WO2016189719A1 - 光刺激装置、光刺激方法及びプログラム - Google Patents

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WO2016189719A1
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light
pulse
photostimulation
electroencephalogram
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PCT/JP2015/065335
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勉 亀井
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有限会社ナガサキ・メソッド
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    • A61N2005/0645—Applicators worn by the patient
    • A61N2005/0647—Applicators worn by the patient the applicator adapted to be worn on the head
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    • A61N2005/065—Light sources therefor
    • A61N2005/0651—Diodes

Definitions

  • the present invention relates to a light stimulation technique, and more particularly to a light stimulation technique for the head.
  • Non-Patent Document 1 Japanese Patent Document 1
  • This report suggests that continuous light such as sunlight during the day may be useful for immune regulation.
  • birds, reptiles, and fish are said to react directly to light-sensitive cells of the pineal gland, but the human vision Such reactions other than the route are not known.
  • UVB medium-wavelength
  • UVA long-wavelength
  • the inventors have also proposed a technique for irradiating light from the front of the frontal region in a state where both eyes are completely shielded from light to non-invasively activate the brain and the immune mechanism (patent) Reference 1 and 2).
  • the irradiation tool described in Patent Document 1 includes a light source unit in contact with the forehead and a band unit for mounting (fixing) the light source unit on the user's head.
  • a large number of LEDs are arranged inside the light source unit (on the frontal side of the user).
  • a light shielding portion is provided at the lower edge portion and the side edge portion of the light source portion.
  • JP 2001-211871 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-84888
  • Patent Document 1 irradiates uniform light on the head, and there is a problem that there is a large individual difference in the effect.
  • the object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a light stimulation technique suitable for each individual.
  • a waveform generation unit that shapes a waveform in a frequency band including a partial band of a ⁇ wave and a partial band of an ⁇ wave, and the amplitude of the waveform generated in the waveform generation unit
  • a pulse modulation unit that generates a pulse waveform in which the duty of the pulse waveform is adjusted, and a light irradiation unit that emits red pulse light to the head based on the output of the pulse modulation unit
  • a photostimulation device is provided.
  • the waveform generation unit shapes a waveform in a frequency band including a partial band of the ⁇ wave and a partial band of the ⁇ wave based on the self-electroencephalogram.
  • the head for example, the prefrontal cortex (frontal association area), is centered on the frequency and amplitude of the ⁇ -wave rhythm (fluctuation) unique to each person. It is possible to enhance the amplitudes of the ⁇ wave and the ⁇ wave that are being generated, thereby noninvasively enhancing nerve impulses in the cerebral cortex and activating cellular immunity.
  • red pulse light is generated with a pulse drive voltage by the pulse modulation unit, power consumption can be suppressed, and the ripple component of the output voltage can be reduced, and response performance to load fluctuation can be improved. Accordingly, damage to the head due to heat can be prevented.
  • the feedback function can eliminate the need for frequency sweep processing.
  • the feedback function is characterized in that the light irradiation data is updated according to the frequency band and amplitude of the self-electroencephalogram.
  • the frequency band is a continuous frequency band between 7 Hz and 13 Hz.
  • the amplitude of naturally occurring ⁇ and ⁇ waves is enhanced by pulse light irradiation to the head that is automatically adjusted based on the rhythm of the brain waves unique to each person.
  • pulse light irradiation to the head that is automatically adjusted based on the rhythm of the brain waves unique to each person.
  • the waveform generation unit has a function of suppressing the amplitude of the input self-electroencephalogram.
  • It has a memory for storing the self-electroencephalogram or the shaped waveform, and performs waveform processing based on the waveform read from the memory. Since it is not necessary to always acquire an electroencephalogram, the process becomes simple.
  • a center frequency adjusting unit (BPF unit) for adjusting the frequency band is provided. By narrowing down to a desired frequency band, the effect can be made more effective.
  • the present invention performs A / D conversion on the self-electroencephalogram acquired by the sensor and amplifies the electroencephalogram amplifier as necessary, and a control signal for controlling the driving of the LED based on the output signal from the electroencephalogram amplifier.
  • a control signal generation circuit to generate, a PWM modulation unit that PWM modulates an output from the control signal generation circuit, and a light irradiation unit that includes an LED driven based on an output signal from the PWM modulation unit This is a photostimulation device.
  • the control signal generation circuit includes a first bandpass filter (BPF1) that passes a frequency band including a partial band of the ⁇ wave and a partial band of the ⁇ wave, and AGC that suppresses fluctuations in amplitude depending on an individual. It has a limiter.
  • BPF1 first bandpass filter
  • AGC AGC that suppresses fluctuations in amplitude depending on an individual. It has a limiter.
  • the control signal generation circuit further includes a second bandpass filter (BPF2) and a feedback function that feeds back an output from the second bandpass filter (BPF2) to the AGC limiter.
  • BPF2 second bandpass filter
  • BPF2 second bandpass filter
  • a feedback function that feeds back an output from the second bandpass filter (BPF2) to the AGC limiter.
  • This invention is the instrument for photostimulation apparatuses for irradiating the test subject's head with the said red pulsed light from any one of said photostimulation apparatuses, Comprising: As for the said light irradiation part, red LED is an LED.
  • the present invention is an instrument for a photostimulation device for irradiating a subject's head with the red pulse light from any one of the photostimulation devices described above, wherein in the photostimulation device, the device
  • the device This is a device for a photostimulation apparatus, characterized in that a light guide for guiding a part of light inside the housing of the subject to the eyes of a subject is provided as operation monitor light.
  • ⁇ Motion monitor light can be projected to the user in order to monitor the movement of light that stimulates the brain.
  • An adjustment switch is provided so that the operation monitor light can be dimmed or shielded.
  • an optical pulse device with an operation check window on the head that can be adjusted or shielded so that it will not be too dazzling or dark when the brightness of the external environment changes outdoors, indoors, etc.
  • There is an operation confirmation display there is a window where you can check part of the internal light stimulus signal, there is an adjustment window for dimming on the light guide, and if you want to change the brightness, operate the adjustment window to change the brightness
  • An operation confirmation window that can adjust
  • the adjustment window may be a dye having a different transmittance or may be a shield on the light guide.
  • the brightness of the confirmation lamp can be adjusted by the operation confirmation window, and the display for confirming the brightness and the operation can be performed by the detection window (hole) for detecting the internal optical state.
  • a waveform generation step for shaping a waveform in a frequency band including a partial band of the ⁇ wave and a partial band of the ⁇ wave in the self-electroencephalogram, and the waveform generation step generates the waveform.
  • a pulse modulation step that generates a pulse waveform in which the duty of the pulse waveform is adjusted based on the amplitude of the waveform, and light that irradiates the head with red pulse light based on the output of the pulse modulation step And an irradiating step.
  • It is characterized by having a feedback processing step of reflecting the change in the self-electroencephalogram when the red pulse light is irradiated in the light irradiation step in the drive pulse voltage in the light irradiation step.
  • the waveform generation step is characterized in that a waveform in a frequency band including a partial band of the ⁇ wave and a partial band of the ⁇ wave is shaped based on the self-electroencephalogram. It has a feedback processing step of reflecting the change of the self-electroencephalogram when the red pulse light is irradiated in the light irradiation step in the drive pulse voltage in the light irradiation step.
  • the present invention may be a program for causing a computer to execute the light stimulation method described above, or a computer-readable recording medium for recording the program.
  • a light stimulation technique suitable for an individual can be provided.
  • FIG. 1B It is a figure which shows the input waveform (a) and output waveform (b) of a pulse modulation part. It is a figure which shows the example of a transition of the waveform in the feedback circuit shown to FIG. 1B. It is a flowchart figure which shows an example of the flow of a waveform process. It is a flowchart figure which shows the flow of the light irradiation process to a head. It is a figure which shows the structural example of the light irradiation apparatus by embodiment of this invention. It is a figure which shows the structural example of the photostimulation apparatus by the 6th Embodiment of this invention, The red line pulse light obtained by performing the process by each 1st-5th embodiment is a test subject's head. It is a figure which shows the other example of the instrument for irradiating to.
  • the inventors have come up with the idea of non-invasively enhancing nerve impulses in the cerebral cortex, activating the living body by changing the endocrine system, and activating cellular immunity.
  • the head means the head excluding the occipital region including the prefrontal cortex (frontal association area).
  • FIG. 1A is a functional block diagram showing a configuration example of the photostimulation apparatus according to the first embodiment of the present invention. This function can be realized by a hardware configuration, a software configuration, or a combination thereof. The same applies hereinafter.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a frequency band of an electroencephalogram used in the present embodiment.
  • the ⁇ wave has a band of 5 to 8 Hz
  • the ⁇ wave has a band of 8 to 13 Hz
  • the ⁇ wave has a band of 13 to 30 Hz.
  • the photostimulation apparatus is based on, for example, a subject's brain wave (electroencephalogram sensor 11, electroencephalogram amplifier 13: also referred to as self-electroencephalogram) acquired by the sensor 11.
  • a subject's brain wave electronic device 11, electroencephalogram amplifier 13: also referred to as self-electroencephalogram
  • the photostimulation apparatus includes a waveform generation unit 1a that generates an appropriate waveform based on the self-electroencephalogram, and a pulse modulation unit 3 that performs pulse modulation (PWM modulation) on its output.
  • PWM modulation pulse modulation
  • a light irradiation unit 4 such as a red light emitting diode (for example, an emission wavelength of 660 nm, LED) driven based on a pulse-modulated driving waveform.
  • the light source wavelength of red light in the light irradiation unit 4 is preferably in the range of 610 to 750 nm.
  • the red pulse light emitted from the light irradiation unit 4 is applied to the irradiated region 5 such as the head of the subject.
  • the waveform generation unit 1a generates an appropriate waveform based on the self-electroencephalogram, but the waveform generation target is not limited to the self-electroencephalogram. For example, it is possible to use brain waves of close relatives or patients with similar illnesses.
  • the waveform generation unit 1a may include, for example, an AGC unit 1a-1, which suppresses individual differences in amplitude, for example, a BPF unit 1a-2 that extracts only waveforms in a predetermined frequency band of ⁇ waves and ⁇ waves. .
  • AGC unit 1a-1 which suppresses individual differences in amplitude
  • BPF unit 1a-2 that extracts only waveforms in a predetermined frequency band of ⁇ waves and ⁇ waves.
  • FIG. 3A is an example of an input signal (original brain wave (a)) of an electroencephalogram to the waveform generation unit 1a and an output signal (b) from the waveform generation unit 1a, where the vertical axis represents amplitude and the horizontal axis represents time (s). It is. In both cases, sampling is performed at 100 Hz.
  • L1 and L2 are envelopes (envelopes) of the respective waveforms.
  • FIGS. 3A and 3B basically, a waveform that absorbs (removes) a singular point of an individual, as can be seen by comparing the envelopes L1 and L2, while maintaining personal fluctuations. Perform deformation processing.
  • the individual singularities are removed while taking into account the characteristics of the individual, and further, the nerve impulses of the cerebral cortex are enhanced non-invasively and the endocrine system in a state where heat generation is suppressed by pulse modulation.
  • the activation of the living body and the activation of cellular immunity can be achieved by the change of.
  • the LED is not limited to the red LED, and the frequency band is not limited to 7 to 13 Hz.
  • the light source is not limited to those using LEDs.
  • FIG. 1B is a functional block diagram illustrating a configuration example of the photostimulation apparatus according to the present embodiment, and corresponds to FIG. 1A.
  • the photostimulation apparatus converts the subject's brain wave acquired by the sensor 11 and amplifies the brain wave amplifier 13 as necessary, and the output from the brain wave amplifier 13.
  • a control signal generation circuit 1b for generating a control signal for controlling the driving of the LED
  • a PWM modulation unit 3 for PWM-modulating an output from the control signal generation circuit 1b
  • the light from the light irradiation unit 4 is irradiated as pulsed light to the irradiated region 5 of the subject, for example, the head.
  • the PWM modulation unit 3 represents a waveform based on a variable pulse width and positive / negative without changing the frequency. As a result, the ripple component of the output voltage can be reduced, and the response performance with respect to load fluctuations can be improved. PFM modulation may be used instead of PWM modulation.
  • the control signal generation circuit 1b includes, for example, a first bandpass filter (BPF1) 1-1, an AGC limiter 1-2, and a second bandpass filter (BPF2) 1-3.
  • control signal generation circuit 1b has a feedback function that feeds back the output from the second bandpass filter (BPF2) 1-3 to the AGC limiter 1-2.
  • the center frequency can be made to function as a center frequency changing unit 1-1-1 for arbitrarily changing the center frequency between 5 and 15 Hz.
  • the BEF circuit 1-5 is a band elimination filter, and is a filter that removes only a certain frequency and passes the other band.
  • a memory 1-7 for storing the output of the second band pass filter (BPF2) 1-3 may be provided.
  • FIG. 1C is a diagram illustrating a frequency characteristic L1 of the BPF, an AGC control notch L2 of the AGC limiter 1-2, and a frequency characteristic L3 of the LPF 1-6.
  • control signal generation circuit 1b can output a processed signal based on the brain wave in the frequency range indicated by the reference symbol P1 to the PWM modulation unit 3.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating an example of waveform processing by the circuit of FIG. 1B in terms of the relationship between frequency and amplitude.
  • Waveform 1 is a diagram showing an example of an input waveform to the first bandpass filter (BPF1) 1-1, where the vertical axis represents amplitude and the horizontal axis represents sampling time.
  • Waveform 1) is, for example, a first waveform obtained by amplifying an individual's brain wave (self brain wave).
  • a waveform 2) of (b) is a diagram showing an example of an output waveform from the first bandpass filter (BPF1) 1-1.
  • BPF1-1 the first bandpass filter
  • (C) Waveform 3) is an output waveform of the AGC limiter 1-2 using the waveform 2) as an input, and fluctuations in amplitude depending on the individual are suppressed.
  • Waveform 4) of (d) is a diagram showing an example of an output waveform of the second bandpass filter (BPF2) 1-3 using waveform 3) as an input, and BPF2 (1-3) is arbitrarily provided. A waveform shaping process is performed.
  • Waveforms 3) and 4) are examples of waveforms when the feedback function described later is activated.
  • FIG. 3C is an input / output waveform of the PWM circuit 3 having the waveform 4) as an input, and the scale of the horizontal axis is changed.
  • the pulse waveform duty is adjusted according to the period (frequency) and amplitude of the waveform 4) of FIG. 3B (d) shown in FIG. 3C (a).
  • a pulse waveform can be obtained according to the waveform 4). Heat generation can be suppressed by using this pulse waveform as the drive voltage of the LED 4.
  • FIG. 3D is a diagram illustrating an example of waveform processing by the feedback circuit in FIG. 1B.
  • Waveform 11 is an output waveform of the second bandpass filter (BPF2) 1-3.
  • Waveform 12 is an example in which waveform 11) is set to an absolute value by absolute value circuit 1-4. This makes it easier to calculate the amplitude of the waveform.
  • Waveform 13 is an example in which the amplitude of waveform 12) is suppressed by the BEF circuit 1-5 due to the characteristics of the control notch shown in FIG. 1C.
  • Waveform 14 is an example of waveform 13) in which the baseline is set to amplitude 0 by LPF 1-6 and the amplitude is increased to, for example, 0.7 times.
  • the amplitude depending on the individual difference is fed back to the AGC limiter circuit 1-2, and fluctuations can be suppressed while retaining the individual characteristics.
  • the memory 1-7 that stores the output of the second bandpass filter (BPF2) 1-3 stores a waveform that is effective for the individual. Thereafter, the waveform from the memory is stored.
  • a pulse signal may be generated by the above.
  • the electroencephalogram may be stored in a memory.
  • processing may be simplified by storing any output of the circuit shown in FIG. 1B as a signal to be stored in the memory.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing when the above-described processing according to the first and second embodiments is processed by software as the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 first, when processing is started (Start), an electroencephalogram is acquired in step S2.
  • step S3 BPF1 processing is performed, and in step S4, AGC limiter processing is performed.
  • step S5 the absolute value processing in step S5
  • the BEF processing in step S6 the LPF processing in step S7 are returned to step S4
  • the BPF2 processing is performed in step S8, and the PWM modulation processing is performed in step S9.
  • step S10 a driving pulse voltage is applied to the LED, and the process is terminated (step S11).
  • FIG. 5 shows, as a fourth embodiment of the present invention, light irradiation processing on the head of a subject by an LED driven based on the LED drive pulse signal in each of the first to third embodiments. It is a flowchart figure which shows the flow.
  • step S21 the light pulse irradiation process is started (Start), and in step S22, actual light irradiation is started.
  • step S23 a sweep process with a frequency of about 3 minutes may be performed.
  • the frequency is irradiated at intervals of about 0.1 Hz from about 13 Hz to 7 Hz (approximately 3.5 seconds).
  • step S24 the head is irradiated with pulsed light.
  • the irradiation time is, for example, about 12 minutes, and the data for light irradiation is updated in step S26 and the process returns to step S22 until 12 minutes have passed by the time counter or the like in step S25.
  • the light irradiation data update process is a process as shown in FIG. 4, and is a feedback process in which the processing result of FIG. 4 based on the electroencephalogram changed by the light pulse irradiation is reflected in the LED drive pulse voltage.
  • the irradiation time is preferably, for example, from 12 minutes (with sweep) to 15 minutes (without sweep).
  • the next update data irradiates the light pulse only in the frequency region detected as the self-electroencephalogram.
  • the amplitude is updated so that the amplitude is larger when the amplitude is larger and smaller when the amplitude is smaller, according to the amplitude detected as the self-electroencephalogram.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a photostimulation apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Red pulse light obtained by performing the processing according to each of the first to fifth embodiments is used as a subject.
  • It is a figure which shows an example of the instrument for irradiating to the head.
  • a support plate 57 in which a large number of LEDs 4 (not shown) are arranged at the position of the emission hole 57a covers a cap-like member 51 provided on the back surface (irradiated region on the head side).
  • the head is irradiated with red light.
  • the irradiation part 51a of the hat-shaped member 51 is aligned with the irradiated region.
  • the eye protection part 53 provided in the hat-shaped member 51 so that sliding was possible was slid to the position of eyes, and eyes are protected (FIG. 6 (a)).
  • the eye protection unit 53 when the eye protection unit 53 is slid from the position of the eye, the eye protection unit 53 is configured to be positioned between the irradiation unit 51a and the irradiated region. Eyes can be protected by shielding.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the photostimulation apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, and the red line pulse light obtained by performing the processing according to each of the first to fifth embodiments, It is a figure which shows the other example of the instrument for irradiating to a test subject's head.
  • a signal processing unit 157 in addition to the light emitting unit 155, for example, a signal processing unit 157, a power source (battery or the like) 161, and the like. Is arranged.
  • the signal processing unit 157 and the power source (battery or the like) 161 may be disposed outside the housing 153.
  • the window 163 for confirming a part of the internal light stimulus signal for confirming the operation of the device is provided at a visible position. And there is an adjustment window for dimming on the light guide path in the direction of the eye of the light, and when it is desired to change the brightness, the adjustment window can be operated to adjust the brightness.
  • the light adjustment by the adjustment window 163 may be performed by pigments having different transmittances, or may be a shielding object on the light guide path, as long as it is a device that adjusts the brightness of the confirmation lamp using the operation confirmation window.
  • this function includes, for example, an operation check window 163, and an adjustment switch function is provided so that the operation monitor light can be dimmed or blocked.
  • the adjustment switch function is provided with a slit 165 and a light shielding plate 164 arranged so that the opening range of the slit 165 can be adjusted at a position where the operation check window 163 is desired. ing.
  • the opening range of the slit 165 By adjusting the opening range of the slit 165 by sliding the light shielding plate 164, it is possible to adjust or block the light so that it is not too dazzling or too dark when the brightness of the external environment changes outdoors or indoors. ing.
  • a detection window that detects the internal optical state, performs display for confirming brightness and operation, and easily starts and stops on the system side. Can be monitored.
  • Processing and control can be realized by software processing by CPU (Central Processing Unit) or GPU (Graphics Processing Unit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Hardware) that can be realized by ProgrammableGardware.
  • CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Hardware
  • the use of the device of the present invention makes it possible to regenerate degenerated functions in the human brain.
  • the spontaneously occurring pulse light irradiation to the head which is automatically adjusted based on the rhythm of the brain waves unique to each person, centered on the prefrontal cortex (frontal association area).
  • the amplitude of the ⁇ wave and the ⁇ wave of the cerebral cortex can be increased, thereby enhancing non-invasively the nerve impulses of the cerebral cortex, relaxation due to changes in the endocrine system, and activation of cellular immunity.
  • the apparatus of the present invention is a strain in vivo exceeding the rhythm (fluctuation) of physiological phenomena by stimulating with a red pulsed light in a specific wavelength region centering on the human head, particularly the prefrontal cortex (frontal association cortex). Can be improved and further prevented by tuning and amplifying the frequency and amplitude disturbance of the ⁇ wave generated from the frequency and amplitude between a specific band of the ⁇ wave and a partial band of the ⁇ wave. To do.
  • This light stimulation of the head causes resuscitation of the desensitized photosensitivity function of the brain surface (mainly cerebral cortex), and stimulates excitation of nerve cells in the cerebral cortex, resulting in enhancement of nerve impulses (due to changes in the endocrine system)
  • the innate immune system cellular immunity
  • the immune system includes an acquired immune system and an innate immune system (cellular immunity).
  • cellular immunity In the acquired immune system, when a foreign substance such as bacteria or virus enters the body, antigen-presenting cells such as dendritic cells present the antigen to the helper T cell and convey information about the foreign substance, so that the helper T cell instructs the B cell. The antibody against the antigen is made, and this antibody attacks and destroys the foreign body.
  • the innate immune system cellular immunity
  • NK cells NK cells
  • macrophages phagocytic cells
  • granulocytes neurotrophils
  • the light stimulation of the head by the device of the present invention is characterized in that activation of NK cells occurs.
  • the increase in the number of NK cells is related to CD57 and CD16 (CD is an abbreviation of “Cluster of Differentiation”), which are cell surface antigens of NK cells in peripheral blood, where CD57 ⁇ CD16 + and CD57 + CD16 +.
  • CD57 and CD16 CD are cell surface antigens of NK cells in peripheral blood, where CD57 ⁇ CD16 + and CD57 + CD16 +.
  • the amount of cells present can be confirmed by measurement by a flow cytometry method or the like.
  • ⁇ waves (frequency 30 to 14 Hz) mainly become affected by tension and stress.
  • the apparatus of the present invention measures the brain waves of each person and automatically uses red pulse light (using an arbitrary wavelength range of 610 to 750 nm) automatically adjusted to the frequency and amplitude of the rhythm of each person's specific ⁇ wave, For example, by irradiating mainly in the prefrontal cortex (frontal association area), a partial band of ⁇ waves to a partial band of ⁇ waves (generally 7 to 13 Hz, preferably 7 to 12 Hz, more preferably 7 to 10 Hz) ) makes it possible to increase the amplitude of the electroencephalogram.
  • red pulse light irradiation in the present invention on healthy persons, cancer patients, elderly people, etc., for example, 1 to 6 times a day (in the case of 4 to 6 times a day, for example, the first and second times in the morning 15 “Period with an interval of more than one minute, and one or two sets in the afternoon are taken once or twice.”, About 15 minutes each, about 2 to 3 weeks or more
  • enhancement of nerve impulses in the cerebral cortex activation of cerebral cortex function
  • activation as a living body due to changes in the endocrine system for example, decreased irritation and mentality due to decreased blood norepinephrine [noradrenaline] level
  • innate immune system for example, increased NK cell activity
  • the light sensitivity that originally existed on the surface of the brain (developmentally called the telencephalon) is revived, so that the above-mentioned brain is degenerate in the modern human brain. It becomes possible to revive some physiological functions (for example, enhancement of nerve impulses in the cerebral cortex, activation as a living body by changes in the endocrine system, activation of cellular immunity, etc.).
  • some physiological functions for example, enhancement of nerve impulses in the cerebral cortex, activation as a living body by changes in the endocrine system, activation of cellular immunity, etc.
  • Each component of the present invention can be arbitrarily selected, and an invention having a selected configuration is also included in the present invention.
  • the present invention can be used for an optical pulse irradiation device for the head.

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Abstract

θ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形する波形生成部と、前記波形生成部において生成された波形の振幅に基づいてパルス波形のデューティを調整したパルス波形を生成するパルス変調部と、を有し、前記パルス変調部の出力に基づいて、頭部への赤色パルス光の照射を行う光照射部とを有することを特徴とする光刺激装置、方法及びプログラム。

Description

光刺激装置、光刺激方法及びプログラム
　本発明は、光刺激技術に関し、特に、頭部への光刺激技術に関する。
　自然界における光環境の変化が生体の免疫系にもたらしている例として、秋や冬の日照時間の減少による気分の不快や行動障害の程度が、末梢血中のナチュラルキラー細胞（以下NK細胞）数と負の相関関係を認めたという報告がある（下記非特許文献１参照）。この報告は、日中の太陽光などの連続光が免疫調節に有用である可能性を示唆している。光の生体内における反応については、鳥類、爬虫類、魚類では視覚経路以外にも頭蓋骨を通過して松果体の光感受性を有する細胞に直接反応しているといわれているが、ヒトについては視覚経路以外のこのような反応は知られていない。
　また、自然界の光以外の光を含めてその医学的効用に着目してみると、現在までに、中波長(UVB)あるいは長波長(UVA)紫外線は乾癬、白斑、アトピー性皮膚炎などの皮膚疾患に、高照度光療法は季節性感情障害（SAD；seasonal affective disorder）やうつ病などの治療に、それぞれ応用されている。また、近赤色線は疼痛や皮膚潰瘍等への治療に応用されており、光の特に臨床医学における幅広い応用がすでに行われつつある。光源にダイオード光を用いた医学的報告については、近赤色発光ダイオード光にて創傷治癒効果の促進を認めたという基礎研究が今までにみられており、侵襲性が少ない光源についてもその医学的有用性が研究されつつある。
　可視光が視覚経路、すなわち神経系を介して免疫応答に及ぼす影響についての研究報告は、既にいくつかみられる。また、発明者らは、健常者に光駆動を行うことによりみられる前頭部のα波の賦活化が、末梢血中の細胞性免疫の活性化と相関することを以前に報告した。
　しかしながら、光駆動による眼を介する光刺激は、被験者にとっては一種の物理的ストレスともなるため、この免疫系の増強を妨げる作用をもたらすものと考えられた。
　また、両眼を光から完全に遮蔽した状態にて、前頭部の前方より光を照射し、非侵襲的に脳及び免疫機構の活性化を図る技術も発明者により提案されている（特許文献１及び２参照）。
　特許文献１に記載の照射用具は、前頭部に接する光源部と、当該光源部を使用者の頭部に装着（固定）するバンド部とを備えている。光源部の内側（使用者の前頭部側）には、多数のＬＥＤが配置されている。光源部の下縁部及び側縁部には、遮光部が設けられている。
特開２００１－２３１８７１号公報 特開平９－８４８８８号公報
S. Kasper, N.E. Rosenthal, S. Barberi, A. Williams, Tamarkin L., S.L.B.Rogers and S.R. Pillemer: Immunological correlates of seasonal fluctuations in mood and behavior and their relationship to phototherapy, Psychiatry Res., 36, pp.253-264 (1991)M. Terman, J.S. Terman, F.M. Quitkin, P.J. McGrath, J.W. Stewart and B.Rafferty: Light therapy for seasonal affective disorder: a review of efficacy, Neuropsychopharmacol., 2, pp.1-22 (1989)
　しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、頭部に画一的な光を照射するものであり、その効果に個人差が大きいという問題があった。
　本発明は、上記の課題を解決し、個々人に適した光刺激技術を提供することを目的とする。
　本発明の一観点によれば、　θ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形する波形生成部と、前記波形生成部において生成された波形の振幅に基づいてパルス波形のデューティを調整したパルス波形を生成するパルス変調部と、を有し、前記パルス変調部の出力に基づいて、頭部への赤色パルス光の照射を行う光照射部とを有することを特徴とする光刺激装置が提供される。
　前記波形生成部は、自己脳波に基づいてθ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形することを特徴とする。
　頭部、例えば前頭前野（前頭連合野）を中心に、各人固有のα波のリズム（ゆらぎ）の周波数及び振幅に基づいて、自動的に調整された頭部へのパルス光照射により、自然発生中のα波とθ波の振幅を増強させ、これにより、無侵襲に大脳皮質の神経インパルスの増強及び細胞性免疫の活性化を図ることができる。
　パルス変調部によるパルス駆動電圧で赤色パルス光を生成するため、消費電力を抑制し、さらに、出力電圧のリップル成分を小さくできることと、負荷変動に対する応答性能を高められる。従って、熱による頭部の損傷等を防止できる。
　前記光照射部により赤色パルス光が照射された際の自己脳波の変化を、前記光照射部の駆動パルス電圧に反映させるフィードバック機能を有することを特徴とする。フィードバック機能により、周波数スイープ処理を不要とすることができる。前記フィードバック機能は、自己脳波の周波数帯域と振幅に応じて光照射用データを更新することを特徴とする。
　前記周波数帯域は、７Ｈｚから１３Ｈｚまでの間の連続した周波数帯域であることを特徴とする。
　前頭前野（前頭連合野）を中心に、各人固有の脳波のリズムに基づいて、自動的に調整された頭部へのパルス光照射により、自然発生中のα波とθ波の振幅を増強させ、これにより、無侵襲に大脳皮質の神経インパルスの増強、内分泌系の変化による生体としての活性化、及び細胞性免疫の活性化が可能となる。
　前記波形生成部は、入力した自己脳波の振幅の強弱を抑制する機能を有することを特徴とする。
　これにより、適切な強度（デューティー）の照射光を照射することができる。
　自己脳波又は前記整形した波形を記憶するメモリを有し、前記メモリから読みだした波形に基づいて波形処理を行うことを特徴とする。脳波を常に取得していなくても良いため、処理が簡単になる。
　前記周波数帯域を調整する中心周波数調整部（ＢＰＦ部）を有することを特徴とする。所望の周波数帯域に絞ることで、効果をより有効にすることができる。
　また、本発明は、センサにより取得した自己脳波をＡ／Ｄ変換するとともに、必要に応じて増幅する脳波アンプと、前記脳波アンプからの出力信号に基づいて、ＬＥＤの駆動を制御する制御信号を生成する制御信号生成回路と、前記制御信号生成回路からの出力をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、前記ＰＷＭ変調部からの出力信号に基づいて駆動されるＬＥＤを備えた光照射部と、を備えることを特徴とする光刺激装置である。
　前記制御信号生成回路は、θ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域を通過させる第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）と、個人に依存する振幅の変動が抑制するＡＧＣリミッタを有することを特徴とする。
　前記制御信号生成回路は、さらに、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）と、前記第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）からの出力を、前記ＡＧＣリミッタにフィードバックするフィードバック機能を有することを特徴とする。前記フィードバック機能を構成する回路として、入力の絶対値をとる絶対値回路と、入力の振幅を抑制させるＢＥＦ回路（帯域除去濾波器）と、その出力のフィルタリングを行うＬＰＦ回路と、を有していることを特徴とする。
　本発明は、上記のいずれか１に記載の光刺激装置からの前記赤色パルス光を被験者の頭部に照射するための光刺激装置用の器具であって、前記光照射部は、赤色ＬＥＤが多数配置された帽子状の部材と、前記帽子状の部材に摺動可能に設けられた目保護板と、を有し、に光を照射する際には、前記目保護板を眼を覆う位置までスライドさせて目を保護し、前記目保護板を眼の方向からスライドさせることで、前記照射部と被照射領域との間に位置するように構成されている光刺激装置用の器具であっても良い。
　また、本発明は、上記のいずれか１に記載の光刺激装置からの前記赤色パルス光を被験者の頭部に照射するための光刺激装置用の器具であって、前記光刺激装置において、装置のハウジングの内部の光の一部を動作モニタ光として被験者の目に導く導光路を設けることを特徴とする光刺激装置用の器具である。
　脳を刺激する光の動作をモニタするために使用者に動作モニタ光を投射することができる。
　前記動作モニタ光を、調光または遮蔽できるように調整スイッチを設けたことを特徴とする。
　屋外、室内等で外部環境の明るさが変化した場合に眩しすぎたり暗すぎたりしないように
調整または遮光可能な動作確認窓を頭部に装着する光パルス装置において、目で見えるところに機器の動作確認表示があり、内部の光刺激信号の一部を確認できる窓があり、導光路上に減光するための調整窓があり、明るさを変えたい場合に調整窓を操作して明るさを調整できる動作確認窓を設ける。
　調整窓は、透過率の異なる色素でもよいし、導光路上の遮蔽物でもよい。動作確認窓で確認灯の明るさを調整することができ、内部の光学的な状態を検知する検出窓（孔）により、明るさ、動作を確認する表示が可能である。
　システム側の起動および停止を容易にモニタ可能とすることも可能である。
　本発明の他の観点によれば、自己脳波のうち、θ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形する波形生成ステップと、前記波形生成ステップにおいて生成された波形の振幅に基づいてパルス波形のデューティを調整したパルス波形を生成するパルス変調ステップと、を有し、前記パルス変調ステップの出力に基づいて、頭部への赤色パルス光の照射を行う光照射ステップと、を有することを特徴とする光刺激方法が提供される。
　前記光照射ステップにより赤色パルス光が照射された際の自己脳波の変化を、前記光照射ステップにおける駆動パルス電圧に反映させるフィードバック処理ステップを有することを特徴とする。
　前記波形生成ステップは、自己脳波に基づいてθ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形することを特徴とする。前記光照射ステップにより赤色パルス光が照射された際の自己脳波の変化を、前記光照射ステップにおける駆動パルス電圧に反映させるフィードバック処理ステップを有することを特徴とする。
　本発明は、コンピュータに、上記に記載の光刺激方法を実行させるためのプログラムであっても良く、当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体でもよい。
　パルス変調された駆動波形に基づいて駆動されるＬＥＤを頭部に照射するため、個人の特性を考慮しつつ、熱の発生を抑制した状態で、無侵襲に大脳皮質の神経インパルスの増強、内分泌系の変化による生体としての活性化、及び細胞性免疫の活性化を図ることができる。
　本発明によれば、個々人に適した光刺激技術を提供することができる。
本発明の第１の実施の形態による光刺激装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態による光刺激装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 ＢＰＦ、ＡＧＣ制御ノッチ、ＬＰＦの特性例を示す図である。 本実施の形態で利用する脳波の周波数帯域の一例を示す図である。 図１Ａに示すゆらぎ波形生成部の入出力波形の一例を示す図である。 図１Ｂに示す回路における波形の遷移例を示す図である。 パルス変調部の入力波形（ａ）と出力波形（ｂ）を示す図である。 図１Ｂに示すフィードバック回路における波形の遷移例を示す図である。 波形処理の流れの一例を示すフローチャート図である。 頭部への光照射処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の実施の形態による光照射装置の構成例を示す図である。 本発明の第６の実施の形態による光刺激装置の構成例を示す図であり、第１～第５までの各実施の形態による処理を行って得た赤色線パルス光を、被験者の頭部に照射するための器具の他の例を示す図である。
　以下では、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中で説明番号が同じものは、特に断わりがない限り同一部材を示していることとする。
　西洋医学には、「個体差」、「体質」という概念がない。発明者は、個体差、体質も考慮することで、退化した機能を効果的に蘇生させる技術を研究している。
　特に、前頭前野（前頭連合野）を中心に、各人固有の脳波のリズムに基づいて、自動的に調整された頭部へのパルス光照射により、自然発生中のα波とθ波の振幅を増強させ、これにより、無侵襲に大脳皮質の神経インパルスの増強、内分泌系の変化による生体としての活性化、及び細胞性免疫の活性化を図ることを思いついた。
　上記の発想に基づいて、以下に、本発明の各実施の形態について説明する。
　（第１の実施の形態）
　まず、本発明の第１の実施の形態による光刺激装置について説明する。尚、本明細書において、頭部とは、前頭前野（前頭連合野）を含み、後頭部を除く頭部を意味する。
　図１Ａは、本発明の第１の実施の形態による光刺激装置の一構成例を示す機能ブロック図である。当該機能は、ハードウェア構成又はソフトウェア構成あるいはそれらの組み合わせにより実現可能である。以下、同様である。
　図２は、本実施の形態で利用される脳波の周波数帯域について説明する図である。θ波は５～８Ｈｚ、α波は８～１３Ｈｚ、β波は１３～３０Ｈｚの帯域をもつ。
　図１Ａに示すように、本実施の形態による光刺激装置は、例えばセンサ１１により取得した被験者の脳波（脳波センサ１１、脳波アンプ１３：　自己脳波とも称する。）に基づいて、脳波のうちのθ波の一部とα波の一部、例えば、図２に示す７～１３Ｈｚの周波数帯域の脳波を利用する。この周波数帯域の脳波に基づいて、本実施の形態による光刺激装置は、自己脳波に基づく適切な波形を生成する波形生成部１ａと、その出力をパルス変調（ＰＷＭ変調）するパルス変調部３と、パルス変調された駆動波形に基づいて駆動される例えば赤色発光ダイオード（例えば発光波長６６０ｎｍ、ＬＥＤ）などの光照射部４と、を有している。光照射部４における、赤色光の光源波長は、６１０～７５０ｎｍの範囲が好ましい。光照射部４から照射された赤色パルス光は、被験者の頭部などの被照射領域５に照射される。上記では、波形生成部１ａは、自己脳波に基づいて適切な波形を生成するものとしたが、波形生成対象は、自己脳波に限らない。例えば、近親者や、同じような病気の患者などの脳波を利用することも可能である。
　尚、波形生成部１ａは、振幅の個人差を抑制する例えばＡＧＣ部１ａ－１、α波、θ波の所定周波数帯域の波形のみを抽出する例えばＢＰＦ部１ａ－２を有していても良い。これらの詳細な構成については、第２の実施の形態において詳細に説明する。
　図３Ａは、波形生成部１ａへの脳波の入力信号（原脳波（ａ））と波形生成部１ａからの出力信号（ｂ）の一例であり、縦軸は振幅、横軸は時間（ｓ）である。いずれも１００Ｈｚでサンプリングを行っている。Ｌ１、Ｌ２は、それぞれの波形の包絡線（エンベロープ）である。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基本的には、個人的なゆらぎを保持しつつ、エンベロープＬ１、Ｌ２を比較すればわかるように、個人の特異点を吸収（除去）するような波形の変形処理を行う。
　以上のように、本実施の形態による光刺激装置によれば、個人の脳波に基づく周波数ゆらぎを有する波形を作成し、この波形をパルス変調して生成した駆動波形に基づいて駆動される赤色ＬＥＤを頭部に照射するため、個人の特性を考慮しつつ個人の特異点を除去し、さらに、パルス変調により熱の発生を抑制した状態で、無侵襲に大脳皮質の神経インパルスの増強、内分泌系の変化による生体としての活性化、及び細胞性免疫の活性化を図ることができる。
　尚、ＬＥＤは、赤色ＬＥＤに限定されるものではなく、周波数帯も７から１３Ｈｚに限定されるものではない。光源もＬＥＤを用いたものに限定されない。
　（第２の実施の形態）
　次に、本発明の第２の実施の形態について詳細に説明する。図１Ｂは、本実施の形態による光刺激装置の一構成例を示す機能ブロック図であり、図１Ａに対応する図である。
　自己脳波に基づいてパルス光の駆動電圧を生成する場合に、光刺激が強すぎると身体に与える刺激が強すぎ、一方、光刺激が弱すぎると、効果が少なくなりすぎる。
　図１Ｂに示すように、本実施の形態による光刺激装置は、センサ１１により取得した被験者の脳波をＡ／Ｄ変換するとともに、必要に応じて増幅する脳波アンプ１３と、脳波アンプ１３からの出力信号に基づいて、ＬＥＤの駆動を制御する制御信号を生成する制御信号生成回路１ｂと、制御信号生成回路１ｂからの出力をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部３と、ＰＷＭ変調部３からの出力信号に基づいて駆動される赤色ＬＥＤを備えた光照射部４と、を備えている。光照射部４からの光は、被験者の被照射領域５、例えば頭部にパルス光として照射される。ＰＷＭ変調部３は、周波数を変化させずに、可変のパルスの幅および正負により、波形を表す。これにより、出力電圧のリップル成分を小さくできることと、負荷変動に対する応答性能を高められる。ＰＷＭ変調に代えてＰＦＭ変調を用いても良い。
　制御信号生成回路１ｂは、例えば、第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１－１と、ＡＧＣリミッタ１－２と、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１－３と、を有している。
　さらに、制御信号生成回路１ｂは、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１－３からの出力を、ＡＧＣリミッタ１－２にフィードバックするフィードバック機能として、絶対値回路１－４、例えば入力の２倍の周波数にするＢＥＦ回路１－５と、その出力のフィルタリングを行うＬＰＦ回路（ｆｃ、クオリティファクタＱ＝０.７）１－６と、を有している。中心周波数を５から１５Ｈｚの間で任意に設定変更する中心周波数変更部１－１－１として機能させることができる。ＢＥＦ回路１－５は、帯域除去濾波器であり、ある周波数だけを取り除き他の帯域は通すフィルタである。
　さらに、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１－３の出力を記憶するメモリ１－７を有していても良い。
　図１Ｃは、ＢＰＦの周波数特性Ｌ１と、ＡＧＣリミッタ１－２のＡＧＣ制御用ノッチＬ２と、ＬＰＦ１－６の周波数特性Ｌ３とを例示する図である。この特性例は、中心周波数ｆｃ＝９.０Ｈｚ，Ｑ＝５の例である。
　これらの特性により、制御信号生成回路１ｂにより、符号Ｐ１で示した周波数範囲の脳波に基づく処理後信号をＰＷＭ変調部３に出力することができる。
　図３Ｂは、図１Ｂの回路による波形処理例を、周波数と振幅との関係により示す図である。
　（ａ）の波形１）は、第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１－１への入力波形例を示す図であり、縦軸は振幅、横軸はサンプリング時間である。波形１）は、例えば、個人の脳波（自己脳波）を増幅した第１の波形である。
　（ｂ）の波形２）は、第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１－１からの出力波形例を示す図であり、第１の波形１）のうち、例えば、図２に示すような７～１３Ｈｚの波長のみを抽出する。
　（ｃ）の波形３）は、波形２）を入力としたＡＧＣリミッタ１－２の出力波形であり、個人に依存する振幅の変動が抑制されている。
　（ｄ）の波形４）は、波形３）を入力とした第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１－３の出力波形例を示す図であり、ＢＰＦ２（１－３）は任意に設けられ、波形成形処理が行われる。
　これにより、波形の個人差を残しつつ個人差を抑制するとともに、パルス信号に変形しやすい波形を得ることができる。
　尚、波形３）、４）は、後述するフィードバック機能を働かせた場合の波形例である。
　図３Ｃは、波形４）を入力としたＰＷＭ回路３の入出力波形であり、横軸のスケールを変更している。図３Ｃ（ａ）に示す図３Ｂ（ｄ）の波形４）の周期（周波数）と振幅とに応じて、図３Ｃ（ｂ）に示すように、パルス波形のデューティが調整された波形である。このように、ＰＷＭ回路３において、波形４）に応じて、パルス波形を得ることができる。このパルス波形をＬＥＤ４の駆動電圧として用いることで、発熱を抑制することができる。
　図３Ｄは、図１Ｂのうちフィードバック回路による波形処理の例を示す図である。
　波形１１）は、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１－３の出力波形である。
　波形１２）は、波形１１）を、絶対値回路１－４により、絶対値とした例である。これにより、波形の振幅を計算しやすくなる。
　波形１３）は、波形１２）を、ＢＥＦ回路１－５により図１Ｃに示す制御ノッチの特性により、振幅を抑制させている例である。
　波形１４）は、波形１３）を、ＬＰＦ１－６によりベースラインを振幅０とし、振幅を例えば０.７倍にした例である。
　波形１４）をＡＧＣリミッタ１－２の制御端子に入力させることで、個人差に依存する振幅をＡＧＣリミッタ回路１－２にフィードバックし、個人の特徴を保持しつつ変動を抑制することができる。
　（変形例）
　例えば、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１－３の出力を記憶するメモリ１－７により、その個人に対して効果のある波形を記憶させておくことで、それ以降は、メモリからの波形によりパルス信号を生成するようにしても良い。あるいは、脳波をメモリに記憶させておいても良い。その他、メモリに記憶させる信号として、図１Ｂに示す回路のいずれかの出力を記憶するようにして、処理を簡単にしても良い。
　（第３の実施の形態）
　図４は、本発明の第３の実施の形態として、第１、第２の実施の形態による上記の処理をソフトウェアによる処理とした際の、処理の流れを示すフローチャート図である。図４に示すように、まず、処理を開始すると（Ｓｔａｒｔ）、ステップＳ２において、脳波を取得する。次いで、ステップＳ３において、ＢＰＦ１の処理を行い、ステップＳ４において、ＡＧＣリミッタ処理を行う。次いで、ステップＳ５において絶対値処理を、ステップＳ６においてＢＥＦ処理を、ステップＳ７においてＬＰＦ処理を行った結果をステップＳ４に戻し、次いで、ステップＳ８でＢＰＦ２処理を、ステップＳ９でＰＷＭ変調処理を行い、ステップＳ１０でＬＥＤに駆動パルス電圧を印加して、処理を終了する（ステップＳ１１）。
　（第４の実施の形態）
　図５は、本発明の第４の実施の形態として、上記の第１～第３までの各実施の形態におけるＬＥＤ駆動パルス信号に基づいて駆動されるＬＥＤによる被験者の頭部への光照射処理の流れを示すフローチャート図である。
　ステップＳ２１において光パルスの照射処理を開始し（Ｓｔａｒｔ）、ステップＳ２２において、実際の光照射を開始する。ここで、ステップＳ２３のように、３分間程度の周波数のスイープ処理を行っても良い。周波数のスイープ処理は、例えば、１３Ｈｚから７Ｈｚまで、周波数を０.１Ｈｚ刻みに等間隔（約３.５秒）で照射する。
　次いで、ステップＳ２４において、パルス光を頭部に照射する。照射時間は、例えば、１２分程度であり、ステップＳ２５でタイムカウンタなどにより１２分が経過するまでは、ステップＳ２６で、光照射用データを更新してステップＳ２２に戻る。光照射データの更新処理は、図４に示すような処理であり、光パルスの照射により変化した脳波に基づく図４の処理結果をＬＥＤの駆動パルス電圧に反映させるフィードバック処理である。照射時間は、例えば、１２分（スイープあり）から１５分（スイープなし）までが好ましい。
　例えば、自己脳波における周波数領域に、基づいて、次の更新データは、自己脳波として検出された周波数領域のみについて光パルスを照射する。また、振幅についても、自己脳波として検出された振幅に応じて、振幅の大小を、振幅が大きければ大きく、振幅が小さければ小さくなるように更新する。　このフィードバック処理により、周波数スイープ処理を不要とすることができる。
　（第５の実施の形態）
　図６は、本発明の第５の実施の形態による光刺激装置の構成例を示す図であり、第１～第５までの各実施の形態による処理を行って得た赤色パルス光を、被験者の頭部に照射するための器具の一例を示す図である。図６（ｃ）に示すように、出射穴５７ａの位置に図示しないＬＥＤ４が多数配置された支持板５７が裏面（頭部側の被照射領域）に設けられた帽子状の部材５１を被る。
　波形生成部１ａとパルス変調部３（図１Ａ）等により生成したパルス駆動電圧に基づいて、頭部に赤色光が照射される。ここで、帽子状の部材５１の照射部５１ａを被照射領域と合わせておく。そして、実際に光を照射する際には、帽子状の部材５１に摺動可能に設けられた目保護部５３を眼の位置までスライドさせて目を保護する（図６（ａ））。
　図６（ｂ）に示すように、目保護部５３を眼の位置からスライドさせると、照射部５１ａと被照射領域との間に位置するように構成されており、照射部５１ａからの光を遮蔽することで目を保護することができる。
　以上のように、本実施の形態では、光照射と目の保護とを有効に行うことができる。
　（第６の実施の形態）
　図７は、本発明の第６の実施の形態による光刺激装置の構成例を示す図であり、第１～第５までの各実施の形態による処理を行って得た赤色線パルス光を、被験者の頭部に照射するための器具の他の例を示す図である。
　図７（ａ）、（ｂ）に示す頭部の装着する光パルス装置１５１において、装置のハウジング１５３の内部には、発光部１５５の他に、例えば信号処理部１５７、電源（電池等）１６１が配置されている。信号処理部１５７、電源（電池等）１６１は、ハウジング１５３の外側に配置されていても良い。
　この構成において、脳を刺激する光の動作（起動、停止）を容易にモニタするために、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、ハウジング１５３の内部の光の一部を使用者の目に入る場所に導き、使用者に動作モニタ光を投射する機能を配置している。
　このように、頭部に装着する光パルス装置１５１において、目で見える位置に、機器の動作確認のための、内部の光刺激信号の一部を確認できる窓１６３が設けられている。そして、その光の眼の方向への導光路上に、減光するための調整窓があり、明るさを変えたい場合に調整窓を操作して明るさを調整することができる。
　この調整窓１６３による光の調整性は、透過率の異なる色素により行っても良いし、導光路上の遮蔽物でもよく、動作確認窓で確認灯の明るさを調整する装置であれば良い。
　例えば、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、この機能は、例えば、動作確認窓１６３を含み、動作モニタ光を、調光、または遮蔽できるように調整スイッチ機能を設ける。
　調整スイッチ機能は、例えば、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、動作確認窓１６３を望む位置にスリット１６５とスリット１６５の開口範囲を調整可能に配置された遮光板１６４とを設けている。遮光板１６４をスライドさせることによりスリット１６５の開口範囲を調整することで、屋外、室内等で外部環境の明るさが変化した場合に、眩しすぎたり暗すぎたりしないように調整または遮光可能となっている。
　以上のように、本実施の形態によれば、内部の光学的な状態を検知する検出窓（孔）であり、明るさ、動作を確認する表示を行い、システム側の起動および停止を容易にするためのモニタが可能である。
　処理および制御は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）によるソフトウェア処理、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）によるハードウェア処理によって実現することができる。
　本発明の装置を使用することによりヒト脳における退化した機能の蘇生が可能になる。具体的には、本発明によれば前頭前野（前頭連合野）を中心に、各人固有の脳波のリズムに基づいて、自動的に調整された頭部へのパルス光照射により、自然発生中のα波とθ波の振幅を増強させ、これにより、無侵襲に大脳皮質の神経インパルスの増強、内分泌系の変化によるリラクゼーション及び細胞性免疫の活性化を図ることができる。
　ヒトの進化の過程においては、非常に重要なパーツを（特に生活に関係する物理的要因から）守るために（骨格を含む）器官の変化（進化）が起きる。（このように、環境に応じて進化した種や亜種が自然選択され今日存在していると考えられている。）その進化のために（進化と引き換えに）、本来もちあわせていた生理学的な賦活化や調節に関する機能が徐々に退化することが少なからずある。本発明は、このようにして退化せざるをえなくなった生理学的及び免疫学的機能を蘇らせる技術の典型例と言える。
　本発明の装置は、ヒト頭部、とりわけ前頭前野（前頭連合野）を中心に特定波長域の赤色パルス光で刺激することによって、生理現象のリズム（ゆらぎ）の範囲を超えた生体内の歪みから生じるα波の周波数や振幅の乱れを、各人固有のθ波の一部帯域～α波一部帯域の間の周波数及び振幅に同調及び増幅させることにより改善しさらに予防することを可能にする。この頭部の光刺激は、脳表面（主として大脳皮質）の退化した光感受性機能の蘇生を起こし、大脳皮質での神経細胞の興奮促進をもたらして神経インパルスの増強が起こり（内分泌系の変化による精神的ストレスの改善などをもたらすとともに）自然免疫系（細胞性免疫）の活性化を起こす。これが免疫監視能の増強となり、ウイルス感染細胞や（健常者でも１日に３千～５千個も発生していると言われる）ガン細胞に対する攻撃・防御をもたらすものと推定されている。
　免疫系には、獲得免疫系と自然免疫系（細胞性免疫）がある。獲得免疫系では、体内に細菌やウイルスなどの異物が侵入したとき樹状細胞などの抗原提示細胞がヘルパーＴ細胞に抗原を提示し異物の情報を伝えることによってヘルパーＴ細胞はＢ細胞に指令して抗原に対する抗体を作らせ、この抗体が異物を攻撃し破壊する。一方、自然免疫系（細胞性免疫）は、獲得免疫系が作用する前に上記の異物に対し即効的に攻撃できるようにパトロールしているＮＫ細胞、マクロファージ（貪食細胞）及び顆粒球（好中球）による初期防御のための免疫系である。本発明の装置による頭部の光刺激ではＮＫ細胞の活性化が生じるという特徴がある。尚、ＮＫ細胞数の増加は、末梢血中のＮＫ細胞の細胞表面抗原であるＣＤ５７及びＣＤ１６（ここでＣＤは「Ｃｌｕｓｔｅｒ　ｏｆ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ」の略である。）についてＣＤ５７－ＣＤ１６＋及びＣＤ５７＋ＣＤ１６＋の細胞の存在量をフローサイトメトリー法などにより測定して確認することができる。
　ヒト脳のα波を制御することによって免疫力を高めることは知られていたが、特に０．５～１３Ｈｚの周波数のパルス光の光刺激によるＮＫ細胞の活性化やリラクセーション効果は本発明者らにより特開平９－８４８８８号公報や特開２００１－２３１８７１号などにも記載されている。しかしこの技術は、前述のとおり、個人差（もしくは個体差）及び体質を考慮したものでなく頭部に画一的な光を照射するものであり、その効果に個人差が大きいという問題があった。ヒト脳波のうち安静閉眼時にα波（周波数１３～８Ｈｚ）、浅い睡眠時にθ波（周波数７～４Ｈｚ）が出現する。覚醒時にはβ波（周波数３０～１４Ｈｚ）が主になり緊張やストレスの影響を受ける。本発明の装置は、各人の脳波を測定し各人固有のα波のリズムの周波数及び振幅に自動的に合わせた赤色パルス光（６１０～７５０ｎｍの任意の波長域使用）を、頭部、例えば前頭前野（前頭連合野）を中心に照射することにより自然発生中のθ波の一部帯域～α波の一部帯域（通常７～１３Ｈｚ、好ましくは７～１２Ｈｚ、より好ましくは７～１０Ｈｚ）の脳波の振幅を増強することを可能にする。実際、健常者、ガン患者、高齢者などに対する本発明における赤色パルス光照射の実施により、例えば１日１～６回（1日４～６回の場合は、例えば午前中１・２回目を１５分間以上の“休憩時間（interval）をおいて実施、午後にもこの２回分のセットを１～２回行うという方法をとる。）、各回約１５分間、約２～３週間もしくはそれ以上の期間実施することにより、大脳皮質の神経インパルスの増強（大脳皮質機能の賦活化）、内分泌系の変化による生体としての活性化（例えば血中ノルエピネフリン [ノルアドレナリン]レベルの低下によるイライラ感の低下や精神的ストレスの軽減など）、自然免疫系（細胞性免疫）の活性化（例えばＮＫ細胞活性の上昇）がもたらされることを確認した。
　本発明のような技術を用いることによって、脳表面（発生学的に終脳と呼ばれる部位）に元来存在していた光感受性をよみがえらせることにより、現代人の脳においては退化しつつある上記生理学的機能の一部（例えば、大脳皮質の神経インパルスの増強、内分泌系の変化による生体としての活性化、及び細胞性免疫の活性化など）を蘇生させることが可能になる。本発明者らの一連の医工連携による研究を通して、この大脳皮質の光感受性を蘇生させ自然治癒力を蘇らせることが可能になった。
　上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
　また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
　本発明は、頭部への光パルス照射装置に利用可能である。
１ａ…波形生成部、３…（ＰＷＭ）パルス変調部、４…光照射部（ＬＥＤ）、１１…脳波センサ、１３…脳波アンプ、５１…帽子状の部材、５１ａ…照射部、５１ｂ…遮断部、５３…目保護部、５７…支持板、５７ａ…出射穴。
　本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。

Claims (20)

  1. 　θ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形する波形生成部と、
    　前記波形生成部において生成された波形の振幅に基づいてパルス波形のデューティを調整したパルス波形を生成するパルス変調部と、を有し、
    　前記パルス変調部の出力に基づいて、頭部への赤色パルス光の照射を行う光照射部と
    を有することを特徴とする光刺激装置。
  2. 　前記波形生成部は、自己脳波に基づいてθ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形することを特徴とする請求項１に記載の光刺激装置。
  3. 　前記光照射部により赤色パルス光が照射された際の自己脳波の変化を、前記光照射部の駆動パルス電圧に反映させるフィードバック機能を有することを特徴とする請求項２に記載の光刺激装置。
  4. 　前記フィードバック機能は、自己脳波の周波数帯域と振幅に応じて光照射用データを更新することを特徴とする請求項３に記載の光刺激装置。
  5. 　前記周波数帯域は、
    　７Ｈｚから１３Ｈｚまでの間の連続した周波数帯であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の光刺激装置。
  6. 　前記波形生成部は、入力した自己脳波の振幅の強弱を抑制する機能を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の光刺激装置。
  7. 　自己脳波又は前記整形した波形を記憶するメモリを有し、
    　前記メモリから読みだした波形に基づいて波形処理を行うことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の光刺激装置。
  8. 　前記周波数帯域を調整する中心周波数調整部（ＢＰＦ部）を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の光刺激装置。
  9. 　センサにより取得した自己脳波をＡ／Ｄ変換するとともに、増幅する脳波アンプと、前記脳波アンプからの出力信号に基づいて、ＬＥＤの駆動を制御する制御信号を生成する制御信号生成回路と、前記制御信号生成回路からの出力をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、前記ＰＷＭ変調部からの出力信号に基づいて駆動されるＬＥＤを備えた光照射部と、を備えることを特徴とする光刺激装置。
  10. 　前記制御信号生成回路は、θ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域を通過させる第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）と、個人に依存する前記自己脳波における振幅の変動を抑制するＡＧＣリミッタを有することを特徴とする請求項９に記載の光刺激装置。
  11. 　前記制御信号生成回路は、
    　さらに、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）と、前記第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）からの出力を、前記ＡＧＣリミッタにフィードバックするフィードバック機能を有することを特徴とする請求項１０に記載の光刺激装置。
  12. 　前記フィードバック機能を構成する回路として、
    　入力の絶対値を出力する絶対値回路と、入力の振幅を抑制させるＢＥＦ回路（帯域除去濾波器）と、その出力のフィルタリングを行うＬＰＦ回路と、を有していることを特徴とする請求項１１に記載の光刺激装置。
  13. 　請求項１から１２までのいずれか１項に記載の光刺激装置からの前記赤色パルス光を被験者の頭部に照射するための光刺激装置用の器具であって、
    　前記光照射部は、赤色ＬＥＤが多数配置された帽子状の部材と、
    　前記帽子状の部材に摺動可能に設けられた目保護板と、を有し、
    　光を照射する際には、前記目保護板を、眼を覆う位置にスライドさせて目を保護し、
    　前記目保護板を眼の方向からスライドさせることで、前記光照射部と被照射領域との間に位置するように構成されている光刺激装置用の器具。
  14. 　請求項１から１２までのいずれか１項に記載の光刺激装置からの前記赤色パルス光を被験者の頭部に照射するための光刺激装置用の器具であって、
    　前記光刺激装置において
    　装置のハウジングの内部の光の一部を動作モニタ光として被験者の目に導く導光路を設けることを特徴とする光刺激装置用の器具。
  15. 　前記動作モニタ光を、調光または遮蔽できるように調整スイッチを設けたことを特徴とする請求項１４に記載の光刺激装置用の器具。
  16. 　θ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形する波形生成ステップと、
    　前記波形生成ステップにおいて生成された波形の振幅に基づいてパルス波形のデューティを調整したパルス波形を生成するパルス変調ステップと、を有し、
    　前記パルス変調ステップの出力に基づいて、頭部への赤色パルス光の照射を行う光照射ステップと
    を有することを特徴とする光刺激方法。
  17. 　前記波形生成ステップは、自己脳波に基づいてθ波の一部帯域とα波の一部帯域とを含む周波数帯域の波形を整形することを特徴とする請求項１６に記載の光刺激方法。
  18. 　前記光照射ステップにより赤色パルス光が照射された際の自己脳波の変化を、前記光照射ステップにおける駆動パルス電圧に反映させるフィードバック処理ステップを有することを特徴とする請求項１６に記載の光刺激方法。
  19. 　コンピュータに、請求項１６から１８までのいずれか１項に記載の光刺激方法を実行させるためのプログラム。
  20. 　請求項１から１９までのいずれか１項に記載の光刺激技術又はプログラムにより、脳表面で退化しつつある光感受性を蘇生させることによる生理学的及び免疫学的機能の賦活化を特徴とする、光を用いた蘇生方法又はプログラム。
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