JP7353632B2 - Attention function training system, training processing device, and computer program - Google Patents
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Description
本開示は、注意機能の訓練に関する。 The present disclosure relates to training of attentional functions.
注意機能は、脳の機能の一つである。ヒトの注意の向け方には、インターナルフォーカス(Internal focus)と、エクスターナルフォーカス(External focus)と、がある。インターナルフォーカスは、ヒトの身体や身体動作自体に注意を向けることであり、エクスターナルフォーカスは、運動のゴールとなるターゲット、道具又は外部環境(身体の外側)に注意を向けることである。 Attention function is one of the functions of the brain. There are two ways humans direct their attention: internal focus and external focus. Internal focus refers to directing attention to the human body or physical movement itself, and external focus refers to directing attention to the target, tool, or external environment (outside the body) that is the goal of the movement.
非特許文献1は、注意機能トレーニングを開示している。非特許文献1において用いられた注意機能トレーニングは、注意機能検査であるTrail Making Test(TMT)partA、TMT partB、及び、仮名拾い検査である。 Non-Patent Document 1 discloses attention function training. The attention function training used in Non-Patent Document 1 is Trail Making Test (TMT) part A, TMT part B, which are attention function tests, and a kana picking test.
注意機能は、運動能力その他の能力に対して影響を与える。したがって、運動能力及びその他の能力を考慮させるため、注意機能の向上が望まれる。 Attention functions influence motor skills and other abilities. Therefore, it is desired to improve the attention function in order to take into account motor ability and other abilities.
ここで、非特許文献1は、TMT及び仮名拾い検査を用いた注意機能の訓練を開示しているが、本発明者は、非特許文献1とは異なるアプローチでの注意機能の訓練手法を見出した。 Here, Non-Patent Document 1 discloses attention function training using TMT and a kana pick-up test, but the present inventor discovered a training method for attention functions using a different approach from Non-Patent Document 1. Ta.
本開示の一形態において、注意機能の訓練は、被訓練者に感覚刺激を提示し、被訓練者が感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、被訓練者の脳活動の計測結果から求め、注意機能の訓練のために前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックすることによって達成される。更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。 In one form of the present disclosure, attention function training includes presenting a sensory stimulus to a trainee, and determining a feature amount related to the attention paid by the trainee to the sensory stimulus from a measurement result of the trainee's brain activity. This is accomplished by feeding back the features to the trainee for attention function training. Further details are described in the embodiments below.
<1.注意機能訓練システム、注意機能訓練方法、訓練処理装置、及びコンピュータプログラムの概要> <1. Outline of attention function training system, attention function training method, training processing device, and computer program>
(1)実施形態に係る注意機能訓練システムは、被訓練者に感覚刺激を提示する刺激提示器を備える。感覚刺激は、感覚に与えられる刺激である。感覚は、例えば、体性感覚、視覚、又は聴覚を含む。体性感覚は、例えば、皮膚感覚を含む。体性感覚刺激は、例えば、機械刺激であり、より具体的には機械振動刺激である。視覚刺激は、例えば、光刺激であり、より具体的には、光点滅刺激である。聴覚刺激は、例えば、音刺激である。 (1) The attention function training system according to the embodiment includes a stimulus presenter that presents sensory stimuli to a trainee. Sensory stimulation is stimulation given to the senses. Sensation includes, for example, somatic sensation, vision, or hearing. Somatic sensations include, for example, skin sensations. The somatosensory stimulus is, for example, a mechanical stimulus, more specifically a mechanical vibration stimulus. The visual stimulus is, for example, a light stimulus, more specifically a light flashing stimulus. The auditory stimulus is, for example, a sound stimulus.
実施形態に係る注意機能訓練システムは、前記被訓練者の脳活動を計測するための計測器を備える。計測器は、感覚刺激が与えられた被訓練者の脳活動の変動を計測する。計測される脳活動は、感覚刺激へ向けられた注意の度合いによって変動する脳活動であるのが好ましい。 The attention function training system according to the embodiment includes a measuring device for measuring the brain activity of the trainee. The measuring device measures fluctuations in brain activity of a trainee given sensory stimulation. Preferably, the measured brain activity is brain activity that varies depending on the degree of attention paid to the sensory stimulus.
注意の度合いによって変動する脳活動は、例えば、定常状態体性感覚誘発電位(SSSEP)応答、定常状態視覚誘発電位(SSVEP)応答、又は定常状態聴覚誘発電位(SSAEP)応答である。なお、非特許文献2は、SSSEPを用いた注意の定量化を開示し、非特許文献3は、SSSEPを用いたブレイン・マシン・インタフェース(BMI)を開示しているが、両文献は、注意機能の訓練を開示していない。 Brain activity that varies with the degree of attention is, for example, a steady state somatosensory evoked potential (SSSEP) response, a steady state visual evoked potential (SSVEP) response, or a steady state auditory evoked potential (SSAEP) response. Note that non-patent document 2 discloses the quantification of attention using SSSEP, and non-patent document 3 discloses a brain-machine interface (BMI) using SSSEP. Does not disclose functional training.
SSSEP応答は、体性感覚刺激によって誘発される。体性感覚刺激に注意が向けられていると、SSSEP応答が大きくなる。SSVEP応答は、視覚刺激によって誘発される。視覚刺激に注意が向けられていると、SSVEP応答が大きくなる。SSAEP応答は、聴覚刺激によって誘発される。聴覚刺激に注意が向けられていると、SSAEP応答が大きくなる。 SSSEP responses are elicited by somatosensory stimulation. When attention is directed to somatosensory stimuli, the SSSEP response increases. SSVEP responses are elicited by visual stimuli. When attention is directed to a visual stimulus, the SSVEP response increases. SSAEP responses are elicited by auditory stimuli. When attention is directed to the auditory stimulus, the SSAEP response increases.
注意機能が優れている人は、SSSEP応答/SSVEP応答/SSAEP応答が大きい。したがって、このような注意に依存した脳波変調を特徴量として、被訓練者本人へフィードバックすることで、注意機能を訓練することができる。 People with good attentional functions have large SSSEP responses, SSVEP responses, and SSAEP responses. Therefore, the attention function can be trained by feeding back such attention-dependent brain wave modulation to the trainee as a feature quantity.
脳活動の計測は、感覚刺激に向けられた注意に応じた脳活動を計測可能なものであれば特に限定されない。脳活動の計測は、例えば、脳波計測であるが、脳波計測に限られず、MEG検査又はMRI検査等であってもよい。 Measurement of brain activity is not particularly limited as long as it is possible to measure brain activity in response to attention directed to sensory stimulation. The measurement of brain activity is, for example, electroencephalogram measurement, but is not limited to electroencephalogram measurement, and may be an MEG test, an MRI test, or the like.
実施形態に係る注意機能訓練システムは、前記計測器に接続された訓練処理装置を備える。訓練処理装置は、前記被訓練者が前記感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、前記脳活動の計測結果から求めるよう構成されている。前記特徴量は、例えば、感覚刺激へ向けられた注意の度合いを示す。 The attention function training system according to the embodiment includes a training processing device connected to the measuring device. The training processing device is configured to obtain a feature amount related to the attention paid by the trainee to the sensory stimulus from the measurement result of the brain activity. The feature amount indicates, for example, the degree of attention paid to the sensory stimulus.
感覚刺激が体性感覚刺激である場合、前記特徴量は、例えば、SSSEP応答から計算される。感覚刺激が視覚刺激である場合、前記特徴量は、例えば、SSVEP応答から計算される。感覚刺激が聴覚刺激である場合、前記特徴量は、例えば、SSAEP応答から計算される。 When the sensory stimulus is a somatosensory stimulus, the feature amount is calculated from the SSSEP response, for example. When the sensory stimulus is a visual stimulus, the feature amount is calculated from the SSVEP response, for example. When the sensory stimulus is an auditory stimulus, the feature amount is calculated from the SSAEP response, for example.
訓練処理装置は、注意機能の訓練のために前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックするよう構成されている。被訓練者が感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量が、被訓練者にフィードバックされることで、いわゆるニューロフィードバックがなされる。すなわち、実施形態に係る注意機能訓練システムは、ニューロフィードバックを利用することで、注意機能を訓練する。「注意」の強さは、被訓練者が直接知覚することが困難であるが、前述の注意に関する特徴量が被訓練者にフィードバックされることで、被訓練者は、自らが感覚刺激へ向けている注意の強さを把握できる。その結果、被訓練者は、感覚刺激への注意を向上させるための望ましい脳活動状態へ誘導するように、注意機能を訓練することができる。 The training processing device is configured to feed back the feature amount to the trainee for attention function training. So-called neurofeedback is performed by feeding back the feature amount related to the attention paid by the trainee to the sensory stimulus to the trainee. That is, the attention function training system according to the embodiment trains the attention function by using neurofeedback. It is difficult for trainees to directly perceive the strength of "attention," but by feeding back the above-mentioned attention-related features to trainees, trainees can direct themselves toward sensory stimuli. You can understand the strength of your attention. As a result, the trainee can train their attentional functions to induce a desired state of brain activity to improve their attention to sensory stimuli.
被訓練者へのフィードバックは、被訓練者が、前記特徴量を把握可能な手法であれば特に限定されない。フィードバックは、例えば、画面表示によって視覚的になされてもよいし、音によって聴覚的になされてもよい。 Feedback to the trainee is not particularly limited as long as the method allows the trainee to grasp the feature amount. Feedback may be provided visually, for example, through a screen display, or may be provided audibly through sound.
注意機能を向上させることで、高齢者又は障害者のクオリティオブライフ(QOL)の維持又は患者のリハビリテーション支援を図ることができる。例えば、自身の身体への注意機能を向上させることで、高齢者又は運動機能の障害者における、歩行動作の改善、つまずき又は転倒リスクの軽減、QOLの維持を図ることができる。また、脳卒中患者における学習性不使用の抑制を図ることができる。さらに、切断者における幻視痛の軽減支援が行える。さらに、任意の空間(外部環境)への注意機能を向上させることで、脳卒中患者における半側空間無視の改善支援を図ることができる。 By improving the attention function, it is possible to maintain the quality of life (QOL) of elderly or disabled people or to support rehabilitation of patients. For example, by improving the ability to pay attention to one's own body, it is possible to improve walking behavior, reduce the risk of stumbling or falling, and maintain QOL in elderly people or people with impaired motor functions. Furthermore, it is possible to suppress learned non-use in stroke patients. Furthermore, it can help reduce phantom pain in amputees. Furthermore, by improving the ability to pay attention to a given space (external environment), it is possible to help improve unilateral spatial neglect in stroke patients.
(2)前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックすることは、可視化された前記特徴量の変動を、前記訓練処理装置がリアルタイムで前記被訓練者へ提示することを含むことができる。 (2) Feedback of the feature amount to the trainee may include the training processing device presenting the visualized variation of the feature amount to the trainee in real time.
(3)前記訓練処理装置は、前記刺激提示器によって提示される前記感覚刺激へ注意を向けることを促す指示を、前記被訓練者に対して提示するよう構成されているのが好ましい。 (3) Preferably, the training processing device is configured to present to the trainee an instruction that urges the trainee to pay attention to the sensory stimulus presented by the stimulus presenting device.
(4)前記感覚刺激は、体性感覚刺激、視覚刺激、及び聴覚刺激からなる群から選択される少なくとも一つの刺激を含むことができる。 (4) The sensory stimulus may include at least one stimulus selected from the group consisting of a somatosensory stimulus, a visual stimulus, and an auditory stimulus.
(5)前記刺激提示器は、複数の異なる感覚刺激を被訓練者に提示するよう構成されているのが好ましい。 (5) Preferably, the stimulus presenting device is configured to present a plurality of different sensory stimuli to the trainee.
(6)前記複数の異なる感覚刺激は、それぞれが第1感覚のための第1刺激及び第2刺激と、を含み、前記第1刺激は、第1周波数を有する刺激であり、前記第2刺激は、前記第1周波数とは異なる第2周波数を有する刺激であるのが好ましい、 (6) The plurality of different sensory stimuli each include a first stimulus and a second stimulus for a first sensation, the first stimulus is a stimulus having a first frequency, and the second stimulus is a stimulus having a first frequency. is preferably a stimulus having a second frequency different from said first frequency;
(7)前記複数の異なる感覚刺激は、第1感覚のための第1感覚刺激と、前記第1感覚とは異なる第2感覚のための第2感覚刺激と、を含むのが好ましい。 (7) Preferably, the plurality of different sensory stimulations include a first sensory stimulation for a first sensation and a second sensory stimulation for a second sensation different from the first sensation.
(8)前記刺激提示器は、前記複数の異なる感覚刺激それぞれを、前記被訓練者における異なる部位に提示するよう構成されているのが好ましい。 (8) Preferably, the stimulus presenting device is configured to present each of the plurality of different sensory stimuli to different parts of the trainee.
(9)前記刺激提示器は、前記複数の異なる感覚刺激それぞれを、前記被訓練者の外部環境における異なる位置において提示するよう構成されているのが好ましい。 (9) Preferably, the stimulus presenter is configured to present each of the plurality of different sensory stimuli at different positions in the external environment of the trainee.
(10)前記特徴量は、前記複数の異なる感覚刺激から選択された少なくとも一つの感覚刺激である選択刺激へ向けられた前記被訓練者の注意に関する特徴量であるのが好ましい。 (10) Preferably, the feature amount is a feature amount related to the trainee's attention directed toward a selected stimulus that is at least one sensory stimulus selected from the plurality of different sensory stimuli.
(11)前記訓練処理装置は、前記選択刺激へ注意を向けることを促す指示を、前記被訓練者に対して指示するよう構成されているのが好ましい。 (11) Preferably, the training processing device is configured to instruct the trainee to direct attention to the selected stimulus.
(12)前記特徴量は、前記選択刺激によって生じる脳活動の測定結果と、前記複数の異なる感覚刺激のうち前記選択刺激以外の非選択刺激によって生じる脳活動の測定結果と、に基づいて求められるのが好ましい。 (12) The feature amount is obtained based on the measurement results of brain activity caused by the selected stimulus and the measurement results of brain activity caused by non-selected stimuli other than the selected stimulus among the plurality of different sensory stimuli. is preferable.
(13)前記訓練処理装置は、前記特徴量と、前記特徴量の目標値と、の差を求めるよう構成されているのが好ましい。 (13) Preferably, the training processing device is configured to calculate a difference between the feature amount and a target value of the feature amount.
(14)前記訓練処理装置は、前記被訓練者に必要とされる訓練量を、前記差から求めるよう構成されているのが好ましい。 (14) Preferably, the training processing device is configured to calculate the amount of training required for the trainee from the difference.
(15)実施形態に係る注意機能訓練方法は、被訓練者に感覚刺激を提示し、前記感覚刺激が提示された前記被訓練者の脳活動を計測器によって計測し、前記脳活動の計測結果をコンピュータが取得し、前記被訓練者が前記感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、前記コンピュータが前記脳活動の計測結果から求め、前記コンピュータが、注意機能の訓練のために前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックする、ことを備える。 (15) The attention function training method according to the embodiment presents a sensory stimulus to a trainee, measures the brain activity of the trainee to whom the sensory stimulus is presented with a measuring device, and results in the measurement of the brain activity. , the computer obtains a feature amount related to the attention paid by the trainee to the sensory stimulus from the measurement result of the brain activity, and the computer obtains the feature amount for training the attention function. Feedback is provided to the trainee.
(16)実施形態に係る訓練処理装置は、被訓練者が感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、前記被訓練者の脳活動の計測結果から求め、注意機能の訓練のために前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックするよう構成されている。 (16) The training processing device according to the embodiment obtains a feature amount related to the attention paid by a trainee to a sensory stimulus from a measurement result of the brain activity of the trainee, and the training processing device is configured to feed back the information to the trainee.
(17)実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、(16)に記載の訓練処理装置として動作させるためのコンピュータプログラムである。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な、非一時的記憶媒体に格納される。 (17) The computer program according to the embodiment is a computer program for causing a computer to operate as the training processing device described in (16). The computer program is stored on a computer-readable, non-transitory storage medium.
<2.注意機能訓練システム、注意機能訓練方法、訓練処理装置、及びコンピュータプログラムの例> <2. Examples of attention function training system, attention function training method, training processing device, and computer program>
以下、図面に基づき、実施形態に係る注意機能訓練システム等を詳細に説明する。図1は、注意機能訓練システム10を示している。図1に示す注意機能訓練システム10は、訓練処理装置20、刺激提示器30、及び、脳波計測器40を備える。
Hereinafter, an attention function training system and the like according to an embodiment will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 shows an attention
図2に示すように、訓練処理装置20は、メモリ25及びメモリ25に接続されたプロセッサ21を備えるコンピュータによって構成されている。メモリ25には、コンピュータを、訓練処理装置20として動作させるコンピュータプログラム26が格納されている。コンピュータプログラム26は、プロセッサ21に、注意機能の訓練のための処理21A,21B,21C,21Dを実行させる命令を含む。プロセッサ21は、メモリ25から、コンピュータプログラム26を読み出して、実行する。処理21A,21B,21C,21Dの詳細については後述する。
As shown in FIG. 2, the
図2に示す訓練処理装置20は、インタフェース27を備える。インタフェース27は、外部機器等との接続に用いられる。訓練処理装置20のインタフェース27には、刺激提示器30及び脳波計測器40が接続されている。また、訓練処理装置20は、ディスプレイ28が接続されている。ディスプレイ28は、ニューロフィードバック等のための画面28Aを表示する。
The
図1に示す刺激提示器30は、複数の異なる感覚それぞれのための刺激を与えることができる。より具体的には、図1に示す刺激提示器30は、体性感覚(第1感覚)へ刺激を与える体性感覚刺激提示器130と、視覚(第2感覚)へ刺激を与える視覚刺激提示器230と、を備える。刺激提示器30は、さらに、図示しない聴覚刺激提示器を備えてもよい。なお、刺激提示器30は、単一の感覚のための刺激を与えるものであってもよく、例えば、体性感覚刺激提示器130、視覚刺激提示器230、及び聴覚刺激提示器の少なくとも一つを備えれば足りる。
The
図1に示す体性感覚刺激提示器130は、複数の刺激提示部131,132を備える。複数の刺激提示部131,132は、それぞれ、体性感覚(第1感覚)のための刺激(第1感覚刺激)を、被訓練者Tへ与える。実施形態において、複数の刺激提示部131,132は、第1刺激提示部131と、第2刺激提示部132と、を含む。両刺激提示部131,132それぞれは、被訓練者Tの身体の異なる部位に装着され、装着された部位へ刺激を与える。例えば、第1刺激提示部131は、被訓練者Tの左手へ振動刺激を与え、第2刺激提示部132は、被訓練者Tの右手へ振動を与える。刺激提示部131,132は、被訓練者Tの下肢など他の部位へ刺激を与えてもよい。
The somatosensory stimulus presenter 130 shown in FIG. 1 includes a plurality of
第1刺激提示部131及び第2刺激提示部132は、それぞれ異なる周波数の振動刺激を、被訓練者Tへ与える。例えば、第1刺激提示部131は、振動周波数f1が22Hzである振動刺激を発生し、第2刺激提示部132は、振動周波数f2が25Hzである振動刺激を発生する。なお、以下では、周波数(第1周波数)f1の振動刺激を第1刺激といい、周波数(第2周波数)f2の振動刺激を第2刺激という。
The first
図1に示す視覚刺激提示器230は、複数の刺激提示部231,232を備える。複数の刺激提示部231,232は、それぞれ、視覚(第2感覚)のための刺激(第2感覚刺激)を、被訓練者Tへ与える。実施形態において、複数の刺激提示部231,232は、第1刺激提示部231と、第2刺激提示部232と、を含む。両刺激提示部231,232それぞれは、被訓練者Tの視野(外部環境)における異なる位置に設置され、視野における異なる位置(異なる外部環境位置)において、視覚刺激を被訓練者Tへ与える。例えば、第1刺激提示部231は、視野の左側において視覚刺激となる光点滅を発生し、第2刺激提示部232は、視野の右側において視覚刺激となる光点滅を発生する。刺激提示部231,232は、視野中の他の位置において視覚刺激を発生してもよい。
The visual stimulus presenter 230 shown in FIG. 1 includes a plurality of
第1刺激提示部231及び第2刺激提示部232は、それぞれ異なる周波数の光点滅刺激を、被訓練者Tへ与える。例えば、第1刺激提示部231は、点滅周波数f1が12Hzである光点滅(第1刺激)を発生し、第2刺激提示部232は、点滅周波数f2が15Hzである光点滅(第2刺激)を発生する。
The first
各刺激提示部131,132,231,232によって発生する刺激の周波数f1,f2は、固定であってもよいし、可変であってもよい。周波数f1,f2が可変である場合、周波数f1,f2は、訓練処理装置20によって調整される。また、各刺激提示部131,132,231,232による刺激発生のON/OFFは、刺激提示器30に接続された訓練処理装置20により制御される。
The frequencies f1 and f2 of the stimulation generated by each
各刺激提示部131,132,231,232による刺激発生のON/OFF及び周波数f1,f2などの刺激提示器30に関する制御は、訓練処理装置20のプロセッサ21が、図2に示す刺激提示器制御処理21Aを実行することにより達成される。
The
図1に示す脳波計測器40は、被訓練者Tの脳活動を計測する。脳波計測器40は、感覚刺激が与えられている被訓練者Tの脳活動を計測し、計測結果を訓練処理装置20へリアルタイムで出力する。
The
脳波計測器40は、体性感覚刺激が与えられたときの脳活動を計測できるように、脳の体性感覚野近傍の脳波を計測する。また、脳波計測器40は、視覚刺激が与えられたときの脳活動を計測できるように、脳の視覚野近傍の脳波を計測する。脳波計測器40は、聴覚刺激が与えられたときの脳活動を計測できるように、脳の聴覚野近傍の脳波を計測するよう構成されていてもよい。また、脳波計測器40は、体性感覚刺激,視覚刺激,聴覚刺激のいずれかまたは複数が与えられたときの脳活動を計測できるように、注意機能に関わる、前頭前野や後頭頂連合野近傍の脳波を計測するよう構成されていてもよい。感覚野で誘発されるSSSEP、SSVEP、及びSSAEPは、脳内を伝播し、前頭前野又は後頭頂連合野において特徴的な脳活動が観測されることがある。したがって、前頭前野や後頭頂連合野近傍の脳波を計測することでも、感覚刺激が与えられた時の脳活動を計測できる。
The
訓練処理装置20は、被訓練者Tに感覚刺激が与えられているときに、脳波計測器40から出力された計測結果をリアルタイムで受信する。訓練処理装置20は、受信した計測結果に基づいて、脳活動解析処理21Bを実行する(図2参照)。脳活動解析処理21Bは、被訓練者Tに与えられた感覚刺激に応じた脳活動を求める処理である。
The
例えば、被訓練者Tに与えられた感覚刺激が、体性感覚刺激である場合、訓練処理装置20は、体性感覚野近傍の脳波の計測結果から、体性感覚刺激の周波数に対応するSSSEP応答の強度を求める。また、被訓練者Tに与えられた感覚刺激が、視覚刺激である場合、訓練処理装置20は、視覚野近傍の脳波の計測結果から、視覚刺激の周波数に対応するSSVEP応答の強度を求める。被訓練者Tに与えられた感覚刺激が、聴覚刺激である場合、訓練処理装置20は、聴覚野近傍の脳波の計測結果から、聴覚刺激の周波数に対応するSSAEP応答の強度を求める。
For example, when the sensory stimulus given to the trainee T is a somatosensory stimulus, the
また、訓練処理装置20は、注意特徴量計算処理21Cを実行する(図2参照)。注意特徴量計算処理21Cは、SSSEP応答、SSVEP応答、又はSSAEP応答から、被訓練者Tが感覚刺激に向けた注意に関する特徴量を求める処理である。
The
被訓練者Tに与えられた感覚刺激が、体性感覚刺激である場合、訓練処理装置20は、SSSEP応答の強度から、体性感覚刺激に向けられた注意に関する特徴量を求める。また、被訓練者Tに与えられた感覚刺激が、視覚刺激である場合、訓練処理装置20は、SSVEP応答の強度から、視覚刺激に向けられた注意に関する特徴量を求める。被訓練者Tに与えられた感覚刺激が、聴覚刺激である場合、訓練処理装置20は、SSAEP応答の強度から、聴覚刺激に向けられた注意に関する特徴量を求める。特徴量の求め方の例は、後述する。なお、脳波が前頭前野又は後頭頂連合野近傍において計測される場合も、SSSEP,SSVEP,SSAEPの伝搬成分の強度から、感覚刺激に向けられた注意に関する特徴量を求めればよい。
When the sensory stimulus given to the trainee T is a somatosensory stimulus, the
ここで、図3は、SSSEP応答と、個人の注意能力との関係と、を示している。図3は、被験者に22Hzの振動刺激と25Hzの振動刺激とを同時に与えたときの、体性感覚野近傍の脳波の測定結果であるパワースペクトラムを示している。図3において、横軸は、脳波の周波数を示し、縦軸は、パワーを示す。 Here, FIG. 3 shows the relationship between the SSSEP response and an individual's attention ability. FIG. 3 shows a power spectrum that is the result of measuring brain waves near the somatosensory cortex when a 22 Hz vibration stimulus and a 25 Hz vibration stimulus were simultaneously applied to the subject. In FIG. 3, the horizontal axis shows the frequency of brain waves, and the vertical axis shows the power.
図3の上図は、体性感覚の注意能力が高い被験者の測定結果を示し、図3の下図は、体性感覚の注意能力が低い被験者の測定結果を示している。図3上図に示すように、注意能力が高い被験者の場合、振動刺激の周波数である22Hzと25Hzとにおいて、鋭いピークが生じている。22Hzと25Hzとにおいて生じているピークが、22Hz及び25Hzの振動刺激に対するSSSEP応答に相当する。ピークの大きさは、SSSEP応答の強さを示しており、体性感覚の注意能力が高い場合、振動刺激に対するSSSEP応答が強くなることがわかる。 The upper part of FIG. 3 shows the measurement results of a subject with a high somatosensory attention ability, and the lower part of FIG. 3 shows the measurement results of a subject with a low somatosensory attention ability. As shown in the upper diagram of FIG. 3, in the case of subjects with high attentional ability, sharp peaks occur at the vibration stimulation frequencies of 22 Hz and 25 Hz. The peaks occurring at 22 Hz and 25 Hz correspond to the SSSEP responses to the 22 Hz and 25 Hz vibration stimulation. The magnitude of the peak indicates the strength of the SSSEP response, and it can be seen that when the somatosensory attention ability is high, the SSSEP response to the vibration stimulation becomes stronger.
一方、図3下図に示すように、注意能力が低い被験者の場合、振動刺激の周波数である22Hzと25Hzとにおいて、鋭いピークが生じない。したがって、体性感覚の注意能力が低い場合、振動刺激に対するSSSEP応答が弱くなることがわかる。 On the other hand, as shown in the lower diagram of FIG. 3, in the case of subjects with low attentional ability, no sharp peaks occur at the vibration stimulation frequencies of 22 Hz and 25 Hz. Therefore, it can be seen that when the somatosensory attention ability is low, the SSSEP response to vibration stimulation becomes weak.
このように、体性感覚における注意能力の強さによって、SSSEP応答の強さが変動することがわかる。したがって、体性感覚の注意能力が低い者であっても、SSSEP応答が図3上図のように強くなるように、脳活動状態を訓練することで、体性感覚の注意能力を高めることができる。 In this way, it can be seen that the strength of the SSSEP response varies depending on the strength of attentional ability in somatosensation. Therefore, even in people with low somatosensory attention ability, it is possible to improve the somatosensory attention ability by training the brain activity state so that the SSSEP response becomes stronger as shown in the upper diagram of Figure 3. can.
同様に、視覚における注意能力の強さによって、SSVEP応答の強さが変動する。したがって、視覚における注意能力が低い者であっても、SSVEP応答が強くなるように訓練することで、視覚における注意能力を高めることができる。また、SSAEP応答が強くなるように訓練することで、聴覚における注意能力を高めることができる。 Similarly, the strength of the SSVEP response varies depending on the strength of visual attention. Therefore, even a person with low visual attention ability can improve his/her visual attention ability by training to increase the SSVEP response. Furthermore, by training to strengthen the SSAEP response, auditory attention ability can be improved.
前述のように、SSSEP応答、SSVEP応答、又はSSAEP応答から計算される特徴量は、被訓練者Tが感覚刺激に向けた注意に関する特徴量になっている。特徴量は、被訓練者Tが、与えられた感覚刺激に向けた注意の大きさを示すことができる。この特徴量を、リアルタイムで、被訓練者Tへニューロフィードバックすることで、被訓練者Tは、自身が感覚刺激に向けている注意の強さを認識することができ、注意が強くなるように訓練することができる。 As described above, the feature amount calculated from the SSSEP response, SSVEP response, or SSAEP response is a feature amount related to the attention paid by the trainee T to the sensory stimulus. The feature amount can indicate the amount of attention that the trainee T pays to a given sensory stimulus. By providing neurofeedback of this feature value to trainee T in real time, trainee T can recognize the strength of attention he or she is paying to sensory stimulation, and can increase his or her attention. Can be trained.
なお、ニューロフィードバックは、人間自身による知覚が困難である脳活動を、光又は音などに変換して、脳活動をしている人間自身に自覚させることで、脳活動を調整することをいう。 Neurofeedback refers to adjusting brain activity by converting brain activity that is difficult for humans to perceive into light or sound so that they are aware of the activity.
実施形態に係る訓練処理装置20は、リアルタイムでの特徴量のニューロフィードバックのため、訓練画面制御処理21Dを実行する。訓練画面制御処理21Dは、訓練のために被訓練者Tに提示される画面28Aを、訓練処理装置20に接続されたディスプレイ28に、表示させる。訓練処理装置20は、画面28Aの内容を制御する。
The
図1に示す画面28Aは、ニューロフィードバックのために、特徴量の変動(注意の強さの変動)を可視化する図形51を含む。図1において、可視化のための図形51は、例えば、丸印である。特徴量の変動は、図形51の移動によって可視化される。図形51は、特徴量の変動が大きいほど大きく移動する。被訓練者Tは、図形51の移動量に応じて、注意の強さを把握できる。
The
図1に示す画面28Aは、被訓練者Tに注意を向けることを促す指示52を含む。例えば、被訓練者Tの左手に装着された第1刺激提示部131が発生する振動刺激に注意を向けることを促す場合には、指示52には、「左手に注意を向けてください」旨の文章を含めればよい。指示52には、指示52のとおりに注意が向けられた時における、望ましい図形51の動きを説明する文章を含むことができる。例えば、図1に示すように、指示52は、「丸が左に動くようにしてください」という文章を含むことができる。被訓練者Tは、この指示52に従うことで、左手への注意機能を訓練することができる。
The
図1に示す画面28Aは、注意機能の訓練目標と、現在の注意機能の強さと、の差を示す表示53を含む。差は、例えば、目標までのポイントとして表される。現在の注意機能の強さは、例えば、前述の特徴量によって表される。訓練目標は、特徴量の目標値として設定される。訓練処理装置20は、特徴量の目標値と、現在の特徴量と、の差を求め、その差を、表示53として出力する。
The
図1に示す画面28Aは、注意機能についての必要訓練量を示す表示54を含む。必要訓練量は、例えば、必要訓練日数で表される。必要訓練量は、必要訓練時間又は必要訓練回数で表されてもよい。必要訓練量は、注意機能の訓練目標と現在の注意機能の強さとの差から求められる。例えば、差の大きさと必要訓練日数との関係を予めモデル化した関数を用意しておく。その関数は、差が与えられると、必要訓練日数を出力する。訓練処理装置20は、差を求めると、関数を用いて、必要訓練日数を出力することができる。
The
[3.注意に関する特徴量のニューロフィードバックの第1例] [3. First example of neurofeedback of attention-related features]
以下、注意に関する特徴量のニューロフィードバックの第1例について説明する。この例では、被訓練者Tの左手に、体性感覚である振動刺激を与える第1刺激提示部131が装着される。第1刺激提示部131が発生する振動の周波数f1は22Hzである。ここでは、被訓練者Tには、他の刺激は与えられない。
A first example of neurofeedback of feature quantities related to attention will be described below. In this example, the first
訓練処理装置20において、注意機能の訓練のための処理21A,21B,21C,21Dが起動されると、まず、訓練処理装置20は、第1刺激提示部131によって振動を発生させる。そして、訓練処理装置20は、画面28Aに、図1に示すように「左手に注意を向けて丸が左に動くようにしてください」という指示52を表示させる。
In the
被訓練者Tは、指示52に従って、左手に注意を向ける。画面28Aの図形51は、左手に向けられた注意の強さに応じて、リアルタイムで、画面28A上で移動する。図形51は、左手に向けられた注意が強いほど、左方向へ大きく移動する。被訓練者Tは、図形51が移動する様子をリアルタイムで視認することで、注意を左手にうまく向けられているかを把握できる。
Trainee T directs his attention to his left hand in accordance with
図形51の移動量は、前述の特徴量に応じて決定される。ここでは、体性感覚刺激である振動刺激が被訓練者Tに与えられているため、特徴量は、SSSEP応答の強度から求められる。 The amount of movement of the figure 51 is determined according to the above-mentioned feature amount. Here, since a vibration stimulus, which is a somatosensory stimulus, is given to the trainee T, the feature amount is determined from the intensity of the SSSEP response.
図4は、指示52が被訓練者Tに与えられる前の脳波のスペクトラム100Aと、指示52が与えられた後の脳波のスペクトラム100Bとを示している。なお、指示前後のいずれでも振動刺激が被訓練者Tへ与えられているものとする。指示前後のスペクトラム100A,100Bにおいて、振動周波数f1に対応する22Hzにおけるパワーのピーク値P1ref,P1が、指示前後のSSSEP応答である。図4では、指示前後において、振動周波数f1に対応する22Hzにおいてピーク値P1ref,P1が生じているが、指示後のピーク値P1は、注意が強く向けられているため、指示前のピーク値P1refよりも大きくなっている。
FIG. 4 shows a
一例として、訓練処理装置20は、特徴量CLを、指示前後のピーク値P1ref,P1から計算する。特徴量CLは、例えば、指示前後のピーク値P1ref,P1の比として計算される。より具体的には、特徴量CLは、例えば、CL=P1/P1refの計算により求めることができる。指示52の提示前は、左手へ注意がほとんど向けられていないか、向けられていても非常に弱いため、指示前のピーク値P1refは小さくなる。指示前のピーク値P1refを基準として、指示後における特徴量CLを求めることで、指示前後における注意の強さの変動を特徴量CLに反映させることができる。
As an example, the
訓練処理装置20は、特徴量の大きさに応じて大きくなるよう、図形51の移動量を計算する。また、ここでは、左手に振動が与えられているため、訓練処理装置20は、図形51の移動方向を、画面28Aにおける左方として決定する。なお、右手に振動が与えられている場合には、図形51の移動方向は、右方とするのがよい。刺激が与えられている部位に応じて、図形51の移動方向を変えることで、被訓練者Tの認識が容易になる。
The
なお、特徴量を求める際には、指示前のピーク値P1ref(SSSEP応答)を基準とするのに代えて、振動が与えられる前のSSSEP応答を基準としてもよい。また、特徴量CLは、基準となる値を用いることなく、指示後のピーク値P1だけから求められてもよい。視覚刺激又は聴覚刺激が被訓練者に与えられた場合、特徴量は、SSVEP応答又はSSAEP応答を用いて、上記と同様に計算される。 Note that when determining the feature amount, instead of using the peak value P1ref (SSSEP response) before the instruction as a reference, the SSSEP response before the vibration is applied may be used as the reference. Further, the feature amount CL may be obtained only from the peak value P1 after the instruction, without using a reference value. When a visual stimulus or an auditory stimulus is given to the trainee, the feature amount is calculated in the same manner as above using the SSVEP response or the SSAEP response.
[4.注意に関する特徴量のニューロフィードバックの第2例] [4. Second example of neurofeedback of attention-related features]
以下、注意に関する特徴量のニューロフィードバックの第2例について説明する。この例では、被訓練者Tの左手に、振動刺激を与える第1刺激提示部131が装着され、右手に、振動刺激を与える第2刺激提示部132が装着される。第1刺激提示部131が発生する振動の周波数f1は22Hzであり、第2刺激提示部132が発生する振動の周波数f2は25Hzである。
A second example of neurofeedback of attention-related feature amounts will be described below. In this example, the trainee T's left hand is equipped with a first
訓練処理装置20において、注意機能の訓練のための処理21A,21B,21C,21Dが起動されると、まず、訓練処理装置20は、両刺激提示部131,132によって振動を発生させる。つまり、両手に振動が与えられる。
In the
訓練処理装置20は、第1刺激提示部131によって提示される第1刺激(22Hzの振動)と、第2刺激提示部132によって提示される第2刺激(25Hzの振動)と、から、訓練の対象となる部位への刺激(選択刺激)を選択する処理を実行する。選択刺激の選択は、被訓練者T又はオペレーターによる手動操作によって行われても良いし、訓練処理装置20により自動的に行われてもよい。
The
訓練処理装置20は、被訓練者Tに複数の刺激を与えつつ、そのうちの一部の刺激(選択刺激)へ注意を向けることを促す指示52を被訓練者Tへ提示する。例えば、左右両手に振動刺激を与えつつ、左手に与えられる振動刺激を選択刺激とする。これにより、被訓練者Tには、注意を向ける必要がない右手にも刺激(非選択刺激)が与えられる状態が得られる。被訓練者Tは、左右両手ともに振動が与えられている状態で、一方の手(左手)だけに注意を向ける訓練が行える。
The
左手の刺激が選択刺激である場合、訓練処理装置20は、画面28Aに、例えば、図1に示すように「左手に注意を向けて丸が左に動くようにしてください」という指示52を表示させる。
When the left hand stimulus is a selection stimulus, the
被訓練者Tは、指示52に従って、左手に注意を向けると、画面28Aの図形51は、左手に向けられた注意の強さに応じて、リアルタイムで、画面28A上で移動する。
When the trainee T directs his/her attention to the left hand according to the
図形51の移動量を決定する特徴量CLは、SSSEP応答の強度から求められる。 The feature amount CL that determines the amount of movement of the figure 51 is determined from the strength of the SSSEP response.
図5は、指示52が被訓練者Tに与えられる前の脳波のスペクトラム110Aと、指示52が与えられた後の脳波のスペクトラム110Bとを示している。なお、指示前後のいずれでも振動刺激が被訓練者Tへ与えられているものとする。指示前後のスペクトラム110A,110Bにおいて、選択刺激の振動周波数f1に対応する22Hzと、被選択刺激の振動周波数f2に対応する25Hzにおいて、ピーク値P1,P2が発生している。ピーク値P1は、選択刺激によって生じる脳活動の測定結果であり、ピーク値P2は、非選択刺激によって生じる脳活動の測定結果である。
FIG. 5 shows a
左手に注意を向けることを促す指示52が与えられた被訓練者Tが左手に注意を向けると、図5に示すように、注意が向けられた左手に対応するピーク値P1が大きくなり、右手に対応するピーク値P2は逆に小さくなる。
When the trainee T, who has been given an
一例として、訓練処理装置20は、特徴量CLを、ピーク値P1,P2から計算する。特徴量CLは、例えば、ピーク値P1,P2の比として計算される。より具体的には、特徴量CLは、例えば、CL=P1/P2の計算により求めることができる。ここでは、選択刺激に向けられた注意に関する特徴量CLは、非選択刺激によって生じる脳活動の測定結果であるピーク値P2を基準値とする値として求められる。なお、特徴量CLは、ピーク値P1だけから求められてもよい。
As an example, the
訓練処理装置20は、特徴量CLから図形51の移動量を計算し、図形51を移動量に応じて、左方へ移動させる。
The
逆に、右手の刺激が選択刺激として選択された場合、訓練処理装置20は、画面28Aに、「右手に注意を向けて丸が右に動くようにしてください」という指示52を表示させる。
Conversely, if the right hand stimulus is selected as the selected stimulus, the
被訓練者Tが右手に注意を向けると、図6のスペクトラム110Cに示すように、注意が向けられた右手に対応するピーク値P2が大きくなり、左手に対応するピーク値P1は逆に小さくなる。この場合、特徴量CRは、例えば、CR=P2/P1の計算により求めることができる。なお、特徴量CRは、ピーク値P2だけから求められてもよい。
When the trainee T turns his attention to his right hand, as shown in the
訓練処理装置20は、特徴量CRから図形51の移動量を計算し、図形51を移動量に応じて、右方へ移動させる。
The
<5.付記>
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
<5. Additional notes>
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.
10 :注意機能訓練システム
20 :訓練処理装置
21 :プロセッサ
21A :刺激提示器制御処理
21B :脳活動解析処理
21C :注意特徴量計算処理
21D :訓練画面制御処理
25 :メモリ
26 :コンピュータプログラム
27 :インタフェース
28 :ディスプレイ
28A :画面
30 :刺激提示器
40 :脳波計測器
51 :図形
52 :指示
53 :表示
54 :表示
100A :スペクトラム
100B :スペクトラム
110A :スペクトラム
110B :スペクトラム
110C :スペクトラム
130 :体性感覚刺激提示器
131 :第1刺激提示部
132 :第2刺激提示部
230 :視覚刺激提示器
231 :第1刺激提示部
232 :第2刺激提示部
CL :特徴量
CR :特徴量
P1 :ピーク値
P1ref :ピーク値
P2 :ピーク値
T :被訓練者
10: Attention function training system 20: Training processing device 21:
Claims (13)
前記被訓練者の脳活動を計測するための計測器と、
前記計測器に接続された訓練処理装置と、
を備え、
前記訓練処理装置は、
前記刺激提示器によって提示される前記体性感覚刺激へ注意を向けることを促す指示を、前記被訓練者に対して提示し、
前記被訓練者が前記体性感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、前記指示の前後における前記脳活動の計測結果から求め、
注意機能の訓練のために、前記指示の前後における前記脳活動の計測結果から求められた前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックする
よう構成されている注意機能訓練システム。 a stimulus presenter that presents a somatosensory stimulus to a trainee;
a measuring device for measuring the brain activity of the trainee;
a training processing device connected to the measuring instrument;
Equipped with
The training processing device includes:
presenting instructions to the trainee to encourage attention to the somatosensory stimulus presented by the stimulus presenter;
Determining a feature amount related to the attention paid by the trainee to the somatosensory stimulus from the measurement results of the brain activity before and after the instruction ,
An attention function training system configured to feed back the feature amount obtained from the measurement results of the brain activity before and after the instruction to the trainee for attention function training.
請求項1に記載の注意機能訓練システム。 The attention function training according to claim 1, wherein feeding back the feature amount to the trainee includes the training processing device presenting the visualized variation of the feature amount to the trainee in real time. system.
前記被訓練者の脳活動を計測するための計測器と、 a measuring device for measuring the brain activity of the trainee;
前記計測器に接続された訓練処理装置と、 a training processing device connected to the measuring instrument;
を備え、Equipped with
前記訓練処理装置は、 The training processing device includes:
前記複数の異なる体性感覚刺激のいずれかの刺激に注意を向けることを促す指示を、前記被訓練者に対して提示し、 Presenting instructions to the trainee to encourage attention to any one of the plurality of different somatosensory stimuli;
前記被訓練者が、前記複数の異なる体性感覚刺激のうち前記指示において注意を向けるよう促された体性感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、前記指示において注意を向けるよう促された前記体性感覚刺激によって生じる脳活動の測定結果と、前記複数の異なる体性感覚刺激のうち前記指示において注意を向けるよう促された体性感覚刺激以外の体性感覚刺激によって生じる脳活動の測定結果と、から求め、 The trainee is able to calculate the feature amount related to the attention directed toward the somatosensory stimulus that the trainee is prompted to pay attention to in the instruction among the plurality of different somatosensory stimuli. Measurement results of brain activity caused by somatosensory stimulation, and measurement results of brain activity caused by somatosensory stimulation other than the somatosensory stimulus to which attention is prompted in the instruction among the plurality of different somatosensory stimuli. and,
前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックする Feedback the feature amount to the trainee
よう構成されている注意機能訓練システム。 Attention function training system configured as follows.
前記第1体性感覚刺激は、第1周波数を有する振動刺激であり、
前記第2体性感覚刺激は、前記第1周波数とは異なる第2周波数を有する振動刺激である
請求項3に記載の注意機能訓練システム。 The plurality of different somatosensory stimuli include a first somatosensory stimulus and a second somatosensory stimulus,
The first somatosensory stimulus is a vibration stimulus having a first frequency,
The attention function training system according to claim 3 , wherein the second somatosensory stimulus is a vibration stimulus having a second frequency different from the first frequency.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の注意機能訓練システム。 The attention function training according to any one of claims 1 to 4, wherein the stimulus presenting device is configured to further present a sensory stimulus for a sensation different from a somatic sensation to the trainee. system.
請求項3又は請求項4に記載の注意機能訓練システム。 The attention function training system according to claim 3 or 4, wherein the stimulus presenter is configured to present each of the plurality of different somatosensory stimuli to different parts of the trainee.
請求項5に記載の注意機能訓練システム。 The attention function training according to claim 5 , wherein the stimulus presenting device is configured to present the sensory stimulus for the sensation different from the somatic sensation at different positions in the external environment of the trainee. system.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の注意機能訓練システム。 The attention function training system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the training processing device is configured to calculate a difference between the feature amount and a target value of the feature amount.
請求項8に記載の注意機能訓練システム。 The attention function training system according to claim 8 , wherein the training processing device is configured to calculate the amount of training required for the trainee from the difference.
被訓練者が前記体性感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、前記指示の前後における前記被訓練者の脳活動の計測結果から求め、
注意機能の訓練のために、前記指示の前後における前記脳活動の計測結果から求められた前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックする
よう構成されている訓練処理装置。 Presenting instructions to the trainee to encourage attention to the somatosensory stimulus presented by the stimulus presenter;
Determining a feature amount related to the attention paid by the trainee to the somatosensory stimulus from the measurement results of the trainee's brain activity before and after the instruction ,
A training processing device configured to feed back, to the trainee, the feature quantity obtained from the measurement results of the brain activity before and after the instruction for the purpose of training an attention function.
前記被訓練者が、前記複数の異なる体性感覚刺激のうち前記指示において注意を向けるよう促された体性感覚刺激へ向けた注意に関する特徴量を、前記指示において注意を向けるよう促された前記体性感覚刺激によって生じる脳活動の測定結果と、前記複数の異なる体性感覚刺激のうち前記指示において注意を向けるよう促された体性感覚刺激以外の体性感覚刺激によって生じる脳活動の測定結果と、から求め、 The trainee is able to calculate the feature amount related to the attention directed toward the somatosensory stimulus that the trainee is prompted to pay attention to in the instruction among the plurality of different somatosensory stimuli. Measurement results of brain activity caused by somatosensory stimulation, and measurement results of brain activity caused by somatosensory stimulation other than the somatosensory stimulus to which attention is prompted in the instruction among the plurality of different somatosensory stimuli. and,
前記特徴量を前記被訓練者へフィードバックする Feedback the feature amount to the trainee
よう構成されている訓練処理装置。 A training processing device configured to:
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