JP2008155012A - 精神状態測定方法および装置並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】人が緊張状態にあるか、リラックス状態に有るかを、一次元的にわかり易く示すことができる精神状態測定方法および装置並びにプログラムを提供する。
【解決手段】交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを神経活動値算出手段２６から受けた指標値算出手段３０が、低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項Ｇａ（ＬＦ／ＨＦ）、高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項Ｇｂ（ＨＦ）、及び定数項Ｃの３つの項からなる演算式の演算を実行することにより、被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を前記演算式により算出し、表示器３２に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人が緊張状態にあるか、リラックス状態に有るかを、一次元的にわかり易く示すことができるようにするための精神状態測定方法および装置並びにプログラムに関する。

人の拍動（心拍動や脈拍動）は、自立神経により調整されている。自立神経は、交感神経と副交感神経とからなり、それぞれが異なるリズムで拍動を調整しているため、拍動間隔に“ゆらぎ（fluctuation）”を生じさせている。

この拍動間隔のゆらぎのうち、０．１５Ｈｚ〜０．４Ｈｚの比較的早いゆらぎ成分の大きさ（高周波成分値ＨＦ）は、副交感神経の活動に依存し、０．０４Ｈｚ〜０．１５Ｈｚの比較的遅いゆらぎ成分の大きさ（低周波成分値ＬＦ）は、交感神経および副交感神経の両方の活動に依存していることが知られている。また、前記両周波数成分値の比ＬＦ／ＨＦは、交感神経の活動の指標として用いられている。

前記各成分値ＬＦ、ＨＦを用いて、人の精神状態を把握する方法が種々提案されている。

例えば、活性度の軸と緊張度の軸からなる二次元座標上で、前記各成分値ＬＦ、ＨＦに基づいて得られた点を表示して、その被験者の精神状態を判定するように構成した自立神経活動測定装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、前記各成分値ＬＦ、ＨＦを含むパラメ−タから、ストレス度とリラックス度をそれぞれ求めることができるストレス評価方法及び装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−３３０９３４号公報 特開平０７−２３１８８０号公報

しかしながら、前記特許文献等に記載されている方法および装置に関する技術は、人の精神状態を多次元的に求めているため、その精神状態の変化や比較等が容易ではなく、直感的にかつ定量的に、その人の精神状態を把握できないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するものであって、人が緊張状態にあるか、リラックス状態に有るかを、一次元的にわかり易く示すことができる精神状態測定方法および装置並びにプログラムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の精神状態測定方法は、交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受ける段階と、前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行する段階とを有し、被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を前記演算式により算出することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の精神状態測定方法は、前記指標値（Ｓ）が、次の演算式（Ｉ）により算出されることを特徴とする。
Ｓ＝Ａ・log［（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ］−Ｂ・log［（ＨＦ）／ｆ］＋Ｃ …（Ｉ）
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、ｋおよびｆは定数である。

本発明の請求項３に記載の精神状態測定方法は、前記指標値（Ｓ）が、次の演算式（II）により算出されることを特徴とする。
Ｓ＝Ａ′・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ′−Ｂ′・（ＨＦ）／ｆ′＋Ｃ′ …（II）
ただし、Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、ｋ′およびｆ′は定数である。

本発明の請求項４に記載の精神状態測定方法は、前記指標値（Ｓ）が、次の演算式（III）により算出されることを特徴とする。
Ｓ＝Ａ″・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ″−Ｂ″・log［（ＨＦ）／ｆ″］＋Ｃ″ …（III）
ただし、Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、ｋ″およびｆ″は定数である。

本発明の請求項５に記載の精神状態測定方法は、前記被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を、前記演算式に基づく指標値の差ΔＳ（＝Ｓ1―Ｓ2）として算出することを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の精神状態測定方法は、前記被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を、前記演算式に基づく低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比Ｒ（ＬＦ／ＨＦ）および高周波成分値（ＨＦ）の差による指標値Ｓdiffとして算出することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の精神状態測定装置は、交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受ける情報受領手段（２５、２６）と、
前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）とを用いて、被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を算出する指標値算出手段（３０）とを有する精神状態測定装置であって、
前記指標値算出手段が、前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行することにより前記指標値を算出することを特徴とする。

本発明の請求項８に記載の精神状態測定装置は、前記指標値算出手段が、次の演算式（Ｉ）を用いることを特徴とする。
Ｓ＝Ａ・log［（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ］−Ｂ・log［（ＨＦ）／ｆ］＋Ｃ …（Ｉ）
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、ｋおよびｆは定数である。

本発明の請求項９に記載の精神状態測定装置は、前記指標値算出手段が、次の演算式（II）を用いることを特徴とする。
Ｓ＝Ａ′・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ′−Ｂ′・（ＨＦ）／ｆ′＋Ｃ′ …（II）
ただし、Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、ｋ′およびｆ′は定数である。

本発明の請求項１０に記載の精神状態測定装置は、前記指標値算出手段が、次の演算式（III）を用いることを特徴とする。
Ｓ＝Ａ″・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ″−Ｂ″・log［（ＨＦ）／ｆ″］＋Ｃ″ …（III）
ただし、Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、ｋ″およびｆ″は定数である。

本発明の請求項１１に記載の精神状態測定装置は、前記指標値算出手段が、前記演算式に基づく指標値の差ΔＳ（＝Ｓ1―Ｓ2）を算出するように設定することを特徴とする。

本発明の請求項１２に記載の精神状態測定装置は、前記指標値算出手段が、前記演算式に基づく低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比Ｒ（ＬＦ／ＨＦ）および高周波成分値（ＨＦ）の差による指標値Ｓdiffを算出するように設定することを特徴とする。

本発明の請求項１３に記載の精神状態測定プログラムは、被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）の算出をコンピュータに実行させるための精神状態測定プログラムであって、交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受ける手順と、前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行する手順とを、含むことを特徴とする。

本発明によれば、交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受け、その低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行することにより、被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を算出しているので、直感的にかつ定量的に、その人の精神状態を把握でき、その精神状態の変化の分析や比較等を容易に行うことができる。

次に、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

Ａ．精神状態測定装置の構成
図１は、本発明に係る精神状態測定方法の典型的な実施例としての精神状態測定装置２０を示すブロック系統構成図である。すなわち、図１において、参照符号２１は、被験者の拍動を検出するためのセンサを示し、このセンサ２１は、血管の振動を検出する振動式センサや、血流を光学的に検出する光学式センサとして構成される。

センサ２１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２２によりデジタル信号に変換されて、記憶部２３内のメモリ（図示せず）に記憶される。なお、この記憶部２３には、時刻情報を出力するタイマ回路が含まれており、外部あるいは図示しない操作部の操作による測定開始の指示を受ける毎に、一定数のデータを時刻情報と共に記憶する。なお、この記憶部２３は、後述する各手段において得られる各種のデータや演算値などを記憶するメモリとしての機能も有している。

記憶部２３に記憶された一連のデータについて、間隔検出手段２４を介して拍動間隔（Ｒ―Ｒ間隔）が検出され、得られた間隔データは周波数解析手段２５へ入力される。

周波数解析手段２５においては、入力された間隔データに対して周波数解析処理（ＦＦＴ処理）が行われ、スペクトラムデータが得られる。

周波数解析手段２５で得られたスペクトラムデータは、神経活動値算出手段２６において、交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦとが算出される。

この場合、神経活動値算出手段２６において算出された低周波成分値ＬＦは、スペクトラムデータのうち、０．０４〜０．１５（Ｈｚ）の範囲のパワー値の総和（面積）であり、また高周波成分値ＨＦは、０．１５〜０．４（Ｈｚ）の範囲のパワー値の総和（面積）である。

このようにして得られた低周波数成分値ＬＦおよび高周波成分値ＨＦは、それぞれ指標値算出手段３０に入力される。指標値算出手段３０においては、交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦとを用いて、強い緊張状態から強いリラックス状態までの精神状態を一次元的に示す指標値Ｓを算出する。

指標値Ｓは、強い緊張状態から強いリラックス状態までを所定の数値範囲（例えば、−２５〜７５、０〜１００、−５０〜５０のようなわかり易い範囲）に対応させ、その範囲内の値で表すことができる演算式を用いて算出される。

そして、演算式により算出された指標値Ｓは、被験者の拍動を検出し測定したときの時刻情報と共に、表示制御手段３１により表示器３２において表示される。

Ｂ．指標値の演算式
そこで、本発明者は、次の一般式で示される演算式により指標値Ｓを算出することにより、被験者の精神状態を適切に表すことができることを見出した。すなわち、指標値Ｓは、低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比Ｒ（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項Ｇａと、高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項Ｇａと、定数項Ｃとの３つの項からなる次の一般式により算出される。なお、一般式において第１項のＧａおよび第２項のＧｂは、それぞれ括弧内のＲおよびＨＦを変数とする関数として示す。

Ｓ＝Ｇａ（Ｒ）−Ｇｂ（ＨＦ）＋Ｃ …（一般式）

前記一般式を、より具体的な演算式に変換すれば、次の３つの演算式（Ｉ）、（II）、（III）のいずれかを用いることにより、被験者の精神状態を適切に表す指標値Ｓを容易に算出することができる。

Ｓ＝Ａ・log［（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ］−Ｂ・log［（ＨＦ）／ｆ］＋Ｃ …（Ｉ）
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、ｋおよびｆは定数である。

Ｓ＝Ａ′・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ′−Ｂ′・（ＨＦ）／ｆ′＋Ｃ′ …（II）
ただし、Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、ｋ′およびｆ′は定数である。

Ｓ＝Ａ″・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ″−Ｂ″・log［（ＨＦ）／ｆ″］＋Ｃ″ …（III）
ただし、Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、ｋ″およびｆ″は定数である。

前記の各演算式（Ｉ）、（II）、（III）の第１項は、心身を緊張させる交感神経の活動に依存している比Ｒの増減変化と同一方向に増減する項である。第２項は、心身をリラックスさせる副交感神経の活動に依存している高周波成分値ＨＦの増減変化と反対方向に増減する項である。従って、心身が緊張する程大きくなる第１項と、リラックスする程大きくなる第２項と、定数項Ｃとからなる演算式の演算を実行することにより、人の精神状態を一次元的に示す指標値を得ている。

さらに、前記演算式を拡張し、ある１時点における指標値の算出に代えて、異なる２時点間の比較による指標値の算出も有用である。例えば、被験者の個性として、安静時に指標値が低くリラックスする状態にあり、ストレス負荷時に指標値が適宜高く緊張状態になる人だけではなく、安静時にも指標値が高く緊張状態にあり、ストレス負荷時にはさらに指標値が高くなる傾向がある人や、ストレス負荷時においても余り変化のない人など、いろいろなパターンの人が想定される。この場合、指標値の差ΔＳ（＝Ｓ1―Ｓ2）を利用したり、低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比Ｒ（ＬＦ／ＨＦ）および高周波成分値（ＨＦ）の差による指標値Ｓdiffを利用したりして、精神状態を適切に数値化することもできる。

指標値の差ΔＳは、次式により算出することができる。
ΔＳ＝Ｓ1―Ｓ2
Ｓ1＝Ａ・log［（ＬＦ1／ＨＦ1）／Ｋ］＋Ｂ・log（ＦＫ／ＨＦ1）＋Ｃ …（IV）
Ｓ2＝Ａ・log［（ＬＦ2／ＨＦ2）／Ｋ］＋Ｂ・log（ＦＫ／ＨＦ2）＋Ｃ
ただし、係数Ｋ、ＦＫは年齢要因を盛り込むことができる。

低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比Ｒ（ＬＦ／ＨＦ）および高周波成分値（ＨＦ）の差による指標値Ｓdiffは、次式により算出することができる。
Ｓdiff＝Ａ・log［（ＬＦ1／ＨＦ1―ＬＦ2／ＨＦ2）／Ｋ］
＋Ｂ・log［ＦＫ／（ＨＦ1―ＬＦ2）］＋Ｃ …（Ｖ）
ただし、係数Ｋ、ＦＫは年齢要因を盛り込むことができる。

Ｃ．精神状態測定方法の実施工程（プログラム）
次に、前述した図１に示す精神状態測定装置により本発明の精神状態を測定する方法について、図２に示すフローチャートを併せ参照しながら、その実施工程（プログラム）を具体例と共に説明する。

本発明においては、最初に被験者が拍動の検出および測定を行うに際し、新規測定か、既に登録ないし記憶されている測定であるかの判断を行う（ＳＴＥＰ−１）。新規測定である場合は、被験者の、個人番号や年齢等の個人情報を入力し（ＳＴＥＰ−２）、次いで、被験者の拍動を、振動式センサや光学式センサ等のセンサ２１を使用して血管の振動や血流を検出する。この時の検出信号は、当初テスト用として暫定的に記録され（ＳＴＥＰ−３）、記録されたデータが正常か否かを判定する（ＳＴＥＰ−４）。この場合、被験者の測定部位にセンサが適正に使用されていたか（例えば、センサの位置や測定時間等）が判定の基準となる。正常な記録がされていない場合は、再度の検出および測定を行う（ＳＴＥＰ−３）。

正常な記録がされた場合は、測定された脈波信号をＡ／Ｄ変換器２２を介してＡ／Ｄ変換し（ＳＴＥＰ−５）、記憶部２３に記憶して測定データの記録を終了する（ＳＴＥＰ−６）。このようにして記憶部２３に記憶された一定時間（例えば、２０秒〜１８０秒）における一連の測定データに対して、間隔検出手段２４を介して拍動（ＱＲＳ波）の間隔（Ｒ−Ｒ間隔）を検出すると共にそのピーク（Ｒ値）を検出する（ＳＴＥＰ−７）。

このように検出されたピーク（Ｒ値）は、適正なデータであるか否かが判定される（ＳＴＥＰ−８）。この場合、検出されたピーク（Ｒ値）が、指標値Ｓの演算を行うのに適した低周波成分値（ＬＦ）および高周波成分値（ＨＦ）を得るための周波数解析に、適しているかどうかが判定の基準となる。従って、検出されたピーク（Ｒ値）が、適正なデータでない場合は、再度の検出および測定を行う（ＳＴＥＰ−３）。

適正なピーク（Ｒ値）が検出されている場合は、前記一連の測定データを再サンプリングして（ＳＴＥＰ−９）、周波数解析手段２５により周波数解析を行い（ＳＴＥＰ−１０）、神経活動値算出手段２６により低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦとが算出される（ＳＴＥＰ−１１）。

このようにして算出された低周波成分値ＬＦおよび高周波成分値ＨＦは、自動的に設定されるデータ番号および時刻データ（ＳＴＥＰ−１２）と、予め設定した個人番号等の個人情報（ＳＴＥＰ−２）と共に、記憶部２３のメモリに適宜記憶される（ＳＴＥＰ−１３）。

次いで、前記メモリに記憶されたデータの読み出しが行われ（ＳＴＥＰ−１４）、指標値算出手段３０を介して記憶されている低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦとから、前述した演算式により指標値（精神状態としてのストレス値）の算出が実行される（ＳＴＥＰ−１６）。そして、算出された指標値と共に測定された低周波成分値ＬＦおよび高周波成分値ＨＦ等を、表示制御手段３１を介して表示器３２に表示する（ＳＴＥＰ−１７）。図３は、前記表示器３２による指標値等の表示例を示すものである。

また、本発明の精神状態を測定する方法においては、既に所要のメモリに記憶されているデータ（ＳＴＥＰ−１３）に対して、個人番号等の個人情報やデータ番号を入力することにより（ＳＴＥＰ−１５）、前記メモリに記憶されたデータの読み出しが行われ（ＳＴＥＰ−１４）、指標値算出手段３０を介して記憶されている低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦとから、前述した演算式により指標値（精神状態としてのストレス値）の算出が実行される（ＳＴＥＰ−１６）。そして、算出された指標値と共に測定された低周波成分値ＬＦおよび高周波成分値ＨＦ等を、表示器３２に再表示することができる（ＳＴＥＰ−１７）。

なお、前述した被験者の個人情報の入力（ＳＴＥＰ−２）については、複数の被験者を対象とする場合、各被験者の登録番号として個人番号を適宜設定することができる。また、この個人番号は、個人の異なる状態、例えば、「起床時」、「昼食時」、「就寝時」などに対応する番号として、それぞれ設定し使用することもできる。

Ｄ．本発明により算出される指標値の評価とその解析
予め、被験者９７人について、それぞれ心電図の波形から低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦを求めた。この場合、得られた低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦについて、演算式の第１項に関する比Ｒ（＝ＬＦ／ＨＦ）の分布状態を図４の（ａ）に示す。また、第２項に関する高周波成分値ＨＦの分布状態を図４の（ｂ）に示す。なお、図４において、横軸は被験者の番号を示す。また、これら９７人の被験者は、精神状態がまちまちであり、極度に緊張している人から極度にリラックスしている人まで含まれているものとする。

図４の（ａ）、（ｂ）に示される比Ｒおよび高周波成分値ＨＦの分布状態において、比Ｒについての平均値は約３．９、中央値は約１．７、最大値は約３５、最小値は約０．１となっている。また、高周波成分値ＨＦについての平均値は約７０、中央値は約３２、最大値は約６５４、最小値は約１となっている。

ここで、最も好ましいと思われる演算式（Ｉ）を適用することを考慮し、前記の比Ｒおよび高周波成分値ＨＦの中央値に近い値をそれぞれ係数ｋ＝１．７、ｆ＝３２とし、係数Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ２５として、被験者９５人についてのそれぞれ低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦに基づいて、Ｒ＝ＬＦ／ＨＦ＝２、ＨＦ＝３００を基準値として前記演算式（Ｉ）により指標値Ｓの算出を行った。この結果、図５に示すように、指標値Ｓは、ダイナミックレンジが１／１０から１０倍までの範囲内であり、２５を中央値として−２５〜７５の範囲にほぼ全体が含まれる分布状態となった。このような指標値Ｓの分布状態は、中心値を２５とする正規分布に近く、人の精神状態のばらつきをよく表しているものと推察される。

また、演算式（II）を適用した場合、係数ｋ′＝１．７、ｆ′＝３２とし、係数Ａ′＝５、Ｂ′＝１、Ｃ′＝−２０として、被験者９５人についてのそれぞれ低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦに基づいて、前記演算式（II）により指標値Ｓの算出を行った結果、図６に示すような指標値Ｓの分布状態が得られた。この場合、前述した演算式（Ｉ）による指標値Ｓの分布状態より、分布の広がりが小さいが、その範囲内で精神状態のばらつきに応じた指標値Ｓを得ることが確認された。

さらに、演算式（III）を適用した場合、係数ｋ″＝１．７、ｆ″＝３２とし、係数Ａ″＝５、Ｂ″＝５、Ｃ″＝−２０として、被験者９５人についてのそれぞれ低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦに基づいて、前記演算式（III）により指標値Ｓの算出を行った結果、図７に示すような指標値Ｓの分布状態が得られた。この場合においても、前述した演算式（Ｉ）による指標値Ｓの分布状態より、分布の広がりが小さいが、その範囲内で精神状態のばらつきに応じた指標値Ｓを得ることが確認された。

そこで、実際の被験者の精神状態と、前記演算式（Ｉ）によって得られる指標値Ｓとの対応関係について検討した。

図８は、被験者１５人について、安静状態における指標値Ｓの分布Ｕと、ある心理的課題（計算問題等）を負荷したときの指標値Ｓの分布Ｕ′を示すものである。図８から明らかなように、安静状態の分布Ｕの平均値（約２０）に対して、課題負荷時の分布Ｕ′の平均値（約３０）が増加しており、この増加から被験者の精神状態がやや緊張状態に推移したことが判る。この場合、安静時に指標値が低くリラックスする状態にあり、課題負荷時に指標値が高くなり緊張状態となる場合だけではなく、安静時においても指標値が高く緊張状態にあり、課題負荷時にはさらに指標値が高くなる傾向がある場合や、課題負荷時においても余り変化のない場合など、いろいろなパターンの指標値の変化が確認された。

図９は、被験者７人について、あるきつい作業を行っているときの指標値Ｓの分布Ｖと、睡眠時の指標値Ｓの分布Ｖ′を示すものである。図９から明らかなように、過負荷を与えたときの分布Ｖの平均値（約５５）が、睡眠時の分布Ｖ′の平均値（約３０）に対して、かなり高い緊張状態にあることが判る。

前記の指標値Ｓについての分布は、通常の状態の被験者を対象としたものであるが、例えば、うつ状態にある被験者１２人について、安静時の指標値Ｓを求めた結果、図１０に示す分布Ｗが得られた。この分布Ｗは、通常の状態の被験者の分布Ｕと比較すると、明らかなように、うつ状態の人の一部では、指標値Ｓは安静状態においても大きく、通常の状態の被験者より緊張状態にあると推察される。

なお、前述した指標値の評価とその解析において、演算式（Ｉ）を適用した場合の、被験者９５人についての指標値Ｓの算出結果により得られた分布状態図（図５参照）から、精神状態の評価の境界を、７段階による指標値の区分けと各段階における評価の内容を、図１１に示す一覧表に示すように分類することができた。そして、このように７段階に分類した場合の度数（人数）は図１２に示す通りである。

Ｅ．指標値の表示
以上の結果から、前記演算式（Ｉ）によって得られる指標値Ｓは、被験者の精神状態を一次元的によく表しており、この指標値Ｓから被験者の精神状態を単純かつ容易に把握することができる。

指標値Ｓを表示する表示器３２に対し、表示制御手段３１は、得られた指標値Ｓの値を数値表示（図３参照）するだけではなく、例えば前述した図１１に示す指標値の評価の区分に従って該当する評価内容をグラフィック表示したり、バーグラフ表示したりすることができる。また、この場合、低周波成分値（ＬＦ）、高周波成分値（ＨＦ）、ＬＦ／ＬＨ値、および心拍数や脈拍などを適宜表示するように設定することもできる。

前記の段階的に表示する場合としては、例えば、指標値の大きい領域から順に、「大変緊張」、「やや緊張」、「普通」、「ややリラックス」、「大変リラックス」と５段階に分けた状態表記の内容とし、それぞれ算出された指標値が含まれる領域に対応した表記を行うように設定することができる。

また、連続的な測定を行うような場合には、時刻毎の指標値をグラフ化して、表示器３２に表示するように設定することもできる。

なお、前記演算式における係数ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃの値は、前述した実施例に限定されるものではなく、任意に設定可能であるが、精神状態の指標値Ｓの範囲は、１０段階、２０段階、５０段階、１００段階のように、切りがよくかつ評価がし易い範囲となるように、各係数を設定することが望ましい。

例えば、前記の算出例において、係数Ｃのみを５０に変更すれば、指標値Ｓの範囲を０〜１００の範囲に設定することができる。また、係数Ｃのみを０に変更すれば、指標値Ｓの範囲を−５０〜５０の範囲に設定することができる。さらに、係数Ａ、Ｂ、ｋ、ｆを変更することで、指標値Ｓの変化幅を変更することができる。

そして、特定の被験者の精神状態を定常的に測定する場合には、その被験者の精神状態が安静でかつ安定している時間帯、例えば、睡眠から目覚めて心身の状態が安定したときに、測定を行い、そのときに得られた指標値Ｓｒを記憶しておき、複数の指標値Ｓｒに基づいて前述した演算式の係数を補正することもできる。

例えば、前述したように、指標値が中心値２５でほぼ−２５〜７５の範囲になるように係数が設定されている状態で、指標値Ｓｒの平均値が標準の２５に対して１０大きい３５のとき、定数項Ｃを２５から１５まで減らすように補正処理を行う。このような係数の補正処理を、指標値算出手段３０が自動的に行うことで、被験者の相違による指標値のばらつきを抑制することができると共に、指標値による他の被験者との比較が容易となる。

Ｆ．本発明に係る精神状態測定装置の応用
本発明に係る精神状態測定装置２０の使用方法としては、一般的に、被験者がセンサ２１に触れたときだけ指標値Ｓの測定を行い、その測定結果を表示器３２に表示させる単発的な測定を行う。また、被験者が装置全体を常時携帯し、センサ２１による拍動検出を定常的に行うようにし、一定時間毎に指標値Ｓを自動的に算出して、これを内部のメモリに記憶させておき、操作部の操作により記憶させた指標値Ｓの変化する履歴を表示器３２に表示させることも可能である。

また、本発明に係る精神状態測定方法を実施する装置としては、センサ２１から記憶部２３（操作部を含む場合もある）までをユニットとして一体化したものとして構成し、このユニットを被験者に常時携帯させて、一定時間毎に、あるいは操作部に対する操作があったときに、拍動信号を記憶させた後、ユニットを装置本体に接続して、間隔検出から指標値算出に至るまでの処理を行って、その算出結果を表示するように構成することも可能である。

前述した実施形態の精神状態測定装置２０は、センサ２１による拍動の検出処理から神経活動値算出手段２６による周波数成分値ＬＦ、ＨＦの算出処理までの構成を含んでいたが、このような構成は本発明を限定するものではなく、別の装置で得られた周波数成分値ＬＦ、ＨＦのデータを受けて、指標値Ｓを算出する構成とすることもできる。また、精神状態測定装置２０は、センサ２１、Ａ／Ｄ変換器２２、記憶部２３を除いた間隔検出手段２４以降の手段で構成し、拍動の信号データを与えて、指標値Ｓを算出するように構成することもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る精神状態測定方法および装置並びにプログラムは、交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受ける段階と、前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行することにより指標値を算出する段階とを、有していることを要旨とするものであり、その他の構成や設定条件等については本発明の精神を逸脱しない範囲において多くの設計変更が可能であることは勿論である。

本発明に係る精神状態測定方法を実施する装置の実施例を示すブロック系統構成図である。 本発明に係る精神状態測定方法の実施工程（プログラム）を示すフローチャート図である。 本発明に係る精神状態測定方法を実施する装置の表示器により指標値等の表示例を示す説明図である。 （ａ）は本発明に係る精神状態測定方法により被験者９７人についての心電図の波形から求めた低周波成分値ＬＦと高周波成分値ＨＦの比［ＬＦ／ＨＦ］の分布状態を示す説明図、（ｂ）は同じく高周波成分値［ＨＦ］の分布状態を示す説明図である。 図４に示す分布状態に対して演算式（Ｉ）を用いて算出された指標値Ｓの分布状態説明図である。 図４に示す分布状態に対して演算式（II）を用いて算出された指標値Ｓの分布状態説明図である。 図４に示す分布状態に対して演算式（III）を用いて算出された指標値Ｓの分布状態説明図である。 本発明に係る精神状態測定方法により被験者に心理的課題を負荷したときの指標値の変化状態を示す説明図である。 本発明に係る精神状態測定方法により被験者にきつい仕事を与えたときの指標値の変化状態を示す説明図である。 本発明に係る精神状態測定方法により通常状態の被験者とうつ状態の被験者の指標値のばらつき状態を示す説明図である。 図５に示す演算式（Ｉ）を用いて算出された指標値Ｓの分布状態に基づいて作成した指標値Ｓの分類とその評価内容を示す一覧表である。 図１１に示す指標値Ｓの分類に対応する度数（人数）を示すバーグラフである。

符号の説明

２０ 精神状態測定装置
２１ センサ
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 記憶部
２４ 間隔検出手段
２５ 周波数解析手段
２６ 神経活動値算出手段
３０ 指標値算出手段
３１ 表示制御手段
３２ 表示器

Claims (13)

1. 交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受ける段階と、前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行する段階とを有し、被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を前記演算式により算出することを特徴とする精神状態測定方法。
2. 前記指標値（Ｓ）は、次の演算式（Ｉ）により算出することを特徴とする請求項１記載の精神状態測定方法。
   Ｓ＝Ａ・log［（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ］−Ｂ・log［（ＨＦ）／ｆ］＋Ｃ …（Ｉ）
   ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、ｋおよびｆは定数である。
3. 前記指標値（Ｓ）は、次の演算式（II）により算出することを特徴とする請求項１記載の精神状態測定方法。
   Ｓ＝Ａ′・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ′−Ｂ′・（ＨＦ）／ｆ′＋Ｃ′ …（II）
   ただし、Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、ｋ′およびｆ′は定数である。
4. 前記指標値（Ｓ）は、次の演算式（III）により算出することを特徴とする請求項１記載の精神状態測定方法。
   Ｓ＝Ａ″・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ″−Ｂ″・log［（ＨＦ）／ｆ″］＋Ｃ″ …（III）
   ただし、Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、ｋ″およびｆ″は定数である。
5. 前記被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を、前記演算式に基づく指標値の差ΔＳ（＝Ｓ1―Ｓ2）として算出することを特徴とする請求項１記載の精神状態測定方法。
6. 前記被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を、前記演算式に基づく低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比Ｒ（ＬＦ／ＨＦ）および高周波成分値（ＨＦ）の差による指標値Ｓdiffとして算出することを特徴とする請求項１記載の精神状態測定方法。
7. 交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受ける情報受領手段（２５、２６）と、
   前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）とを用いて、被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）を算出する指標値算出手段（３０）とを有する精神状態測定装置であって、
   前記指標値算出手段が、前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行することにより前記指標値を算出することを特徴とする精神状態測定装置。
8. 前記指標値算出手段は、次の演算式（Ｉ）を用いることを特徴とする請求項７記載の精神状態測定装置。
   Ｓ＝Ａ・log［（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ］−Ｂ・log［（ＨＦ）／ｆ］＋Ｃ …（Ｉ）
   ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、ｋおよびｆは定数である。
9. 前記指標値算出手段は、次の演算式（II）を用いることを特徴とする請求項７記載の精神状態測定装置。
   Ｓ＝Ａ′・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ′−Ｂ′・（ＨＦ）／ｆ′＋Ｃ′ …（II）
   ただし、Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、ｋ′およびｆ′は定数である。
10. 前記指標値算出手段は、次の演算式（III）を用いることを特徴とする請求項７記載の精神状態測定装置。
    Ｓ＝Ａ″・（ＬＦ／ＨＦ）／ｋ″−Ｂ″・log［（ＨＦ）／ｆ″］＋Ｃ″ …（III）
    ただし、Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、ｋ″およびｆ″は定数である。
11. 前記指標値算出手段は、前記演算式に基づく指標値の差ΔＳ（＝Ｓ1―Ｓ2）を算出するように設定することを特徴とする請求項７記載の精神状態測定装置。
12. 前記指標値算出手段は、前記演算式に基づく低周波成分値（ＬＦ）と高周波成分値（ＨＦ）との比Ｒ（ＬＦ／ＨＦ）および高周波成分値（ＨＦ）の差による指標値Ｓdiffを算出するように設定することを特徴とする請求項７記載の精神状態測定装置。
13. 被験者の緊張状態からリラックス状態までの精神状態を一次元的に表す指標値（Ｓ）の算出をコンピュータに実行させるための精神状態測定プログラムであって、
    交感神経と副交感神経の活動に起因して生じる拍動間隔のゆらぎの低周波成分値（ＬＦ）を示す情報と高周波成分値（ＨＦ）を示す情報とを受ける手順と、前記低周波成分値（ＬＦ）と前記高周波成分値（ＨＦ）との比（ＬＦ／ＨＦ）に依存した第１項、前記高周波成分値（ＨＦ）に依存した第２項、及び定数項の３つの項からなる演算式の演算を実行する手順とを、コンピュータに実行させるための精神状態測定プログラム