JPH08280637A - Mental activity judging apparatus - Google Patents

Mental activity judging apparatus

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Publication number
JPH08280637A
JPH08280637A JP7093637A JP9363795A JPH08280637A JP H08280637 A JPH08280637 A JP H08280637A JP 7093637 A JP7093637 A JP 7093637A JP 9363795 A JP9363795 A JP 9363795A JP H08280637 A JPH08280637 A JP H08280637A
Authority
JP
Japan
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mental activity
heartbeat interval
average
heartbeat
heart rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP7093637A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norimasa Kishi
則政 岸
Tatsumi Yanai
達美 柳井
Yasuhide Yamamoto
泰秀 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08280637A publication Critical patent/JPH08280637A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To judge human mental activity in real time. CONSTITUTION: This apparatus has a heart bear interval detection means 11 to detect heart bear intervals, a scattering computation means 12 to compute the scattering of a heart beat interval data detected by the heart beat interval detection means 11, a mean computing means 13 to compute a mean of heart beat intervals or the number of heart beats per specified time based on the heart beart intervals detected by the heart beat interval detection means 11 and a mental activity judging means 14 to judge mental activity of a subject based on the scattering of the heart bear intervals computed by the scattering computation means 12 and the average heart beat interval or the average number of heat beart computed by the mean value-computing means 13.

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、心拍波形に基づいて人
間の精神活動の判定を行なう精神活動判定装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mental activity judging device for judging a human mental activity based on a heartbeat waveform.

【0002】[0002]

【従来の技術】心拍間隔の揺らぎ量に着目して人間の精
神活動を定量化する精神活動判定方法が知られている
(例えば、機械学会論文集第51巻471号3153-3158
頁「知的作業の客観的評価の手法」昭和60年11月発
行参照)。図24は従来の精神活動判定方法の概要を示
し、図25は心拍波形を示す。人間の心臓の鼓動すなわ
ち心拍の波形にはR波、Q波、S波、T波などが含まれ
ており、それらの波の中で最もピーク値が高いのがR波
である。この明細書では特に断らない限り心拍波形にお
けるR波の時間間隔を心拍間隔と呼び、図25に示すよ
うに時刻t〜(t+1)の心拍間隔をRRI(t)(R-
R INTERVAL)と表わす。RRI検出部1は、心拍波形を
測定して一連の心拍間隔データRRI(i)(i=1,
2,・・・)を出力する。RRV演算部2は、次式によ
り心拍間隔RRI(i)の正規化分散RRV(R-R VARI
ANCE)を演算し、それを心拍間隔RRI(i)の揺らぎ
量と定義する。
2. Description of the Related Art A mental activity determination method for quantifying human mental activity by paying attention to the fluctuation amount of heartbeat intervals is known (for example, JSME Vol. 51, No. 471, 3153-3158).
See "Objective evaluation method for intellectual work", published in November, 1985). FIG. 24 shows an outline of a conventional mental activity determination method, and FIG. 25 shows a heartbeat waveform. The waveform of the heartbeat of the human heart, that is, the heartbeat, includes R waves, Q waves, S waves, T waves, and the like, and the R wave has the highest peak value among these waves. In this specification, unless otherwise specified, the time interval of the R wave in the heartbeat waveform is called the heartbeat interval, and the heartbeat interval from time t to (t + 1) is RRI (t) (R-
R INTERVAL). The RRI detection unit 1 measures a heartbeat waveform and outputs a series of heartbeat interval data RRI (i) (i = 1,
2, ...) is output. The RRV calculation unit 2 calculates the normalized variance RRV (RR VARI) of the heartbeat interval RRI (i) by the following equation.
ANCE) is calculated and defined as the fluctuation amount of the heartbeat interval RRI (i).

【数1】 数式1の演算に際しては、所定のサンプル数nの心拍間
隔データRRI(i)(i=1〜n)により揺らぎ量R
RVを求める。精神活動判定部3は、例えば20分から
30分間の平均揺らぎ量RRVに基づいて被験者の精神
活動を判定する。心拍間隔の揺らぎ量RRVが小さい時
は緊張状態にあり、大きい時はリラックス状態にあるこ
とが実験的に確かめられており、所定時間TにおけるR
RVの平均値RRVavrが所定値より小さい時に緊張状
態にあると判定し、所定値以上の時にリラックス状態に
あると判定する。
[Equation 1] In the calculation of Expression 1, the fluctuation amount R is calculated by the heartbeat interval data RRI (i) (i = 1 to n) of a predetermined sample number n.
Find the RV. The mental activity determination unit 3 determines the mental activity of the subject based on the average fluctuation amount RRV for 20 to 30 minutes, for example. It has been experimentally confirmed that the user is in a tense state when the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval is small, and is in a relaxed state when the fluctuation amount RRRV is large.
When the average RV value RRVavr is smaller than a predetermined value, it is determined that the person is in a tense state, and when the average value RRVavr is not less than the predetermined value, it is determined that the person is in a relaxed state.

【数2】RRVavr=ΣRRV(i)/T(2) RRVavr = ΣRRV (i) / T

【0003】また、心拍間隔データRRI(i)の周波
数解析結果が交感神経系の活動度と副交感神経系の活動
度に相関があることを利用して、人間の精神活動を判定
する精神活動判定装置が知られている。図26は測定さ
れた一連の心拍間隔データRRI(i)の周波数解析結
果を示し、横軸は周波数Fを表わし、縦軸はパワースペ
クトルPowerを表わす。心拍間隔データRRI
(i)の周波数解析結果には、2つのピーク成分が含ま
れる。図26に示す例では0.025〜0.14Hzと
0.14〜0.5Hzにピークがあり、低周波側のピー
ク成分は交感神経系の活動度と相関があり、高周波側の
ピーク成分は副交感神経系の活動度と相関がある。
Further, the fact that the frequency analysis result of the heartbeat interval data RRI (i) correlates with the activity of the sympathetic nervous system and the activity of the parasympathetic nervous system is used to judge the mental activity of humans. The device is known. FIG. 26 shows a frequency analysis result of a series of measured heartbeat interval data RRI (i), where the horizontal axis represents the frequency F and the vertical axis represents the power spectrum Power. Heartbeat interval data RRI
The frequency analysis result of (i) includes two peak components. In the example shown in FIG. 26, there are peaks at 0.025 to 0.14 Hz and 0.14 to 0.5 Hz, the low frequency side peak component is correlated with the activity of the sympathetic nervous system, and the high frequency side peak component is Correlates with parasympathetic activity.

【数3】 ここで、S(f)はRRI(i)をFFT(周波数解
析)処理したパワースペクトル密度関数である。図2
7、図28は、二人の被験者に対して強制的に緊張とリ
ラックスとを交互に強いた時の交感神経系と副交感神経
系の活動度の変化を示す。図において、横軸が時間を、
縦軸が数式3により算出された活動度を表わす。また、
ボックス部が緊張を強いた期間を示し、細い曲線が交感
神経系の活動度を示し、太い曲線が副交感神経系の活動
度を示す。これらの曲線は、心拍間隔データRRI
(i)の周波数解析結果に基づいて数式3により算出さ
れたものである。一般に、交感神経系の活動度が緊張状
態を反映し、副交感神経系の活動度がリラックス状態を
反映しているといわれており、ボックス部の前後で交感
神経系の活動度の上昇と、ボックス内で副交感神経系の
活動度の上昇が見られる。
(Equation 3) Here, S (f) is a power spectrum density function obtained by FFT (frequency analysis) processing of RRI (i). Figure 2
7 and FIG. 28 show changes in the activity of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system when two subjects were forcibly stressed and relaxed alternately. In the figure, the horizontal axis is time,
The vertical axis represents the activity level calculated by Equation 3. Also,
The box portion indicates the period during which tension is strong, the thin curve indicates the activity of the sympathetic nervous system, and the thick curve indicates the activity of the parasympathetic nervous system. These curves are the heartbeat interval data RRI
It is calculated by Equation 3 based on the frequency analysis result of (i). In general, it is said that the activity of the sympathetic nervous system reflects the tension state, and the activity of the parasympathetic nervous system reflects the relaxed state. Increased activity of the parasympathetic nervous system is seen within.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た前者の精神活動判定方法では、心拍間隔データを測定
した後に20分から30分間の平均RRVにより精神活
動を判定しているので、作業中の人間の精神活動をリア
ルタイムに判定するモニターとして利用できないという
問題がある。また、心理変化が大きく、心拍変動に影響
を与える場面が頻繁に生じる時には、揺らぎ量RRVが
10-4程度から10-2程度へと大きく変化することが実
験で確かめられている。このような揺らぎ量RRVの変
化はノイズとして演算対象から除外されるべきである
が、上述した従来の精神活動判定方法ではそのような揺
らぎ量を含めて平均値を演算しているため、従来の精神
活動判定方法は作業中に何らかの大きな心理変化がない
実験条件でしか利用できない。
However, in the former mental activity determination method described above, the mental activity is determined by the average RRV for 20 to 30 minutes after measuring the heartbeat interval data. There is a problem that it cannot be used as a monitor for judging mental activity in real time. Further, it has been confirmed by experiments that the fluctuation amount RRV greatly changes from about 10 −4 to about 10 −2 when the psychological change is large and the scene that affects the heartbeat variability frequently occurs. Such a change in the fluctuation amount RRV should be excluded from the calculation target as noise. However, in the above-described conventional mental activity determination method, since the average value is calculated including such fluctuation amount, the conventional The mental activity judgment method can be used only under experimental conditions in which there is no significant psychological change during work.

【0005】また、上述した後者の精神活動判定装置で
は、測定した心拍間隔データRRI(i)に対する後処
理による解析である上に、4つの周波数のしきい値を設
定した複雑な成分計算を必要とする構成となっているの
で、前者の精神活動判定方法と同様に、作業中の人間の
精神活動をリアルタイムに判定するモニターとして利用
できないという問題がある。
In addition, in the latter mental activity determination device described above, the measured heartbeat interval data RRI (i) is analyzed by post-processing, and in addition, complicated component calculation in which four frequency threshold values are set is required. Therefore, there is a problem that it cannot be used as a monitor for determining the mental activity of a human being working in real time, like the former mental activity determining method.

【0006】本発明の目的は、人間の精神活動をリアル
タイムに判定する精神活動判定装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a mental activity judging device for judging the mental activity of a human in real time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、心拍間隔を検出する心拍間隔検
出手段と、前記心拍間隔検出手段により検出された心拍
間隔データの分散を演算する分散演算手段と、前記心拍
間隔検出手段により検出された心拍間隔に基づいて所定
時間ごとの心拍間隔または心拍数の平均値を演算する平
均値演算手段と、前記分散演算手段により演算された心
拍間隔の分散と前記平均値演算手段により演算された平
均心拍間隔または平均心拍数とに基づいて被験者の精神
活動を判定する精神活動判定手段とを備える。請求項2
の精神活動判定装置は、前記精神活動判定手段によっ
て、前記分散演算手段により演算された心拍間隔の分散
と前記平均値演算手段により演算された平均心拍数とを
二次元平面上に展開し、その平均座標に基づいて精神活
動を判定するようにしたものである。請求項3の精神活
動判定装置は、前記平均値演算手段によって、短時間平
均心拍数とそれよりも長い時間における長時間平均心拍
数とを演算し、前記精神活動判定手段によって、前記短
時間平均心拍数と前記長時間平均心拍数とを比較し、前
記長時間平均心拍数との差が所定値以内の短時間平均心
拍数のみを平均心拍数として精神活動の判定に用いるよ
うにしたものである。請求項4の精神活動判定装置は、
前記精神活動判定手段によって、前記分散演算手段によ
り演算された心拍間隔の分散と前記平均値演算手段によ
り演算された平均心拍数とを二次元平面上に展開し、そ
の座標の変化パターンに基づいて精神活動を判定するよ
うにしたものである。請求項5の発明は、心拍間隔を検
出する心拍間隔検出手段と、前記心拍間隔検出手段によ
り検出された心拍間隔データの周波数解析を行う周波数
解析手段と、前記周波数解析手段による周波数解析結果
から所定周波数以下の低周波数成分と前記所定周波数よ
りも高い高周波数成分とを抽出する周波数成分抽出手段
と、前記周波数成分抽出手段により抽出された低周波数
成分と高周波数成分とに基づいて被験者の精神活動を判
定する精神活動判定手段とを備える。請求項6の精神活
動判定装置は、前記精神活動判定手段によって、心拍間
隔データの周波数解析結果の低周波数成分と高周波数成
分とを二次元平面上に展開し、その座標の変化パターン
に基づいて精神活動を判定するようにしたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 provides a heartbeat interval detecting means for detecting a heartbeat interval and a dispersion of heartbeat interval data detected by the heartbeat interval detecting means. Calculated by the dispersion calculating means, an average value calculating means for calculating an average value of heartbeat intervals or heartbeats at predetermined time intervals based on the heartbeat intervals detected by the heartbeat interval detecting means, and the dispersion calculating means. And a mental activity determining means for determining the mental activity of the subject based on the variance of the heartbeat intervals and the average heartbeat interval or the average heart rate calculated by the average value calculating means. Claim 2
The mental activity determination device of, by the mental activity determination means, develops on the two-dimensional plane the variance of the heartbeat intervals calculated by the variance calculator and the average heart rate calculated by the average value calculator. The mental activity is determined based on the average coordinates. The mental activity determination device according to claim 3 calculates the short-term average heart rate and the long-term average heart rate for a longer time by the average value calculation means, and the mental activity determination means calculates the short-time average heart rate. By comparing the heart rate with the long-term average heart rate, only the short-term average heart rate with a difference between the long-term average heart rate within a predetermined value is used as the average heart rate for the determination of mental activity. is there. The mental activity determination device according to claim 4 is
By the mental activity determination means, the variance of the heartbeat intervals calculated by the variance calculation means and the average heart rate calculated by the average value calculation means are developed on a two-dimensional plane, and based on the change pattern of the coordinates. It is designed to judge mental activity. According to the invention of claim 5, a heartbeat interval detecting means for detecting a heartbeat interval, a frequency analyzing means for performing a frequency analysis of the heartbeat interval data detected by the heartbeat interval detecting means, and a predetermined frequency analysis result from the frequency analyzing means. Frequency component extraction means for extracting low frequency components below a frequency and high frequency components higher than the predetermined frequency, and mental activity of the subject based on the low frequency components and high frequency components extracted by the frequency component extraction means And mental activity determining means for determining. The mental activity determining apparatus according to claim 6 expands the low frequency component and the high frequency component of the frequency analysis result of the heartbeat interval data on the two-dimensional plane by the mental activity determining means, and based on the change pattern of the coordinates. It is designed to judge mental activity.

【0008】[0008]

【作用】請求項1の精神活動判定装置では、心拍間隔の
分散と平均心拍間隔または平均心拍数とに基づいて被験
者の精神活動を判定する。請求項2の精神活動判定装置
では、心拍間隔の分散と平均心拍数とを二次元平面上に
展開し、その平均座標に基づいて精神活動を判定する。
請求項3の精神活動判定装置では、長時間平均心拍数と
の差が所定値以内の短時間平均心拍数のみを平均心拍数
として精神活動の判定に用いる。請求項4の精神活動判
定装置では、心拍間隔の分散と平均心拍数とを二次元平
面上に展開し、その座標の変化パターンに基づいて精神
活動を判定する。請求項5の精神活動判定装置では、心
拍間隔データの周波数解析結果から抽出された低周波数
成分と高周波数成分とに基づいて精神活動を判定する。
請求項6の精神活動判定装置では、心拍間隔データの周
波数解析結果の低周波数成分と高周波数成分とを二次元
平面上に展開し、その座標の変化パターンに基づいて精
神活動を判定する。
According to the mental activity judging apparatus of the first aspect, the mental activity of the subject is judged based on the variance of the heartbeat intervals and the average heartbeat interval or the average heart rate. In the mental activity determination device according to the second aspect, the variance of the heartbeat intervals and the average heart rate are developed on a two-dimensional plane, and the mental activity is determined based on the average coordinates.
In the mental activity determination device of the third aspect, only the short-term average heart rate whose difference from the long-term average heart rate is within a predetermined value is used as the average heart rate for the determination of mental activity. In the mental activity determination device according to the fourth aspect, the variance of the heartbeat intervals and the average heart rate are developed on a two-dimensional plane, and the mental activity is determined based on the change pattern of the coordinates. In the mental activity determination device according to the fifth aspect, the mental activity is determined based on the low frequency component and the high frequency component extracted from the frequency analysis result of the heartbeat interval data.
In the mental activity determination device according to the sixth aspect, the low frequency component and the high frequency component of the frequency analysis result of the heartbeat interval data are developed on a two-dimensional plane, and the mental activity is determined based on the change pattern of the coordinates.

【0009】[0009]

【実施例】【Example】

−第1の実施例− 図1は第1の実施例の構成を示す図である。マイクロコ
ンピューター5はCPUとメモリなどの周辺部品を有
し、後述する制御プログラムを実行して被験者の精神活
動の判定を行ない、判定結果に応じた制御を行なう。こ
こで、心拍を測定する被験者は何らかの機器の操作者や
監視者を想定している。心電図検出器6は、被験者の心
電図信号を測定する装置である。この検出器6は被験者
に電位信号を検出するための電極を装着するが、被験者
に激しい体動がないケースを想定しているので問題はな
いと考えられる。なお、医療用の正確な心電図の測定が
目的ではないから、電極の装着も簡易的な手法が適用可
能である。また、簡易測定が可能な脈波でも同様に心拍
波形を測定することができる。すなわち、脈波センサを
耳または手に取り付けて脈波を検出し、これらの脈波か
ら心拍波形を測定するようにしてもよい。脈波はサイン
波に近い波形であるが、R波と同様に心拍間隔を検出す
ることができる。車間距離検出装置7は、例えば超音波
センサーを用いて前者との車間距離を測定する装置であ
る。また、エンジン制御装置8は車両のエンジンの加
速、減速、停止などを制御する装置、警報装置9はブザ
ーを吹鳴して警報を発する装置である。マイクロコンピ
ューター5は、心電図検出器6により検出される心電図
信号と車間距離検出装置7により検出される車間距離と
に基づいて、エンジン制御装置8および警報装置9を制
御する。
First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the first embodiment. The microcomputer 5 has a CPU and peripheral parts such as a memory, executes a control program to be described later to determine the mental activity of the subject, and controls according to the determination result. Here, the subject who measures the heartbeat is assumed to be an operator of some device or an observer. The electrocardiogram detector 6 is a device that measures an electrocardiogram signal of a subject. This detector 6 is equipped with electrodes for detecting a potential signal on the subject, but it is assumed that there is no problem because it is assumed that the subject does not have vigorous body movements. In addition, since the purpose is not to accurately measure an electrocardiogram for medical purposes, a simple method can be applied to attach electrodes. In addition, a heartbeat waveform can be similarly measured with a pulse wave that can be simply measured. That is, the pulse wave sensor may be attached to the ear or the hand to detect the pulse wave, and the heartbeat waveform may be measured from these pulse waves. The pulse wave has a waveform close to a sine wave, but the heartbeat interval can be detected similarly to the R wave. The inter-vehicle distance detecting device 7 is a device that measures the inter-vehicle distance to the former by using, for example, an ultrasonic sensor. The engine control device 8 is a device that controls acceleration, deceleration, stop, etc. of the vehicle engine, and the alarm device 9 is a device that sounds a buzzer to issue an alarm. The microcomputer 5 controls the engine control device 8 and the alarm device 9 based on the electrocardiogram signal detected by the electrocardiogram detector 6 and the inter-vehicle distance detected by the inter-vehicle distance detection device 7.

【0010】図2はマイクロコンピューター5の制御ブ
ロック図である。RRI検出部11は、心電図検出器6
により測定された心電図信号により一連の心拍間隔デー
タRRI(i)(i=1,2,・・・)を検出する。R
RV演算部12は、上記数式1により心拍間隔RRI
(i)の正規化分散RRVを求め、心拍間隔RRI
(i)の揺らぎ量として出力する。BEAT演算部13
は、RRI検出部11により測定された心拍波形から毎
分ごとの平均心拍数BEAT〔回数/分〕を演算する。
精神活動判定部14は、RRV演算部12で演算された
心拍間隔の揺らぎ量RRVと、BEAT演算部13で演
算された平均心拍数BEATとに基づいて、被験者の精
神活動を判定する。さらに、制御部15は精神活動判定
部14の判定結果に応じた制御を行なう。
FIG. 2 is a control block diagram of the microcomputer 5. The RRI detection unit 11 includes an electrocardiogram detector 6
A series of heartbeat interval data RRI (i) (i = 1, 2, ...) Is detected by the electrocardiogram signal measured by. R
The RV calculation unit 12 calculates the heartbeat interval RRI according to the above equation 1.
The normalized variance RRV of (i) is obtained, and the heartbeat interval RRI is calculated.
It is output as the fluctuation amount of (i). BEAT calculation unit 13
Calculates the average heart rate BEAT [times / minute] every minute from the heartbeat waveform measured by the RRI detection unit 11.
The mental activity determination unit 14 determines the mental activity of the subject based on the fluctuation amount RRV of the heartbeat intervals calculated by the RRV calculation unit 12 and the average heart rate BEAT calculated by the BEAT calculation unit 13. Further, the control unit 15 performs control according to the determination result of the mental activity determination unit 14.

【0011】図3に示すRRI検出処理ルーチンにより
RRI検出部11の処理を説明する。ステップ1におい
て、心電図検出器6から被験者の心電図信号を入力し、
所定の周波数でサンプリングする。この実施例では、サ
ンプリング周波数を例えば100Hzとする。続くステ
ップ2で、サンプリングした心拍波形をフィルタ処理
し、基線変動を除去する。この実施例では、心拍波形に
例えば6〜30Hzのバンドパスフィルタ処理を施す。
次にステップ3で、心拍波形の中で所定のしきい値を越
えた波をR波として検出し、その時間間隔RRIを検出
する。検出される心拍間隔RRIには本来0.6〜1.
2秒程度の変動があるため、図4(a)に示すように心
拍間隔データRRI(i)は時系列的に不規則なデータ
になる。そこで、ステップ4で0.25秒(4Hz)間
隔で前値を補間してリサンプリング処理を行ない、図4
(b)に示すように4Hzで規則的にサンプリングされ
た心拍間隔データRRI(i)を得ることができる。
The processing of the RRI detection unit 11 will be described with reference to the RRI detection processing routine shown in FIG. In step 1, the subject's electrocardiogram signal is input from the electrocardiogram detector 6,
Sampling at a given frequency. In this embodiment, the sampling frequency is 100 Hz, for example. In the following step 2, the sampled heartbeat waveform is filtered to remove the baseline fluctuation. In this embodiment, the heartbeat waveform is subjected to bandpass filter processing of 6 to 30 Hz, for example.
Next, in step 3, a wave exceeding a predetermined threshold value in the heartbeat waveform is detected as an R wave, and its time interval RRI is detected. The detected heartbeat interval RRI is originally 0.6 to 1.
Since there is a fluctuation of about 2 seconds, the heartbeat interval data RRI (i) becomes irregular data in time series as shown in FIG. Therefore, in step 4, the previous value is interpolated at 0.25 second (4 Hz) intervals to perform resampling processing.
As shown in (b), heartbeat interval data RRI (i) regularly sampled at 4 Hz can be obtained.

【0012】RRV演算部12では、RRI検出部11
により検出された心拍間隔データRRI(i)により、
所定時間ごとに心拍間隔の揺らぎ量RRV(t)を演算
する。この実施例では、例えば16秒ごとに揺らぎ量R
RV(t)を演算するものとする。したがって、数式1
のサンプル数nが64(=16/0.25)となり、数
式1を変形した次式により時刻tにおける心拍間隔の揺
らぎ量RRV(t)を演算する。
In the RRV calculator 12, the RRI detector 11
By the heartbeat interval data RRI (i) detected by
The fluctuation amount RRV (t) of the heartbeat interval is calculated every predetermined time. In this embodiment, for example, the fluctuation amount R is generated every 16 seconds.
It is assumed that RV (t) is calculated. Therefore, Equation 1
The number of samples n becomes 64 (= 16 / 0.25), and the fluctuation amount RRV (t) of the heartbeat interval at the time t is calculated by the following formula obtained by modifying the formula 1.

【数4】 なお、ここでは揺らぎ量を分散の形で議論しているが、
標準偏差で議論しても同様なことがいえる。一方、BE
AT演算部13では、RRI検出部11により検出され
た心拍間隔データRRI(i)の16秒分すなわち64
個の心拍間隔RRI(i)の平均値に基づいて、次式に
より平均心拍数BEATを演算する。
[Equation 4] Although the amount of fluctuation is discussed here in the form of dispersion,
The same can be said when discussing the standard deviation. On the other hand, BE
In the AT calculation unit 13, 16 seconds of the heartbeat interval data RRI (i) detected by the RRI detection unit 11, that is, 64
Based on the average value of the individual heartbeat intervals RRI (i), the average heart rate BEAT is calculated by the following equation.

【数5】 BEAT(t)=60/[{ΣRRI(t+i−32)}/64] ここで、Σはi=1〜64の総和演算を表わす。なお、
この実施例では16秒ごとに心拍間隔の揺らぎ量RRV
(t)と平均心拍数BEATを演算したが、R波が検出
されるたびに演算してもよい。その場合は不規則サンプ
リングデータになるが、精神活動の判定は可能である。
また、ここでは平均心拍数で説明したが、これは呼吸に
よるRRIの変動を取ることができ、後述する処理が容
易になる利点がある。また、平均心拍数でなく、60/
RRIをBEAT(t)とし、いわゆる瞬時心拍数に基
づいて精神活動を判定してもよい。
## EQU00005 ## BEAT (t) = 60 / [{. SIGMA.RRI (t + i-32)} / 64] where .SIGMA. Represents the summation operation of i = 1 to 64. In addition,
In this embodiment, the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval is calculated every 16 seconds.
Although (t) and the average heart rate BEAT are calculated, they may be calculated each time an R wave is detected. In that case, irregular sampling data will be obtained, but mental activity can be determined.
Although the average heart rate is explained here, this has an advantage that the RRI fluctuation due to respiration can be taken and the process described later becomes easy. Also, not the average heart rate, 60 /
RRI may be BEAT (t), and mental activity may be determined based on so-called instantaneous heart rate.

【0013】次に、図5に示す精神活動判定ルーチンに
より精神活動判定部14の処理を説明する。ステップ1
1において、RRV演算部12により演算された心拍間
隔の揺らぎ量(−RRV)と、BEAT演算部13によ
り演算された平均心拍数BEATとを、二次元平面上の
座標(x,y)に対応させて二次元情報P(−RRV,
BEAT)として展開する。なお、この実施例では精神
活動の変化を理解しやすくするために心拍間隔の揺らぎ
量RRVの極性を反転して取り扱う。
Next, the processing of the mental activity determination section 14 will be described with reference to the mental activity determination routine shown in FIG. Step 1
1, the fluctuation amount (-RRV) of the heartbeat interval calculated by the RRV calculation unit 12 and the average heart rate BEAT calculated by the BEAT calculation unit 13 are associated with the coordinates (x, y) on the two-dimensional plane. Two-dimensional information P (-RRV,
It develops as BEAT). In this embodiment, in order to make it easier to understand the change in mental activity, the polarity of the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval is reversed.

【0014】図6(a),(b)は、被験者1と被験者
2に対して作業と休憩とを交互に行なわせた時のRRV
−BEAT特性を示す。いずれの図も縦軸が平均心拍数
BEAT[回数/分]を表わし、横軸が心拍間隔の揺ら
ぎ量(−RRV)[×10-4]を表わす。被験者1と被
験者2で−RRVとBEATの値は異なるが、いずれの
被験者も作業時には心拍間隔の揺らぎ量(−RRV)と
平均心拍数BEATが高くなり、休憩時には逆に心拍間
隔の揺らぎ量(−RRV)と平均心拍数BEATが低く
なることが確認された。多くの被験者に対してこのよう
な実験を行なった結果、図7に示すように、作業時のよ
うに精神活動が高くなると心拍間隔の揺らぎ量(−RR
V)と平均心拍数BEATが大きくなり、休憩時のよう
に精神活動が低くなると心拍間隔の揺らぎ量(−RR
V)と平均心拍数BEATが小さくなる。すなわち、心
拍間隔の揺らぎ量(−RRV)と平均心拍数BEATと
に基づいて、被験者の精神活動の判定が可能なことを示
している。なお、以下では精神活動の高低の度合いを精
神活動度と呼ぶ。平均揺らぎ量RRVだけに基づいて精
神活動を判定する上述した従来の判定方法では、心拍間
隔の揺らぎ量RRVが同じ値の場合は区別できず、精神
活動の判定ができない。しかし、この実施例によれば、
心拍間隔の揺らぎ量RRVの他に平均心拍数BEATも
考慮するので、どのような状況でも正確な精神活動の判
定が可能になる。
6 (a) and 6 (b) are RRVs when subject 1 and subject 2 are made to alternately perform work and break.
-BEAT characteristics are shown. In each figure, the vertical axis represents the average heart rate BEAT [times / minute], and the horizontal axis represents the fluctuation amount (-RRV) [× 10 -4 ] of the heartbeat intervals. Although the values of -RRV and BEAT are different between the test subject 1 and the test subject 2, the fluctuation amount of the heartbeat interval (-RRV) and the average heart rate BEAT become high at the time of work, and the fluctuation amount of the heartbeat interval at the time of rest ( -RRV) and average heart rate BEAT were confirmed to be low. As a result of conducting such an experiment on a large number of subjects, as shown in FIG. 7, when the mental activity becomes high as during work, the fluctuation amount of the heartbeat interval (-RR
V) and the average heart rate BEAT become large, and when the mental activity becomes low, such as during a break, the fluctuation amount of the heartbeat interval (-RR
V) and the average heart rate BEAT become smaller. That is, it is shown that the mental activity of the subject can be determined based on the fluctuation amount (-RRV) of the heartbeat interval and the average heart rate BEAT. In the following, the degree of mental activity is referred to as mental activity. According to the above-described conventional determination method for determining the mental activity based on only the average fluctuation amount RRV, when the fluctuation amounts RRV of the heartbeat intervals have the same value, it is not possible to distinguish and the mental activity cannot be determined. However, according to this example,
Since the average heart rate BEAT is considered in addition to the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval, it is possible to accurately determine the mental activity in any situation.

【0015】図5のステップ12において、精神活動の
判定基準となるデータを作成するか否かを決定する。基
準データとなる2次元データは個人差があるため、精神
活動の判定を行なう場合は必須のデータとなる。そのた
め、基準データがない場合は、精神活動の判定ができな
いのでステップ13へ進んで基準データを新たに作成す
る。また、基準データがある場合でも、その基準データ
が作成されてから所定時間以上が経過した古いものであ
れば、正確な精神活動の判定ができないのでステップ1
3へ進んで基準データを更新する。なお、基準データが
作成されてから所定時間が経過していない場合は、その
基準データを用いて判定を行なうことにし、ステップ1
4へ進む。基準データを作成または更新する場合は、ス
テップ13で、所定時間T0の間のP(−RRV,BE
AT)の平均値B(x0,y0)と分散(σx,σy)
を演算する。すでに作成されている基準データを用いる
場合は、ステップ14で、図8に示す平均化処理による
判定ルーチンを実行し、心拍間隔データの分散と平均心
拍数とを二次元平面上に展開し、その平均座標に基づい
て精神活動の判定を行なう。続くステップ15で、図1
2に示す変化パターンによる判定ルーチンを実行し、心
拍間隔データの分散と平均心拍数とを二次元平面上に展
開し、その座標の変化パターンに基づいて精神活動の判
定を行なう。なお、精神活動の判定は、ステップ14の
平均化処理による判定とステップ15の変化パターンに
よる判定のいずれか一方を行なうようにしてもよい。
In step 12 of FIG. 5, it is determined whether or not to prepare data as a criterion for mental activity. The two-dimensional data, which is the reference data, differs from person to person, so it is indispensable when determining mental activity. Therefore, if there is no reference data, it is not possible to determine the mental activity, so the process proceeds to step 13 and new reference data is created. Even if there is reference data, it is not possible to accurately determine mental activity if it is older than a certain time since the reference data was created.
Go to 3 and update the reference data. If the predetermined time has not elapsed since the reference data was created, the reference data is used for the determination, and step 1
Go to 4. When the reference data is created or updated, in step 13, P (-RRV, BE during the predetermined time T0.
AT mean) B (x0, y0) and variance (σx, σy)
Is calculated. When the already created reference data is used, in step 14, the determination routine by the averaging process shown in FIG. 8 is executed, the variance of the heartbeat interval data and the average heart rate are developed on a two-dimensional plane, and Determine mental activity based on average coordinates. In the following step 15, in FIG.
The determination routine based on the change pattern shown in 2 is executed, the variance of the heartbeat interval data and the average heart rate are developed on a two-dimensional plane, and the mental activity is determined based on the change pattern of the coordinates. The mental activity may be determined by either the averaging process in step 14 or the change pattern in step 15.

【0016】図8により、平均化処理による精神活動の
判定処理を説明する。二次元データP(−RRV,BE
AT)は、精神集中状態から開放された時(以下、リラ
ックス移行と呼ぶ)急に精神を集中した時(以下、集中
移行と呼ぶ)に大きく変化する。平均化処理による精神
活動の判定では、このようなデータPを除外した方が正
確な判定ができる。そこで、ステップ21において、図
9に示す変化点データ削除ルーチンを実行し、一連のデ
ータ列P(t)から値が大きく変化したデータP(以
下、変化点データと呼ぶ)を削除し、新しいデータ列P
n(t)を作成する。
The determination process of the mental activity by the averaging process will be described with reference to FIG. Two-dimensional data P (-RRV, BE
AT) changes greatly when the state of concentration is released (hereinafter referred to as relaxed transition) and when the mind is suddenly concentrated (hereinafter referred to as concentrated transition). In the determination of the mental activity by the averaging process, it is more accurate to exclude such data P. Therefore, in step 21, the change point data deletion routine shown in FIG. 9 is executed to delete the data P (hereinafter referred to as change point data) whose value has greatly changed from the series of data strings P (t), and to create new data. Row P
Create n (t).

【0017】図9のステップ31で、次式により長い所
定時間T1におけるデータPの平均値PLを算出する。
In step 31 of FIG. 9, the average value PL of the data P at the long predetermined time T1 is calculated by the following equation.

【数6】PL(t)=ΣP(i)/T1 ここで、ΣはデータP(i)の総和演算を表わす。続く
ステップ32で、次式によりT1より短い所定時間T2
(T2<T1)におけるデータPの平均値PSを算出す
る。
[Mathematical formula-see original document] PL (t) = [Sigma] P (i) / T1 Here, [Sigma] represents the summation operation of the data P (i). In the following step 32, a predetermined time T2 shorter than T1 is calculated by the following equation.
The average value PS of the data P at (T2 <T1) is calculated.

【数7】PS(t)=ΣP(i)/T2 ここで、ΣはデータP(i)の総和演算を表わす。次に
ステップ33で、平均値PLとPSの差の(PL−P
S)の絶対値が所定値d以上か否かを判定し、d以上で
あればステップ34へ進み、変化点データであるとして
データ列P(t)から削除する。ステップ35で、すべ
てのデータPに対して上記処理を行ない、すべての変化
点データを削除したかどうかを判断し、処理が完了して
いれば図8のステップ22へリターンし、未処理のデー
タがあればステップ31へ戻って上記処理を繰り返す。
これにより、変化点データを含まない新しいデータ列P
n(t)が作成される。
## EQU00007 ## PS (t) =. SIGMA.P (i) / T2 where .SIGMA. Represents the summation operation of the data P (i). Next, at step 33, the difference (PL-P
It is determined whether or not the absolute value of S) is greater than or equal to a predetermined value d. In step 35, the above processing is performed on all the data P to determine whether all the change point data have been deleted. If the processing has been completed, the process returns to step 22 in FIG. If there is, return to step 31 and repeat the above processing.
As a result, a new data string P that does not include change point data
n (t) is created.

【0018】リターン後の図8のステップ22から新デ
ータ列Pn(t)に基づいて精神活動の判定処理を行な
う。この平均化処理による判定では、(1) 時刻tに
おける心拍間隔の揺らぎ量RRVと平均心拍数BEAT
のデータPn(t)に基づいて判定する瞬時判定(ステ
ップ22〜23)と、(2) ある長い所定時間T3に
おけるデータPnの平均値を用いて大局的な判定を行な
う大局的判定(ステップ24〜26)と、(3) T3
より短い所定時間T4(T4<T3)におけるデータP
nの平均値を用いてスポット的な判定を行なうスポット
判定(ステップ27〜29)とを行なう。瞬時判定で
は、ステップ22において、時刻tにおけるデータP
(t)と上述した基準平均データB(x0,y0)との
差Vx,Vyを次式により算出する。
From step 22 of FIG. 8 after the return, the mental activity determination process is performed based on the new data string Pn (t). In the determination by the averaging process, (1) the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval at time t and the average heartbeat BEAT
Instantaneous determination (steps 22 to 23) based on the data Pn (t) of (1) and (2) Global determination (step 24) to perform global determination using the average value of the data Pn in a certain long predetermined time T3. ~ 26) and (3) T3
Data P at a shorter predetermined time T4 (T4 <T3)
Spot determination (steps 27 to 29) is performed to make a spot-like determination using the average value of n. In the instant determination, in step 22, the data P at time t
Differences Vx and Vy between (t) and the reference average data B (x0, y0) described above are calculated by the following equation.

【数8】Vx=x−x0,Vy=y−y0 ここで、xは時刻tにおける心拍間隔の揺らぎ量(−R
RV)、yは時刻tにおける平均心拍数BEATであ
る。ステップ23で、図10に示す精神活動判定ルーチ
ンを実行し、差Vx,Vyに基づいて精神活動の瞬時判
定を行なう。
Vx = x−x0, Vy = y−y0 where x is the fluctuation amount (−R) of the heartbeat interval at time t.
RV), y is the average heart rate BEAT at time t. In step 23, the mental activity determination routine shown in FIG. 10 is executed to make an instantaneous determination of mental activity based on the difference Vx, Vy.

【0019】図10のステップ41において、差Vx,
Vyがそれぞれ基準分散データσx,σyよりも大きい
と判定された場合は、ステップ42へ進んで精神活動度
がかなり高いと判定する。また、ステップ41,43に
おいて、差Vx,Vyがそれぞれ基準分散データσx,
σy以下で且つσx/2,σy/2よりも大きいと判定
された場合は、ステップ44へ進んで精神活動度が高い
と判定する。さらに、ステップ45で、差Vx,Vyが
それぞれ(−σx/2),(−σy/2)よりも小さい
と判定された場合は、ステップ46で、精神活動度が低
いと判定する。
In step 41 of FIG. 10, the difference Vx,
When it is determined that Vy is larger than the reference variance data σx and σy, respectively, the routine proceeds to step 42, where it is determined that the degree of mental activity is considerably high. Further, in steps 41 and 43, the differences Vx and Vy are the reference variance data σx, respectively.
When it is determined that it is less than or equal to σy and greater than σx / 2 and σy / 2, the process proceeds to step 44 and it is determined that the degree of mental activity is high. Furthermore, when it is determined in step 45 that the differences Vx and Vy are smaller than (−σx / 2) and (−σy / 2), respectively, it is determined in step 46 that the degree of mental activity is low.

【0020】次に、大局的判定では、ステップ24にお
いて、ある長い所定時間T3におけるデータPn(t)
の平均値PL(t)を算出する。続くステップ25で、
平均値PLx,PLyと上述した基準平均データB(x
0,y0)との差Vx,Vyを次式により算出する。
Next, in the global judgment, in step 24, the data Pn (t) at a certain long predetermined time T3
The average value PL (t) of In the following step 25,
The average values PLx and PLy and the reference average data B (x
0, y0) and the difference Vx, Vy is calculated by the following equation.

【数9】Vx=PLx−x0, Vy=PLy−y0 ステップ26で、図10に示す精神活動判定ルーチンを
実行し、上述したように差Vx,Vyに基づいて精神活
動の大局的判定を行なう。
## EQU9 ## Vx = PLx-x0, Vy = PLy-y0 In step 26, the mental activity determination routine shown in FIG. 10 is executed, and the global determination of mental activity is performed based on the difference Vx, Vy as described above. .

【0021】スポット的判定では、ステップ27におい
て、短い所定時間T4(T4<T3)におけるデータP
n(t)の平均値PS(t)を算出する。続くステップ
28で、平均値PSx,PSyと上述した基準平均デー
タB(x0,y0)との差Vx,Vyを次式により算出
する。
In the spot-like determination, in step 27, the data P for a short predetermined time T4 (T4 <T3)
The average value PS (t) of n (t) is calculated. In the following step 28, differences Vx, Vy between the average values PSx, PSy and the above-mentioned reference average data B (x0, y0) are calculated by the following equation.

【数10】Vx=PSx−x0, Vy=PSy−y0 ステップ29で、図10に示す精神活動判定ルーチンを
実行し、上述したように差Vx,Vyに基づいて精神活
動のスポット的判定を行なう。
Vx = PSx-x0, Vy = PSy-y0 In step 29, the mental activity determination routine shown in FIG. 10 is executed, and the mental activity spot determination is performed based on the difference Vx, Vy as described above. .

【0022】次に、変化パターンによる精神活動の判定
方法を説明する。図11は、直進路とバンク路から成る
車両のテストコースを時速約160kでテスト走行した
時の実験データを示す。図(a)はバンク路走行時の心
拍データを示し、図(b)は直線路走行時の心拍データ
を示す。図(a),(b)の横軸は心拍間隔の揺らぎ量
(−RRV)[×10-4]を表わし、縦軸は平均心拍数
Beat[回数/分]を表わす。(c)は精神活動の変
化パターンを示す。(d)はリラックス移行と集中移行
の発生頻度を示し、横軸が時間tを表わし、縦軸の上方
がリラックス移行の発生頻度[%]を表わし、縦軸の下
方が集中移行の発生頻度[%]を表わす。これらの実験
データから明らかなように、バンク路および直線路へ突
入した直後には、データP(−RRV,BEAT)が左
上がりに変化した後に右上がりに変化する集中移行の発
生頻度が高くなる。その後、しばらくすると、データP
が左下がりに変化した後に右下がりに変化するリラック
ス移行の発生頻度が高くなる。この実験では、バンク路
および直線路への突入直後は精神集中度が高くなってお
り、図11に示す実験データは被験者の自己申告の官能
評価と一致する。すなわち、心拍間隔の揺らぎ量RRV
および平均心拍数BEATの変化パターンは、被験者の
瞬時の心の動き、心理の動きを的確に表わす指標である
といえる。このような精神活動の判定方法によれば、被
験者の種々の状態をリアルタイムに的確に判定できる。
例えば、被験者が居眠り状態にある時は、平均心拍数B
EATが少なく、心拍間隔の揺らぎ量RRVが比較的大
きくなるので、所定の判定基準を設けて居眠り状態を判
定することができる。
Next, a method for determining mental activity based on the change pattern will be described. FIG. 11 shows experimental data when a test run of a vehicle consisting of a straight road and a bank road was test-run at a speed of about 160 k / h. FIG. 7A shows heartbeat data when traveling on a bank road, and FIG. 7B shows heartbeat data when traveling on a straight road. The abscissas of the graphs (a) and (b) represent the fluctuation amount (-RRV) [× 10 -4 ] of the heartbeat intervals, and the ordinate represents the average heartbeat Beat [times / min]. (C) shows a change pattern of mental activity. (D) shows the occurrence frequency of relaxed transition and concentrated transition, the horizontal axis represents time t, the upper part of the vertical axis represents the occurrence frequency of relaxed transfer [%], and the lower part of the vertical axis represents the occurrence frequency of concentrated transfer [. %]. As is clear from these experimental data, immediately after entering the bank road and the straight road, the frequency of the intensive transition in which the data P (-RRV, BEAT) changes to the left and then to the right increases. . Then, after a while, the data P
The frequency of relaxation transition, which changes to the left and then to the right, increases. In this experiment, the degree of mental concentration was high immediately after the entry into the bank road and the straight road, and the experimental data shown in FIG. 11 agrees with the self-reported sensory evaluation of the subject. That is, the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval
It can be said that the change pattern of the average heart rate BEAT and the change of the average heart rate BEAT accurately represent the instantaneous heart movement and psychological movement of the subject. According to such a mental activity determination method, various states of the subject can be accurately determined in real time.
For example, when the subject is dozing, the average heart rate B
Since the EAT is small and the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval is relatively large, it is possible to determine the dozing state by setting a predetermined criterion.

【0023】図12は変化パターンによる精神活動の判
定処理を示す。この変化パターンによる判定では、時刻
(t−dt),t,(t+dt)における、時間間隔T
のデータP(−RRV,BEAT)の平均値P0
(t),P1(t),P2(t)に基づいて、リラック
ス移行か集中移行かを判定する。なお、時間間隔Tは1
0〜16秒でもよいし、1分位でもよいが、あまり長い
時間を設定すると瞬時的特徴が失われる。ステップ51
において、時刻(t−dt),t,(t+dt)におけ
る時間間隔TのデータP(−RRV,BEAT)の平均
値P0(t),P1(t),P2(t)を算出する。続
くステップ52で、平均値P0(t)から平均値P1
(t)への変化が所定値dよりも大きな左下がりか否か
を次式により判定する。
FIG. 12 shows the mental activity determination process based on the change pattern. In the determination based on this change pattern, the time interval T at time (t-dt), t, (t + dt)
Average value P0 of the data P (-RRV, BEAT) of
Based on (t), P1 (t), and P2 (t), it is determined whether the relaxation transition or the intensive transition. The time interval T is 1
It may be 0 to 16 seconds or 1 minute, but if a too long time is set, the instantaneous characteristics are lost. Step 51
At, the average values P0 (t), P1 (t), P2 (t) of the data P (-RRV, BEAT) of the time interval T at the times (t-dt), t, (t + dt) are calculated. In the following step 52, the average value P0 (t) is changed to the average value P1.
Whether or not the change to (t) is lower left than the predetermined value d is determined by the following equation.

【数11】P0x(t)>P1x(t)+d, P0y(t)>P1y(t)+d 左下がりであればステップ53へ進み、そうでなければ
ステップ55へ進む。ステップ53で、平均値P1
(t)から平均値P2(t)への変化が所定値dよりも
大きな右下がりか否かを次式により判定する。
## EQU11 ## P0x (t)> P1x (t) + d, P0y (t)> P1y (t) + d If leftward, proceed to step 53, otherwise proceed to step 55. In step 53, the average value P1
Whether or not the change from (t) to the average value P2 (t) falls to the right larger than the predetermined value d is determined by the following equation.

【数12】P1x(t)<P2x(t)−d, P1Y(t)>P2y(t)+d 右下がりであればステップ54へ進み、そうでなければ
図5に示すプログラムへリターンする。ステップ54で
は、時刻(t−dt)と時刻tにおける時間間隔Tのデ
ータPの平均値がP0(t)からP1(t)へと左下が
りに変化し、且つ時刻tと時刻(t+dt)における時
間間隔TのデータPの平均値がP1(t)からP2
(t)へと右下がりに変化しているので、図11(c)
に示すようにリラックス移行であると判定する。
## EQU12 ## P1x (t) <P2x (t) -d, P1Y (t)> P2y (t) + d If it is a downward slope, the process proceeds to step 54. If not, the program returns to the program shown in FIG. In step 54, the average value of the data P of the time interval T at time (t-dt) and time t changes to the left downward from P0 (t) to P1 (t), and at time t and time (t + dt). The average value of the data P of the time interval T is from P1 (t) to P2
Since it has changed to the lower right toward (t), FIG.
As shown in, it is determined that the transition is a relaxed transition.

【0024】一方、ステップ52で左下がりではないと
判定された時はステップ55へ進み、平均値P0(t)
から平均値P1(t)への変化が所定値dよりも大きな
左上がりか否かを次式により判定する。
On the other hand, when it is determined in step 52 that the angle is not lowering to the left, the routine proceeds to step 55, where the average value P0 (t)
From the average value P1 (t) to the average value P1 (t) is determined by the following equation as to whether or not the change is greater to the left than the predetermined value d.

【数13】P0x(t)>P1x(t)+d, P0y(t)<P1y(t)−d 左上がりであればステップ56へ進み、そうでなければ
図5に示すプログラムへリターンする。ステップ56
で、平均値P1(t)から平均値P2(t)への変化が
所定値dよりも大きな右上がりか否かを次式により判定
する。
## EQU13 ## P0x (t)> P1x (t) + d, P0y (t) <P1y (t) -d If leftward, go to step 56, otherwise return to the program shown in FIG. Step 56
Then, it is determined by the following equation whether or not the change from the average value P1 (t) to the average value P2 (t) is an upward increase larger than the predetermined value d.

【数14】P1x(t)<P2x(t)−d, P1y(t)<P2y(t)−d 右上がりであればステップ57へ進み、そうでなければ
処理を終了して図5に示すプログラムへリターンする。
ステップ57では、時刻(t−dt)と時刻tにおける
時間間隔TのデータPの平均値がP0(t)からP1
(t)へと左上がりに変化し、且つ時刻tと時刻(t+
dt)における時間間隔TのデータPの平均値がP1
(t)からP2(t)へと右上がりに変化しているの
で、図11(c)に示すように集中移行であると判定す
る。
## EQU14 ## P1x (t) <P2x (t) -d, P1y (t) <P2y (t) -d If it is rising to the right, the process proceeds to step 57. If not, the process is terminated and shown in FIG. Return to the program.
In step 57, the average value of the data P of the time interval T between the time (t-dt) and the time t is from P0 (t) to P1.
It changes to the left upward to (t), and at time t and time (t +
The average value of the data P of the time interval T in dt) is P1.
Since it is changing to the right upward from (t) to P2 (t), it is determined to be the intensive shift as shown in FIG. 11 (c).

【0025】図13は変化パターンによる精神活動の判
定処理の変形例を示す。時刻tと時刻(t+dt)にお
ける時間間隔TのデータP(−RRV,BEAT)の平
均値P1(t),P2(t)に基づいてリラックス移行
か集中移行かを判定する。なお、時間間隔Tは0でもよ
い。ステップ61において、時刻tと時刻(t+dt)
における時間間隔TのデータP(−RRV,BEAT)
の平均値P1(t),P2(t)を算出する。ステップ
62で、P1x>P2x,P1y>P2yの変化が何回
連続しているか、すなわちデータPの左下がりの連続回
数KD1をカウントし、続くステップ63で、カウント
値KD1が所定値N1以上か否かを判定する。KD1≧
N1であればステップ64へ進み、そうでなければステ
ップ67へ進む。ステップ64では、P1x<P2x,
P1y>P2yの変化が何回連続しているか、すなわち
データPの右下がりの連続回数KD2をカウントし、続
くステップ65で、カウント値KD2が所定値N2以上
か否かを判定する。KD2≧N2であればステップ66
へ進み、そうでなければ処理を終了する。ここで、所定
値N1には5を、N2には4をそれぞれ設定したとする
と、P1(t)からP2(t)への左下がりが連続して
5回以上続き、さらにP1(t)からP2(t)への右
下がりが連続して4回以上続いた時は、ステップ66
で、(KD1+KD2)間はリラックス移行と判定す
る。
FIG. 13 shows a modification of the mental activity determination process based on the change pattern. Based on the average values P1 (t) and P2 (t) of the data P (-RRV, BEAT) of the time interval T at the time t and the time (t + dt), it is determined whether the transition is the relaxed transition or the concentrated transition. The time interval T may be 0. In step 61, time t and time (t + dt)
At time interval T in P (-RRV, BEAT)
The average values P1 (t) and P2 (t) of are calculated. At step 62, the number of consecutive changes of P1x> P2x and P1y> P2y is counted, that is, the number of consecutive falling times KD1 of the data P is counted, and at the following step 63, whether the count value KD1 is the predetermined value N1 or more. To determine. KD1 ≧
If it is N1, the process proceeds to step 64, and if not, the process proceeds to step 67. In step 64, P1x <P2x,
The number of consecutive changes of P1y> P2y, that is, the number of consecutive downward falling times KD2 of the data P is counted, and in a succeeding step 65, it is determined whether or not the count value KD2 is equal to or more than a predetermined value N2. If KD2 ≧ N2, step 66
If not, the process ends. Assuming that the predetermined value N1 is set to 5 and the predetermined value N2 is set to 4, the leftward decrease from P1 (t) to P2 (t) continues for 5 times or more, and further from P1 (t). When the downward descent to P2 (t) continues four times or more in succession, step 66
Then, it is determined that the transition is a relaxation transition during (KD1 + KD2).

【0026】一方、左下がりがN1回以上続かなかった
時は、ステップ67で、P1x>P2x,P1y<P2
yの変化が何回連続しているか、すなわちデータPの左
上がりの連続回数KU1をカウントし、続くステップ6
8で、カウント値KU1が所定回数N1以上か否かを判
定する。KU1≧N1であればステップ69へ進み、そ
うでなければ処理を終了する。ステップ69では、P1
x<P2x,P1y<P2yの変化が何回連続している
か、すなわちデータPの右上がりの連続回数KU2をカ
ウントし、続くステップ70で、カウント値KU2が所
定値N2以上か否かを判定する。KU2≧N2であれば
ステップ71へ進み、そうでなければ処理を終了する。
P1(t)からP2(t)への左上がりが連続して5回
以上続き、さらにP1(t)からP2(t)への右上が
りが連続して4回以上続いた時は、ステップ71で、
(KU1+KU2)間は集中移行と判定する。
On the other hand, when the leftward downward does not continue for N1 times or more, in step 67, P1x> P2x, P1y <P2
How many times the change of y is continuous, that is, the number of times KU1 of upward rising of the data P is counted, and the following step 6
At 8, it is determined whether the count value KU1 is equal to or greater than the predetermined number N1. If KU1 ≧ N1, the process proceeds to step 69, and if not, the process ends. In step 69, P1
How many times x <P2x and P1y <P2y are continuously changed, that is, the number of times KU2 of upward rising of the data P is counted, and in the subsequent step 70, it is determined whether or not the count value KU2 is equal to or more than a predetermined value N2. . If KU2 ≧ N2, the process proceeds to step 71. If not, the process ends.
When the upward ascending from P1 (t) to P2 (t) continues for 5 times or more and the upward ascending from P1 (t) to P2 (t) continues for 4 or more times continuously, step 71 so,
During (KU1 + KU2), it is determined that the shift is concentrated.

【0027】図14は制御部15の自動速度制御を示す
フローチャートである。制御部15は、精神活動判定部
14による精神活動の判定結果に応じてエンジン制御装
置8と警報装置9を制御する。ステップ71で、車間距
離検出装置7により検出された前車との車間距離が所定
値以下になり、前車に接近したか否かを判定する。前車
に接近した場合はステップ72へ進み、精神活動判定部
14により精神活動度が高いかまたは集中移行と判定さ
れたか否かを判別する。精神活動度が高いかまたは集中
移行の場合は、乗員が前車への接近を認識していると判
断してステップ71へ戻る。なお、上述した平均化処理
により判定を行う場合は、瞬時判定、大局的判定および
スポット判定のいずれかの判定結果あるいは複数の判定
結果を用いる。一方、前車に接近しているのに精神活動
度が低く、集中移行でない場合は、乗員が接近した前車
を認識していないと判断してステップ73へ進み、エン
ジン制御装置8により走行速度を減速するとともに、警
報装置9により警報する。
FIG. 14 is a flowchart showing the automatic speed control of the control unit 15. The control unit 15 controls the engine control device 8 and the alarm device 9 according to the determination result of the mental activity by the mental activity determination unit 14. In step 71, it is determined whether or not the vehicle-to-vehicle distance detected by the vehicle-to-vehicle distance detecting device 7 becomes less than or equal to a predetermined value and the vehicle approaches the front vehicle. When the vehicle approaches the front vehicle, the routine proceeds to step 72, where it is determined whether or not the mental activity determination unit 14 determines that the mental activity level is high or the concentration shifts. If the degree of mental activity is high or the shift is concentrated, it is determined that the occupant recognizes the approach to the preceding vehicle, and the process returns to step 71. When the determination is performed by the averaging process described above, the determination result of any one of the instantaneous determination, the global determination and the spot determination or a plurality of determination results are used. On the other hand, if the mental activity is low even though the vehicle is approaching the front vehicle, and the vehicle does not shift to the concentrated state, it is determined that the occupant does not recognize the front vehicle approaching, the process proceeds to step 73, and the engine control device 8 drives the traveling speed. Is decelerated, and an alarm device 9 gives an alarm.

【0028】このように、心拍間隔の揺らぎ量RRVと
平均心拍数BEATとに基づいて被験者の精神活動を判
定する。判定に際しては、心拍間隔の揺らぎ量RRVと
平均心拍数BEATとを二次元平面上に展開し、その平
均座標に基づいて精神活動を判定するか、あるいは、心
拍間隔の揺らぎ量RRVと平均心拍数BEATとを二次
元平面上に展開し、その座標の変化パターンに基づいて
精神活動を判定する。これにより、被験者の精神活動を
リアルタイムに正確に判定することができる。また、前
方を走行中の車両に接近した時に、精神活動の判定結果
が精神活動度が低い場合または集中移行でない場合は、
車両の乗員が前者への接近を認識していないと判断して
車両の自動減速と警報を行なうようにしたので、乗員の
居眠りなどによる前者への異常接近を回避することがで
きる。
In this way, the mental activity of the subject is judged based on the fluctuation amount RRV of the heartbeat intervals and the average heart rate BEAT. In the determination, the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval and the average heart rate BEAT are developed on a two-dimensional plane, and the mental activity is judged based on the average coordinates, or the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval and the average heart rate are determined. BEAT is developed on a two-dimensional plane, and mental activity is judged based on the change pattern of the coordinates. Thereby, the mental activity of the subject can be accurately determined in real time. Also, when the judgment result of mental activity is low when the vehicle is running ahead and the mental activity level is low or it is not concentrated transition,
Since it is determined that the occupant of the vehicle does not recognize the approach to the former, the vehicle is automatically decelerated and the alarm is issued. Therefore, it is possible to avoid the abnormal approach of the occupant to the former due to the drowsiness of the occupant.

【0029】以上の第1実施例の構成において、心電図
検出器6とマイクロコンピューター5のRRI検出部1
1が心拍間隔検出手段を、マイクロコンピューター5の
RRV演算部12が分散演算手段を、マイクロコンピュ
ーター5のBEAT演算部13が心拍数検出手段を、マ
イクロコンピューター5の精神活動判定部14が精神活
動判定手段をそれぞれ構成する。
In the configuration of the first embodiment described above, the electrocardiogram detector 6 and the RRI detector 1 of the microcomputer 5 are used.
Reference numeral 1 is a heartbeat interval detecting means, RRV calculating section 12 of the microcomputer 5 is distributed calculating means, BEAT calculating section 13 of the microcomputer 5 is heart rate detecting means, and mental activity determining section 14 of the microcomputer 5 is mental activity determining section. Each means is configured.

【0030】−第2の実施例− 上述した実施例では、心拍間隔の揺らぎ量RRVと平均
心拍数BEATに基づいて精神活動を判定したが、心拍
間隔データの周波数解析結果の周波数成分に基づいて精
神活動を判定する第2の実施例を説明する。なお、この
第2実施例の構成は図1に示す第1実施例の構成と同様
であり、図示とその説明を省略する。
Second Embodiment In the above-mentioned embodiment, the mental activity is determined based on the fluctuation amount RRV of the heartbeat interval and the average heart rate BEAT, but based on the frequency component of the frequency analysis result of the heartbeat interval data. A second embodiment for judging mental activity will be described. The configuration of the second embodiment is similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1, and illustration and description thereof will be omitted.

【0031】図15は第2の実施例のマイクロコンピュ
ーターの制御ブロック図である。なお、図2に示す第1
実施例の制御ブロック図と同様な要素に対しては同一の
符号を付して相違点を中心に説明する。RRI検出部1
1は、心電図検出器6により測定された心電図信号によ
り一連の心拍間隔データRRI(i)(i=1,2,・
・・)を検出する。周波数成分算出部21は、RRI検
出部11により検出された心拍間隔データRRI(i)
を周波数解析し、所定の周波数成分を算出する。精神活
動判定部22は、周波数成分算出部21により算出され
た周波数成分に基づいて被験者の精神活動を判定する。
さらに、制御部15は精神活動判定部21の判定結果に
応じた制御を行なう。
FIG. 15 is a control block diagram of the microcomputer of the second embodiment. The first shown in FIG.
The same elements as those in the control block diagram of the embodiment will be designated by the same reference numerals, and the description will focus on the differences. RRI detector 1
1 is a series of heartbeat interval data RRI (i) (i = 1, 2, ...) According to the electrocardiogram signal measured by the electrocardiogram detector 6.
・ ・) Is detected. The frequency component calculation unit 21 uses the heartbeat interval data RRI (i) detected by the RRI detection unit 11.
Is frequency analyzed to calculate a predetermined frequency component. The mental activity determination unit 22 determines the mental activity of the subject based on the frequency components calculated by the frequency component calculation unit 21.
Further, the control unit 15 performs control according to the determination result of the mental activity determination unit 21.

【0032】RRI検出部11における詳細な処理は上
述した図3に示す処理と同様であり、説明を省略する。
図16に示す周波数成分算出ルーチンにより、周波数成
分算出部21の処理を説明する。ステップ81におい
て、RRI検出部11により検出された心拍間隔データ
RRI(i)の周波数解析に先だち、解析区間の切り出
しを行なう。この実施例では、精神活動判定のリアルタ
イム性と情報の正確性を考慮して解析区間を64秒(2
56サンプル)とし、この解析区間を5秒ごとにシフト
する。この結果、最初の約1分はデータ獲得のために処
理結果待ちの状態になることは避けられないが、いった
ん処理が開始されると5秒おきに処理結果が得られる。
ステップ82で、切り出された解析区間の心拍間隔デー
タRRI(i)に対して周波数解析を行なう。なお、周
波数解析には高速のFFTアナライザを用いて精神活動
判定のリアルタイム性を向上させるのが望ましい。
The detailed processing in the RRI detection unit 11 is the same as the processing shown in FIG.
The processing of the frequency component calculation unit 21 will be described with reference to the frequency component calculation routine shown in FIG. In step 81, the analysis section is cut out prior to the frequency analysis of the heartbeat interval data RRI (i) detected by the RRI detection unit 11. In this embodiment, the analysis interval is 64 seconds (2 seconds) in consideration of the real-time determination of mental activity and the accuracy of information.
56 samples), and this analysis section is shifted every 5 seconds. As a result, it is unavoidable to wait for the processing result for data acquisition for the first about 1 minute, but once the processing is started, the processing result is obtained every 5 seconds.
In step 82, frequency analysis is performed on the cut out heartbeat interval data RRI (i) of the analysis section. For frequency analysis, it is desirable to use a high-speed FFT analyzer to improve the real-time determination of mental activity.

【0033】図17は周波数解析結果の一例を示し、横
軸は周波数[Hz]を表わし、縦軸はパワースペクトル
Powerを表わす。ステップ83において、周波数解
析結果から所定周波数Fo以上の周波数成分とFoより
も低い周波数成分を抽出する。所定周波数Foは0.1
〜0.15Hzが最適であることが、実験的に確認され
ている。上述した従来の精神活動判定装置では、0.0
25〜0.14Hzと、0.14〜0.5Hzの周波数
成分を抽出しているので演算時間がかかっているが、こ
の実施例では単一の所定周波数Foの上下の周波数成分
を抽出するだけであるから、演算時間が従来の装置の約
1/4となり、マイクロコンピューターの負担を軽減で
きる上に、精神活動のリアルタイム性を向上させること
ができる。ステップ84で解析区間を5秒シフトしてス
テップ85へ進み、新しい解析区間が64秒、256サ
ンプル以上あるか否かを判定し、新しい解析区間が確保
できればステップ81へ戻って上記処理を繰り返し、新
しい解析区間が確保できなければ処理を終了する。
FIG. 17 shows an example of the frequency analysis result, in which the horizontal axis represents frequency [Hz] and the vertical axis represents power spectrum Power. In step 83, a frequency component equal to or higher than the predetermined frequency Fo and a frequency component lower than Fo are extracted from the frequency analysis result. The predetermined frequency Fo is 0.1
It has been experimentally confirmed that ~ 0.15 Hz is optimum. In the conventional mental activity determination device described above, 0.0
Since it takes time to extract the frequency components of 25 to 0.14 Hz and 0.14 to 0.5 Hz, this embodiment only extracts the frequency components above and below the single predetermined frequency Fo. Therefore, the calculation time is about 1/4 of that of the conventional device, the burden on the microcomputer can be reduced, and the real-time mental activity can be improved. In step 84, the analysis section is shifted by 5 seconds and the process proceeds to step 85. It is determined whether or not there is a new analysis section of 64 seconds, 256 samples or more. If a new analysis section can be secured, the process returns to step 81 and the above processing is repeated. If a new analysis section cannot be secured, the process ends.

【0034】精神活動判定部22では、周波数成分算出
部21により算出された周波数成分に基づいて精神活動
の判定を行なう。図17に示すような心拍間隔データR
RIの周波数解析結果において、低周波数成分を瞬時的
精神活動度と定義し、高周波数成分を平均的精神活動度
と定義してそれぞれ次式により算出する。
The mental activity judging section 22 judges the mental activity based on the frequency components calculated by the frequency component calculating section 21. Heartbeat interval data R as shown in FIG.
In the frequency analysis result of RI, the low frequency component is defined as the instantaneous mental activity, and the high frequency component is defined as the average mental activity, which are calculated by the following equations.

【数15】 ここで、S(f)は心拍間隔データRRIをFFT処理
したパワースペクトル密度関数である。
(Equation 15) Here, S (f) is a power spectral density function obtained by FFT processing the heartbeat interval data RRI.

【0035】図18、図19は、二人の被験者に対して
強制的に緊張とリラックスとを交互に強いた時の瞬時的
精神活動度と平均的精神活動度の変化を示す。図におい
て、横軸が時間を、縦軸が数式15により算出された活
動度を表わす。また、ボックス部は被験者に対して所定
の課題を最高成績を目指して遂行させ、緊張状態を強い
た期間であり、他の部分はそのような作業から開放させ
てリラックス状態にある期間である。図中の細い曲線は
低周波数成分の瞬時的精神活動度を示す。低周波数成分
は直流成分に近い成分であるから、精神活動の大きな変
化を反映する。図から明らかなように、低周波数成分は
ボックスの前後、すなわち被験者が課題の遂行を開始ま
たは終了した時に急激に増加しており、精神活動の瞬時
的な活動度を反映していることがわかる。つまり、低周
波数成分の増加は精神活動の変化過程を示し、低周波数
成分の減少は精神活動の定常状態を示す。一方、図中の
太い曲線は高周波数成分の平均的精神活動度を示す。高
周波数成分は精神活動の大きな変化ではなく、微小な変
化で且つ頻繁に発生するような精神活動の平均的な変化
を反映する。図から明らかなように、高周波数成分は緊
張状態を強いたボックス内で減少し、ボックス外で増加
しているので、高周波数成分の増加がリラックス状態を
示し、減少が緊張状態を反映している。
FIG. 18 and FIG. 19 show changes in the instantaneous mental activity and the average mental activity when two subjects are forcibly stressed and relaxed alternately. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the activity level calculated by Expression 15. Further, the box portion is a period in which the subject is allowed to perform a predetermined task with the aim of achieving the highest grade and is in a tense state, and the other portion is in a relaxed state in which such work is released. The thin curve in the figure shows the instantaneous mental activity of the low frequency component. Since the low frequency component is a component close to the direct current component, it reflects a large change in mental activity. As can be seen from the figure, the low frequency components increase rapidly before and after the box, that is, when the subject starts or finishes performing the task, and reflects the instantaneous degree of mental activity. . That is, the increase of the low frequency component indicates the changing process of the mental activity, and the decrease of the low frequency component indicates the steady state of the mental activity. On the other hand, the thick curve in the figure shows the average mental activity of the high frequency components. The high-frequency component reflects not a large change in mental activity, but a small change and an average change in mental activity that frequently occurs. As is clear from the figure, the high-frequency component decreases in the tensioned box and increases outside the box, so an increase in the high-frequency component indicates a relaxed state and a decrease reflects the tensioned state. There is.

【0036】上述した瞬時的精神活動度と平均的精神活
動度の変化は、緊張状態へ移行する以前から発生してお
り、被験者の準備状態までも反映していることがわか
る。すなわち、瞬時的精神活動度と平均的精神活動度に
基づいて被験者がこれからどのような状態へ移行するの
かを予測することが可能であり、被験者の精神活動度の
判定とその判定結果に応じたリアルタイム制御に有効な
情報を提供できる。
It can be seen that the above-mentioned changes in the instantaneous mental activity and the average mental activity have occurred before the transition to the tense state, and reflect the preparation state of the subject. That is, it is possible to predict what kind of state the subject will transition to based on the instantaneous mental activity and the average mental activity, and determine the subject's mental activity according to the determination and the determination result. It is possible to provide effective information for real-time control.

【0037】図20、図21は、図18、図19に示す
時々刻々の低周波数成分と高周波数成分をそれぞれ二次
元座標P(x,y)に展開したものであり、x軸が低周
波数成分のパワースペクトルを表わし、y軸が高周波数
成分のパワースペクトルを表わす。これらの図におい
て、二次元平面の左方の領域に2つの収束エリアが観測
される。図18、図19に示すようにリラックス状態で
は低周波数成分が小さく且つ高周波数成分が大きいか
ら、上方の収束エリアはリラックス状態に対応する。一
方、図18、図19に示すように緊張状態では低周波数
成分も高周波数成分もともに小さいから、下方の収束点
は緊張状態に対応する。また、リラックス状態を示す上
方の収束エリアからいったん右側に大きく膨らんだ後に
緊張状態を示す下方の収束エリアへ移行しており、この
右側に大きく膨らんだ部分は低周波数成分が急激に上昇
する精神活動の変化過程に対応する。すなわち、図22
に示すようにリラックスエリアから緊張エリアへの移行
が緊張移行であり、逆に緊張エリアからリラックスエリ
アへの移行がリラックス移行である。このように、心拍
間隔データの周波数解析結果の低周波数成分と高周波数
成分を二次元平面上に展開することにより、各被験者の
周波数成分のパワースペクトラムに差があっても、各被
験者の精神活動を正確に評価することができる。
20 and 21 show the low frequency component and the high frequency component, which are shown in FIGS. 18 and 19, respectively, which are divided into two-dimensional coordinates P (x, y), and the x axis is the low frequency component. It represents the power spectrum of the component, and the y-axis represents the power spectrum of the high frequency component. In these figures, two convergence areas are observed in the area on the left of the two-dimensional plane. Since the low frequency component is small and the high frequency component is large in the relaxed state as shown in FIGS. 18 and 19, the upper convergence area corresponds to the relaxed state. On the other hand, as shown in FIGS. 18 and 19, both the low-frequency component and the high-frequency component are small in the tensioned state, so the lower convergence point corresponds to the tensioned state. In addition, the upper converging area showing a relaxed state is swelled to the right side to the lower converging area showing a tense state. Corresponding to the changing process of. That is, FIG.
As shown in, the transition from the relaxation area to the tension area is the tension transition, and conversely, the transition from the tension area to the relaxation area is the relaxation transition. In this way, by expanding the low frequency component and high frequency component of the frequency analysis result of the heartbeat interval data on the two-dimensional plane, even if there is a difference in the power spectrum of the frequency component of each subject, the mental activity of each subject Can be accurately evaluated.

【0038】図23は、精神活動判定部22における精
神活動判定処理を示すフローチャートである。ステップ
91において、時刻(t−dt),t,(t+dt)に
おける、時間間隔TのデータP(x;低周波数成分,
y;高周波数成分)の平均値P0(t),P1(t),
P2(t)を算出する。続くステップ92で、平均値P
0(t)からP2(t)への変化が図22に示す緊張エ
リアからリラックスエリアへの移行か否かを次式により
判定する。
FIG. 23 is a flow chart showing mental activity determination processing in the mental activity determination unit 22. In step 91, data P (x; low frequency component, at time interval T at time (t-dt), t, (t + dt),
y; high frequency component) average values P0 (t), P1 (t),
Calculate P2 (t). In the following step 92, the average value P
Whether or not the change from 0 (t) to P2 (t) is the transition from the tension area to the relaxation area shown in FIG. 22 is determined by the following equation.

【数16】P1y(t)>P0y(t)+d, P2y(t)>P1y(t)+d, P1x(t)>P0x(t), P1x(t)>P2x(t) 数式16の判定が肯定された場合はステップ93へ進
み、被験者の精神活動はリラックス移行であると判定す
る。一方、数式16の判定が否定された場合はステップ
94へ進み、平均値P0(t)からP2(t)への変化
が図22に示すリラックスエリアから緊張エリアへの移
行か否かを次式により判定する。
P1y (t)> P0y (t) + d, P2y (t)> P1y (t) + d, P1x (t)> P0x (t), P1x (t)> P2x (t) In the affirmative, the routine proceeds to step 93, where it is determined that the subject's mental activity is a relaxation transition. On the other hand, if the determination in Expression 16 is denied, the process proceeds to step 94 to determine whether the change from the average value P0 (t) to P2 (t) is the transition from the relax area to the tension area shown in FIG. Determined by

【数17】P1y(t)<P0y(t)−d, P2y(t)<P1y(t)−d, P1x(t)>P0x(t), P1x(t)>P2x(t) 数式17の判定が肯定された場合はステップ95へ進
み、被験者の精神活動は緊張移行であると判定する。
P1y (t) <P0y (t) -d, P2y (t) <P1y (t) -d, P1x (t)> P0x (t), P1x (t)> P2x (t) If the determination is affirmative, the routine proceeds to step 95, where it is determined that the subject's mental activity is a transition to tension.

【0039】このように、心拍間隔データの周波数解析
結果から抽出された低周波数成分と高周波数成分とを二
次元平面上に展開し、その座標の変化パターンに基づい
て精神活動を判定するようにしたので、被験者の精神活
動をリアルタイムに正確に判定することができる。
As described above, the low frequency component and the high frequency component extracted from the frequency analysis result of the heartbeat interval data are developed on the two-dimensional plane, and the mental activity is determined based on the change pattern of the coordinates. Therefore, the mental activity of the subject can be accurately determined in real time.

【0040】以上の第2の実施例において、心電図検出
器6とマイクロコンピューターのRRI検出部11が心
拍間隔検出手段を、マイクロコンピューターの周波数成
分算出部21が周波数解析手段を、マイクロコンピュー
ターの精神活動判定部22が精神活動判定手段をそれぞ
れ構成する。
In the second embodiment described above, the electrocardiogram detector 6 and the RRI detection section 11 of the microcomputer are heartbeat interval detection means, the frequency component calculation section 21 of the microcomputer is frequency analysis means, and the mental activity of the microcomputer. The judging section 22 constitutes a mental activity judging means.

【0041】なお、上述した実施例では、精神活動の判
定結果に応じて車両の速度制御を行なう例を示したが、
精神活動の判定結果の応用例は上記実施例に限定されな
い。例えば、工場や航空機などの監視作業にも応用でき
る。一連の工程の中で予め監視者にミスがあってはなら
ない時間帯を設定しておき、その時間帯に監視者の精神
活動が集中移行にならない場合には、まず室内温度や香
りによるリフレッシュを試み、効果がない場合にはさら
に警報を発する。これにより警報に対する慣れや飽きの
影響を低減することができ、マンネリによるヒューマン
エラー防止に貢献し得る。
In the above-mentioned embodiment, an example in which the speed of the vehicle is controlled according to the determination result of mental activity is shown.
The application example of the determination result of the mental activity is not limited to the above embodiment. For example, it can be applied to monitoring work in factories and airplanes. During the series of steps, a time zone is set beforehand so that the observer must not make any mistakes, and if the mental activity of the observer does not shift intensively during that time, first refresh the room temperature or scent. If it tries, and if it does not work, it will give an additional alarm. This can reduce the influence of getting used to and getting tired of the alarm, and can contribute to the prevention of human error due to rut.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、心
拍間隔データの分散と平均心拍間隔または平均心拍数と
に基づいて被験者の精神活動を判定するようにしたの
で、被験者の精神活動をリアルタイムに正確に判定する
ことができる。なお、判定に際しては、心拍間隔データ
の分散と平均心拍間隔または平均心拍数とを二次元平面
上に展開し、その平均座標に基づいて精神活動を判定し
てもよいし、あるいは、心拍間隔データの分散と平均心
拍間隔または平均心拍数とを二次元平面上に展開し、そ
の座標の変化パターンに基づいて精神活動を判定しても
よい。また、心拍間隔データの周波数解析結果から抽出
された低周波数成分と高周波数成分とを二次元平面上に
展開し、その座標の変化パターンに基づいて精神活動を
判定するようにしたので、被験者の精神活動をリアルタ
イムに正確に判定することができる。
As described above, according to the present invention, the mental activity of the subject is judged based on the variance of the heartbeat interval data and the average heartbeat interval or the average heartbeat rate. It can be accurately determined in real time. In the determination, the variance of the heartbeat interval data and the average heartbeat interval or the average heart rate may be developed on a two-dimensional plane and the mental activity may be determined based on the average coordinates, or the heartbeat interval data may be determined. May be developed on the two-dimensional plane and the average heartbeat interval or the average heartbeat rate, and the mental activity may be determined based on the change pattern of the coordinates. Further, since the low frequency component and the high frequency component extracted from the frequency analysis result of the heartbeat interval data are developed on a two-dimensional plane and the mental activity is determined based on the change pattern of the coordinates, the subject's Mental activity can be accurately determined in real time.

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

【図1】第1実施例の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment.

【図2】第1実施例の制御ブロック図。FIG. 2 is a control block diagram of the first embodiment.

【図3】第1実施例のRRI検出処理を示すフローチャ
ート。
FIG. 3 is a flowchart showing RRI detection processing of the first embodiment.

【図4】心拍間隔データを示す図。FIG. 4 is a diagram showing heartbeat interval data.

【図5】第1実施例の精神活動判定処理を示すフローチ
ャート。
FIG. 5 is a flowchart showing mental activity determination processing of the first embodiment.

【図6】被験者に作業と休憩とを交互に行わせた時の心
拍間隔の揺らぎ量と平均心拍数の特性を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the fluctuation amount of the heartbeat interval and the average heart rate when the subject is made to alternately perform work and break.

【図7】心拍間隔の揺らぎ量と平均心拍数の特性に基づ
く精神活動の判定方法を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for determining mental activity based on the characteristics of fluctuation amount of heartbeat interval and average heart rate.

【図8】第1実施例の平均処理による判定処理を示すフ
ローチャート。
FIG. 8 is a flowchart showing a determination process by the averaging process of the first embodiment.

【図9】第1実施例の変化点データ削除処理を示すフロ
ーチャート。
FIG. 9 is a flowchart showing change point data deletion processing according to the first embodiment.

【図10】第1実施例の精神活動判定処理を示すフロー
チャート。
FIG. 10 is a flowchart showing mental activity determination processing according to the first embodiment.

【図11】直進路とバンク路から成るテストコースを高
速でテスト走行した時の心拍データを示す図。
FIG. 11 is a diagram showing heartbeat data when a test run consisting of a straight road and a bank road is tested at high speed.

【図12】第1実施例の変化パターンによる判定処理を
示すフローチャート。
FIG. 12 is a flowchart showing a determination process based on a change pattern according to the first embodiment.

【図13】第1実施例の変化パターンによる判定処理の
変形例を示すフローチャート。
FIG. 13 is a flowchart showing a modification of the determination process according to the change pattern of the first embodiment.

【図14】第1実施例の自動速度制御を示すフローチャ
ート。
FIG. 14 is a flowchart showing automatic speed control according to the first embodiment.

【図15】第2実施例の制御ブロック図。FIG. 15 is a control block diagram of the second embodiment.

【図16】第2実施例の周波数成分算出を示すフローチ
ャート。
FIG. 16 is a flowchart showing frequency component calculation according to the second embodiment.

【図17】心拍間隔データの周波数解析結果を示す図。FIG. 17 is a diagram showing a frequency analysis result of heartbeat interval data.

【図18】被験者に対して緊張とリラックスとを交互に
強いた時の瞬時的精神活動度と平均的精神活動度の変化
を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing changes in the instantaneous mental activity level and the average mental activity level when the subject is alternately stressed and relaxed.

【図19】他の被験者に対して緊張とリラックスとを交
互に強いた時の瞬時的精神活動度と平均的精神活動度の
変化を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing changes in the instantaneous mental activity and the average mental activity when the tension and the relaxation are alternately applied to other subjects.

【図20】図18の瞬時的精神活動度と平均的精神活動
度を二次元平面に展開した図。
20 is a diagram in which the instantaneous mental activity and the average mental activity of FIG. 18 are developed on a two-dimensional plane.

【図21】図19の瞬時的精神活動度と平均的精神活動
度を二次元平面に展開した図。
FIG. 21 is a diagram in which the instantaneous mental activity and the average mental activity of FIG. 19 are developed on a two-dimensional plane.

【図22】第2実施例の精神活動の判定方法を説明する
図。
FIG. 22 is a diagram illustrating a method for determining mental activity according to the second embodiment.

【図23】第2実施例の精神活動判定処理を示すフロー
チャート。
FIG. 23 is a flowchart showing mental activity determination processing according to the second embodiment.

【図24】従来の精神活動判定方法の概要を示す図。FIG. 24 is a diagram showing an outline of a conventional mental activity determination method.

【図25】心拍波形を示す図。FIG. 25 is a diagram showing a heartbeat waveform.

【図26】心拍間隔データの周波数解析結果を示す図。FIG. 26 is a diagram showing a frequency analysis result of heartbeat interval data.

【図27】被験者に対して緊張とリラックスとを交互に
強いた時の交感神経系と副交感神経系の活動度の変化を
示す図。
FIG. 27 is a diagram showing changes in activity of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system when a subject is alternately forced to relax and relax.

【図28】他の被験者に対して緊張とリラックスとを交
互に強いた時の交感神経系と副交感神経系の活動度の変
化を示す図。
FIG. 28 is a diagram showing changes in activity of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system when tension and relaxation are alternately applied to other subjects.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 マイクロコンピューター 6 心電図検出器 7 車間距離検出装置 8 エンジン制御装置 9 警報装置 11 RRI検出部 12 RRV演算部 13 BEAT演算部 14 精神活動判定部 15 制御部 21 周波数成分算出部 22 精神活動判定部 5 Microcomputer 6 Electrocardiogram detector 7 Inter-vehicle distance detection device 8 Engine control device 9 Alarm device 11 RRI detection part 12 RRV calculation part 13 BEAT calculation part 14 Mental activity determination part 15 Control part 21 Frequency component calculation part 22 Mental activity determination part

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 心拍間隔を検出する心拍間隔検出手段
と、 前記心拍間隔検出手段により検出された心拍間隔データ
の分散を演算する分散演算手段と、 前記心拍間隔検出手段により検出された心拍間隔に基づ
いて所定時間ごとの心拍間隔または心拍数の平均値を演
算する平均値演算手段と、 前記分散演算手段により演算された心拍間隔の分散と前
記平均値演算手段により演算された平均心拍間隔または
平均心拍数とに基づいて被験者の精神活動を判定する精
神活動判定手段とを備えることを特徴とする精神活動判
定装置。
1. A heartbeat interval detecting means for detecting a heartbeat interval, a dispersion calculating means for calculating a variance of heartbeat interval data detected by the heartbeat interval detecting means, and a heartbeat interval detected by the heartbeat interval detecting means. An average value calculating means for calculating an average value of the heartbeat intervals or heartbeats for each predetermined time based on the above; a variance of the heartbeat intervals calculated by the variance calculating means; and an average heartbeat interval or an average calculated by the average value calculating means A mental activity judging device comprising: a mental activity judging means for judging a mental activity of a subject based on a heart rate.
【請求項2】 請求項1に記載の精神活動判定装置にお
いて、 前記精神活動判定手段は、前記分散演算手段により演算
された心拍間隔の分散と前記平均値演算手段により演算
された平均心拍数とを二次元平面上に展開し、その平均
座標に基づいて精神活動を判定することを特徴とする精
神活動判定装置。
2. The mental activity determination device according to claim 1, wherein the mental activity determination means is a variance of heartbeat intervals calculated by the variance calculation means and an average heart rate calculated by the average value calculation means. Is developed on a two-dimensional plane, and the mental activity determination device is characterized by determining mental activity based on the average coordinates.
【請求項3】 請求項2に記載の精神活動判定装置にお
いて、 前記平均値演算手段は短時間平均心拍数とそれよりも長
い時間における長時間平均心拍数とを演算し、前記精神
活動判定手段は前記短時間平均心拍数と前記長時間平均
心拍数とを比較し、前記長時間平均心拍数との差が所定
値以内の短時間平均心拍数のみを平均心拍数として精神
活動の判定に用いることを特徴とする精神活動判定装
置。
3. The mental activity determining device according to claim 2, wherein the average value computing means computes a short-term average heart rate and a long-term average heart rate for a longer time, and the mental activity determining means. Compares the short-term average heart rate with the long-term average heart rate, and uses only the short-term average heart rate within a predetermined value as a difference from the long-term average heart rate to determine mental activity. A mental activity determination device characterized by the above.
【請求項4】 請求項2に記載の精神活動判定装置にお
いて、 前記精神活動判定手段は、前記分散演算手段により演算
された心拍間隔の分散と前記平均値演算手段により演算
された平均心拍数とを二次元平面上に展開し、その座標
の変化パターンに基づいて精神活動を判定することを特
徴とする精神活動判定装置。
4. The mental activity determination device according to claim 2, wherein the mental activity determination means is a variance of heartbeat intervals calculated by the variance calculation means and an average heart rate calculated by the average value calculation means. A mental activity determination device characterized in that the mental activity is determined on the basis of a change pattern of the coordinates developed on a two-dimensional plane.
【請求項5】 心拍間隔を検出する心拍間隔検出手段
と、 前記心拍間隔検出手段により検出された心拍間隔データ
の周波数解析を行う周波数解析手段と、 前記周波数解析手段による周波数解析結果から所定周波
数以下の低周波数成分と前記所定周波数よりも高い高周
波数成分とを抽出する周波数成分抽出手段と、 前記周波数成分抽出手段により抽出された低周波数成分
と高周波数成分とに基づいて被験者の精神活動を判定す
る精神活動判定手段とを備えることを特徴とする精神活
動判定装置。
5. A heartbeat interval detecting means for detecting a heartbeat interval, a frequency analyzing means for performing a frequency analysis of heartbeat interval data detected by the heartbeat interval detecting means, and a predetermined frequency or less from a frequency analysis result by the frequency analyzing means. Frequency component extraction means for extracting a low frequency component and a high frequency component higher than the predetermined frequency, and the mental activity of the subject is determined based on the low frequency component and the high frequency component extracted by the frequency component extraction means. A mental activity determination device, comprising:
【請求項6】 請求項5に記載の精神活動判定装置にお
いて、 前記精神活動判定手段は、心拍間隔データの周波数解析
結果の低周波数成分と高周波数成分とを二次元平面上に
展開し、その座標の変化パターンに基づいて精神活動を
判定することを特徴とする精神活動判定装置。
6. The mental activity determination device according to claim 5, wherein the mental activity determination means develops a low frequency component and a high frequency component of a frequency analysis result of heartbeat interval data on a two-dimensional plane, A mental activity determination device characterized by determining a mental activity based on a coordinate change pattern.
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