎを求め（Ｓ７０５）、最後に割る（Ｓ７０８）。数式２の（２）式に１秒ごとの、３重相関値Ｓ_ｉの計算式を示す。（２）式中、ｉ＝１、２、…、Ｔ、τ１＝Δｔ、２Δｔ、…、１（秒）、τ２＝Δｔ、２Δｔ、…、１（秒）を示す。

このようにして、１秒ごとにＳ_ｉを全データＴ秒まで計算する（Ｓ_１、Ｓ_２、・・・、Ｓ_Ｔ）。Ｔは好ましくは１０秒である。ただしＳ_ｉは１秒ごとに算出されることに限定されない。τ１およびτ２の取りうる値はサンプリング周期の整数倍に等しい１秒以下の時間であるが、これらの値の大きさの最大値は１秒に限定されない。またサンプリング周期は０．００５秒に限定されない。なお３重相関値は、３つの信号の符号判定を行わずに、（２）式によって算出することもできる。

この結果は、図９に示すように３重相関表示部６０４によって２つの遅延パラメータ（τ１、τ２）が形成する特徴空間上にプロットすることで、２つの遅延パラメータ（τ１、τ２）が形成する特徴空間上にプロットされた３重相関値分布の疑似３次元表示をすることができる。図１０は、参考として、α波帯域の３重相関値分布の疑似３次元表示を示すものであるが、相関を有しないデータの影響を排除するため、予め定められたｔの値、例えばｔ＝ｉ＋１、においてＥＶＡ（ｔ）、ＥＶＢ（ｔ－τ１）およびＥＶＣ（ｔ－τ２）のすべてが同符号であったＳ_ｉ（τ１，τ２）のみをプロットしたものである。図１０（ａ）は３重相関値の空間的・時間的乱れが小さいものであり、（ｂ）は３重相関値の空間的・時間的乱れが比較的大きいものを例示したものである。

上記のように算出された３重相関値を用いて、不快な刺激に伴う脳活動について定量的な評価をするための指標を算出する。図１１は、図１０に例示したような３次元表示の図を上から見た図で、３つの波形が同符号をとる領域を白で表示し、３信号のどれか１つ符号が異なる領域を黒で表し、格子縞の乱れが生じていることが分かる。そこで、この乱れ（時間軸τ１、τ２方向のばらつき）を定量化するために、以下のように標準偏差ＳＤを定義する。

図１１に示すように白い四角形の領域は、隣接する白い四角形の領域と、縦横方向にそれぞれ間隔を有する。その間隔を図１１に示すように、ｄｘｉ（ｉ＝１，２、…、ｍ）、ｄｙｊ（ｊ＝１，２、…、ｎ）とする。次いで、下記数式３の（３）式、数式４の（４）式に示すように、ｍ個のｄｘｉの標準偏差ｓｔｄ＿ｄｘとｎ個のｄｙｊの標準偏差ｓｔｄ＿ｄｙを算出し、２つの標準偏差の平均値を指標値ＳＤとする（数式５の（５）式）。

上記の指標ＳＤは、ｄＮＡＴ値の１つの例示である。このようにして求めた、扁桃体までの距離が比較的近い頭皮上の３点（国際１０－２０法電極位置の側頭部、Ｐ３、Ｔ５およびＣ３、または、Ｐ４、Ｔ６およびＣ４）から測定されたθ波領域（４Ｈｚ以上８Ｈｚ未満）の電位間３重相関のバラツキを指標ＳＤ_θで表す。また、前頭部の３点（国際１０－２０法電極位置Ｆ３、Ｆ４およびＣｚ）から測定されたδ帯域からθ帯域まで（２～６Ｈｚ）の電位間３重相関のバラツキを指標ＳＤ_δで表す。さらに指標ＳＤ_θおよびＳＤ_δの累乗積または線形和をとることにより、両者の同時活動を抽出することができる。下記数式６の（６）式に累乗積に基づく評価値ｄ１を、数式７の（７）式に線形和に基づく評価値ｄ２を示す。（６）式中、ｋはべき数を表す。（７）式中、Ｃ_１、Ｃ_２は係数を、Ｃ_３は切片を表す。

［実施例１］
実施例１では、本実施形態の気分障害測定装置を用いて気分障害の定量的な評価を行った。音響による気分障害を測定するため、被験者１７名に対して、種々の音楽刺激を与え、被験者本人の主観評価１１段階と、上記指標ＳＤの累乗積の関係を調査した。音楽刺激の主観評価は、好きな刺激を正値５段階、嫌いな刺激を負値５段階、中間を０の１１段階評価とした。具体的な手順は以下の通りである。
（１）各被験者を1分間安静にさせる
（２）各被験者の安静開眼（１２０秒）の脳波を測定
（３）各被験者に閉眼状態で刺激用音楽を３００秒間聞かせ脳波を測定
（４）閉眼状態で各被験者の脳波の波形チェック（３０秒程度）
（５）（２）に戻って、次の刺激音楽を繰り返す。１２種の刺激音楽を聞かせる
このとき、側頭部用の電位センサは国際１０－２０法電極配置に従うＰ３、Ｔ３およびＣ３にそれぞれ配置してこれらの３箇所の脳電位信号の時系列データを取得し、それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて３つの部位で測定されたθ波（４Ｈｚ以上８Ｈｚ未満）にかかる脳電位信号の相関関係を示す指標ＳＤ_θを算出した。また、前頭部の電位センサは国際１０－２０法電極配置に従うＦ３、Ｆ４およびＣｚにそれぞれ配置してこれらの３箇所の脳電位信号の時系列データを取得し、それぞれ抽出された時系列データの位相関係に基づいて３つの部位で測定されたδ波からθ波（２～６Ｈｚ）にかかる脳電位信号の相関関係を示す指標ＳＤ_δを算出した。上記（６）式に従い得られた指標から累乗積に基づく評価値ｄ１を算出し、主観評価と比較した。被験者１７名中１２名にｄ１と主観評価の間に負の相関がみられ、この指標ｄ１を用いて、聴覚刺激に対する快、不快の気分障害を判定することが可能となる。

一例として、ある被験者の主観評価と評価値ｄ１との相関図を図１２に示す。ここで、（６）式のべき数ｋ＝１を用いた。図１２の例では、相関係数Ｒ＝－０．７０で有意な負の相関が見られた。

［実施例２］
実施例２では、実施例１で得られた指標ＳＤ_θとＳＤ_δに対し、上記（７）式に従って線形和を求めた。１７名の被験者の主観評価から線形判別分析を行い、下記数式８のように（７）式の係数を得た。被験者１７名中１２名に評価値ｄ２と主観評価の間に負の相関がみられ、この指標ｄ２を用いて、聴覚刺激に対する快、不快の気分障害を判定することが可能となる。

一例として、ある被験者の主観評価と評価値ｄ２との相関図を図１３に示す。ここで、（７）式の係数は数式８を用いた。図１３の例では、相関係数Ｒ＝－０．７２で、有意な負の相関が見られた。

１００気分障害測定装置
１１０解析用コンピュータ
１１１処理部
１１２記憶部
１１３通信部
１１４バス
２００脳活動測定装置
２０２電位センサ
２０４頭部装着部
２０６信号ケーブル
２０８増幅器・帯域フィルタ
２１０信号ケーブル
２１２基準電位センサ

Claims

被験者の気分障害を測定する装置であって、
前記被験者の頭部上に配置された複数の電位センサを用いて異なる複数の部位の各々で測定された脳電位信号を取得する脳電位信号取得手段と、
前記取得された脳電位信号から抽出された脳活動に起因する特定の周波数帯の信号に基づいて脳電位データを算出し、前記被験者の気分障害を測定する気分障害測定手段と、を有し、
前記脳電位信号取得手段は、
前記被験者の頭部表面の前記各部位を囲む３つの異なる場所に取り付けられる電位センサを用いて脳深部の活動に起因する脳電位信号を取得するものであり、前記複数の部位が、側頭部と前頭部を含むものであり、
前記気分障害測定手段は、
前記側頭部から測定された周波数帯がθ域であり、前記前頭部から測定された周波数帯がδおよびθ域であり、
それぞれの電位センサにおいて取得されたそれぞれの脳電位信号から前記各部位のそれぞれの周波数帯の信号を抽出し、抽出された信号からサンプリング周期で脳電位データを抽出し、
それぞれの電位センサごとに抽出された３つの時系列データの位相関係に基づいて、それぞれの電位センサにおいて取得された信号の相関関係を示す相関値を算出し、および、
算出された相関値に基づいて脳深部からの信号を解析して脳機能を判断するための指標値を算出し、
前記各部位からの脳電位信号により算出した前記指標値を組み合わせて演算し、前記被験者の気分障害を判断するための指標値を算出することを特徴とする気分障害測定装置。
国際１０－２０法で規定される電極配置において、側頭部に配置される電位センサの位置がＰ３、Ｔ５およびＣ３、または、Ｐ４、Ｔ６およびＣ４であり、前頭部に配置される電位センサの位置がＦ３、Ｆ４およびＣｚであることを特徴とする請求項１に記載の気分障害測定装置。
前記被験者の気分障害を判断するための指標値を求める演算が、脳機能を判断するための指標値の累乗積、または、線形和であることを特徴とする請求項１または２に記載の気分障害測定装置。
被験者の気分障害を測定する方法であって、
前記被験者の頭部上に配置された複数の電位センサを用いて異なる複数の部位の各々で測定された脳電位信号を取得するステップと、
前記取得された脳電位信号から抽出された脳活動に起因する特定の周波数帯の信号に基づいて脳電位データを算出し、前記被験者の気分障害を測定するステップと、を有し、
前記被験者の頭部表面の前記各部位を囲む３つの異なる場所に取り付けられる電位センサを用いて脳からの信号を取得し、前記複数の部位を側頭部と前頭部を含むものとし、
前記側頭部から測定された周波数帯がθ域であり、前記前頭部から測定された周波数帯がδおよびθ域であり、
それぞれの電位センサにおいて取得されたそれぞれの脳電位信号から前記各部位のそれぞれの周波数帯の信号を抽出し、抽出された信号からサンプリング周期で脳電位データを抽出し、
それぞれの電位センサごとに抽出された３つの時系列データの位相関係に基づいて、それぞれの電位センサにおいて取得された信号の相関関係を示す相関値を算出し、および、
算出された相関値に基づいて脳深部からの信号を解析して脳機能を判断するための指標値を算出し、
前記各部位からの脳電位信号から算出した前記指標値を組み合わせて演算し、被験者の気分障害の指標値を算出することを特徴とする気分障害測定方法。