JPH0515595A - 生体リズム制御システム - Google Patents
生体リズム制御システムInfo
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- JPH0515595A JPH0515595A JP3175418A JP17541891A JPH0515595A JP H0515595 A JPH0515595 A JP H0515595A JP 3175418 A JP3175418 A JP 3175418A JP 17541891 A JP17541891 A JP 17541891A JP H0515595 A JPH0515595 A JP H0515595A
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- control
- rhythm
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 いつ、どのような状態になりたいかを入力で
きるようにし、望みの時間に、望みの覚醒レベルにする
というような制御を可能にする生体リズム制御システム
を得る。 【構成】 覚醒水準の変動を反映する生理反応を計測す
る生理反応計測部と、計測した生理反応から概日リズム
及び日内リズムを抽出する生体リズム抽出部と、制御目
標を入力する入力部と、制御目標と抽出したリズムの予
測曲線との違いより位相制御量を求め、これと、あらか
じめ記憶している位相反応曲線データを用いて、外的刺
激のパラメータを決定する制御出力決定部と、制御出力
に従って刺激を与える刺激提示部を備えたものである。
きるようにし、望みの時間に、望みの覚醒レベルにする
というような制御を可能にする生体リズム制御システム
を得る。 【構成】 覚醒水準の変動を反映する生理反応を計測す
る生理反応計測部と、計測した生理反応から概日リズム
及び日内リズムを抽出する生体リズム抽出部と、制御目
標を入力する入力部と、制御目標と抽出したリズムの予
測曲線との違いより位相制御量を求め、これと、あらか
じめ記憶している位相反応曲線データを用いて、外的刺
激のパラメータを決定する制御出力決定部と、制御出力
に従って刺激を与える刺激提示部を備えたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、生体リズムを計測
し、適切な外的刺激を加えてそれを制御することを目的
とし、勤務体系や時差に合わせて、概日リズムを調節し
たり、一日の中で重要な試合や商談の時間に的を合わせ
最適な覚醒レベルを実現することを可能にするものであ
る。
し、適切な外的刺激を加えてそれを制御することを目的
とし、勤務体系や時差に合わせて、概日リズムを調節し
たり、一日の中で重要な試合や商談の時間に的を合わせ
最適な覚醒レベルを実現することを可能にするものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置としては、脈拍数や
呼吸数・体動から睡眠中の生体リズムを検出する「生体
リズム検出装置（特開平１ー２３６０３３号公報）」、
「サーカディアンリズム曲線推定装置（特開平１ー２９
７０５３号公報）」や、睡眠状態を検出しこれに応じ
て、生体に覚醒刺激を与えることにより快適に目覚めさ
せる「睡眠の状態変化検出装置および睡眠状態制御装置
（特開平３ー４１９２６号公報）」があった。一方、睡
眠障害や季節的情動障害といった生体リズムの乱れによ
る症状に対する治療器として、「光治療器（特開平２ー
３０２２７６号公報）」があった。
呼吸数・体動から睡眠中の生体リズムを検出する「生体
リズム検出装置（特開平１ー２３６０３３号公報）」、
「サーカディアンリズム曲線推定装置（特開平１ー２９
７０５３号公報）」や、睡眠状態を検出しこれに応じ
て、生体に覚醒刺激を与えることにより快適に目覚めさ
せる「睡眠の状態変化検出装置および睡眠状態制御装置
（特開平３ー４１９２６号公報）」があった。一方、睡
眠障害や季節的情動障害といった生体リズムの乱れによ
る症状に対する治療器として、「光治療器（特開平２ー
３０２２７６号公報）」があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、「生体リズム
検出装置」と「サーカディアンリズム曲線推定装置」で
は、検出するだけで制御は行わない。「睡眠の状態変化
検出装置および睡眠状態制御装置」では、睡眠から覚醒
へという制御を行っているのみである。「光治療器」で
は、光刺激を生体リズムの位相とは関係なく、日周期に
合わせて与えることにより強制的に生体リズム（概日リ
ズム）を日周期に同期させようとするものであり大きい
刺激エネルギーが必要で、装置が大がかりになるという
難点があった。このようにこれまでには、望みの時間
に、望みの覚醒レベルにするというような制御を可能に
するという概念の生体リズム制御装置はなく、また個々
の生体の刺激反応性の違いに対応できるものもなかっ
た。
検出装置」と「サーカディアンリズム曲線推定装置」で
は、検出するだけで制御は行わない。「睡眠の状態変化
検出装置および睡眠状態制御装置」では、睡眠から覚醒
へという制御を行っているのみである。「光治療器」で
は、光刺激を生体リズムの位相とは関係なく、日周期に
合わせて与えることにより強制的に生体リズム（概日リ
ズム）を日周期に同期させようとするものであり大きい
刺激エネルギーが必要で、装置が大がかりになるという
難点があった。このようにこれまでには、望みの時間
に、望みの覚醒レベルにするというような制御を可能に
するという概念の生体リズム制御装置はなく、また個々
の生体の刺激反応性の違いに対応できるものもなかっ
た。
【０００４】そこで、この発明では制御目標として、い
つ、どのような状態になりたいかを入力できるように
し、望みの時間に、望みの覚醒レベルにするというよう
な制御を可能にする生体リズム制御システムを得ること
を目的としている。
つ、どのような状態になりたいかを入力できるように
し、望みの時間に、望みの覚醒レベルにするというよう
な制御を可能にする生体リズム制御システムを得ること
を目的としている。
【０００５】また、個々の生体の刺激反応性の違い、あ
るいは個体内の経年変化に対応できる生体リズム制御シ
ステムを得ることも目的とする。
るいは個体内の経年変化に対応できる生体リズム制御シ
ステムを得ることも目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る生体リズ
ム制御システムは、覚醒水準の変動を反映する生理反応
を計測する生理反応計測部と、計測した生理反応から概
日リズム（約２４時間の周期を持つ変動）及び日内リズ
ム（１．５〜２時間程度の周期を持つ変動）を抽出する
生体リズム抽出部と、制御目標を入力する入力部と、制
御目標と抽出したリズムの予測曲線との違いより位相制
御量を求め、これと、あらかじめ記憶している位相反応
曲線データを用いて、外的刺激のパラメータを決定する
制御出力決定部と、制御出力に従って刺激を与える刺激
提示部を備えたものである。
ム制御システムは、覚醒水準の変動を反映する生理反応
を計測する生理反応計測部と、計測した生理反応から概
日リズム（約２４時間の周期を持つ変動）及び日内リズ
ム（１．５〜２時間程度の周期を持つ変動）を抽出する
生体リズム抽出部と、制御目標を入力する入力部と、制
御目標と抽出したリズムの予測曲線との違いより位相制
御量を求め、これと、あらかじめ記憶している位相反応
曲線データを用いて、外的刺激のパラメータを決定する
制御出力決定部と、制御出力に従って刺激を与える刺激
提示部を備えたものである。
【０００７】さらに、刺激提示による生体リズムの実際
の位相変化を求め、意図した位相制御量との違いから、
記憶している位相反応曲線データに修正を加える位相反
応曲線データ修正部を合わせもつようにしたものであ
る。
の位相変化を求め、意図した位相制御量との違いから、
記憶している位相反応曲線データに修正を加える位相反
応曲線データ修正部を合わせもつようにしたものであ
る。
【０００８】
【作用】生理反応を計測して抽出した生体リズムから、
制御を加えなかったときの予測リズム曲線を求め、これ
と入力された制御目標から目標とするリズム曲線を求
め、二者の違いから位相制御量を求め、位相反応曲線デ
ータを用いて、外的刺激パラメータを決定することによ
り、小さい刺激で効率よく、目的に応じたきめ細かな制
御が可能になる。
制御を加えなかったときの予測リズム曲線を求め、これ
と入力された制御目標から目標とするリズム曲線を求
め、二者の違いから位相制御量を求め、位相反応曲線デ
ータを用いて、外的刺激パラメータを決定することによ
り、小さい刺激で効率よく、目的に応じたきめ細かな制
御が可能になる。
【０００９】また、位相反応曲線データを、実際の刺激
の結果により修正していくことにより、生体の反応特性
の個体差や、個体内の経年変化に対応することができ
る。
の結果により修正していくことにより、生体の反応特性
の個体差や、個体内の経年変化に対応することができ
る。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は請求項１記載の発明に請求項２記載の発明
を付加した場合の一実施例のブロック図である。実線で
囲んだ要素は請求項１の発明に係るもの、破線で囲んだ
要素は請求項２の発明に係るものである。図において、
１１は生理反応計測部、１２は生体リズム抽出部、１３
は制御目標入力部、１４は制御出力決定部、１５は刺激
提示部、１６は位相反応曲線データ修正部である。
する。図１は請求項１記載の発明に請求項２記載の発明
を付加した場合の一実施例のブロック図である。実線で
囲んだ要素は請求項１の発明に係るもの、破線で囲んだ
要素は請求項２の発明に係るものである。図において、
１１は生理反応計測部、１２は生体リズム抽出部、１３
は制御目標入力部、１４は制御出力決定部、１５は刺激
提示部、１６は位相反応曲線データ修正部である。
【００１１】次に、動作について説明する。生理反応計
測部１１では、被測定者の体温，心電図，脈波，脳波な
ど、覚醒レベルの変動を反映する生理反応を計測する。
生体リズム抽出部１２では、計測された生理反応にデー
タ解析を施し、覚醒レベルの変動を表わすパラメータに
変換し、パラメータが複数得られるときには、複数のパ
ラメータ値を合成して、生体リズムを抽出する。たとえ
ば、パラメータとしては体温は計測値そのままか移動平
均をとった値，心電図や脈波から得られる心（脈）拍値
及びその変動成分（体温性，血圧性，呼吸性），心電図
のＴ波高，脈波高，脳波の各周波数成分などがある。こ
れらの複数のパラメータ値を合成して生体リズムを抽出
する方法としては、それぞれのパラメータ値に対して予
め設定された時間シフトを施し、同じく予め設定された
係数を乗じて、加え合わせ、単一の生体リズムとして出
力してもよいし、あるいは生理反応モデルを用いて、生
体の内部パラメータ、たとえば、交感神経系の活動度，
副交感系の活動度，中枢活動度などに変換してから合成
してもよい。生体リズムは、概日リズム及び日内リズム
が重畳したものであるが、目的に応じていずれか一方を
抽出してもよい。たとえば、時差による概日リズムのず
れを調節する目的の場合、移動平均やフィルタリングに
より、周期の短いリズムは除去すればよい。逆に一日の
中での細かい制御が目的の場合、概日リズムを差し引く
などして、日内リズムのみ抽出してもよい。
測部１１では、被測定者の体温，心電図，脈波，脳波な
ど、覚醒レベルの変動を反映する生理反応を計測する。
生体リズム抽出部１２では、計測された生理反応にデー
タ解析を施し、覚醒レベルの変動を表わすパラメータに
変換し、パラメータが複数得られるときには、複数のパ
ラメータ値を合成して、生体リズムを抽出する。たとえ
ば、パラメータとしては体温は計測値そのままか移動平
均をとった値，心電図や脈波から得られる心（脈）拍値
及びその変動成分（体温性，血圧性，呼吸性），心電図
のＴ波高，脈波高，脳波の各周波数成分などがある。こ
れらの複数のパラメータ値を合成して生体リズムを抽出
する方法としては、それぞれのパラメータ値に対して予
め設定された時間シフトを施し、同じく予め設定された
係数を乗じて、加え合わせ、単一の生体リズムとして出
力してもよいし、あるいは生理反応モデルを用いて、生
体の内部パラメータ、たとえば、交感神経系の活動度，
副交感系の活動度，中枢活動度などに変換してから合成
してもよい。生体リズムは、概日リズム及び日内リズム
が重畳したものであるが、目的に応じていずれか一方を
抽出してもよい。たとえば、時差による概日リズムのず
れを調節する目的の場合、移動平均やフィルタリングに
より、周期の短いリズムは除去すればよい。逆に一日の
中での細かい制御が目的の場合、概日リズムを差し引く
などして、日内リズムのみ抽出してもよい。
【００１２】制御目標入力部１３では、制御目標の入力
を行なう。制御目標とは、いつ、どのような状態（どの
くらいの覚醒レベル）になりたいかということに関する
もので、時刻に関する情報（何日の何時、あるいは何時
間後）と状態（覚醒レベル）に関する情報（たとえば、
睡眠から目覚めるとか、もっとも覚醒した状態とか、覚
醒のピークの手前とか、覚醒レベルの下降期とか）をペ
アで一組以上入力する。入力方法としては、数値でもよ
いし、上記のように言葉による表現の選択であってもよ
いし、グラフ入力でもよい。
を行なう。制御目標とは、いつ、どのような状態（どの
くらいの覚醒レベル）になりたいかということに関する
もので、時刻に関する情報（何日の何時、あるいは何時
間後）と状態（覚醒レベル）に関する情報（たとえば、
睡眠から目覚めるとか、もっとも覚醒した状態とか、覚
醒のピークの手前とか、覚醒レベルの下降期とか）をペ
アで一組以上入力する。入力方法としては、数値でもよ
いし、上記のように言葉による表現の選択であってもよ
いし、グラフ入力でもよい。
【００１３】制御出力決定部１４では、まず、生理反応
から抽出したリズムを用いて制御目標に対応する時刻ま
での生体リズムの予測リズム曲線を求める。これには、
ＡＲモデルを用いた予測やカーブフィッティング法な
ど、時系列信号の予測に関する手法を適用する。概日リ
ズムと日内リズムを分離して抽出した場合には、別々に
予測して合成してもよい。同時に制御目標入力に従っ
て、目標リズム曲線を求める。制御目標の自由度が大き
い場合には、予測リズム曲線にもっとも近いものを目標
リズム曲線として求める。こうして求めた目標リズム曲
線と予測リズム曲線との違いより位相制御量を求め、こ
れと、あらかじめ記憶している位相反応曲線データを用
いて、外的刺激のパラメータを決定する。位相反応曲線
とは、リズム（振動）を発生している系に、外的刺激を
加えたときの位相変化を、刺激時点の振動の位相の関数
として表したものである。位相反応曲線は、刺激の種類
や大きさによって異なるので、位相反応曲線データは刺
激の種類，大きさ，刺激を加える位相，刺激による位相
変化の４次元のデータ構造をもつことになる。従って、
位相制御量が決まれば、それと等しいか、あるいはもっ
とも近い位相変化を起こす刺激パラメータのセット（刺
激の種類，大きさ，刺激を加える位相）を、刺激可能な
位相の制限の中で、選択することができる。刺激可能な
位相の制限は、制御目標入力時点から制御目標時点まで
に、リズムが一周期分に満たないときに生じるが、予測
リズム曲線から容易に求められる。また、最適な刺激パ
ラメータセットは一意に決まるとは限らないので、複数
の候補が生じた場合は、優先順位を決めておくなどして
一つに決定する。刺激を加える位相は予測リズム曲線を
用いて容易に刺激タイミングに変換される。
から抽出したリズムを用いて制御目標に対応する時刻ま
での生体リズムの予測リズム曲線を求める。これには、
ＡＲモデルを用いた予測やカーブフィッティング法な
ど、時系列信号の予測に関する手法を適用する。概日リ
ズムと日内リズムを分離して抽出した場合には、別々に
予測して合成してもよい。同時に制御目標入力に従っ
て、目標リズム曲線を求める。制御目標の自由度が大き
い場合には、予測リズム曲線にもっとも近いものを目標
リズム曲線として求める。こうして求めた目標リズム曲
線と予測リズム曲線との違いより位相制御量を求め、こ
れと、あらかじめ記憶している位相反応曲線データを用
いて、外的刺激のパラメータを決定する。位相反応曲線
とは、リズム（振動）を発生している系に、外的刺激を
加えたときの位相変化を、刺激時点の振動の位相の関数
として表したものである。位相反応曲線は、刺激の種類
や大きさによって異なるので、位相反応曲線データは刺
激の種類，大きさ，刺激を加える位相，刺激による位相
変化の４次元のデータ構造をもつことになる。従って、
位相制御量が決まれば、それと等しいか、あるいはもっ
とも近い位相変化を起こす刺激パラメータのセット（刺
激の種類，大きさ，刺激を加える位相）を、刺激可能な
位相の制限の中で、選択することができる。刺激可能な
位相の制限は、制御目標入力時点から制御目標時点まで
に、リズムが一周期分に満たないときに生じるが、予測
リズム曲線から容易に求められる。また、最適な刺激パ
ラメータセットは一意に決まるとは限らないので、複数
の候補が生じた場合は、優先順位を決めておくなどして
一つに決定する。刺激を加える位相は予測リズム曲線を
用いて容易に刺激タイミングに変換される。
【００１４】刺激提示部１５では、制御出力（刺激の種
類，大きさ,タイミング）に従って、必要な刺激を提示
する。刺激の種類は覚醒レベルに変化を与えるもので、
生体に害のないものであればよく、たとえば、光や音、
振動、温度変化、香りなどが考えられる。
類，大きさ,タイミング）に従って、必要な刺激を提示
する。刺激の種類は覚醒レベルに変化を与えるもので、
生体に害のないものであればよく、たとえば、光や音、
振動、温度変化、香りなどが考えられる。
【００１５】位相反応曲線データ修正部１６では、刺激
提示による生体リズムの実際の位相変化を求め、意図し
た位相制御量との違いから、記憶している位相反応曲線
データに修正を加える。修正の方法としては、位相反応
曲線データの対応部分を実際の位相変化データで置き換
えてもよいし、記憶していたデータと修正係数を乗じた
位相変化データから、新しい値を求めてもよい。また、
修正のタイミングとしては、制御を行うごとに修正して
もよいが、複数回分の結果のデータを蓄積してから修正
してもよい。
提示による生体リズムの実際の位相変化を求め、意図し
た位相制御量との違いから、記憶している位相反応曲線
データに修正を加える。修正の方法としては、位相反応
曲線データの対応部分を実際の位相変化データで置き換
えてもよいし、記憶していたデータと修正係数を乗じた
位相変化データから、新しい値を求めてもよい。また、
修正のタイミングとしては、制御を行うごとに修正して
もよいが、複数回分の結果のデータを蓄積してから修正
してもよい。
【００１６】上記実施例では、一度の刺激で、目的とす
る位相変化を生じさせる制御出力を求めるようにした
が、制御目標時点までの時間が長い場合には特に、複数
回に分けて位相変化を起こすような位相制御量を求め、
各刺激ごとに、位相制御量を調節していくやり方をとる
ほうが望ましい。
る位相変化を生じさせる制御出力を求めるようにした
が、制御目標時点までの時間が長い場合には特に、複数
回に分けて位相変化を起こすような位相制御量を求め、
各刺激ごとに、位相制御量を調節していくやり方をとる
ほうが望ましい。
【００１７】上記実施例においては、位相反応曲線デー
タを用いたが、刺激後の位相を刺激時点の位相の関数と
して表わす位相遷移曲線データを用いても、同様のこと
が行えることは言うまでもない。
タを用いたが、刺激後の位相を刺激時点の位相の関数と
して表わす位相遷移曲線データを用いても、同様のこと
が行えることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、生理
反応を計測して抽出した生体リズムから、制御を加えな
かったときの予測リズム曲線を求め、これと入力された
制御目標から目標とするリズム曲線を求め、二者の違い
から位相制御量を求め、位相反応曲線データを用いて、
外的刺激パラメータを決定するようにしたので、小さい
刺激で効率よく、目的に応じたきめ細かな制御が可能に
なるという効果がある。
反応を計測して抽出した生体リズムから、制御を加えな
かったときの予測リズム曲線を求め、これと入力された
制御目標から目標とするリズム曲線を求め、二者の違い
から位相制御量を求め、位相反応曲線データを用いて、
外的刺激パラメータを決定するようにしたので、小さい
刺激で効率よく、目的に応じたきめ細かな制御が可能に
なるという効果がある。
【００１９】また、位相反応曲線データを、実際の刺激
の結果により修正するようにしたので、生体の反応特性
の個体差や、個体内の経年変化に対応することができる
という効果がある。
の結果により修正するようにしたので、生体の反応特性
の個体差や、個体内の経年変化に対応することができる
という効果がある。
【図１】この発明の一実施例による生体リズム制御シス
テムを示すブロック図である。
テムを示すブロック図である。
１１ 生理反応計測部
１２ 生体リズム抽出部
１３ 制御目標入力部
１４ 制御出力決定部
１５ 刺激提示部
１６ 位相反応曲線データ修正部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 明石 千恵
尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機
株式会社中央研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 覚醒水準の変動を反映する生理反応を計
測する生理反応計測部、計測した生理反応から概日リズ
ム（約２４時間の周期を持つ変動）及び日内リズム
（１．５〜２時間程度の周期を持つ変動）を抽出する生
体リズム抽出部、制御目標を入力する入力部、制御目標
と抽出したリズムの予測曲線との違いより位相制御量を
求め、これと、あらかじめ記憶している位相反応曲線デ
ータを用いて、外的刺激のパラメータを決定する制御出
力決定部、制御出力に従って刺激を与える刺激提示部か
らなる生体リズム制御システム。 - 【請求項２】 刺激提示による生体リズムの実際の位相
変化を求め、意図した位相制御量との違いから、記憶し
ている位相反応曲線データに修正を加える位相反応曲線
データ修正部を合わせもつ請求項１記載の生体リズム制
御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3175418A JP2917592B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 生体リズム制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3175418A JP2917592B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 生体リズム制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0515595A true JPH0515595A (ja) | 1993-01-26 |
| JP2917592B2 JP2917592B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=15995755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3175418A Expired - Fee Related JP2917592B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 生体リズム制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2917592B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007044201A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Sekisui House Ltd | 睡眠環境調整システム及び睡眠環境調整方法 |
| JP2013210869A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Sony Corp | 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム |
| US9024764B2 (en) | 2007-01-25 | 2015-05-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Method and apparatus for manipulating driver core temperature to enhance driver alertness |
| JP2015108469A (ja) * | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 三菱電機株式会社 | 環境制御システム |
| JP2015520427A (ja) * | 2012-03-07 | 2015-07-16 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 概日時間の差の生成 |
| US9386925B2 (en) | 2006-05-11 | 2016-07-12 | MEDIMETRICS Personalized Drug Delivery B.V. | Device for drug administration and/or monitoring the status of a patient |
| KR20170129689A (ko) * | 2015-01-06 | 2017-11-27 | 데이비드 버톤 | 모바일 웨어러블 모니터링 시스템 |
| JP2020120983A (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | 積水ハウス株式会社 | 覚醒装置及びプログラム |
| JP2021049041A (ja) * | 2019-09-24 | 2021-04-01 | 株式会社豊田中央研究所 | 生体リズム予測装置及びプログラム |
-
1991
- 1991-07-16 JP JP3175418A patent/JP2917592B2/ja not_active Expired - Fee Related
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