JPS60198159A - バイオフイ−ドバツク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、脳波などの生体情報を検出してこれをデジタ
ル的に処理し、報知するようにしたバイオフィードバッ
ク装置に関するものである。

更に詳述すれば、本発明は、検出された脳波信号などの
生体情報信号をデジタル信号に変換し、その後にスペク
トル分析を行い、かかるスペクトル分析の結果に基づい
て表示装置、音声合成装置、テープレコーダ等を駆動す
るようにしたものである。

［従来技術］ 近年に至って、皮膚抵抗・筋電位・血圧・脳波などの生
体情報に基づき、生体情報の変化を把握するよう構成し
た装置が盛んに開発されている。

これら生体情報のうち、なかでも、脳波についてはα波
、β波などの検出を目的とした、所謂バイオフィードバ
ック装置が数多く知られている。ここで、バイオフィー
ドバックとは、ロバート・Ｍ・スターンおよびウィリア
ム１１Ｊ・レイ著による°゛バイオフイードバツクＢＩ
ＯＦＥ巧ＤＢＡＣＫ）”に述べられているように「バイ
オフィードパ・ツクとは、監視装置（通常は電気的）を
用いて生体内の生理的変化を探知して増幅し、通常では
利用できない情報を利用可能にし、特定の形でその人に
まさにフィードバックすること」　（訳二石用中、十河
真人、伊藤たか子、紀伊國屋書店刊）と定義されている
。そして、一般には、かかるバイオフィードバック装置
を用いて生体の状態を判別し、もって、心身を落ちつか
せるよう自己制御するためのバイオフィードバックトレ
ーニングが行われている。

従来から知られているバイオフィードバック装置は、検
出された生体情報のレベルに応じて段階的な可視表示を
行い（例えば、特開昭５ａ−ｔｊａｅｅｓ号公報参照）
、あるいは、脳波の周波数およびレベルに応じた可聴音
を重畳的に若しくは連続的に発して（例えば、特開昭５
７−２２７４２号公報参照）、生体現象の変化を報知せ
しめている。また、操作者（被験者）に対して精神安定
の助けとなるようなリズム音を発するようなバイオフィ
ートノくツク装置（特公昭５８−３４７号公報参照）も
知られている。

更には、テープレコーダ等と組み合わせて学習効果を挙
げるよう構成された学習装置、訓練装置も知られている
。

しかし、これら従来技術によるバイオフィードバック装
置は、生体情報の周波数を分析するためのフィルタｅ脳
波レベルを検出するためのデイテクタ等、いずれもアナ
ログ回路を主体として構成されている。

その結果として、次に述べるような不都合を指摘するこ
とができる。

第１．検出された脳波信号等を処理するための回路が複
雑・微妙になり、且つ、信頼性が乏しくなる。

第２．脳波周波数帯域は０．５Ｈｚ〜３２Ｈｚと非常に
低い帯域であるので、通常のアナログ型積分器を用いた
場合には、測定分解能を上げるために長期の積分時間を
要する。

第３．生体の状態をフィードバックするための報知内容
が単純なものとなり（例えば、さまざまな種別の可聴音
を発生し得ない）、且つ、外部機器の適切な制御をなす
ことが困難である。

、第４．更に、パーソナルコンピュータ等のデータ処理
機構と接続して、生体情報の集積・統計演算等を行うこ
とができなかった。

［目　的］ 本発明の目的は、上述の点に鑑み、生体情報のスペクト
ル解析をデジタル的に行い、もって正確かつ迅速な報知
を行うようにしたバイオフィードバック装置を提供する
ことにある。

［発明の構成］ かかる目的を達成するために本発明では、生体情報を横
手する手段と、前記生体情報をデジタル信号化するアナ
ログ・デジタル変換手段と、前記アナログ・デジタル変
換手段から送出されるデジタル信号を導入してスペクト
ル分析を行う解析手段と、前記解析手段からの出力信号
に応答して帰還情報を報知する報知手段とを備える。

上述の解析手段には、特定周波数範囲内における最高レ
ベルのスペクトル成分を抽出する処理手段を具備するの
が好適でおる。更に、上述した最高レベルのスペクトル
成分に対応した報知手段をイ・Ｊ勢するよう構成するこ
とも可能である。

［実　施　例］ 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例によるバイオフィードバー
２り装置の脳波分析特性曲線を示す。

本図において、横軸は脳波周波教団２］を、縦軸は脳波
検出相対レベル（ｄＢ）を示す。

緊張している状態を表わすベータ（β）波は１３〜３０
Ｈ２、ゆったりとして集中している状態（瞑想・安静、
意識集中）を表わすアルファ（α）波は７．５〜１３Ｈ
ｚ、ぼんやりとして「うとうと」している状態を表わす
シータ（θ）波は４〜７．５Ｈｚの帯域を占めている。

また、α波は後述するようにスローアルファ波（以下、
α３という）である７、５〜９Ｈ２の脳波、ミツドアル
ファ波（以下、α２波という）である８〜１１Ｈｚの脳
波、ファストアルファ波（以下、α１波という）である
１１〜１３Ｈｚの脳波の３種に分けて報知する。なお、
０．５〜４Ｈｚのデルタ（δ）波および３０Ｈｚ以上の
ガンマ（γ）波については、本実施例の測定データとし
て外部には出力しない。但し、後述するように、脳波の
スペクトル分析の過程において、これらδ波およびγ波
は検知されている。

−第２図は、本発明を適用したバイオフィードバック装
置の全体構成を示す概略ブロック図である。本図におい
て、２は頭部に取り付ける表皮電極、４は超低周波増幅
器８およびシグナルコンディショナ８を含むアイソレー
シゴン回路、１０は脳波信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ　（アナログ・デジタル）変換回路である。

１Ｂは、脳成信号のスペクトル分析を行う脳波成分スペ
クトル解析回路１２、ならびに、脳波スペクトルのうち
最大レベルのスペクトルを選択する等の機能を果たす脳
波成分分析回路１４からなる脳波信号処理回路である。

！８は、Ａ／Ｄ変換器１０および脳波成分分析回路１４
の動作を制御するためのコンＩ・ローラである。

２０は検出された脳波スペクトルに応じて種々の可聴音
を発生する合成音発生回路である。この回路２０は、後
述するように、複数のＲＯＭ等から構成されており、増
幅器２６およびスピーカ２８を介して実際の可聴音を発
する。本実施例において、β波が検知されたときには「
小川のせせらぎｊ音を発して気分をリラックスさせるよ
°う作用する。また、α波が検知された場合には、その
周波数に応じて、小鳥の鳴き声を発するよう構成しであ
る。

例えば、α１波に対しては「はととぎす」の鳴き声、 α２波に対しては「かっこう」の鳴き声、α３波に対し
ては「ぶっぽうそう」の鳴き声を発する。

２２は本実施例の前面パズルに取り付けた各種表示器（
後に詳述する）を駆動する操作表示回路である。本実施
例においては、α波の種別（α１　。

α２　、α３）を示すランプ、検出された大きさのレベ
ルを示すインジケータ、筋電ノイズを検出したときに点
灯する警告ランプ等を駆動制御する。

２４は検出されたα波、β波、θ波に関するデータをＣ
ＰＩＢ（Ｇｅｖｅｒａｌ　Ｐｕｒｐｏｓｅ　Ｉｎｔｅｒ
ｆａｃｅ　Ｂｕｓ）もしくはＲ５−２３２０用インター
フエイスケーブルを介して、パーソナルコンピュータに
送出するためのデータ伝送回路である。０ＢＩＢとは、
周知のとおりＩＥＥ−４８８バスを意味するが、その他
の方式を用いたインターフェイスバスを用い得ることも
可能である。

第３図は、第１図に示した頭部表皮電極２の詳細拡大図
である。ここで、３４Ａおよび３４Ｂは一対の脳波セン
サ電極、３６はイヤークリップ（不関電極）、３８はセ
ンサープラグを示す。

第４図は本実施例の前面パネル構成例を示す。

ここで、４０は第３図示のセンサープラグ３８を差し込
むための接続端子である。４２はセンサーランプであり
、センサーバンド（電極）を装着して約１０秒を経過す
ると本ランプが消灯する。よって、本ランプが消灯しな
いときは、センサーバンドが装着不完全であることを表
わす。

４４は節電ノイズを検知したとき、例えば体の筋肉に力
が入っているとき、若しくは、目が動いているときに赤
く点灯するノイズモニタである。

４６Ａ、４８Ｂ、４８Ｇはそれぞれα１波、α２波、α
３波を検知したときに点灯するランプである。すなわち
、これらのランプはα波を３段階に分けて表示するもの
であり、ランプ４８Ａは１２Ｈｚを中心に脳波が強く現
われた時に赤く点灯する。

また、１０Ｈｚを中心に脳波が強く現われた時には、オ
レンジのランプ４８Ｂが点灯する。更に、８Ｈｚを中心
に脳波が強く現われた時には、グリーンのランプ４６Ｃ
が点灯する。

４８はアルファ波のレベル表示器であり、α波の強さを
水平方向の輝線によって表示する。一般には、その大き
さを１０段階くらいに分けて表示するのが好適である。

但し、ステッププログラムスイッチ５０をｒＳＴＥＰ　
１」にセットした場合には、１０ｇＶを最大値として表
示する。また、ｒ　５ＴＥＰ２」にセットした場合には
、２０ＪＪ、Ｖを最大値として表示する。　ｒＳＴＥＰ
　３Ｊにセットした場合には、４０ＪＬｖを最大値とし
て表示する。

５２はモード切替スイッチであり、本装置のリヤパネル
に接続するカセット・テープレコーダの０Ｎ１０ＦＦを
制御するファンクションキーである。このスイッチはｒ
ＭＯＤＥ　ＩＪ　、ｒＭＯＤＥ　２ＪおよびｒＭＯＤＥ
　３Ｊの３状態を設定することができる。これらの動作
モードについては、後に詳述する。

５４はフィードバック音の音量を調節するポリウムであ
り、これにより「小川のせせらぎ」、「はととぎす」、
「かっこう」、「ぶっぽうそう」の音量を変化させる。

５Ｂはへラドフォーン用ジャックである。

５８は電源スィッチである。

第５図は本実施例の裏面パネル構成例を示す。

ここで、６０はアナログ信号出力端子であり、Ａ／Ｄ変
挽変格回路１０２図参照）に導入される前段階のアナロ
グ信号を送出する。この出力端子にアナログレコーダ等
を接続することにより、脳波を連続的に記録することが
できる。

６２はパーソナルコンピュータと本装置とを接続するた
めのシリアル信号出力端子である。

８４Ａおよび８４Ｂはカセット・テープレコーダを制御
するための電源コンセントであり、カセット・テープレ
コーダの電源プラグを挿入する。ここでコンセント８４
Ａは、α状態の検出によって電源を切断する。これに対
し、コンセン）８４Ｂは、α状態の検出によってカセッ
ト・テープレコーダの電源を投入する。但し、ｒＭＯＤ
Ｅ　１４が表面パネルのスイッチ５２により選択されて
いる場合には、常にコンセント８４Ａは遮断状態、コン
セント８４Ｂは接続状態にある。換言すれば、ｒＭＯＤ
Ｅ　ＩＪが選択されており、且つ、コンセント６４Ｂに
カセット・テープレコーダが接続されている場合には、
常にそのテープレコーダは駆動されることになる。これ
ら制御の詳細は後に詳述する。

６Ｂは電源コード受け、８８はヒユーズ箱である。

第６図は、第５図に示したカセット・テープレコーダ制
御用コンセン）　ｌ１ｌＡＡおよび８４Ｂの機能を説明
するタイミング図である。コンセント８４Ａ（ＡＣＯＵ
Ｔ　１）は、既述のとおり、α波状態になると電源が切
れるよう作用する。また、コンセントＥｉ４Ｂ（ＡＣＯ
ＵＴ　２）では、α波状態になると電源が投入される。

既に述べたとおり、ｒＭＯＤＥ　ＩＪの設定下にあって
は、α波状態に関係なく常にＡＣＯ■ＴｌはＯＮ状態に
、ＡＣＯＵＴ　２はＯＦＦ　（電源遮断）状態に保持さ
れる・また、ｒｈｏ口Ｅ　２Ｊ若しくはｒＮＯ［ｌＥ　
３Ｊを選択した場合には、ステッププログラムスイッチ
５０によって設定される所定電圧レベル（ＳＴＥＰ　１
のときには７．５　ｐＶ、５ＴＥｐ　２ノドきには１５
ＩＬＶ、５ＴＥＰ　３（７）トきには３０ｐＶ）を「し
きい値」として、この「しきい値」以上の脳波が検出さ
れた場合にｒＡＣ０ＵＴ２」をＯＮ状態（する。但し、
ｒＭＯＤＥ　２Ｊにあっては、ＯＮ状態の最小継続時間
を５秒、ｒＮＯＩ］Ｅ　３ＪにあってはＯＮ状態の最小
継続時間を２０秒に設定しである。この状態を説明した
のが第７図である。

第５図示のコンセント８４Ａおよび８４Ｂに接続したテ
ープレコーダの使用方法は、以下に示す通りである。

イ）１台のカセッｌテープレコーダを用いてα波状態に
入る訓練を行うとき： ■コンセン）　Ｅｉ４Ａ　ｒＡｃ　０１ｌＴ　ＩＪにカ
セット・テープレコーダの電源プラグを挿入する。

■所定の音楽テープもしくはリラックス用音楽テープを
セットする。

■前面パネル（第４図参照）のモード切替スイッチ５２
をいずれかの位置にセットし、且つ、カセット・テープ
レコーダの再生ボタンを押しておく。

これにより、α波状態に入るまでリラックス用のテープ
が演奏されることになる。

口）１台のカセット拳テープレコーダを用いて、学習を
行うとき： ■コツセフ　１・８４Ｂ　ｒＡｃ　ＯＵＴ　２Ｊ　ニカ
セｙ　）　”フープレコーダの電源プラグを挿入する。

■学習したいテープををセットする。

■前面パネル（第４図参照）のモード切換スイッチ５２
をいずれかの位置にセットし、且つ、カセット・テープ
レコーダの再生ボタンを押しておく。

これにより、α波状態に入った時点において学習用テー
プの内容を聞くことができる。

ハ）２台のカセット・テープレコーダを用いて学習を行
うとき： ■音楽テープもしくはリラックス用音楽テープをセット
したカセット・テープレコーダを、コンセント８４Ａ　
ｒＡＣＯＵＴ　ＩＪ　ニ接続する。

■学習用テープをセットしたカセット・テープレコーダ
をコンセント６４Ｂ　ｒＡＣＯＵＴ　２Ｊに接続する。

　′ これにより、α波状態に至るまではリラックス用音楽が
流れ、α波状態に入ると同時に学習用テープを聞くこと
ができる。

第８図は本実施例の使用方法を説明した図であり、８８
−１はバイオフィードバック装置、６８−２はパーソナ
ルコンピュータである。但し、パーソナルコンピュータ
６８−２によるデータ処理を行わない場合には、バイオ
フィードバック装置８８−１のみを作動させる。

第８図およびｆｆｌｌＯ図は、多数の被験者による集団
訓練方法を示す図である。

第８図に示すＴＸは、個々のセンサーベルト（頭部表皮
電極）に接続されている送信器であり、その内部にはア
イソレーション回路等を内蔵しである。ここで、脳波信
号を送信する手段は公知の技術により達成することがで
きる。そして、複数の受信装置（図示せず）を備えたバ
イオフィードバック装置６８−３との組み合わせにより
、集団訓練用バイオフィードバックシステムを構成する
ことができる。

次に、第２図示の実施例について、各構成部分の詳細な
動作を説明する。

第１１図は、第２図示のアイソレーション回路４を詳細
に示す０本実施例では、商用電源（ＡＣｌｏｏＶ）との
アイソレーションを２重に行っている。

第１のアイソレーションは、ＡＣｌｏｏＶからＤＣ５Ｖ
に落すときに行うアイソレーションである（コネクタＪ
３参照）。第２のアイソレーションは、第１１図の下方
に示す如く、スイッチングレキュレータによるＤＣ／Ｄ
Ｃ変換を行い、ＤＣ１２Ｖを得ていることによる。

更に、光学デバイス（フォトカップラ）　ＰＣＩおよび
ＦＣ２を介して脳波信号を次段のＡ／Ｄ変換器１０へ伝
達している。

このように、本実施例では商用電源に対する２重のアイ
ソレーション、ならびに、信号伝達過程における光学的
アイソレーションを行い、完全なアイソレーションを図
っている。

第１１図の左上に示すコネクタＪｌには頭部表皮電極２
から得られる３木の信号線Ｌ１〜Ｌ３を接続する。この
うち、第２の信号線Ｌ２はイヤクリップ３６（第３図参
照）に接続されている。

コネクタＪ１とチェックポイントＣＰＩとの間に挟まれ
た回路は緩衝増幅回路を構成し、これにより、微弱な脳
波信号の同相成分を除去する。

チェックポイン）ＣＦ２の後段に接続されているパラレ
ルＴ型フィルタ（Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，ＣＩ、０２
，０３より成る）は、商用電源周波数５０Ｈｚもしくは
８０Ｈ２の信号成分を除去するために挿入しである。こ
のことにより、信号線Ｌ１〜Ｌ３に重畳している電源ノ
イズを除去する。

演算増幅＠ＡＭＰＩおよびその付属素子は、０．５Ｈｚ
以上の信号を通過させるバイパス・フィルタとして機能
する。これに対し、演算増幅器ＡＭｐ２およびその付属
素子は、４０Ｈｚ以下の信号を通過させるローパスΦフ
ィルタとして機能する。

演°算増幅器ＡＭＰ３およびその付属素子は、信号の振
幅を調整するゲイン調整器として機能する。

演算増幅器ＡＭＰ４　、ＡＭＰ５およびそれらの付属素
子は、Ｖ−Ｆコンバータ（電圧・周波数変換器）として
機能する。

一方、演算増幅器ＡＭＰ８〜ＡＭＰ８およびそれらの付
属素子は、商用電源周波数成分５０Ｈｚもしくは８０Ｈ
ｚを検出する回路であり、コンパレータＧＮＰの出力結
果に応じて、センサーバンド（第３図参照）の取付は不
完全を検出する。これにより、前面ノくネルのセンサー
ランプ４０（第４図参照）を点灯させる。

第１２図（Ａ）〜（Ｄ）および第１３図（Ａ）〜（Ｄ）
は、第２図示の脳波信号処理回路１Ｂを詳細に示す回路
図である。本図の動作は、後に述べる第１８図以降にお
いて説明する。

第１４図は第１２図（Ａ）〜（Ｄ）のＬＳＩ配列を示す
図、第１５図は第１３図（Ａ）〜（ロ）のＬＳＩ配列を
示す図である。これら第１４図および第１５図は、第１
２図（Ａ）〜（Ｄ）および第１３図（Ａ）〜（Ｄ）にお
ける主要なＬＳＩ　を示したものである。図示したＬＳ
Ｉのメーカ名および型番は、次に示す通りである。

１Ｃ４は、ＮＥＣ製、　ＰＯ８２８４；ＩＣ２，１０１
９，ｌ０３８は日立製７４ＬＳ１０７；１０３は、ＮＥ
Ｃ製ＪＬ　ＰＯ３０８８；ＩＣ４，ＩＣ８，ＩＣ９，Ｉ
Ｃ１０，ＩＣ１ｆ、ｌＧ３５は、日立製７４ＬＳ３７３
； ＩＣ５、ＩＣ２５は、ＮＥＣ！Ｉ！　ＪＬＰＩ１２７８
４；ＩＣｅ、１０７．１０１２．ＩＣｌ３．ＩＣ２Ｂ、
ＩＣ２？は、東芝製ＴＭＭ２０１Ｂ。

１０１４．１０１５．ＩＣ２３，１０２４は、日立製７
４ＬＳ８４５；ＩＣ１Ｂ、ＩＣ１７，ＩＣ２９，１０３
０は、日立製７４ＬＳ１３８゜ｌ０１８　、　［３？　
、　ＩＣ３！３は、日立製７４ＬＳ１３９；ＩＣ２０は
、ＮＥＣ製ｔＬＰＤ８２５５　；［２１は、ＮＥＣ製終
製終８１５５； １０２２は、ＮＥＣ製終Ｐｏ８２５１；ｌ０２８は、沖
電気製Ｎ５Ｍ５２０４Ｒ９゜［３１，ＩＣ３２は、日立
製７４ＬＳ１９３゜１０３３　、　ＩＣ３４は、日立製
？４ＬＳ２９３　；ｌ０３６は、ＮＥＣ製＃ＬＰ０８０
８５Ａ−２である。

ごこで、第１２図（Ａ）〜（Ｄ）は、ＩＣ３（１８ビツ
トＣＰＵである８０８８）を中心として構成した脳波成
分スペクトル解析回路１２（第２図参照）を示す。これ
に対し、第１３図（Ａ）〜（Ｄ）は、Ａ／Ｄ変挽回路ｌ
Ｏおよび脳波成分分析回路１４（第２図参照）を示して
いる。この脳波成分分析回路１４１±、ＩＣ３Ｂ（８ピ
ツ）　ＣＰＵである８０８５Ａ−２）を中心にして構成
しである。

第１６図は、アナログ形式の脳波信号をデジタル信号に
変換するための制御手順を示す。まず、ステップＳＩＯ
において、Ａ／Ｄ接続エラーの有無を−１−二−暮１礒
（ＳＩ’ｊ中七台、Ｆ場合に１±１ステツプＳｌｌにお
いてＡ／Ｄ変換動作を開始する。

そして、ステップＳ１２においてＡ／Ｄ変換が完了した
ものと判定された場合には、そのデジタルデータをＲＡ
Ｍに書き込んで、次のスペクトル解析手順に備える。

なお、ステップＳＩＯにおいてＡ／Ｄ接続エラーが検知
された場合には、エラー状７１を、示すフラグ（図示せ
ず）をセットして、Ａ／Ｄ接続エラーに係るデータを含
む１２８個のバッファデータを全て無効にする。

第１７図は、Ａ／Ｄ変換終了後の制御手順を示すフロー
チャー１・である。図示したフローチャートでは、タイ
マ起動により割り込みをかけ、１５，６ミ１）秒ごとに
サンプリングを行っている。すなわち、ステップＳ２０
により、Ａ／Ｄ変換後のデータを取り込み、そのデータ
を時系列的にデータメモリにセットする（ステップ５２
１）。かかる時系列的な一群のデータは、後に示す第２
１図（Ａ）の如く構成される。

ステップＳ２０におけるＡ／Ｄ変換動作は、既に述べた
とおり、第１３図（Ａ）〜（Ｄ）に示し九Ａ／Ｄ変換器
によって行なう。そして、所定のサンプル個数（本実施
例では１２８個）についてデータの収集が完了すると（
ステップ５２２）、そのサンプルデータを脳波成分スペ
クトル解析回路１２（第２図参照）へ転送する。

第１８図は、脳波成分スペクトル解析回路１２の動作手
順を示すフローチャートであり、１６ビツトＣＰＵであ
る８０８８により実行する。まず、ステップＳ、３０に
おいて、Ａ／Ｄ変換器から送出されてくるサンプルデー
タを受領し、次のステップＳ３１において、脳波成分の
相対スペクトル値を算出する。ステップＳ３２では、ス
テップＳ３１において得られた相対スペクトル値に所定
の演算を施し、電圧値（ｐＬＶ）に変換する。

第１８図は、パワースペクトルの演算後に行われる割り
込み処理を示すフローチャートである。まず、ステップ
Ｓ４０において、周波数ごとにレベルを記憶する。換言
すれば、後に示す第２１図（Ｂ）の如く、周波数系列の
レベルデータ群を形成する。

ステップＳ４１では、各々の脳波成分のうち最大レベル
のものを選び出し、第２１図（Ｃ）に示す如く、スタッ
クを構成する。すなわち、αｌ波。

α２波、α３波、β波およびθ波に属するスペクトル成
分について、最高レベル（ＪＬＶ）とその周波数（Ｈｚ
）を記憶する。

ステップＳ４２では、目の開閉等によって生じる節電ノ
イズを検出し、前面パネルのノイズモニタランプ４４（
第４図参照）を点灯さ゛せる。

ステップＳ４３では、ステップＳ４１における検出結果
（第２１図（Ｇ）参照）に基づき、前面パネルのα波表
示ランプ４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｇのいずれか一個、およ
び、レベル表示器４８（第４図参照）を駆動する。この
ステップ９４３は、第２図示の操作表示回路２２によっ
て実行される。

、ステップＳ４４では、第２図示の合成音発生回路２０
を駆動して、フィードバック音を発生させる。

このフィードバック音は、既に述べた如く、β波が検知
されているときには「小川のせせらぎ」音、α波が検知
されているときには、ステップ拳プログラム・スイッチ
５０（第４図参！！＠）に応じて、「はととぎす」、「
かつこう」、「ぶつぼうそう」の鳴き声をそれぞれ発生
させる。なお、音声合成については、後に詳述する。

ステップＳ４５では、裏面パネルの電源コンセント８４
Ａ、　８４Ｂ　（第５図参照）を第６図に示す如く制御
する。その詳細は、既に第６図および第７図に関して述
べた通りである。

ステップ３４Ｂは、本実施例によるバイオフィードバッ
ク装ｊδがＲ５−２３２Ｃインターフエイス等を介して
パーソナルコンピュータに接続されてｌ、）る場合に必
要とされる６本ステップは、第２図示のデータ伝送回路
２４によって実行される。

第２０図は、データの流れを中心にして、以」二の説明
をまとめたものである。すなわち、本図は第１８図ない
し第１８図の要約フローチャートである。

ステップＳ５０およびＳ５１はデータサンプリング過程
を示す。すなわち、タイマ起動により、１５．６ミリ秒
ごとに割り込みがかけられ、第２１図（Ａ）にステップ
Ｓ５２ないしＳ５４は、スペクトル分析過程を示す。こ
こで、ステップＳ５３では、第２１図（Ｂ）に示す如く
、周波数系列のデータが得られる。また、ステップＳ５
４では、第２１図（Ｃ）に示すデータが得られる。

ステップＳ５５ないし３５８は、表示・出力過程を示す
。これら各ステップについては、既に詳述したことより
明らかであるので、説明は省略する。

なお、α１波〜α３波、β波、θ波の全周波数・１１″
１域にわたって所定値（例えば、１００　ｐＶ）以上の
レベルが検出された場合には、それをノイズとみなす。

この所定値はＲＯＭにテーブルとして確保しておく。但
し、容易に変更が可能なような構成としておく。

第２１図（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施例に用いられる各種
データのフォーマットを説明するものである。

（Ａ）〜（Ｃ）については、既に述べた通りである。

（Ｄ）は、Ａ／Ｄ変換器１０からスペクトル解析回路１
２へ送られるデータの形式を示す。本実施例で１士す０
〜２５５のレベルに分けている。また、（Ｅ）はスペク
トル解析回路１２（８０８８）からメインのマイクロプ
ロセッサ（すなわち、　８０８５＾−２）に送出される
データの形式を示す。図示したＦＣＦはフーリエ変換制
御フラグを示す。

このフラグＦＣＦは、２個のプロセッサ（８０８５Ａ−
２および８０８８）間においてデータの授受を行うため
に、これら両プロセッサから共に参照することができる
エリアである。

ｆｊＳ２１図（Ｆ）は本実施例に用いるメモリのレイア
ウト全般を示す。

次に、上述したフラグＦＣＦの機能ないしプロセ・フサ
間のデータインターフェイスについて説明する。

■フラグＦＣＦが０のときに、プロセ・ンサ８０８５Ａ
−２（第１５図に示したＩＣ３Ｂ参照）側がデータをセ
ットし、これによりフラグＦＧＦが８０８になると、プ
ロセッサ８０８Ｂ　（第１４図に示したＩＣ３参照）側
はデータを受信し得る状態になる。

■従って、フラグが８０□の間、プロセッサ８０８５Ａ
−２側は新たなデータのセットは行わない。

■プロセッサ８０８８側がデータを取り込んでＦＦＴ演
算が終了すると、フラグＦＣＦはＦＦＨに変えられる。

眞）プロッサ８０８５Ａ−２側は、フラグＦＧＦの状態
ＦＦ、４を確認し、データ処理（第２１図（Ｃ）に示し
たデータを得るための処理）を行う。

■その後、フラグＦＣＦは再び０に戻される。

第２２図は、既に説明したスペクトル分析手順を別の観
点から説明したフローチャートである。すなわち、本図
は８０８８を用いた高速フーリエ変換処理プログラムを
示すフローチャートである。また、第２３図はスペクト
ル解析に際して用いられるメモリの概略配置図である。

第２２図に示した各制御ステップの内容は、次に示す通
りである。

ステップＳ８０：サンプリングデータに窓関数を掛けな
がら、ワークエリアに転送する。

ステップＳ８１：ビット順序の逆転を行う操作をして、
データを並び換える。

ステップＳ８２：８０８８を用いて高速フーリエ変換を
行う。

ステップＳ６３：各複素数のデータに基づき、パワース
ペクトルの演算を行う。

ステップＳ６４：得られたパワースペクトルを、出力デ
ータエリアに転送する。

このように、第２２図に示したプログラムは、サンプル
点数１２８個の周期データに高速フーリエ変換を°施し
、もってパワースペクトルをめるものである。

本実施例においてめるスペクトルの周波数は極めて低い
ものである。そこで、サンプル点数を１２８データ（２
秒間に得られるデータ）とすると、周波数分解能は０．
５Ｈｚ、ナイキスト周波数は３２Ｈｚとなる。そして、
脳波に含まれるα、β、θ波を正確に判別するために、
窓関数としてハミング窓関数をサンプルデータに乗じて
いる。また、演算時間の短縮化を図るために、ハミング
関数の値をデータテーブルとして予め備えである。

デ・チューキーによる周波数間引き型のアルゴリズムを
採用しており、その基本演算であるバタフライ演算に用
いるＳＩＮ、ＧＳの値を、データテーブルとして予め設
定している。

かくして、１８ビツトマイクロプロセツサにより、演算
時間の短縮化を実現することができる。

第２４図は、第２図に示した合成音発生回路２０を詳細
に示したプロ・ツク図である。合成音発生回路２０は、
アドレス入力部７０．一対のアドレスデコーダ７２Ａお
よび７２８．２秒間のメツセージ情報をそれぞれ格納す
ることができるＮ個のＲＯＭ７４−１〜７４−Ｎ、音声
合成用集積回路７Ｂ、ＲＯＭアドレス発生器７８を含む
。この合成音発生回路２０の入力側はコントローラ１８
Ｂに接続されており、その出力側は増幅器２６を介して
スピーカ２８に接続されている。

所望の音声を選択するために、コントローラ（ＣＰＵ）
１８Ａは音声アドレス入力部に対して、該当するアドレ
スを入力する。このアドレスは８ビットを、上位４ビツ
トが第２音のアドレスを表わす（第１音および第２音は
続けて発せられる）。例えば、第１のＲＯＭを選択して
所定の音声を２秒間発生した後に、引き続いて第２のＲ
ＯＭを選択して別個の音声を２秒間発生させるといった
次第である。また、第１音および第２音について、同一
のＲＯＭを選択することも可能である。本実施例におい
ては、「小川のせせらぎ」音のはか「はととぎす」、「
かっこう」、「ぶっぽうそう」の鳴き声をＲＯＭ７４−
１〜７４−４４．［納１．　テアリ、同−ｃ７）ＲＯＭ
　ヲ必要に応じて（すなわち、一定の脳波が検出され続
く限り）連続的にアドレス指定するよ−うコントローラ
１８Ｂを構成しである。

アドレス入力部７０に入力されたアドレスはアドレス・
デコーダ７２Ａ、７２Ｂにより解読され、ＲＯＭ７４−
１〜７４−Ｎのうちいずれか１個のＲＯＭが選択される
。

そして、コントローラ１８Ａからスタート信号がＲＯＭ
アドレス発生器７８に供給されると、選択されたＲＯＭ
からは順次その内容（音声データ）が読み出される。・
音声合成用集積回路７Ｂは入力される音声データに基づ
き、実際の可聴音信号を合成する。このようにして、ス
ピーカ２８から「小川のせせらぎ」音などが発せられる
。

第２５図は、第２４図に示したブロック図を更に詳しく
示した回路図である。図示した入力コネクタＪＩＯＩの
ボートＰＡには、第２６図（Ａ）に示すように、端子０
〜３には第１音のアドレスを、端子４〜７には第２音の
アドレスを供給する。また、ボートＰＢおよびＰＣには
、制御用信号として第２６図（Ｂ）および（Ｃ）に示す
信号を供給する。これらボートＰＡ−ＰＣに供給される
信号は、インターフェイス用ＩＣである８１５５　（図
示せず）から発せられる。

第２５図において、入力コネクタＪ１０１に接続されて
いる８個のインバータは、第２４図示のアドレス入力部
７０に相当する。また、第２５図示の集積回路２Ｃは第
２４図示のデコーダ７２Ａおよび７２Ｂに相当し、第２
５図示のＲＯＭ−ＡＣは第２４図示のＲＯＭ７４−１〜
７４−Ｎに相当し、第２５図示の集積回路３Ｂおよび４
Ｂは第２４図示のＲＯＭアドレス発生器７８に相当し、
第２５図示の集積ＩＧＤおよびＩＣは第２４図示の音声
合成用集積回路７Ｂに相当し、第２５図示の演算増幅器
ＩＢおよびＩＡは第２４図示の増幅器２６に相当する。

第２５図に示した集積回路のメーカ名および型番は次の
通りである。

ＩＡ、３Ａ、４Ａは東芝製４０８９０ＢＰ、２Ａは東芝
製４０１１０ＢＰ、 ２Ｂは東芝製４０１３８Ｐ、 ２Ｇ　、　３Ｇは東芝製４５１５ＢＰ、３Ｂ、４Ｂは東
芝製４０２４ＢＰ、 ＩＣＤは日立製ＬＳ２４１、 ＩＣは沖電気製ＭＳＭ５２０５Ｒ９， １Ｂは日立製１７９０２、 ＩＡは東芝製ＴＡ７３１３ＡＰ、 ＩＤ−５Ｆは東芝製２７８４ＥＦＲＯＭ　（Ｘ　１５）
、２ＥＦ、２ＦＧ、４ＥＦ、４ＧＨは東芝製４０Ｅ１９
ＵＢＰ、２ＤＥ　、　２ＧＨ、４０Ｅ　、　４ＦＧは東
芝製４０１１０ＢＰである。

第２７図は第２図に示した操作表示回路２２の詳細回路
図である。本図において、ＤＡＲは１０個のＬＥＤ（発
光ダイオード）を備えたダイオードアレイであり、前面
パネル上の脳波レベル表示器４８（第４図参照）に相当
する。また、ＤＩ、Ｄ２．Ｄ３はそれぞれ前面パネル上
のα波表示ランプ４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｇに相当するＬ
ＥＤである。同様に、Ｄ４は前面パネル上のノイズモニ
タ４４に相当するＬＥ［］　、　０５は前面パネル上の
センサーランプ４２に相当するＬＥＤである。

以上述べてきた本実施例の動作仕様をまとめると、次の
通りである。

、（以　下　余　白） なお、上述した実施例においては、生体情報のひとつと
して脳波を用いたが、生体現象の変化に基づくその他の
情報も用い得ることは勿論である。

［効　果］ 以上説明したとおり、本発明によれば、生体情報のスペ
クトル解析をデジタル的に行うことができるので、分析
結果が１確であるばかりでなく長期的な使用に対しても
信頼性あるバイオフィードバック装置を得ることができ
る。

更に、スペクトル解析が全てデジタル的に行われている
ことから１種々のデータ処理装置に接続することが可能
となり、広汎な用途に適用し得ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるバイオフィードバック
装置の脳波分析特性曲線を示す線図、第２図は本発明を
適用したバイオフィードバック装置の全体構成を示す概
略ブロック図、第３図は第１図に示した頭部表皮電極の
詳細拡大図、 第４図は本実施例の前面パネルを示す図、第５図は本実
施例の裏面パネルを示す図、第６図および第７図は、第
５図に示したカセット・テープレコーダ制御用コンセン
ト８４Ａｔ３よび６４Ｂの機能を説明するタイミング図
、第８図は本実施例の使用方法を説明する図。 第８図および第１０図は多数の被験者による集、団訓練
風影を示す図、 第１１図は第２図に示したアイソレーション回路４の詳
細回路図、 第１２（Ａ）〜（Ｄ）、第１３図（Ａ）〜（Ｄ）、第１
４図および第１５図は第２図に示した脳波信号処理回路
１Ｂの詳細回路図、 第１８図〜第２０図は本実施例の制御手順を説明するフ
ローチャート、 第２１図（Ａ）〜（Ｆ）は本実施例に用いる各種データ
（７）７オーマツトおよびメモリレイアウトを示す図、 第２２図は高速フーリエ変換処理プログラムを示すフロ
ーチャート、 第２３図はスペクトル解析に際して用いられるメモリの
概略配置図、 第２４図は第２図に示した合成音発生回路を詳細に示す
ブロック図、 第２５図は第２４図に示したブロック図を更に詳しく示
す回路図、 第２６図（Ａ）〜（Ｇ）は第２５図示の入出力ボートに
供給すべき信号を説明する図、 第２７図は第２図に示した操作表示回路２２の詳細回路
図である。 ２・・・頭部表皮電極、 ４・・・アイソレーション回路、 ６・・・超低周波増幅器 ８・・・シグナルコンディショナ、 １０・・・Ａ／Ｄ変換回゛路、 １２・・・脳波成分スペクトル解析回路、１４・・・脳
波成分分析回路、 １６・・・脳波信号処理回路、 １８Ａ、１８Ｂ・・・コントローラ、 ２０・・・合成音発生回路、 ２２・・・操作表示回路、 ２４・・・データ伝送回路、 ２６・・・増幅器、 ２８・・・スピーカ、 ３０・・・ＡＣ／ＤＣ変換器、 ３４Ａ　、３４Ｂ・・・脳波センサ電極、３６・・・イ
ヤークリップ、 ３８・・・センサープラグ、 ４０・・・センサープラグ接続端子、 ４２・・・センサーランプ、 ４４・・・ノイズモニタ、 ４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ・・・α波表示ランプ、４８・
・・レベル表示器、 ５０・・・ステップ・プログラム・スイッチ、５２・・
・モード切替スイッチ、 ５４・・・音量調整用ポリウム、 ５６・・・ヘッドフォーン用ジャック、５８・・・電源
スィッチ、 ６０・・・アナログ信号出力端子、 ６２・・・シリアル信号出力端子、 ６４Ａ　、６４Ｂ・・・電源コンセント、６６・・・電
源コード受け、 ６８・・・ヒユーズ箱、 ６９−１・・・バイオフィードバック装置、６９−２・
・・パーソナル・コンピュータ、６９−３・・・複数入
力用バイオフィードバック装置、　同 右 く ７４−１〜７４−Ｎ・・・ＲＯＭ　、　ルア６・・・音
声合成用集積回路、（ｄ［７８・・・ＲＯＭアドレス発
生器。 特許出願人　株式会社マネジメントワーク代　理　人　
弁理士谷　義− 図面の浄書（内容ｌ：変更なしン 脳洩角我＆　（１−１ｚ） 第１８図 第１９図 （Ｄ） 第２１図 旧） 手続補正書（拭） 昭和５８年７月２６日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 特願昭５９−５５３８４号 ２、発明の名称 バイオフィードバック装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 株式会社　マネジメントワーク ４、代理人 住　所　〒１０７ （発送日　昭和５８年６月２６日） 図面の浄書　（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）生体情報を検子する手段と、 前記生体情報をデジタル信号化するアナログ嗜デジタル
   変換手段と、 前記アナログ・デジタル変換手段から送出されるデジダ
   ル信号を導入してスペクトル分析を行う解析手段と、 前記解析手段からの出力信号に応答して帰還情報を報知
   する報知手段とを備えたことを特徴とするバイオフィー
   ドバック装置。 ２）前記解析手段には、特定周波数範囲内における最高
   レベルのスペクトル成分を抽出する処理手段を具備した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のバイオフ
   ィードバック装置。 ３）前記最高レベルのスペクトル成分に対応した報知手
   段を付勢するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載のバイオフィードバック装置。 （以下余　白）