JPH08206085A - Autonomic activity-classifying device - Google Patents

Autonomic activity-classifying device

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JPH08206085A
JPH08206085A JP3907295A JP3907295A JPH08206085A JP H08206085 A JPH08206085 A JP H08206085A JP 3907295 A JP3907295 A JP 3907295A JP 3907295 A JP3907295 A JP 3907295A JP H08206085 A JPH08206085 A JP H08206085A
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JP
Japan
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autonomic nerve
value data
autonomic
frequency distribution
index value
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Toshimasa Yamazaki
敏正 山崎
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Abstract

PURPOSE: To make high speed classification of the autonomic activity conditions by using a neural network model of statistic structure incorporation type. CONSTITUTION: An autonomic index data frequency distribution preparing part 16 prepares the data concerning the frequency distribution of the autonomic indices using the autonomic index data, and a frequency distribution form parameter presuming part 17 presumes the parameter which characterizes the shape of the frequency distribution, and an initial value data preparing part 18 prepares the initial value data pertaining to the posterior identification probability of the autonomic activity. A neural network model part 19 of statistic structure incorporation type represents the probability distribution of the population of the autonomic index data using a finite number of components having a specific probability distribution, presumes by study the parameters of those components, and emits the candidate of the condition of autonomic activity corresponding to the autonomic index data. An autonomic activity classifying part 20 classifies the autonomic activities of the subject into several stages.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は自律神経活動分類装置に
関し、特に自律神経指標値データを利用して自律神経活
動を自動的にかつ高速に分類する自律神経活動分類装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autonomic nerve activity classification device, and more particularly to an autonomic nerve activity classification device for automatically and rapidly classifying autonomic nerve activity using autonomic nerve index value data.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の自律神経活動解析装置と
しては、例えば、第8回ヒューマン・インタフェース・
シンポジウム論文集、Oct.21−23,1992,
471〜474頁に鈴木氏と滝沢氏とが「精神作業負荷
による血圧変動特性のスペクトル解析による評価」と題
して発表した論文に記載されているような装置が知られ
ている。これは、図7に示すような基本構成を持ち、自
律神経指標計測用センサ51としてのフィナプレスは血
圧測定用、自律神経指標計測用センサ52としての電極
は心電図用、自律神経指標計測用センサ53としてのサ
ーミスタは呼吸測定用に使われる。自律神経指標計測用
センサ52および53は、それぞれ自律神経指標計測部
41としての生体用アンプ(HiCut 30Hz,時
定数0.1msec)およびアンプ(HiCut 5H
z,時定数5.2msec)を介して、自律神経指標信
号記録・再生部42としてのデータレコーダーに記録さ
れる。自律神経指標解析部43は、シグナルプロセッサ
とワークステーションとから構成されている。シグナル
プロセッサでは、自律神経指標信号記録・再生部42に
記録された自律神経指標信号421を用いてA/D変換
を行う。ワークステーションは、例えば、A/D変換後
の血圧データにデータ圧縮処理あるいはスペクトル解析
を施す。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an autonomic nerve activity analyzing apparatus of this kind, for example, the 8th Human Interface
Symposium Proceedings, Oct. 21-23, 1992,
There is known a device as described in a paper published on pages 471 to 474 by Mr. Suzuki and Mr. Takizawa entitled "Evaluation of blood pressure fluctuation characteristics by mental work load by spectrum analysis". This has a basic configuration as shown in FIG. 7, and the finapress as the sensor for measuring autonomic nerve index 51 is for blood pressure measurement, the electrode as the sensor for autonomic nerve index measurement 52 is for electrocardiography, and the sensor for autonomic nerve index measurement. The thermistor as 53 is used for respiration measurement. The sensors 52 and 53 for measuring the autonomic nerve index are an amplifier (HiCut 30 Hz, time constant 0.1 msec) for the living body and an amplifier (HiCut 5H) as the autonomic nerve index measuring unit 41, respectively.
z, time constant 5.2 msec), and is recorded in the data recorder as the autonomic nerve index signal recording / reproducing unit 42. The autonomic nerve index analysis unit 43 includes a signal processor and a workstation. The signal processor performs A / D conversion using the autonomic nerve index signal 421 recorded in the autonomic nerve index signal recording / reproducing unit 42. The workstation performs data compression processing or spectrum analysis on the blood pressure data after A / D conversion, for example.

【0003】自律神経指標解析部43で得られる結果
は、すべて、時間あるいは周波数の関数としてグラフ化
される。したがって、実験者は、そのグラフの視察によ
り、自律神経活動が変化した時刻や自律神経活動の変化
による主たる周波数帯のシフトを読み取るに過ぎない。
All the results obtained by the autonomic nerve index analysis unit 43 are graphed as a function of time or frequency. Therefore, the experimenter only reads the time when the autonomic nerve activity changes and the shift of the main frequency band due to the change of the autonomic nerve activity, by observing the graph.

【0004】自律神経活動の分類の自動化の試みとし
て、自律神経指標値データに確率分布モデルを当てはめ
る方法が考えられる。この方法は、仮定された確率分布
モデルから計算される対数尤度を最小化する確率分布モ
デルのパラメータを求めるものであり、この最小化問題
に従来の最適化手法を適用しようとすれば、対数尤度の
パラメータに関する(1階と2階の)偏微分を計算しな
ければならない。例えば、確率分布モデルとして、分類
すべき活動状態の数のコンポーネントを有する混合正規
分布モデルを仮定する。この場合の分類すべき活動状態
数K、推定すべき未知パラメータの数P、偏微分の計算
回数TCの関係は、 P=3(K−1)+2, TC= P+P(P+1)/2 となり、状態数の増加とともに、偏微分の計算回数は増
えていく。さらに、状態数が多い場合、従来の最適化手
法で容易に収束するとは考え難く、確率分布モデルのパ
ラメータ推定に要する計算時間は膨大になる。
As an attempt to automate the classification of autonomic nerve activity, a method of applying a probability distribution model to autonomic nerve index value data can be considered. This method finds the parameters of the probability distribution model that minimizes the log-likelihood calculated from the assumed probability distribution model.If we try to apply the conventional optimization method to this minimization problem, the logarithmic A partial derivative (first and second order) with respect to the likelihood parameter has to be calculated. For example, a probability distribution model is assumed to be a mixed normal distribution model having components of the number of active states to be classified. In this case, the relationship between the number of activity states K to be classified, the number P of unknown parameters to be estimated, and the number of partial differential calculation TC is P = 3 (K-1) +2, TC = P + P (P + 1) / 2, The number of partial differential calculations increases as the number of states increases. Furthermore, when the number of states is large, it is unlikely that the conventional optimization method will converge easily, and the calculation time required for parameter estimation of the probability distribution model becomes enormous.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の自律神
経活動解析装置では、自律神経活動に関するグラフが出
力されるだけで、その結果を実験者が視察により自律神
経活動の変化等を読み取るにすぎないという問題点があ
った。
In the above-mentioned conventional autonomic nerve activity analysis device, only the graph relating to the autonomic nerve activity is output, and the experimenter only reads the change in the autonomic nerve activity by the inspection. There was a problem that it did not exist.

【0006】また、自律神経指標値データに確率分布モ
デルを当てはめる場合には、分類すべき自律神経活動の
状態数が増えると、確率分布モデルのパラメータ推定に
要する計算時間が膨大になるという問題点があった。
Further, when a probability distribution model is applied to the autonomic nerve index value data, if the number of states of the autonomic nerve activity to be classified increases, the calculation time required for parameter estimation of the probability distribution model becomes enormous. was there.

【0007】本発明の目的は、統計的構造組み込み型ニ
ューラルネットワークモデルを利用して、分類すべき活
動の状態数が増えても、自律神経指標値データに基づく
確率分布モデルのパラメータ推定に要する計算時間が少
なくてすむようにし、高速な分類を可能とするようにし
た自律神経活動分類装置を提供することにある。
An object of the present invention is to make a calculation required for parameter estimation of a probability distribution model based on autonomic nerve index value data even if the number of states of activities to be classified increases by using a statistical structure-embedded neural network model. It is an object of the present invention to provide an autonomic nerve activity classification device that requires less time and enables high-speed classification.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の自律神経活動分
類装置は、自律神経指標値データを利用した自律神経活
動分類装置において、自律神経指標値データを利用し
て、自律神経指標値の頻度分布に関するデータを生成す
る自律神経指標値データ頻度分布作成手段と、この自律
神経指標値データ頻度分布作成手段により生成された自
律神経指標値の頻度分布に関するデータを利用して、自
律神経指標値データの頻度分布の形状を特徴付けるパラ
メータを推定する頻度分布形状パラメータ推定手段と、
この頻度分布形状パラメータ推定手段により推定された
自律神経指標値データの頻度分布の形状を特徴付けるパ
ラメータを利用して、自律神経活動の事後識別確率に関
する初期値データを生成する初期値データ生成手段と、
学習モードを備え、入力層,中間層および出力層の3種
類からなり、入力層に、前記自律神経指標値データ頻度
分布作成手段により生成された自律神経指標値の頻度分
布に関するデータと前記初期値データ生成手段により生
成された自律神経活動の事後識別確率に関する初期値デ
ータとを与え、出力層に、ある特定の確率分布を有する
有限個のコンポーネントを用いて自律神経指標値データ
の母集団の確率分布を表現し、各コンポーネントのパラ
メータを学習的に推定するとともに、自律神経指標値デ
ータに対応する自律神経活動の状態の候補を表すデータ
を出力する統計的構造組み込み型ニューラルネットワー
クモデル手段と、統計的構造組み込み型ニューラルネッ
トワークモデル手段より出力される確率分布モデルのパ
ラメータおよび自律神経指標値データに対応する自律神
経活動の状態の候補を表すデータを利用して、被験者の
自律神経活動の状態をいくつかの段階に分類する自律神
経活動分類手段とを有する。さらに、前記自律神経活動
分類手段よる分類結果に基づいて、分類結果が実験者に
とって望ましい結果かどうかを判断し、必要であれば自
律神経指標の振幅値データの区間境界値の変更を前記自
律神経指標値データ頻度分布作成手段に指示して自律神
経活動の分類を再実施させる自律神経指標測定・解析手
続き制御手段を備える。
The autonomic nerve activity classification device of the present invention is an autonomic nerve activity classification device using autonomic nerve index value data, wherein the autonomic nerve index value data is used to determine the frequency of the autonomic nerve index value. Autonomic nerve index value data using the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means for generating data on the distribution and the autonomic nerve index value data frequency distribution data generated by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means A frequency distribution shape parameter estimating means for estimating parameters characterizing the shape of the frequency distribution of
Using the parameters that characterize the shape of the frequency distribution of the autonomic nerve index value data estimated by this frequency distribution shape parameter estimation means, initial value data generation means for generating initial value data relating to the posterior identification probability of autonomic nerve activity,
The learning mode is provided, and the input layer, the intermediate layer, and the output layer are composed of three types, and the input layer includes data on the frequency distribution of the autonomic nerve index value generated by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means and the initial value. The initial value data concerning the posterior discrimination probability of the autonomic nerve activity generated by the data generating means is given, and the probability of the population of the autonomic nerve index value data is obtained by using a finite number of components having a certain probability distribution in the output layer. A statistical structure-embedded neural network model means for expressing a distribution, estimating the parameters of each component learning-wise, and outputting data representing candidates for the state of autonomic nerve activity corresponding to the autonomic nerve index value data, and statistics. Parameters of the probability distribution model output from the neural network model means with built-in statistical structure and Using data representative of a candidate of the state of the autonomic nervous activity corresponding to the nerve index data, and an autonomic nerve activity classification means for classifying the several stages the state of the autonomic nervous activity of the subject. Further, based on the classification result by the autonomic nerve activity classification means, it is judged whether the classification result is a desirable result for the experimenter, and if necessary, the section boundary value of the amplitude value data of the autonomic nerve index is changed by the autonomic nerve. An autonomic nerve index measurement / analysis procedure control means for instructing the index value data frequency distribution creating means to re-perform classification of autonomic nerve activity is provided.

【0009】また、本発明の自律神経活動分類装置は、
自律神経指標値データを利用した自律神経活動分類装置
において、自律神経指標値データを利用して、自律神経
指標値の頻度分布に関するデータを生成する自律神経指
標値データ頻度分布作成手段と、0から1までの範囲の
乱数を利用して、自律神経活動の事後識別確率に関する
初期値データを生成する初期値データ生成手段と、学習
モードを備え、入力層,中間層および出力層の3種類か
らなり、入力層に、前記自律神経指標値データ頻度分布
作成手段により生成された自律神経指標値の頻度分布に
関するデータと前記初期値データ生成手段により生成さ
れた自律神経活動の事後識別確率に関する初期値データ
とを与え、出力層に、ある特定の確率分布を有する有限
個のコンポーネントを用いて自律神経指標値データの母
集団の確率分布を表現し、各コンポーネントのパラメー
タを学習的に推定するとともに、自律神経指標値データ
に対応する自律神経活動の状態の候補を表すデータを出
力する統計的構造組み込み型ニューラルネットワークモ
デル手段と、統計的構造組み込み型ニューラルネットワ
ークモデル手段より出力される確率分布モデルのパラメ
ータおよび自律神経指標値データに対応する自律神経活
動の状態の候補を表すデータを利用して、被験者の自律
神経活動の状態をいくつかの段階に分類する自律神経活
動分類手段と、この自律神経活動分類手段よる分類結果
に基づいて、分類結果が実験者にとって望ましい結果か
どうかを判断し、必要であれば自律神経指標の振幅値デ
ータの区間境界値の変更を前記自律神経指標値データ頻
度分布作成手段に指示して自律神経活動の分類を再実施
させる自律神経指標測定・解析手続き制御手段とを有す
る。
Further, the autonomic nerve activity classification apparatus of the present invention is
In an autonomic-nerve activity classification device using autonomic-nerve index value data, using the autonomic-nerve index value data, an autonomic-nerve index value data frequency distribution creating unit that generates data relating to the frequency distribution of the autonomic-nerve index value; An initial value data generating means for generating initial value data relating to the posterior identification probability of autonomic nerve activity using random numbers in the range of 1 and a learning mode are provided, and the input layer, the intermediate layer and the output layer are provided. , Data on the frequency distribution of the autonomic nerve index values generated by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means and initial value data on the posterior discrimination probability of the autonomic nerve activity generated by the initial value data generating means in the input layer , And the probability distribution of the population of the autonomic nerve index value data is output to the output layer using a finite number of components having a certain probability distribution. A statistical structure-embedded neural network model means, which outputs the data representing the candidates of the state of the autonomic nerve activity corresponding to the autonomic nerve index value data, while estimating the parameters of each component learning-wise, and the statistical structure embedding. Type neural network model means for outputting the parameters of the probability distribution model and the autonomic nerve activity state candidates corresponding to the autonomic nerve index value data to determine the autonomic nerve activity state of the subject at several stages. Based on the autonomic nerve activity classification means to be classified into, and the classification result by this autonomic nerve activity classification means, it is judged whether the classification result is a desirable result for the experimenter, and if necessary, the section of the amplitude value data of the autonomic nerve index. Instructing the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means to change the boundary value And a autonomic nervous index measurement and analysis procedure control means for re-performing the classification of the dynamic.

【0010】[0010]

【作用】本発明の自律神経活動分類装置では、自律神経
指標値データ頻度分布作成手段が自律神経指標値データ
を利用して、自律神経指標値の頻度分布に関するデータ
を生成し、頻度分布形状パラメータ推定手段が自律神経
指標値データ頻度分布作成手段により生成された自律神
経指標値の頻度分布に関するデータを利用して、自律神
経指標値データの頻度分布の形状を特徴付けるパラメー
タを推定し、初期値データ生成手段が頻度分布形状パラ
メータ推定手段により推定された自律神経指標値データ
の頻度分布の形状を特徴付けるパラメータを利用して、
自律神経活動の事後識別確率に関する初期値データを生
成し、統計的構造組み込み型ニューラルネットワークモ
デル手段が学習モードを備え、入力層,中間層および出
力層の3種類からなり、入力層に、自律神経指標値デー
タ頻度分布作成手段により生成された自律神経指標値の
頻度分布に関するデータと初期値データ生成手段により
生成された自律神経活動の事後識別確率に関する初期値
データとを与え、出力層に、ある特定の確率分布を有す
る有限個のコンポーネントを用いて自律神経指標値デー
タの母集団の確率分布を表現し、各コンポーネントのパ
ラメータを学習的に推定するとともに、自律神経指標値
データに対応する自律神経活動の状態の候補を表すデー
タを出力し、自律神経活動分類手段が統計的構造組み込
み型ニューラルネットワークモデル手段より出力される
確率分布モデルのパラメータおよび自律神経指標値デー
タに対応する自律神経活動の状態の候補を表すデータを
利用して、被験者の自律神経活動の状態をいくつかの段
階に分類する。
In the autonomic nerve activity classification device of the present invention, the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means uses the autonomic nerve index value data to generate data relating to the frequency distribution of the autonomic nerve index values, and the frequency distribution shape parameter The estimation means estimates the parameters characterizing the shape of the frequency distribution of the autonomic nerve index value data by using the data on the frequency distribution of the autonomic nerve index value data generated by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means, and the initial value data Utilizing the parameter that characterizes the shape of the frequency distribution of the autonomic nerve index value data generated by the frequency distribution shape parameter estimation means by the generation means,
Initial value data relating to the posterior discrimination probability of autonomic nerve activity is generated, the statistical structure-embedded neural network model means is provided with a learning mode, and is composed of three types of an input layer, an intermediate layer, and an output layer. Given the data about the frequency distribution of the autonomic nerve index values generated by the index value data frequency distribution creating means and the initial value data about the posterior identification probability of the autonomic nerve activity generated by the initial value data generating means, and in the output layer A finite number of components with a specific probability distribution are used to express the probability distribution of the population of the autonomic nerve index value data, the parameters of each component are learned, and the autonomic nerves corresponding to the autonomic nerve index value data are estimated. Data representing the candidates of activity states is output, and the autonomic nerve activity classifying means outputs a statistical structure-embedded neural network. The state of the autonomic nerve activity of the subject is classified into several stages by using the data representing the candidates of the state of the autonomic nerve activity corresponding to the parameters of the probability distribution model and the autonomic nerve index value data output from the network model means. To do.

【0011】また、本発明の自律神経活動分類装置で
は、自律神経指標値データ頻度分布作成手段が自律神経
指標値データを利用して、自律神経指標値の頻度分布に
関するデータを生成し、初期値データ生成手段が0から
1までの範囲の乱数を利用して、自律神経活動の事後識
別確率に関する初期値データを生成し、統計的構造組み
込み型ニューラルネットワークモデル手段が、学習モー
ドを備え、入力層,中間層および出力層の3種類からな
り、入力層に、自律神経指標値データ頻度分布作成手段
により生成された自律神経指標値の頻度分布に関するデ
ータと初期値データ生成手段により生成された自律神経
活動の事後識別確率に関する初期値データとを与え、出
力層に、ある特定の確率分布を有する有限個のコンポー
ネントを用いて自律神経指標値データの母集団の確率分
布を表現し、各コンポーネントのパラメータを学習的に
推定するとともに、自律神経指標値データに対応する自
律神経活動の状態の候補を表すデータを出力し、自律神
経活動分類手段が統計的構造組み込み型ニューラルネッ
トワークモデル手段より出力される確率分布モデルのパ
ラメータおよび自律神経指標値データに対応する自律神
経活動の状態の候補を表すデータを利用して、被験者の
自律神経活動の状態をいくつかの段階に分類し、自律神
経指標測定・解析手続き制御手段が自律神経活動分類手
段よる分類結果に基づいて、分類結果が実験者にとって
望ましい結果かどうかを判断し、必要であれば自律神経
指標の振幅値データの区間境界値の変更を自律神経指標
値データ頻度分布作成手段に指示して自律神経活動の分
類を再実施させる。
Further, in the autonomic-nerve activity classification device of the present invention, the autonomic-nerve index value data frequency distribution creating means uses the autonomic-nerve index value data to generate data relating to the frequency distribution of the autonomic-nerve index values, and to generate an initial value. The data generation means uses random numbers in the range of 0 to 1 to generate initial value data relating to the posterior discrimination probability of autonomic nerve activity, and the statistical structure-embedded neural network model means has a learning mode and an input layer. , An intermediate layer and an output layer, and in the input layer, data relating to the frequency distribution of the autonomic nerve index value generated by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means and the autonomic nerve generated by the initial value data generating means. Given the initial value data for the posterior identification probability of an activity, and autonomously using a finite number of components with a certain probability distribution in the output layer It expresses the probability distribution of the population of the index data, estimates the parameters of each component in a learning manner, and outputs data representing the candidates of the state of autonomic nerve activity corresponding to the autonomic nerve index value data. The activity classification means outputs the candidates of the autonomic nerve activity state corresponding to the parameters and the autonomic nerve index value data of the probability distribution model output from the statistical structure-embedded neural network model means, and the autonomic nerve of the subject is used. The state of activity is classified into several stages, the autonomic nerve index measurement / analysis procedure control means judges whether the classification result is a desirable result for the experimenter based on the classification result by the autonomic nerve activity classification means, and it is necessary. If so, it instructs the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means to change the section boundary value of the amplitude value data of the autonomic nerve index. To re-implement the classification of law neural activity.

【0012】[0012]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
The present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明の一実施例に係る自律神経
活動分類装置の構成を示すブロック図である。本実施例
の自律神経活動分類装置は、自律神経指標計測用センサ
10と、自律神経指標計測部11と、自律神経指標信号
記録制御部12と、自律神経指標信号記録・再生部13
と、自律神経指標値データ変換部14と、変換データ記
録・再生部15と、自律神経指標値データ頻度分布作成
部16と、頻度分布形状パラメータ推定部17と、初期
値データ生成部18と、統計的構造組み込み型ニューラ
ルネットワークモデル部19と、自律神経活動分類部2
0と、自律神経指標測定・解析手続き制御部21とから
構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an autonomic nerve activity classification apparatus according to an embodiment of the present invention. The autonomic nerve activity classification device of the present embodiment includes an autonomic nerve index measurement sensor 10, an autonomic nerve index measurement unit 11, an autonomic nerve index signal recording control unit 12, and an autonomic nerve index signal recording / reproducing unit 13.
An autonomic nerve index value data conversion unit 14, a conversion data recording / reproduction unit 15, an autonomic nerve index value data frequency distribution creation unit 16, a frequency distribution shape parameter estimation unit 17, an initial value data generation unit 18, Neural network model unit 19 with built-in statistical structure and autonomic nerve activity classification unit 2
0 and an autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit 21.

【0014】自律神経指標計測部11は、自律神経指標
計測用センサ10を介して入力された自律神経指標を増
幅し、必要とあれば雑音除去のためのフィルタリングな
どの前処理を行い、自律神経指標に関する信号111を
出力する。
The autonomic nerve index measuring unit 11 amplifies the autonomic nerve index input via the autonomic nerve index measuring sensor 10 and performs preprocessing such as filtering for noise removal, if necessary, to perform autonomic nerve index measurement. The signal 111 related to the index is output.

【0015】自律神経指標信号記録制御部12は、自律
神経指標測定・解析手続き制御部21から出力される自
律神経指標計測開始時刻および終了時刻に関する信号2
11と、自律神経指標計測部11から出力される自律神
経指標に関する信号111とを用いて、自律神経指標の
記録を開始する時刻になってから終了する時刻まで、自
律神経指標信号記録・再生部13に自律神経指標に関す
る信号121を出力する。
The autonomic nerve index signal recording control unit 12 outputs the signal 2 relating to the autonomic nerve index measurement start time and end time output from the autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit 21.
11 and the signal 111 related to the autonomic nerve index output from the autonomic nerve index measurement unit 11 until the time when the recording of the autonomic nerve index starts and the time when the autonomic nerve index recording ends. A signal 121 related to the autonomic nerve index is output to 13.

【0016】自律神経指標信号記録・再生部13は、自
律神経指標信号記録制御部12より出力された自律神経
指標に関する信号121を入力し、記録,保持および再
生する。
The autonomic nerve index signal recording / reproducing unit 13 inputs the signal 121 relating to the autonomic nerve index output from the autonomic nerve index signal recording control unit 12, and records, holds and reproduces it.

【0017】自律神経指標値データ変換部14は、自律
神経指標信号記録・再生部13に記録された自律神経指
標に関する信号131を利用して、自律神経指標の振幅
値に関する信号141に変換する。
The autonomic nerve index value data conversion unit 14 uses the signal 131 regarding the autonomic nerve index recorded in the autonomic nerve index signal recording / reproducing unit 13 to convert into a signal 141 regarding the amplitude value of the autonomic nerve index.

【0018】変換データ記録・再生部15は、自律神経
指標値データ変換部14より出力された自律神経指標の
振幅値に関する信号141を入力し、記録,保持および
再生する。
The converted data recording / reproducing unit 15 inputs the signal 141 relating to the amplitude value of the autonomic nerve index output from the autonomic nerve index value data converting unit 14, and records, holds and reproduces it.

【0019】自律神経指標値データ頻度分布作成部16
は、変換データ記録・再生部15に記録された自律神経
指標の振幅値に関する信号151を利用して、自律神経
指標値データの頻度分布に関するデータ161を生成す
る。
Autonomic nerve index value data frequency distribution creating unit 16
Uses the signal 151 regarding the amplitude value of the autonomic nerve index recorded in the conversion data recording / reproducing unit 15 to generate data 161 regarding the frequency distribution of the autonomic nerve index value data.

【0020】頻度分布形状パラメータ推定部17は、自
律神経指標値データ頻度分布作成部16より出力される
自律神経指標値データの頻度分布に関する信号161を
利用して、頻度分布の形状を特徴付けるパラメータを推
定する。
The frequency distribution shape parameter estimation unit 17 uses the signal 161 relating to the frequency distribution of the autonomic nerve index value data output from the autonomic nerve index value data frequency distribution generation unit 16 to determine the parameter that characterizes the shape of the frequency distribution. presume.

【0021】初期値データ生成部18は、頻度分布形状
パラメータ推定部17より出力される頻度分布の形状を
特徴付けるパラメータ(信号)171を利用して、自律
神経活動の事後識別確率に関する初期値データ181を
計算する。
The initial value data generation unit 18 uses the parameters (signals) 171 that are output from the frequency distribution shape parameter estimation unit 17 and characterize the shape of the frequency distribution, and the initial value data 181 relating to the posterior identification probability of autonomic nerve activity. To calculate.

【0022】統計的構造組み込み型ニューラルネットワ
ークモデル部19は、入力層に、自律神経指標値データ
頻度分布作成部16より出力される自律神経指標値の頻
度分布に関するデータ161および初期値データ生成部
18より出力される自律神経活動の事後識別確率の初期
値データに関する信号181を与え、出力層に、ある特
定の確率分布を有する有限個のコンポーネントを用いて
自律神経指標値データの母集団の確率分布を表現し、各
コンポーネントのパラメータ191を学習的に推定する
とともに、自律神経指標値データに対応する自律神経活
動の状態の候補を表すデータに関する信号192を出力
する。
The statistical structure-embedded neural network model unit 19 includes, in the input layer, data 161 relating to the frequency distribution of the autonomic nerve index value output from the autonomic nerve index value data frequency distribution generation unit 16 and the initial value data generation unit 18. A signal 181 relating to the initial value data of the posterior discriminant probability of the autonomic nerve activity output is given, and a finite number of components having a certain probability distribution are used in the output layer to generate the probability distribution of the population of the autonomic nerve index value data. And the parameter 191 of each component is learned and estimated, and a signal 192 relating to data representing a candidate for the state of autonomic nerve activity corresponding to the autonomic nerve index value data is output.

【0023】自律神経活動分類部20は、統計的構造組
み込み型ニューラルネットワークモデル部19より出力
される確率分布モデルのパラメータに関する信号191
および自律神経活動の状態の候補に関する信号192を
利用して、被験者の自律神経活動の状態をいくつかの段
階に分類する。
The autonomic nerve activity classification unit 20 outputs a signal 191 relating to the parameters of the probability distribution model output from the statistical structure-embedded neural network model unit 19.
And the signal 192 regarding the candidate state of the autonomic nerve activity is utilized to classify the state of the autonomic nerve activity of the subject into several stages.

【0024】自律神経指標測定・解析手続き制御部21
は、自律神経活動分類部20より出力された分類結果に
関する信号201に基づいて、分類結果が実験者にとっ
て望ましい結果かどうかを判断する。必要とあれば、自
律神経指標の振幅値データの区間境界値の変更に関する
信号212を自律神経指標値データ頻度分布作成部16
に出力し、自律神経活動の分類を再度実施する。
Autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit 21
Determines whether the classification result is a desirable result for the experimenter, based on the signal 201 regarding the classification result output from the autonomic nerve activity classification unit 20. If necessary, the signal 212 relating to the change of the section boundary value of the amplitude value data of the autonomic nerve index is sent to the autonomic nerve index value data frequency distribution creating unit 16
, And classify the autonomic nerve activity again.

【0025】自律神経系の活動を反映する生理指標は、
瞳孔面積,血流量,心音図,心電図,心磁図,心拍数,
心拍間隔,心拍ゆらぎ,指尖脈波,血圧,唾液分泌量,
唾液分泌速度,呼吸流量,呼気成分,皮膚抵抗値,胃液
pH,体温,呼吸数,発汗量,発汗速度,脳波,脳磁
図,血糖値,血中ホルモン濃度などがある。以下では、
指尖脈波が入力データとして用いられる場合を例とし
て、自律神経指標値の計測部分および分類結果の表示部
分を含めた実際の利用形態を説明する。
The physiological index reflecting the activity of the autonomic nervous system is
Pupil area, blood flow, phonocardiogram, electrocardiogram, magnetocardiogram, heart rate,
Heartbeat interval, heartbeat fluctuation, finger pulse wave, blood pressure, salivary output,
Salivary secretion rate, respiratory flow rate, exhaled breath component, skin resistance value, gastric juice pH, body temperature, respiratory rate, sweat rate, sweat rate, EEG, magnetoencephalogram, blood glucose level, blood hormone level, etc. Below,
An actual usage pattern including a measurement part of an autonomic nerve index value and a display part of a classification result will be described by taking as an example a case where a fingertip pulse wave is used as input data.

【0026】例えば、自律神経指標計測用センサ10と
して日本電気三栄株式会社製の脈拍ピックアップ(指尖
用)45261等、自律神経指標計測部11として生体
電気用増幅ユニット1253Aなどの生体電気現象用ア
ンプを用いる。自律神経指標計測用センサ10は指(例
えば、人差指)先に装着させる。これらにより、指尖脈
波を電圧変化として得ることができるので、この電圧変
化を、日本電気株式会社製のPC−9821Af等のパ
ーソナルコンピュータに装着したカノープス電子株式会
社製ADX−98E等のA/Dコンバータボードを介し
てデジタル信号111に変換することができる。
For example, a pulse pickup (for fingertips) 45261 manufactured by NEC Sanei Co., Ltd. is used as the autonomic nerve index measuring sensor 10, and a bioelectric phenomenon amplifier such as a bioelectric amplification unit 1253A is used as the autonomic nerve index measuring unit 11. To use. The sensor 10 for measuring the autonomic nerve index is attached to the tip of a finger (for example, the index finger). With these, it is possible to obtain the fingertip pulse wave as a voltage change. Therefore, this voltage change is applied to A / A of Canopus Electronic Co., Ltd. ADX-98E mounted on a personal computer such as PC-9821Af manufactured by NEC Corporation. It can be converted into a digital signal 111 via a D converter board.

【0027】指尖脈波測定の準備が終了したならば、指
尖脈波の測定を実施する。測定は、自律神経指標測定・
解析手続き制御部21に設定された手続きに従って進め
られる。測定を開始してから設定された時間(例えば、
30分間)の指尖脈波の信号が、自律神経指標信号記録
制御部12を介して自律神経指標信号記録・再生部1
3、例えば、磁気ディスク装置,磁気テープ等に記録さ
れる。
When the preparation for the fingertip pulse wave measurement is completed, the fingertip pulse wave measurement is performed. The measurement is autonomic nerve index measurement
It proceeds according to the procedure set in the analysis procedure control unit 21. The set time (for example,
The signal of the fingertip pulse wave for 30 minutes) is recorded by the autonomic nerve index signal recording / reproducing unit 1 via the autonomic nerve index signal recording control unit 12.
3, for example, recorded on a magnetic disk device, a magnetic tape or the like.

【0028】測定が終了すると、自律神経指標値データ
変換部14、例えば、ワークステーションあるいはパー
ソナルコンピュータが自律神経指標信号記録・再生部1
3に記録された指尖脈波データを振幅値データに変換す
る。各時刻tにおける振幅値xi (i=1,2,…,
T;t=Δf・i;ただし、Δfはサンプリング周波
数、Tはサンプル数)は、例えば、その時刻までのある
時間(例えば、2秒間)の指尖脈波データの最大値と最
小値との差として求めることができる。指尖脈波データ
の振幅値に関する信号141は、変換データ記録・再生
部15、例えば、磁気ディスク装置,磁気テープ等に記
録される。
When the measurement is completed, the autonomic-nervous-index-value data converting unit 14, for example, the workstation or the personal computer, causes the autonomic-nerve index signal recording / reproducing unit 1 to operate.
The fingertip pulse wave data recorded in 3 is converted into amplitude value data. Amplitude value x i at each time t (i = 1, 2, ...,
T; t = Δf · i; where Δf is the sampling frequency and T is the number of samples) is, for example, the maximum value and the minimum value of the fingertip pulse wave data at a certain time (for example, 2 seconds) until that time. It can be calculated as the difference. The signal 141 relating to the amplitude value of fingertip pulse wave data is recorded in the converted data recording / reproducing unit 15, for example, a magnetic disk device, a magnetic tape or the like.

【0029】次に、自律神経指標値データ頻度分布作成
部16、例えば、ワークステーションあるいはパーソナ
ルコンピュータが、変換データ記録・再生部15に記録
された指尖脈波振幅値データ151を基に、以下の手順
で、指尖脈波振幅値データの頻度分布を作成する。
Next, the autonomic nerve index value data frequency distribution creating unit 16, for example, a workstation or a personal computer, based on the fingertip pulse wave amplitude value data 151 recorded in the conversion data recording / reproducing unit 15, The frequency distribution of fingertip pulse wave amplitude value data is created by the procedure of.

【0030】予め、自律神経指標値をN段階に分割する
区間境界値Bn (n=0,1,…,N)を設定する。自
律神経指標値データxi を順に入力し、 Bn ≦xi ≦Bn+1 (n=0,1,…,N−1) ならば、分布度数h(n)の値を1増加させる。すべて
のxi (i=1,2,…,T)に同様に手続きを行うこ
とによって、分布度数h(n)(n=1,2,…,N)
を求めることができる。さらに、分布度数h(n)を利
用して、相対度数を数1で計算する。
A section boundary value B n (n = 0, 1, ..., N) for dividing the autonomic nerve index value into N stages is set in advance. Input the autonomic nerve index value data x i in order, and if B n ≤x i ≤B n + 1 (n = 0, 1, ..., N-1), increase the value of the distribution frequency h (n) by 1. . By performing the same procedure for all x i (i = 1, 2, ..., T), the distribution frequency h (n) (n = 1, 2, ..., N)
Can be requested. Further, using the distribution frequency h (n), the relative frequency is calculated by Equation 1.

【0031】[0031]

【数1】 [Equation 1]

【0032】図3は、ある実験条件の下で実測された指
尖脈波データに上述した方法を適用し、分布度数h
(n)をグラフ化したものである。この実験では、自律
神経活動の状態に応じた視覚誘発電位を精度良く得るた
めに、脳電位データを同時に計測している。各自律神経
活動状態に応じた高品質の視覚誘発電位を得るために、
個々の脳電位データの区間が、「緊張している」、「緊
張していない」のいずれに対応するかを判断したい。そ
のために、指尖脈波データを利用して被験者の自律神経
活動をモニタリングした。したがって、この実験計画に
おいては、自律神経活動の分類すべき数は「緊張してい
る」あるいは「緊張していない」の2つである。そこ
で、以下では、図3の結果も考慮して、2つの正規分布
が重なっている混合正規分布モデルで、自律神経指標値
データ頻度分布作成部16で求められた指尖脈波振幅値
の頻度分布を近似する。
In FIG. 3, the distribution frequency h is obtained by applying the above-described method to the fingertip pulse wave data actually measured under a certain experimental condition.
It is a graph of (n). In this experiment, brain potential data was simultaneously measured in order to accurately obtain a visual evoked potential according to the state of autonomic nerve activity. In order to obtain high-quality visual evoked potentials according to each autonomic nervous activity state,
I would like to judge whether each section of the brain potential data corresponds to "tensed" or "not tense". To that end, we used fingertip pulse wave data to monitor the autonomic nervous activity of the subjects. Therefore, in this experimental design, the number of autonomic nerve activities to be classified is two: "tensed" or "not strained". Therefore, in the following, in consideration of the result of FIG. 3, the frequency of the fingertip pulse wave amplitude value obtained by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating unit 16 in the mixed normal distribution model in which two normal distributions overlap each other. Approximate the distribution.

【0033】頻度分布形状パラメータ推定部17、例え
ば、ワークステーションあるいはパーソナルコンピュー
タが、自律神経指標値データ頻度分布作成部16で得ら
れた指尖脈波振幅値の頻度分布に関する信号161(区
間境界値Bn (n=0,1,…,N)および分布度数h
(n)(n=1,2,…,N)あるいは相対度数
The frequency distribution shape parameter estimation unit 17, for example, a workstation or a personal computer, uses the signal 161 (section boundary value) concerning the frequency distribution of the fingertip pulse wave amplitude values obtained by the autonomic nerve index value data frequency distribution creation unit 16. B n (n = 0, 1, ..., N) and distribution frequency h
(N) (n = 1, 2, ..., N) or relative frequency

【外1】 (n)(n=1,2,…,N))を利用し、頻度分布の
形状を特徴付けるパラメータを、以下の手順に従って推
定する。
[Outside 1] Using (n) (n = 1, 2, ..., N), parameters that characterize the shape of the frequency distribution are estimated according to the following procedure.

【0034】図4および図5は、数2で定義される混合
正規分布モデルを例示した図である。
4 and 5 are views exemplifying the mixed normal distribution model defined by the equation (2).

【0035】[0035]

【数2】 [Equation 2]

【0036】図4ではα=0.3,μ1 =0.5,μ2
=1.2,σ1 =0.2,σ2 =0.2、図5ではα=
0.3,μ1 =0.5,μ2 =1.0,σ1 =0.2,
σ2=0.2としている。図4では2つの正規分布が離
れている場合(以後、タイプAという)、図5では2つ
の正規分布が接近している場合(以後、タイプBとい
う)を例示している。図3はタイプBの例になってい
る。ここで、図4および図5の混合正規分布のグラフを
連続関数と見做す。このとき、タイプA(図4)では2
つの極大点P1 とP2 とがそれぞれ平均μ1 とμ2 とを
近似し、タイプB(図5)では1つの変曲点P1 と1つ
の極大点P2 とがそれぞれ平均μ1 とμ2 とを近似して
いると考えてよい。
In FIG. 4, α = 0.3, μ 1 = 0.5, μ 2
= 1.2, σ 1 = 0.2, σ 2 = 0.2, and in FIG. 5, α =
0.3, μ 1 = 0.5, μ 2 = 1.0, σ 1 = 0.2,
σ 2 = 0.2. FIG. 4 exemplifies a case where two normal distributions are apart (hereinafter referred to as type A), and FIG. 5 illustrates a case where two normal distributions are close to each other (hereinafter referred to as type B). FIG. 3 shows an example of type B. Here, the graphs of the mixed normal distributions of FIGS. 4 and 5 are regarded as continuous functions. At this time, 2 in type A (Fig. 4)
The two maximum points P 1 and P 2 approximate the average μ 1 and μ 2 , respectively, and in the type B (FIG. 5), one inflection point P 1 and one maximum point P 2 each have the average μ 1 and μ 2 , respectively. You can think of it as approximating μ 2 .

【0037】一般に、任意の微分可能な連続関数f
(x)のx=cにおける極大点は数3で定義され、変曲
点は数4かつx=cの左側と右側とでd2 f(x)/d
2 の符号が異なることで定義される。
In general, any differentiable continuous function f
The maximum point of (x) at x = c is defined by Equation 3, and the inflection point is Equation 4 and d 2 f (x) / d between the left side and the right side of x = c.
It is defined by the sign of x 2 being different.

【0038】[0038]

【数3】 (Equation 3)

【0039】[0039]

【数4】 [Equation 4]

【0040】実際の頻度分布は、離散データであるの
で、分布度数h(n)(n=1,2,…,N)の1階微
分および2階微分を、数5および数6で示す(前進)差
分式で算出する。ただし、b(n)は、数7で定義され
る。
Since the actual frequency distribution is discrete data, the first derivative and the second derivative of the distribution frequency h (n) (n = 1, 2, ..., N) are shown by equations 5 and 6 ( Forward) Calculated by the difference formula. However, b (n) is defined by Equation 7.

【0041】[0041]

【数5】 (Equation 5)

【0042】[0042]

【数6】 (Equation 6)

【0043】[0043]

【数7】 (Equation 7)

【0044】また、b(N)−b(N−1)=b(N−
1)−b(N−2)=…=b(2)−b(1)=Δηな
らば、数5および数6は、数8および数9のように簡略
化される。
Further, b (N) -b (N-1) = b (N-
If 1) −b (N−2) = ... = b (2) −b (1) = Δη, Equations 5 and 6 are simplified to Equations 8 and 9.

【0045】[0045]

【数8】 (Equation 8)

【0046】[0046]

【数9】 [Equation 9]

【0047】以上の手順を含めて、頻度分布形状パラメ
ータ推定部17は、相対度数
Including the above procedure, the frequency distribution shape parameter estimation unit 17 determines the relative frequency.

【外2】 (n)のデータを利用して、以下の演算を行う。[Outside 2] The following calculation is performed using the data of (n).

【0048】(1) 分布度数h(n)を、数10によ
って相対度数に変換する。
(1) The distribution frequency h (n) is converted into a relative frequency by the expression 10.

【0049】[0049]

【数10】 [Equation 10]

【0050】(2) nを1ずつ増やしながら、以下の
手順で、極大点あるいは変曲点を探索する。ただし、
「n=nC で極大点」は数11により、「n=nC で変
曲点」は数12により、それぞれ検出可能である。
(2) The maximum point or the inflection point is searched by the following procedure while increasing n by 1. However,
The number 11 "maximum points at n = n C", "inflection point at n = n C" is the number 12, can be detected.

【0051】[0051]

【数11】 [Equation 11]

【0052】[0052]

【数12】 (Equation 12)

【0053】(3) もし、頻度分布の形状がタイプA
ならば、1番目の極大点を
(3) If the shape of the frequency distribution is type A
If so, the first maximum point

【外3】 1 とし、2番目の極大点を[Outside 3] 1 and the second maximum

【外4】 2 とする。もし、頻度分布の形状がタイプBならば、最
初に検出された変曲点あるいは極大点を
[Outside 4] Assume 2 . If the shape of the frequency distribution is type B, the first detected inflection point or maximum point

【外5】 1 とし、2番目に検出された極大点あるいは変曲点を[Outside 5] 1 and the second detected maximum point or inflection point

【外6】 2 とする。[Outside 6] Assume 2 .

【0054】(4) 数13を解いて、(4) Solving Equation 13,

【外7】 を求める。ただし、数14とする。[Outside 7] Ask for. However, the number is 14.

【0055】[0055]

【数13】 (Equation 13)

【0056】[0056]

【数14】 [Equation 14]

【0057】(5) σ1 およびσ2 の初期値、(5) Initial values of σ 1 and σ 2 ,

【外8】 1 および[Outside 8] 1 and

【外9】 2 は、数15で与える。ただし、Kは分類すべき自律神
経活動の状態数とする。
[Outside 9] 2 is given by Equation 15. However, K is the number of states of autonomic nerve activity to be classified.

【0058】[0058]

【数15】 (Equation 15)

【0059】次に、初期値データ生成部18、例えば、
ワークステーションあるいはパーソナルコンピュータ
が、頻度分布形状パラメータ推定部17で推定されたパ
ラメータ
Next, the initial value data generator 18, for example,
The parameters estimated by the frequency distribution shape parameter estimation unit 17 by the workstation or personal computer

【外10】 [Outside 10] ,

【外11】 1 [Outside 11] 1 ,

【外12】 2 [Outside 12] 2 ,

【外13】 1 [Outside 13] 1 ,

【外14】 2 を利用して、自律神経活動の事後識別確率に関する初
期値Wnkm (0) (n=1,2,…,N;k=1,2,
…,K;m=1,2,…,M)を数16で計算する。
[Outside 14] By using 2 , the initial value W nkm (0) (n = 1, 2, ..., N; k = 1, 2,
, K; m = 1, 2, ..., M) is calculated by the equation 16.

【0060】[0060]

【数16】 [Equation 16]

【0061】ただし、However,

【外15】 kmは重み係数であり、数17を満たすように与える。[Outside 15] km is a weighting coefficient, which is given so as to satisfy the expression 17.

【0062】[0062]

【数17】 [Equation 17]

【0063】また、Nはデータ数(自律神経指標値デー
タの段階数)、Kは分類すべき自律神経活動の状態数、
Mは確率分布を構成するコンポーネントの数を表す。
N is the number of data (the number of stages of the autonomic nerve index value data), K is the number of states of autonomic nerve activity to be classified,
M represents the number of components forming the probability distribution.

【0064】なお、本実施例では、K=2,M=1であ
り、数18となる。
In the present embodiment, K = 2 and M = 1, and Eq.

【0065】[0065]

【数18】 (Equation 18)

【0066】次に、統計的構造組み込み型ニューラルネ
ットワークモデル部19、例えば、ワークステーション
あるいはパーソナルコンピュータが、自律神経指標値デ
ータ頻度分布作成部16で得られた指尖脈波振幅値デー
タの頻度分布に関する信号161(区間境界値Bn (n
=0,1,…,N)、相対度数
Next, the frequency structure of the fingertip pulse wave amplitude value data obtained by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating unit 16 by the statistical structure-embedded neural network model unit 19, for example, a workstation or a personal computer. Signal 161 (section boundary value B n (n
= 0, 1, ..., N), relative frequency

【外16】 (n)(n=1,2,…,N))と、初期値データ生成
部18で得られた自律神経活動の事後識別確率に関する
初期値データ181(Wnkm (0) (n=1,2,…,
N;k=1,2,…,K;m=1,2,…,M))を利
用し、ある特定の確率分布を有する有限個のコンポーネ
ントを用いて自律神経指標値データの母集団の確率分布
を表現し、各コンポーネントのパラメータを学習的に推
定する。この統計的構造組み込み型ニューラルネットワ
ークモデル部19の動作原理および構造は、以下の通り
である。
[Outside 16] (N) (n = 1, 2, ..., N) and the initial value data 181 (W nkm (0) (n = 1, 1 ) regarding the posterior discrimination probability of the autonomic nerve activity obtained by the initial value data generation unit 18. 2, ...,
N; k = 1,2, ..., K; m = 1,2, ..., M)), and using a finite number of components having a certain probability distribution, The probability distribution is expressed and the parameters of each component are estimated by learning. The operation principle and structure of the statistical structure-embedded neural network model unit 19 are as follows.

【0067】上記の各コンポーネントに正規分布が用い
られる混合正規分布モデルを有する統計的構造組み込み
型ニューラルネットワークモデルは、例えば、「Neu
ral Networks,Vol.4,1991年,
89〜102頁」に、L.I.Perlovsky,
M.M.McManusが「Maximum Like
lihood Neural Networks fo
r Sensor Fusion and Adapt
ive Classification」と題して発表
した論文に詳しい。
A statistical structure-embedded neural network model having a mixed normal distribution model in which a normal distribution is used for each of the above components is, for example, “Neu”.
ral Networks, Vol. 4, 1991,
89-102 ". I. Perlovsky,
M. M. McManus says "Maximum Like
lihood Neural Networks fo
r Sensor Fusion and Adapt
Details of the paper published under the title "Ive Classification".

【0068】いま、d次元の特徴ベクトルNow, the d-dimensional feature vector

【外17】 [Outside 17]

【外18】 d をK個のクラスに識別(あるいは分類)する問題を考
える。周知の通り、識別に伴う損失を最小にするために
は、ベイズ決定方式を用いればよい。すなわち、もし、
数19ならばクラスkを採用する。ただし、k,l=
1,2,…,K,l≠kで、p(k|
[Outside 18] Consider the problem of identifying (or classifying) d into K classes. As is well known, in order to minimize the loss associated with identification, the Bayes decision method may be used. That is, if
If the number is 19, class k is adopted. However, k, l =
1, 2, ..., K, l ≠ k, p (k |

【外19】 )は事後識別確率である。[Outside 19] ) Is the posterior identification probability.

【0069】[0069]

【数19】 [Formula 19]

【0070】各クラスkがM個のコンポーネントから構
成されていると仮定すれば、数20である。
Assuming that each class k is composed of M components, equation 20 is obtained.

【0071】[0071]

【数20】 (Equation 20)

【0072】ベイズの定理を用いて、p(k,m|Using Bayes' theorem, p (k, m |

【外20】 )は、数21となる。[Outside 20] ) Is the number 21.

【0073】[0073]

【数21】 [Equation 21]

【0074】ここで、Here,

【外21】 の確率密度関数p([Outside 21] Probability density function p (

【外22】 )は、数22で与えられる。ただし、p([Outside 22] ) Is given by Equation 22. However, p (

【外23】 |k,m)は、各コンポーネントの確率密度関数であ
る。
[Outside 23] | K, m) is the probability density function of each component.

【0075】[0075]

【数22】 [Equation 22]

【0076】さらに、事前確率p(k,m)をαkmと書
き、θkmをコンポーネントkmの確率密度関数のパラメ
ータとして、p(
Further, the prior probability p (k, m) is written as α km, and θ km is a parameter of the probability density function of the component km, and p (

【外24】 |k,m)をΨ([Outside 24] │k, m) Ψ (

【外25】 ,θkm)と書くと、数21は数23となる。[Outside 25] , Θ km ), Equation 21 becomes Equation 23.

【0077】[0077]

【数23】 (Equation 23)

【0078】したがって、パラメータαkm,θkmを各コ
ンポーネントについて求めることができれば、数19,
数20および数23を用いて、特徴ベクトル
Therefore, if the parameters α km and θ km can be obtained for each component,
Using Equations 20 and 23, the feature vector

【外26】 の識別が可能となる。[Outside 26] Can be identified.

【0079】数20および数23の事後識別確率の計算
は、図6に示す3層の階層型ニューラルネットワークモ
デルに展開することができる。
The calculation of the posterior discrimination probabilities of Expressions 20 and 23 can be expanded to the three-layer hierarchical neural network model shown in FIG.

【0080】入力層はK×M個のユニットから構成さ
れ、各コンポーネントの確率密度関数に基づいて、この
ニューラルネットワークへの入力である特徴ベクトル
The input layer is composed of K × M units, and based on the probability density function of each component, a feature vector which is an input to this neural network.

【外27】 のクラスk、コンポーネントmの下での条件付き確率を
出力する。ここで、各コンポーネントの確率密度関数
が、平均
[Outside 27] Output the conditional probability under class k, component m of. Where the probability density function of each component is the mean

【外28】 km[Outside 28] km

【外29】 d 、特徴ベクトル[Outside 29] d , feature vector

【外30】 の各要素が独立で等分散σkm 2 を持つd次元正規分布で
あることを仮定すると、入力層の入出力関係は、数24
と表すことができる。ここで、k=1,2,…,K;m
=1,2,…,Mで、okm (i) は入力層のユニットkm
の出力を表す。
[Outside 30] Assuming that each element of is a d-dimensional normal distribution with independent and equal variance σ km 2 , the input-output relationship of the input layer is
It can be expressed as. Here, k = 1, 2, ..., K; m
= 1, 2, ..., M, o km (i) is the unit km of the input layer
Represents the output of.

【0081】[0081]

【数24】 [Equation 24]

【0082】中間層は、入力層の出力の重み係数αkm
介して受け取り、数23に従って、特徴ベクトル
The intermediate layer receives via the weighting factor α km of the output of the input layer, and according to Eq.

【外31】 の下でのクラスk、コンポーネントmの事後確率を、数
25で計算する。ただし、k=1,2,…,K;m=
1,2,…,Mである。
[Outside 31] The posterior probability of the class k and the component m under is calculated by Equation 25. However, k = 1, 2, ..., K; m =
1, 2, ..., M.

【0083】[0083]

【数25】 (Equation 25)

【0084】また、出力層のユニットは線形ユニット
で、数20に従い、特徴ベクトル
Further, the unit of the output layer is a linear unit, and the feature vector

【外32】 の下でのクラスkの事後識別確率を、数26で計算す
る。
[Outside 32] The posterior classification probability of class k under

【0085】[0085]

【数26】 (Equation 26)

【0086】したがって、ニューラルネットワークのパ
ラメータαkm
Therefore, the parameter α km of the neural network,

【外33】 km,σkmを学習的に獲得できれば、特徴ベクトル[Outside 33] If km and σ km can be learned, the feature vector

【外34】 のK個のクラスへの識別が可能となる。[Outside 34] Can be classified into K classes.

【0087】ニューラルネットワークは、N個の観測サ
ンプル
The neural network uses N observation samples.

【外35】 n (n=1,2,…,N)をもとに、以下の手順に従っ
て学習を行う。
[Outside 35] Learning is performed according to the following procedure based on n (n = 1, 2, ..., N).

【0088】まず、与えられた観測サンプルに対して、
最尤法を用いてパラメータαkm
First, for a given observation sample,
The parameter α km using the maximum likelihood method,

【外36】 km,σkmを求めることを考える。すなわち、数27に示
すサンプル全体の対数尤度を、数28に示す制約条件の
下で最大にするようなパラメータαkm
[Outside 36] Consider finding km and σ km . That is, the parameter α km that maximizes the log likelihood of the entire sample shown in Expression 27 under the constraint condition shown in Expression 28,

【外37】 km,σkmを求める。[Outside 37] km, seek km σ.

【0089】[0089]

【数27】 [Equation 27]

【0090】[0090]

【数28】 [Equation 28]

【0091】それぞれのパラメータの最尤推定量は、良
く知られているように、数29〜数32で与えられる。
ただし、数33とする。
The maximum likelihood estimator of each parameter is given by equations 29 to 32, as is well known.
However, the number is 33.

【0092】[0092]

【数29】 [Equation 29]

【0093】[0093]

【数30】 [Equation 30]

【0094】[0094]

【数31】 [Equation 31]

【0095】[0095]

【数32】 [Equation 32]

【0096】[0096]

【数33】 [Expression 33]

【0097】こうして、Wnkm の初期値Wnkm (0) が与
えられれば、数29〜数32の手続きを繰り返し適用す
ればよい。この繰返しアルゴリズムは、一種の教師無し
学習と見做すことができる。学習の収束判定には、例え
ば、数34に示す事後識別確率のBhattachar
yya距離を用いればよい。ただし、lは学習回数を示
す。
In this way, if the initial value W nkm (0) of W nkm is given, the procedures of equations 29 to 32 may be applied repeatedly. This iterative algorithm can be regarded as a kind of unsupervised learning. For the convergence determination of learning, for example, Bhattachar of the posterior identification probability shown in Expression 34 is used.
The yya distance may be used. However, 1 shows the number of times of learning.

【0098】[0098]

【数34】 (Equation 34)

【0099】この距離Bhがε以下となった時点で学習
を終了すれば、ニューラルネットワークの動作に必要な
If learning is finished when this distance Bh becomes equal to or less than ε, it is necessary for the operation of the neural network.

【外38】 km[Outside 38] km ,

【外39】 km[Outside 39] km ,

【外40】 kmがニューラルネットワーク内に獲得されたことにな
る。
[Outside 40] km has been acquired in the neural network.

【0100】さて、本実施例では、指尖脈波を利用し
て、自律神経活動を「緊張している」、「緊張していな
い」の2状態に分類する。観測サンプルは1次元、クラ
ス数は2である。また、各クラスを1つの正規分布で表
現する。したがって、上記ニューラルネットワークにお
いて、d=1,K=2,M=1に相当する。
In the present embodiment, the fingertip pulse wave is used to classify the autonomic nerve activity into two states, "tensed" and "not tense". The observation sample is one-dimensional and the number of classes is two. Also, each class is represented by one normal distribution. Therefore, in the above neural network, this corresponds to d = 1, K = 2, M = 1.

【0101】こうして、統計的構造組み込み型ニューラ
ルネットワークモデル部19は、以下の手順に従って、
混合正規分布モデルのパラメータαkm
Thus, the statistical structure-embedded neural network model unit 19 follows the procedure below.
Parameter of mixed normal distribution model α km ,

【外41】 km,σkm(k=1,2;m=1)を獲得する。[Outside 41] Acquire km and σ km (k = 1, 2; m = 1).

【0102】(1) 初期値データ生成部18で得られ
た初期値Wnkm (0) を使って、数29〜数32を計算
し、パラメータ
(1) Using the initial value W nkm (0) obtained by the initial value data generation unit 18, the expressions 29 to 32 are calculated, and the parameters

【外42】 km[Outside 42] km ,

【外43】 km[Outside 43] km ,

【外44】 kmを求める。ただし、数16において、b(n)=[Outside 44] Ask for km . However, in Expression 16, b (n) =

【外45】 n (n=1,2,…,N)である。[Outside 45] n (n = 1, 2, ..., N).

【0103】(2) 上記の推定されたパラメータ(2) The above estimated parameters

【外46】 km[Outside 46] km ,

【外47】 km[Outside 47] km ,

【外48】 kmを使って、数24および数25を計算する。このと
き、数25の値がWnkm (1) の値を与えることになる。
[Outside 48] Calculate the equations (24) and (25) using km . At this time, the value of Equation 25 gives the value of W nkm (1) .

【0104】(3) Wnkm (0) およびWnkm (1) の値
を使って、数34を計算する。このとき、距離Bhの値
がε(例えば、10-4)以下ならば学習を終了する。そ
うでない場合は、Wnkm (0) =Wnkm (1) とおいて、距
離Bhの値がε以下となるまで上記の手順を繰り返す。
(3) The value of W nkm (0) and W nkm (1) is used to calculate equation 34. At this time, if the value of the distance Bh is ε (for example, 10 −4 ) or less, the learning ends. Otherwise, W nkm (0) = W nkm (1) is set and the above procedure is repeated until the value of the distance Bh becomes ε or less.

【0105】(4) 学習終了時に得られたパラメータ
を使って、数2の右辺のパラメータは、 α=α11(α21=1−α11), μ1
(4) Using the parameters obtained at the end of learning, the parameters on the right side of Equation 2 are α = α 1121 = 1−α 11 ), μ 1 =

【外49】 11, μ2 [Outside 49] 11 , μ 2 =

【外50】 21, σ1 =σ11, σ2 =σ21 で求まる。[Outside 50] 21 , σ 1 = σ 11 , σ 2 = σ 21 .

【0106】次に、自律神経活動分類部20、例えば、
ワークステーションあるいはパーソナルコンピュータ
が、統計的構造組み込み型ニューラルネットワークモデ
ル部19で求められた混合正規分布モデルのパラメータ
α,μ1 ,μ2 ,σ1 ,σ2 を利用し、以下の手順に従
って、被験者の自律神経活動を分類する。2つの正規分
布が交わる近辺はどちらの状態に属するかの判断が困難
である。そこで、各分布の平均を中心とする領域を各状
態に指定することが望ましい。したがって、xを自律神
経指標値データの値とすれば、例えば、分類則として、 (μ1 −σ1 ≦)x≦μ1 +σ1 を「緊張している」状態、 μ2 −σ2 ≦x(≦μ2 +σ2 ) を「緊張していない」状態と定めることが可能である。
この分類則を例示したものが、図4(タイプA)および
図5(タイプB)である。
Next, the autonomic nerve activity classification unit 20, for example,
The workstation or personal computer uses the parameters α, μ 1 , μ 2 , σ 1 , σ 2 of the mixed normal distribution model obtained by the statistical structure-embedded neural network model unit 19 and follows the procedure described below. Classify the autonomic nervous activity of. It is difficult to determine which state belongs to the vicinity where the two normal distributions intersect. Therefore, it is desirable to specify an area around the average of each distribution for each state. Therefore, if x is the value of the autonomic nerve index value data, for example, as a classification rule, (μ 1 −σ 1 ≦) x ≦ μ 1 + σ 1 is in a “tensed” state, μ 2 −σ 2 ≦ It is possible to define x (≦ μ 2 + σ 2 ) as a “non-tensioned” state.
Examples of this classification rule are shown in FIG. 4 (type A) and FIG. 5 (type B).

【0107】しかしながら、2つの平均がかなり接近
し、 μ2 −σ2 <μ1 +σ1 の場合も有り得る。このような場合には、 x≦μ1 +σ1 /2, μ2 −σ2 /2≦x と分類則を変更すればよい。こうして、自律神経活動を
2つの状態に分類することが可能である。自律神経活動
分類部20は、上記の分類結果に関する信号201を出
力する。
However, it is possible that the two means are very close to each other, and μ 2 −σ 21 + σ 1 . In such a case, x ≦ μ 1 + σ 1 /2, may be changed classification law and μ 2 -σ 2/2 ≦ x . In this way, it is possible to classify autonomic nervous activity into two states. The autonomic nerve activity classification unit 20 outputs a signal 201 related to the above classification result.

【0108】自律神経指標測定・解析手続き制御部21
は、自律神経活動分類部20より出力された分類結果に
関する信号201を入力して、分類結果が実験者によっ
て満足ゆくものかどうかを判断する。もし、満足ゆく分
類結果でない場合は、区間境界値の変更に関する信号2
12を出力する。
Autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit 21
Receives the signal 201 relating to the classification result output from the autonomic nerve activity classification unit 20 and determines whether the classification result is satisfactory to the experimenter. If the classification result is not satisfactory, the signal 2 regarding the change of the interval boundary value
12 is output.

【0109】自律神経指標測定・解析手続き制御部21
より出力された区間境界値の変更に関する信号212に
基づいて、自律神経指標値データ頻度分布作成部16
は、新たに区間境界値
Autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit 21
Based on the signal 212 regarding the change of the section boundary value output from the autonomic nerve index value data frequency distribution creating unit 16
Is the new interval boundary value

【外51】 n (n=1,2,…,[Outside 51] n (n = 1, 2, ...,

【外52】 )を設定し、新しい頻度分布を作成する。以下、頻度分
布形状パラメータ推定部17,初期値データ生成部1
8,統計的構造組み込み型ニューラルネットワークモデ
ル部19を経由して、自律神経活動分類部20が新しい
分類則を設定する。
[Outside 52] ) And create a new frequency distribution. Hereinafter, the frequency distribution shape parameter estimation unit 17 and the initial value data generation unit 1
8. The autonomic nerve activity classification unit 20 sets a new classification rule via the statistical structure-embedded neural network model unit 19.

【0110】図2は、本発明の第2の実施例に係る自律
神経活動分類装置の構成を示すブロック図である。本実
施例の自律神経活動分類装置は、第1の実施例の自律神
経活動分類装置から頻度分布形状パラメータ推定部17
を除いた構成を有する。したがって、第1の実施例の自
律神経活動分類装置と対応する部分には、同一の符号を
付してそれらの詳しい説明を省略する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the autonomic nerve activity classification device according to the second embodiment of the present invention. The autonomic-nervous-activity classification device of the present embodiment is similar to the autonomic-nervous activity classification device of the first embodiment in that the frequency distribution shape parameter estimation unit 17
It has a configuration excluding. Therefore, the parts corresponding to those of the autonomic-nerve activity classification device of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0111】第2の実施例の自律神経活動分類装置で
は、頻度分布形状パラメータ推定部17を除いた代わり
に、初期値データ生成部18、例えば、ワークステーシ
ョンあるいはパーソナルコンピュータが、自律神経活動
の事後識別確率の初期値データとして、 0<Wnkm (0) <1 を満たす乱数を利用する。乱数の生成は、市販の乱数発
生ソフトウェア・パッケージをワークステーションある
いはパーソナルコンピュータに組み込めば、簡単に実現
できる。
In the apparatus for classifying autonomic nervous activity of the second embodiment, instead of removing the frequency distribution shape parameter estimating unit 17, an initial value data generating unit 18, for example, a workstation or a personal computer, is used for post-excitation of autonomic nervous activity. A random number that satisfies 0 <W nkm (0) <1 is used as the initial value data of the identification probability. Random number generation can be easily achieved by incorporating a commercially available random number generation software package into a workstation or personal computer.

【0112】以下、統計的構造組み込み型ニューラルネ
ットワークモデル部19,自律神経活動分類部20,自
律神経指標測定・解析手続き制御部21での処理は、第
1の実施例の自律神経活動分類装置の場合と同じであ
る。
Hereinafter, the processes in the statistical structure-embedded neural network model unit 19, the autonomic nerve activity classification unit 20, and the autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit 21 are performed by the autonomic nerve activity classification apparatus of the first embodiment. Same as the case.

【0113】このように構成された第2の実施例の自律
神経活動分類装置では、初期値データ生成部18は、自
律神経指標値データの頻度分布を特徴付けるパラメータ
を利用せずに、ランダムな値である乱数を初期値データ
として使用するので、統計的構造組み込み型ニューラル
ネットワークモデル部19および自律神経活動分類部2
0の処理の後、自律神経指標測定・解析手続き制御部2
1において分類結果が実験者にとって望ましい結果にな
るとは限らない。したがって、自律神経指標の振幅値デ
ータの区間境界値の変更を自律神経指標値データ頻度分
布作成手段に指示して自律神経活動の分類を繰り返し実
施し、所望とする分類結果を得ることが必要となる。
In the apparatus for classifying autonomic nerve activity of the second embodiment having such a configuration, the initial value data generation unit 18 does not use a parameter that characterizes the frequency distribution of the autonomic nerve index value data, but uses a random value. Since the random number is used as initial value data, the statistical structure-embedded neural network model unit 19 and the autonomic nerve activity classification unit 2
After the processing of 0, the autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit 2
In No. 1, the classification result is not always the desired result for the experimenter. Therefore, it is necessary to instruct the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means to change the section boundary value of the amplitude value data of the autonomic nerve index to repeatedly perform the classification of the autonomic nerve activity to obtain the desired classification result. Become.

【0114】[0114]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、自律神経
指標値データ頻度分布作成手段,頻度分布形状パラメー
タ推定手段,初期値データ生成手段,統計的構造組み込
み型ニューラルネットワークモデル手段および自律神経
活動分類手段を設け、自律神経指標値データを利用して
自律神経指標値の頻度分布に関するデータを生成し、生
成されたデータを利用して自律神経指標値データの頻度
分布の形状を特徴付けるパラメータを推定し、推定され
たパラメータを利用して自律神経活動の事後識別確率に
関する初期値データを生成し、ある特定の確率分布を有
する有限個のコンポーネントを用いて自律神経指標値デ
ータの母集団の確率分布を表現し、各コンポーネントの
パラメータを学習的に推定するとともに、自律神経指標
値データに対応する自律神経活動の状態の候補を表すデ
ータを出力し、確率分布モデルのパラメータおよび自律
神経指標値データに対応する自律神経活動の状態の候補
を表すデータを利用して被験者の自律神経活動の状態を
いくつかの段階に分類するようにしたことにより、従来
の最適化手法のように、予め評価関数の1階および2階
の偏微分を計算しておく必要がないので、自律神経指標
値データに基づく確率分布モデルのパラメータ推定に要
する計算時間が少なくてすみ、自律神経活動の状態分類
を従来よりも高速に行うことができるという効果があ
る。特に、分類すべき自律神経活動の状態数が増えて
も、従来の最適化手法よりも高速に確率分布モデルのパ
ラメータを推定することが可能であるという利点があ
る。
As described above, according to the present invention, autonomic nerve index value data frequency distribution creating means, frequency distribution shape parameter estimating means, initial value data generating means, statistical structure-embedded neural network model means and autonomic nerve activity. A classifying unit is provided to generate data relating to the frequency distribution of the autonomic nerve index values by using the autonomic nerve index value data, and estimate the parameters characterizing the shape of the frequency distribution of the autonomic nerve index value data by using the generated data. Then, using the estimated parameters, initial value data for the posterior classification probability of autonomic nerve activity is generated, and the probability distribution of the population of autonomic nerve index value data is calculated using a finite number of components with a certain probability distribution. To estimate the parameters of each component in a learning manner and to correspond to the autonomic nerve index value data. Output the data representing the candidates of the state of autonomic nerve activity, and use the data representing the candidates of the state of the autonomic nerve activity corresponding to the parameters of the probability distribution model and the data of the index of the autonomic nerves to determine the state of the autonomic nerve activity of the subject. By classifying into several stages, unlike the conventional optimization method, it is not necessary to calculate the partial differentials of the first and second orders of the evaluation function in advance. The calculation time required for the parameter estimation of the probability distribution model based on this is small, and the state classification of autonomic nerve activity can be performed faster than before. In particular, even if the number of states of autonomic nerve activity to be classified increases, there is an advantage that the parameters of the probability distribution model can be estimated faster than the conventional optimization method.

【0115】さらに、自律神経指標測定・解析手続き制
御手段を設け、自律神経活動分類手段よる分類結果に基
づいて、分類結果が実験者にとって望ましい結果かどう
かを判断し、必要であれば自律神経指標の振幅値データ
の区間境界値の変更を自律神経指標値データ頻度分布作
成手段に指示して自律神経活動の分類を再実施させるよ
うにしたことにより、自律神経指標値データを一度入力
すれば、実験計画や被験者の内省報告に基づいた所定の
段階に分類可能であり、自律神経指標値のデータ解析を
効率的に行うことができるという効果がある。
Further, an autonomic nerve index measurement / analysis procedure control means is provided, and based on the classification result by the autonomic nerve activity classification means, it is judged whether or not the classification result is a desirable result for the experimenter, and if necessary, the autonomic nerve index. By instructing the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means to change the interval boundary value of the amplitude value data to re-execute the classification of the autonomic nerve activity, once the autonomic nerve index value data is input, There is an effect that it can be classified into a predetermined stage based on the experimental plan and the subject's introspection report, and that the data analysis of the autonomic nerve index value can be efficiently performed.

【0116】また、自律神経指標値データ頻度分布作成
手段,初期値データ生成手段,統計的構造組み込み型ニ
ューラルネットワークモデル手段,自律神経活動分類手
段,および自律神経指標測定・解析手続き制御手段を設
け、自律神経指標値データを利用して自律神経指標値の
頻度分布に関するデータを生成し、0から1までの範囲
の乱数を利用して自律神経活動の事後識別確率に関する
初期値データを生成し、ある特定の確率分布を有する有
限個のコンポーネントを用いて自律神経指標値データの
母集団の確率分布を表現し、各コンポーネントのパラメ
ータを学習的に推定するとともに、自律神経指標値デー
タに対応する自律神経活動の状態の候補を表すデータを
出力し、確率分布モデルのパラメータおよび自律神経指
標値データに対応する自律神経活動の状態の候補を表す
データを利用して被験者の自律神経活動の状態をいくつ
かの段階に分類し、分類結果に基づいて分類結果が実験
者にとって望ましい結果かどうかを判断し、必要であれ
ば自律神経指標の振幅値データの区間境界値の変更を指
示して自律神経活動の分類を再実施させるようにしたこ
とにより、自律神経指標値データの頻度分布の形状を特
徴付けるパラメータを推定することなしに、自律神経指
標値データに基づく確率分布モデルのパラメータ推定に
要する計算時間が少なくてすみ、自律神経活動の状態分
類を従来よりも高速に行うことができるという効果があ
る。特に、分類すべき自律神経活動の状態数が増えて
も、従来の最適化手法よりも高速に確率分布モデルのパ
ラメータを推定することが可能であるという利点があ
る。
Further, an autonomic nerve index value data frequency distribution creating means, an initial value data generating means, a statistical structure-embedded neural network model means, an autonomic nerve activity classifying means, and an autonomic nerve index measuring / analyzing procedure control means are provided. Data about the frequency distribution of the autonomic nerve index value is generated by using the autonomic nerve index value data, and initial value data about the posterior identification probability of the autonomic nerve activity is generated by using the random number in the range of 0 to 1, A finite number of components with a specific probability distribution are used to express the probability distribution of the population of the autonomic nerve index value data, the parameters of each component are learned, and the autonomic nerves corresponding to the autonomic nerve index value data are estimated. Outputs data representing activity state candidates and supports probability distribution model parameters and autonomic nerve index value data The state of the autonomic nerve activity of the subject is classified into several stages by using the data representing the candidate of the state of the autonomic nerve activity, and based on the classification result, it is judged whether the classification result is a desirable result for the experimenter, If necessary, by instructing to change the section boundary value of the amplitude value data of the autonomic nerve index and re-classifying the autonomic nerve activity, a parameter characterizing the shape of the frequency distribution of the autonomic nerve index value data is set. Without the estimation, the calculation time required for parameter estimation of the probability distribution model based on the autonomic nerve index value data is short, and the state classification of autonomic nerve activity can be performed faster than before. In particular, even if the number of states of autonomic nerve activity to be classified increases, there is an advantage that the parameters of the probability distribution model can be estimated faster than the conventional optimization method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る自律神経活動分類
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an autonomic nerve activity classification device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係る自律神経活動分類
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an autonomic nerve activity classification device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】実測された指尖脈波の振幅値データから作成さ
れた頻度分布を例示する図である。
FIG. 3 is a diagram exemplifying a frequency distribution created from amplitude value data of actually measured fingertip pulse waves.

【図4】平均が離れた2つの正規分布に基づいた混合正
規分布モデルおよびその分類則を例示する図である。
FIG. 4 is a diagram exemplifying a mixed normal distribution model based on two normal distributions with different means and a classification rule thereof.

【図5】平均が近接した2つの正規分布に基づいた混合
正規分布モデルおよびその分類則を例示する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a mixed normal distribution model based on two normal distributions whose averages are close to each other and a classification rule thereof.

【図6】図1中の統計的構造組み込み型ニューラルネッ
トワークモデル部の構造を例示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a structure of a statistical structure-embedded neural network model unit in FIG. 1;

【図7】従来の自律神経活動分類装置の一例を示すブロ
ック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional autonomic nerve activity classification device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 自律神経指標計測用センサ 11 自律神経指標計測部 12 自律神経指標信号記録制御部 13 自律神経指標信号記録・再生部 14 自律神経指標値データ変換部 15 変換データ記録・再生部 16 自律神経指標値データ頻度分布作成部 17 頻度分布形状パラメータ推定部 18 初期値データ生成部 19 統計的構造組み込み型ニューラルネットワークモ
デル部 20 自律神経活動分類部 21 自律神経指標測定・解析手続き制御部
10 Sensor for measuring autonomic nerve index 11 Autonomic nerve index measuring unit 12 Autonomic nerve index signal recording control unit 13 Autonomic nerve index signal recording / reproducing unit 14 Autonomic nerve index value data converting unit 15 Conversion data recording / reproducing unit 16 Autonomic nerve index value Data frequency distribution creation unit 17 Frequency distribution shape parameter estimation unit 18 Initial value data generation unit 19 Statistical structure embedded neural network model unit 20 Autonomic nerve activity classification unit 21 Autonomic nerve index measurement / analysis procedure control unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 自律神経指標値データを利用した自律神
経活動分類装置において、 自律神経指標値データを利用して、自律神経指標値の頻
度分布に関するデータを生成する自律神経指標値データ
頻度分布作成手段と、 この自律神経指標値データ頻度分布作成手段により生成
された自律神経指標値の頻度分布に関するデータを利用
して、自律神経指標値データの頻度分布の形状を特徴付
けるパラメータを推定する頻度分布形状パラメータ推定
手段と、 この頻度分布形状パラメータ推定手段により推定された
自律神経指標値データの頻度分布の形状を特徴付けるパ
ラメータを利用して、自律神経活動の事後識別確率に関
する初期値データを生成する初期値データ生成手段と、 学習モードを備え、入力層,中間層および出力層の3種
類からなり、入力層に、前記自律神経指標値データ頻度
分布作成手段により生成された自律神経指標値の頻度分
布に関するデータと前記初期値データ生成手段により生
成された自律神経活動の事後識別確率に関する初期値デ
ータとを与え、出力層に、ある特定の確率分布を有する
有限個のコンポーネントを用いて自律神経指標値データ
の母集団の確率分布を表現し、各コンポーネントのパラ
メータを学習的に推定するとともに、自律神経指標値デ
ータに対応する自律神経活動の状態の候補を表すデータ
を出力する統計的構造組み込み型ニューラルネットワー
クモデル手段と、 この統計的構造組み込み型ニューラルネットワークモデ
ル手段より出力される確率分布モデルのパラメータおよ
び自律神経指標値データに対応する自律神経活動の状態
の候補を表すデータを利用して、被験者の自律神経活動
の状態をいくつかの段階に分類する自律神経活動分類手
段とを有することを特徴とする自律神経活動分類装置。
1. An autonomic nerve activity classifying apparatus using autonomic nerve index value data, wherein the autonomic nerve index value data is used to generate data relating to the frequency distribution of autonomic nerve index values. And a frequency distribution shape for estimating a parameter that characterizes the shape of the frequency distribution of the autonomic nerve index value data by using the data relating to the frequency distribution of the autonomic nerve index value data generated by the means An initial value for generating initial value data relating to the posterior identification probability of autonomic nerve activity using the parameter estimating means and the parameter characterizing the shape of the frequency distribution of the autonomic nerve index value data estimated by the frequency distribution shape parameter estimating means. It is equipped with a data generation means and a learning mode, and consists of three types: an input layer, an intermediate layer and an output layer. Data on the frequency distribution of the autonomic nerve index values generated by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means and initial value data on the posterior identification probability of autonomic nerve activity generated by the initial value data generating means, In the output layer, a finite number of components with a certain probability distribution are used to represent the population probability distribution of the autonomic nerve index value data, and the parameters of each component are learned and estimated A statistical structure-embedded neural network model means for outputting data representing a candidate for a state of autonomic nerve activity corresponding to the index value data, and a parameter of a probability distribution model output by the statistical structure-embedded neural network model means and Represents candidates for the state of autonomic nerve activity corresponding to the autonomic nerve index value data Using the chromatography data, autonomic nerve activity classification device and having an autonomic nervous activity classification means for classifying the several stages the state of the autonomic nervous activity of the subject.
【請求項2】 前記自律神経活動分類手段よる分類結果
に基づいて、分類結果が実験者にとって望ましい結果か
どうかを判断し、必要であれば自律神経指標の振幅値デ
ータの区間境界値の変更を前記自律神経指標値データ頻
度分布作成手段に指示して自律神経活動の分類を再実施
させる自律神経指標測定・解析手続き制御手段を備える
請求項1記載の自律神経活動分類装置。
2. Based on the classification result by the autonomic nerve activity classification means, it is judged whether the classification result is a desirable result for the experimenter, and if necessary, the section boundary value of the amplitude value data of the autonomic nerve index is changed. The autonomic nerve activity classification device according to claim 1, further comprising autonomic nerve index measurement / analysis procedure control means for instructing the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means to re-perform autonomic nerve activity classification.
【請求項3】 自律神経指標値データを利用した自律神
経活動分類装置において、 自律神経指標値データを利用して、自律神経指標値の頻
度分布に関するデータを生成する自律神経指標値データ
頻度分布作成手段と、 0から1までの範囲の乱数を利用して、自律神経活動の
事後識別確率に関する初期値データを生成する初期値デ
ータ生成手段と、 学習モードを備え、入力層,中間層および出力層の3種
類からなり、入力層に、前記自律神経指標値データ頻度
分布作成手段により生成された自律神経指標値の頻度分
布に関するデータと前記初期値データ生成手段により生
成された自律神経活動の事後識別確率に関する初期値デ
ータとを与え、出力層に、ある特定の確率分布を有する
有限個のコンポーネントを用いて自律神経指標値データ
の母集団の確率分布を表現し、各コンポーネントのパラ
メータを学習的に推定するとともに、自律神経指標値デ
ータに対応する自律神経活動の状態の候補を表すデータ
を出力する統計的構造組み込み型ニューラルネットワー
クモデル手段と、 この統計的構造組み込み型ニューラルネットワークモデ
ル手段より出力される確率分布モデルのパラメータおよ
び自律神経指標値データに対応する自律神経活動の状態
の候補を表すデータを利用して、被験者の自律神経活動
の状態をいくつかの段階に分類する自律神経活動分類手
段と、 この自律神経活動分類手段よる分類結果に基づいて、分
類結果が実験者にとって望ましい結果かどうかを判断
し、必要であれば自律神経指標の振幅値データの区間境
界値の変更を前記自律神経指標値データ頻度分布作成手
段に指示して自律神経活動の分類を再実施させる自律神
経指標測定・解析手続き制御手段とを有することを特徴
とする自律神経活動分類装置。
3. An autonomic nerve activity classifying apparatus using autonomic nerve index value data, wherein the autonomic nerve index value data is used to generate data relating to the frequency distribution of autonomic nerve index values. Means, initial value data generating means for generating initial value data relating to the posterior discrimination probability of autonomic nerve activity by using random numbers in the range of 0 to 1, and a learning mode, and an input layer, an intermediate layer and an output layer Data on the frequency distribution of the autonomic nerve index value generated by the autonomic nerve index value data frequency distribution creating means and the posterior identification of the autonomic nerve activity generated by the initial value data generating means in the input layer. Given the initial value data related to the probability, a population of autonomic nerve index value data using a finite number of components with a certain probability distribution in the output layer. Statistical structure-embedded neural network model means for expressing the probability distribution of the group, learning-estimating the parameters of each component, and outputting data representing candidates for the state of autonomic nerve activity corresponding to the autonomic nerve index value data And the data representing the candidates of the state of the autonomic nerve activity corresponding to the parameters of the probability distribution model and the autonomic nerve index value data output by the statistical structure-embedded neural network model means, using the autonomic nerve activity of the subject. Based on the autonomic nerve activity classifying means for classifying the states of the above into several stages and the result of classification by this autonomic nerve activity classifying means, it is judged whether or not the result is desirable for the experimenter, and if necessary, the autonomic nerve activity The section boundary value of the amplitude value data of the index is changed by the above-mentioned autonomic nerve index value data frequency distribution creation procedure. Autonomic nerve activity classification device and having an autonomic nervous index measurement and analysis procedure control unit instructs re implementing the classification of the autonomic nervous activity.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05309075A (en) * 1992-03-13 1993-11-22 Nippon Koden Corp Cardiac sound analyzing device

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