JPS5927567B2 - EEG waveform correlation display device - Google Patents

EEG waveform correlation display device

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JPS5927567B2
JPS5927567B2 JP55175660A JP17566080A JPS5927567B2 JP S5927567 B2 JPS5927567 B2 JP S5927567B2 JP 55175660 A JP55175660 A JP 55175660A JP 17566080 A JP17566080 A JP 17566080A JP S5927567 B2 JPS5927567 B2 JP S5927567B2
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JP
Japan
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brain
waves
similarity
display device
derived
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JP55175660A
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Japanese (ja)
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JPS5799945A (en
Inventor
昭宏 八木
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、脳の各部位相互の関係を知るために、頭部に
おける複数の部位から導出した脳波波形の類似度を数量
化して表示するようにした脳波波形相関表示装置に関す
るものである。
Detailed Description of the Invention The present invention provides an electroencephalogram waveform correlation display that quantifies and displays the degree of similarity of electroencephalogram waveforms derived from a plurality of parts of the head in order to know the relationship between each part of the brain. It is related to the device.

一般に、脳波は耳朶等を基準とした電位変化として記録
され、0.1 Hzから100 Hz程度の波状の変化
を示す。
Generally, brain waves are recorded as potential changes based on the earlobe, etc., and show wave-like changes from about 0.1 Hz to 100 Hz.

現在、臨床的目的のためには、複数の部位から導出した
脳波をベンガルバー等により紙上に記録するが、脳波は
脳の活動状態に対応して変化し、その周波数と波形から
α波、β波、θ波等に分類される。
Currently, for clinical purposes, brain waves derived from multiple sites are recorded on paper using Bengal bars, etc., but brain waves change in accordance with the state of brain activity, and their frequency and waveform can be determined from alpha waves, beta waves, etc. It is classified into waves, θ waves, etc.

医師は、紙上の記録を目で観察(視察)することにより
、波の周波数の変化や脳の各部位相互の関係を認識して
診断のための情報を得ている。
By visually observing (inspecting) records on paper, doctors recognize changes in the frequency of waves and the relationships between different parts of the brain, and obtain information for diagnosis.

この場合、安静時や入眠時など脳の活動水準が下った時
に現われる周波数の低いα波(8〜13Hz)やθ波(
4〜8Hz)は比較的容易に分類や認識ができるが、思
考時等脳が活発に活動しているときに現われる周波数の
高いβ波(13Hz以上)は、その波形が複雑なため熟
練した医師でもその違いを詳しく分類することが困難で
ある。
In this case, the low-frequency alpha waves (8-13Hz) and theta waves (
4 to 8 Hz) can be classified and recognized relatively easily, but high-frequency beta waves (13 Hz or higher) that appear when the brain is actively active, such as when thinking, have complex waveforms that require skilled doctors to However, it is difficult to classify the differences in detail.

また、近年様々のタイプの脳波自動解析装置が考案され
ており、それらは、脳波の時間的分析と頭部の波の分布
を知るための空間的分析とに分類できる。
In addition, various types of automatic brain wave analysis devices have been devised in recent years, and these can be classified into temporal analysis of brain waves and spatial analysis for understanding the distribution of waves in the head.

時間的分析の主たるものはフィルターやフーリエ解析に
よるオート及びクロスコリレーションやパワースペクト
ラム等の周波数分析であり、また、空間的分析はトポグ
ラフィ−あるいはトポスコープという名称で知られてお
り、脳波中の特定の波を抽出して脳の各部に対応させて
表示するものである。
The main types of temporal analysis are frequency analysis such as auto- and cross-correlation using filters and Fourier analysis, and power spectrum. Spatial analysis is also known as topography or toposcope, and is used to identify specific areas in brain waves. It extracts waves and displays them in correspondence with each part of the brain.

而して、いずれの分析法においても、比較的周波数が低
い領域ではある程度診断に有効なデータを得ることは可
能であるが、周波数の高いβ波の領域では意味のあるデ
ータを得ることが極めて困難である。
Therefore, with any analysis method, it is possible to obtain data useful for diagnosis to some extent in the relatively low frequency region, but it is extremely difficult to obtain meaningful data in the high frequency β wave region. Have difficulty.

しかしながら、現実には安静時や入眠時ばかりでなく、
脳が活動しているとき即ち脳波がβ波を示すときにその
波から有効なデータを取出すことが必要である。
However, in reality, not only when resting or falling asleep,
It is necessary to extract valid data from beta waves when the brain is active, that is, when the brain waves exhibit beta waves.

本発明者は、脳の機能の分析のために脳波波形の類似度
が有効に使えることを見出した。
The present inventors have discovered that the similarity of electroencephalogram waveforms can be effectively used to analyze brain functions.

大脳は左右二つの半球に分かれ、それぞれ異なった情報
処理機能を有しており、左半球では主として言語や計算
等の論理的機能が、一方右半球では音楽の認知や空間的
認知の機能が行われているといわれている。
The cerebrum is divided into two hemispheres, the left and right, each with different information processing functions.The left hemisphere is primarily responsible for logical functions such as language and calculations, while the right hemisphere is responsible for music recognition and spatial cognition. It is said that

そこで、人間が論理的情報処理をしている時と、空間的
情報処理をしている時の脳波を頭部の5点の部位から導
出し、その脳波を波形類似度分析法によって解析した結
果、機能差が脳波によって検出され、その分析法が人間
の心理的情報処理の解析に有効なことが明らかになった
Therefore, we derived brain waves from five parts of the head when humans are processing logical information and when processing spatial information, and analyzed the brain waves using waveform similarity analysis. , functional differences were detected using electroencephalograms, and the analysis method was found to be effective in analyzing human psychological information processing.

より細かく多数点から脳波を導出すれば、左右差よりも
もつと詳細な脳の諸部位の情報処理機能が解析でき、こ
れらの解析結果は脳の医学的、心理学的診断にも使用す
ることができる。
By deriving brain waves from multiple points in more detail, it is possible to analyze the information processing functions of various parts of the brain in more detail than by left-right differences, and these analysis results can also be used for medical and psychological diagnosis of the brain. I can do it.

本発明は、上述したような観点から、脳の2個所から導
出した脳波波形の比較から脳の各部位相互の活動を知る
ことができることに着目し、頭部における複数の部位か
ら導出した脳波波形の類似度を数量化して表示するよう
にした表示装置を提供しようとするものである。
From the above-mentioned viewpoint, the present invention focuses on the fact that the mutual activity of each part of the brain can be known by comparing the electroencephalogram waveforms derived from two parts of the brain. The present invention aims to provide a display device that quantifies and displays the degree of similarity between.

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
するに、第1図に示すように、本発明に係る表示装置は
、人体の頭部に付設されて脳波を導出する多数の導出子
1と、導出された脳波を増幅する増幅器2と、近接する
二つの導出部位毎にそれらの部位で導出された一定時間
幅の脳波波形の類似度を数量化する演算部3と、それら
の脳の各部位に対応させて表示する表示部4とからなっ
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. , an amplifier 2 that amplifies the derived brain waves, an arithmetic unit 3 that quantifies the similarity of the brain wave waveforms of a certain time width derived at each of two adjacent derived regions, and the brain waves of those regions. It consists of a display section 4 that displays information corresponding to each part.

上記演算部3は、一つの導出部位を中心にしてその周り
に位置する各導出部位との間の脳波の類似度を求めるも
ので、その際、脳波のサンプリング時間を決めることに
よって一定時間幅の脳波を取出し、この脳波の波形その
ものについての類似度を数量化するものである。
The calculation unit 3 calculates the similarity of brain waves between one derived region and each derived region located around it. This method extracts brain waves and quantifies the similarity of the brain wave waveforms themselves.

上記数量化の方法としては種々の方法が考えられるが、
以下にそれらのいくつかを例示する。
Various methods can be considered to quantify the above, but
Some of them are illustrated below.

(1)次式に示すように、二つの脳波X(t)、Y(t
)を瞬時毎に掛は合わせてそれを単位時間T毎に積分す
る。
(1) As shown in the following equation, two brain waves X(t), Y(t
) at every instant and integrate it every unit time T.

上記演算は、アナログあるいはデジタルのどちらの場合
でも可能であるが、アナログ方式について具体的に説明
すると、脳波X(t)とY(t)を掛算器に入力し、両
者の積を求める。
The above calculation can be performed using either analog or digital methods, but to specifically explain the analog method, brain waves X(t) and Y(t) are input to a multiplier, and the product of the two is calculated.

次に、その値を特定の時定数(例えばo、i秒くらい)
を持つ積分器に入力し、瞬時平均値を演算する。
Then set that value to a specific time constant (e.g. o, about i seconds)
input into an integrator with , and calculate the instantaneous average value.

そしてその値を演算部の出力とする。The value is then used as the output of the calculation section.

(2)二つの脳波を一定のサンプリング時間でA−り変
換して単位時間毎の二つの数列を作り、これらの数列を
データとして両者の相関係数を求める。
(2) A-transform two brain waves at a constant sampling time to create two number sequences for each unit time, and use these number sequences as data to find a correlation coefficient between the two.

具体的にはデジタルで演算を行う。Specifically, calculations are performed digitally.

例えば、4m5ec毎に脳波X(t)、Y(t)をそれ
ぞれA−D変換し、ある単位時間毎の二つの数列を作る
For example, the brain waves X(t) and Y(t) are each subjected to A-D conversion every 4 m5ec to create two number sequences for each unit time.

単位時間を1秒とすると、各数列は250ポイントづつ
になる。
If the unit time is 1 second, each number sequence will have 250 points.

X(t)からの250ポイント、及びY(t)からの2
50ポイントの数列をデータとして相関係数を求める。
250 points from X(t) and 2 from Y(t)
A correlation coefficient is determined using a 50-point numerical sequence as data.

相関係数の値rは、ピアソンの方式では次の式で求めら
れる。
The value r of the correlation coefficient is determined by the following formula according to Pearson's method.

ここで、X・ Y・ はサンプルされた脳波の値又、Y
は250ポイントの平均値である。
Here, X・Y・ is the value of the sampled electroencephalogram, and Y
is the average value of 250 points.

そして、このrの値が演算部の出力となる。Then, this value of r becomes the output of the calculation section.

(3)一定のサンプリング時間でサンプルした二つの一
定時間幅の脳波X(t)、Y(t)を、第2図A。
(3) Figure 2A shows two electroencephalograms X(t) and Y(t) of a certain time width sampled at a certain sampling time.

Bに示すように、ある時点においてその極性が田七また
は負(@のいずれか、及びその一つ前の時点に比べて増
加(↑)または減少(↓)のいずれかという四つのカテ
ゴリーに分類し、二つの脳波X(t)、Y(t)を対に
して上記カテゴリーの分類に従って同図Cに示すような
連関頻度分布表を作成する。
As shown in B, at a certain point in time, the polarity is classified into four categories: either Tanachi or negative (@), and either increase (↑) or decrease (↓) compared to the previous point. Then, the two brain waves X(t) and Y(t) are paired to create an association frequency distribution table as shown in C in the figure according to the above-mentioned classification.

そして、このような表から二つの脳波の類似度を求める
統計的方法としてはカイ二乗あるいは伝達情報量が知ら
れており、これらの方法によってχ2あるいはT(x、
y)を求める。
Chi-square or the amount of transmitted information is known as a statistical method for calculating the similarity between two brain waves from such a table, and these methods can be used to calculate χ2 or T(x,
Find y).

伝達情報量によって、類似度を求める方法は次の通りで
ある。
The method for determining the degree of similarity based on the amount of transmitted information is as follows.

連関頻度分布表から、HCXI、H(Y)、H(X、Y
)の情報量は、次の式によって求められる。
From the association frequency distribution table, HCXI, H(Y), H(X, Y
) is determined by the following formula.

Hoo−一ΣP (Xi ) log 2 P (Xi
)H(Y)=−ΣP(Yi ) log 2 P(Y
i )H(X、Y) −一ΣΣP(Xi、Yi)log
2P(Xi、Yi)X、Y両者の伝達情報量は、 T (X、 Y ) −H(XI−H(Y)−H(X、
Y )により得られる。
Hoo−1ΣP (Xi) log 2 P (Xi
)H(Y)=-ΣP(Yi) log 2 P(Y
i ) H(X, Y) −1ΣΣP(Xi, Yi)log
The amount of information transmitted between 2P(Xi, Yi)
Y).

このT(X、Y)が演算部の出力となる。This T(X, Y) becomes the output of the calculation section.

上記各方法における数量化に伴う演算は、コンピュータ
等周知の電子機器を使用して容易に行うことができる。
The calculations associated with quantification in each of the above methods can be easily performed using a well-known electronic device such as a computer.

また表示部4は陰極線管表示装置等によって構成し、演
算部3からの出力即ち類似度を示す量を脳の各部位に対
応させて輝度変調や等高縞、色彩等の手段により表示す
るものである。
The display unit 4 is constructed of a cathode ray tube display device or the like, and displays the output from the calculation unit 3, that is, the amount indicating the degree of similarity, in correspondence with each part of the brain, by means of brightness modulation, contour stripes, color, etc. It is.

以上詳述したように、本発明に係る脳波波形相関表示装
置によれば、頭部における複数の部位から導出した一定
時間幅の脳波波形の類似度を数量化して表示するように
したので、脳波の周波数の高低に拘らず、非常に簡単且
つ短時間のうちに脳の各部位相互の関係を観察すること
ができる。
As detailed above, according to the electroencephalogram waveform correlation display device according to the present invention, the degree of similarity of electroencephalogram waveforms of a certain time width derived from a plurality of parts of the head is quantified and displayed. Regardless of the high or low frequency, the relationship between each part of the brain can be observed very easily and in a short time.

しかも、二つの脳波の相互相関や相互スペクトル、コヒ
ーレンシイファンクションなどを求めるものに比べ、プ
ログラムが簡単で演算も容易であるため、小容量の演算
部の使用により装置全体を小形化することができる。
Moreover, compared to methods that calculate the cross-correlation, cross-spectrum, coherency function, etc. of two brain waves, the program is simpler and the calculations are easier, so the entire device can be made smaller by using a small-capacity calculation section. .

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

第1図は本発明に係る装置のブロック構成図、第2図A
−Cは波形の類似度を数量化する方法の一例を示す説明
図である。 1・・・・・・導出子、2・・・・・・増幅器、3・・
・・・・演算部、4・・・・・・表示部。
Fig. 1 is a block diagram of the device according to the present invention, Fig. 2A
-C is an explanatory diagram showing an example of a method of quantifying waveform similarity. 1...Deriver, 2...Amplifier, 3...
...Calculating section, 4...Display section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 人体頭部に付設して脳波を導出する多数の導出子と
、導出された脳波を増幅する増幅器と、近接する二つの
導出部位毎にそれらの部位で導出された一定時間幅の脳
波波形の類似度を数量化する演算部と、この数量化され
た類似度を脳の各部位に対応させて表示する表示部とか
らなることを特徴とする脳波波形相関表示装置。
1. A large number of derivators attached to the human head to derive brain waves, an amplifier to amplify the derived brain waves, and two adjacent derivation sites each having a fixed time width of the brain wave waveforms derived at those sites. An electroencephalogram waveform correlation display device comprising: a calculation section that quantifies the degree of similarity; and a display section that displays the quantified degree of similarity in correspondence with each region of the brain.
JP55175660A 1980-12-12 1980-12-12 EEG waveform correlation display device Expired JPS5927567B2 (en)

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JPS5799945A JPS5799945A (en) 1982-06-21
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JPH066118B2 (en) * 1989-10-14 1994-01-26 元 田村 EEG analyzer
JP6142354B2 (en) * 2013-02-27 2017-06-07 国立研究開発法人理化学研究所 EEG signal processing apparatus, EEG signal processing method, program, and recording medium
US10786173B2 (en) 2014-11-17 2020-09-29 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Similarity evaluation method using brain waves, evaluation device, evaluation system, and program

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JPS5799945A (en) 1982-06-21

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