生体光計測装置、生体光計測方法およびプログラム
【課題】 本発明の課題は，生体光計測により得られる脳活動信号から，気分や感情など個人の精神状況を評価する装置，方法およびプログラムを提供することである。
【解決手段】 本発明では，言語性ワーキングメモリおよびその他のワーキングメモリ（空間性ワーキングメモリなど音韻ループを必要としないもの）から成る複数種類の認知課題を用いて脳活動信号を計測し，それぞれの課題における記銘・保持に関わる脳活動信号を使って複合的な相対指標を作成するという手段により，健常者の気分（抑うつ傾向）を客観的に評価する装置，方法およびプログラムを提供する。
【効果】 本発明によると，簡便，安価なシステムで，客観的・定量的に健常者個人の気分（抑うつ傾向）を評価することができる。
【解決手段】 本発明では，言語性ワーキングメモリおよびその他のワーキングメモリ（空間性ワーキングメモリなど音韻ループを必要としないもの）から成る複数種類の認知課題を用いて脳活動信号を計測し，それぞれの課題における記銘・保持に関わる脳活動信号を使って複合的な相対指標を作成するという手段により，健常者の気分（抑うつ傾向）を客観的に評価する装置，方法およびプログラムを提供する。
【効果】 本発明によると，簡便，安価なシステムで，客観的・定量的に健常者個人の気分（抑うつ傾向）を評価することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体内部の情報、特に光吸収物質の濃度変化を、光によって計測する生体光計測装置に関し、特に生体光計測で計測したデータを用いて脳活動の評価を支援する情報を提供する生体光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体に対する透過性が高い、可視から近赤外領域に光強度ピーク波長を持つ光を用いると、生体内部の情報を無侵襲に計測することが可能である。これは、計測される光信号の対数値が光路長と濃度の積に比例することを示したLambert-Beer則に基づく。この法則を発展させ、生体中の「酸素化ヘモグロビン（Hb）」と「脱酸素化Hb」、および「総Hb（酸素化Hbと脱酸素化Hbの総和）」の相対的濃度変化（以下、Hb信号と呼ぶ）を計測する技術が開発されてきた。特に、この技術を用いて人間の大脳皮質におけるHb信号を無侵襲に多点同時計測する技術が提案され（非特許文献１）、研究および臨床面において広まりつつある。上記文献では、大脳皮質のHb信号を計測することにより、人の脳機能を計測する方法が開示されている。具体的には、人の知覚機能や運動機能の賦活に伴い、その機能を司る大脳皮質領野の血液量が局所的に増加し、該当部位の酸素化Hb信号や脱酸素化Hb信号が変化するため、脳の活動状況が評価できる。この技術は、被験者に対し無侵襲且つ低拘束で、簡便に脳機能を計測できる特長を有し、また、血行動態や血液循環の状態などを評価できるため、従来にない脳機能計測応用が期待されている。
【０００３】
現状，本技術は一般的な脳機能研究に用いられることが多い。例えば，10〜30人程度の健常被験者群に対して同じ認知課題を実施し，得られた脳活動信号のグループ解析結果（平均値など）から普遍的な脳機能に関する知識を得る研究などである。一方，脳活動信号における個人差についてはまだ分かっていない点が多い。例えば，シンプルな指運動課題に伴う脳活動においても信号パターンに個人差があることが分かってきているが，その個人の特徴が何の情報をもたらすかは不明である（非特許文献２）。
【０００４】
脳活動信号の個人差に着目した今後の応用例としては，精神科の診断支援技術が挙げられる。これは，語流暢性課題（「あ」など，与えられた音韻から始まる単語を出来るだけ多く産出する課題）に伴う前頭葉活動の波形パターン（酸素化Hb信号の時間変化）が，精神疾患の種類によって異なるという知見（非特許文献３）に基づくもので，実現に向けた研究が進められている。非特許文献２においては，うつ病患者１０人，統合失調症患者１３人，健常者１６人の３群に対し，語流暢性課題を与えた時の前頭葉活動を検討した。その結果，課題に伴い大きな活動が見られた健常群に対し，うつ病患者群では，前半だけに弱い増加が見られるパターン，統合失調症群では，安定しているが弱い活動と課題後に再増加するパターンが見られた。ただし，これらは群内の平均波形として見られたパターンであり，各個人に対して，疾病の有無（重症度）を定量的に評価できるものではない。
【０００５】
一方，本技術を健常者に適用し，気分や感情など何らかの個人の精神状態を評価する応用も期待されている。それは，従来の機能的磁気共鳴画像法（functional magnetic resonance imaging: fMRI）などの脳活動計測技術と比べて，日常的な環境下で簡便に計測できるという利点があるからである。特に，その人の気分や感情などは客観的な計測が難しいため，生体光計測により客観的・定量的に評価ができると，メンタルヘルスチェックや感性評価へ応用でき，有用である。しかし，従来は，脳が活動しているか否か，あるいはどの脳部位が活動したか，というようなプリミティブな評価は出来るものの，その脳活動パターンから何らかの個人の精神状況を評価することは不可能であった。
【０００６】
fMRIを用いた研究では，被験者の感情（情動）が認知課題に伴う前頭前野の活動に影響する，という知見が得られ始めている（非特許文献４−７）。例えば，事前に感情を誘発するビデオ（楽しい，中立，不快な，の３種類がある）を見せて，誘発された感情によって，前頭葉の活動が異なるか検討した研究が報告されている（非特許文献４）。ここで用いられている課題は，ｎバックタスクと呼ばれるワーキングメモリ課題の一種（画面上に2.5秒ずつ連続的に画像を呈示し，呈示された画像が3つ前に呈示された画像と同じか否かを判断させる）であり，アルファベットを刺激とする言語性のものと，記号（人の顔の絵）を刺激とする非言語性の２つが用いられた。その結果，不快な感情を誘発するビデオを見た後では，言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は悪く，脳活動信号が大きくなった。逆に，非言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は良く，脳活動信号は小さくなった。一方，快感情を誘発するビデオを見た後では，言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は良く，脳活動信号は小さくなった。逆に，非言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は悪く，脳活動信号は大きくなった。また，同様のｎバックタスク（数字）を使用した場合でも，健常群と比べてうつ病患者群の前頭葉活動が大きいという結果も得られている（非特許文献５）。これらの研究からは，音韻ループを用いる言語性ワーキングメモリ課題に伴う前頭葉活動は，不快な気分，うつ傾向が強いほど活動が強まるということが示唆される。
【０００７】
しかし，ｎバックタスクに類似したデジットソーティングタスク（３〜５つ連続して呈示される一桁の数字を記憶し，呈示の逆順や数字の小さい順など指定された順序で再生する課題）を用いた場合，逆にうつ病患者群に比べて健常群の前頭葉活動の方が大きいという結果もある（非特許文献６）。また，同じく言語を用いる課題として語流暢性課題を使用した場合も，健常群の方がうつ病患者と比べて大きな前頭葉活動を示した（非特許文献７）。
【０００８】
これらのｆMRI研究から分かることは，「被験者の感情や気分に伴い，脳活動がどう変化するか」という点については未だ一致した見解が得られていない，ということである。
【０００９】
問題のひとつには，ｆMRIの計測環境が，非常に大きな騒音下で身体を拘束されたものである点が挙げられる。そのため，基本的には常に不快な計測状態であることが予想される。また，使用されているｎバックタスクや語流暢性課題は，複数の脳機能が混在して反映されており，うつ傾向に関連する要素を精度よく抽出できていない可能性がある。更に，健常者の気分と前頭葉活動に関する研究は，本発明者の知る限り，非特許文献４しかなく，未解明な点が多い。特に生体光計測を用いた研究では，健常者の気分・感情と脳活動信号の関係を検討した例は報告されていない。非特許文献４では，感情を誘導するようなビデオを見た後で脳活動を計測しており，日常的な気分の状態とは異なる要素を反映していると考えられる。また，うつ病患者の状態と健常者が感じる抑うつ気分は全く異なるメカニズムによって生じている可能性があるが，この点に関する研究は殆ど知られていない。
【００１０】
上記をまとめると，従来，生体光計測により得られた脳活動信号を用いて，被験者（健常者）個人の気分や感情を評価する方法は明らかではなかった。
【００１１】
【非特許文献１】Maki, A et al., (1995) ”Spatial and temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIR topography” Medical Physics 22, 1997-2005.
【非特許文献２】Sato, H et al., (2005) “Intersubject variability of near-infrared spectroscopy signals during sensorimotor cortex activation” J. Biomed. Opt. 10(4), 044001.
【非特許文献３】Suto, T et al., (2004) ”Multichannel near-infrared spectroscopy in depression and schizophrenia: cognitive brain activation study” Biol. Psychiatry 55(5),501-511.
【非特許文献４】Gray, J.R. et al., (2002) ”Integration of emotion and cognition in the lateral prefrontal cortex” Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99(6),4115-4120.
【非特許文献５】Matsuo, K et al., (2007) ”Prefrontal hyperactivation during working memory task in untreated individuals with major depressive disorder” Molecular Psychiatry 12,158-166.
【非特許文献６】Siegle G.J. et al., (2007) ”Increased amygdala and decreased dorsorateral prefrontal BOLD responses in unipolar depression: Related and independent features” Biol. Psychiatry 61,198-209.
【非特許文献７】Okada G. et al., (2003) ”Attenuated left prefrontal activation during a verbal fluency task in patients with depression” Neuropsychobiology 47,21-26.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
脳活動を可視化する生体光計測技術には，気分，感情など個人の精神状態に関する情報を与えるという応用が期待されている面がある。なぜならば，人の気分や感情などは客観的な計測が難しいためである。特に，健常者の気分や感情が生体光計測により客観的・定量的に評価ができると，メンタルヘルスチェックや感性評価へ応用でき，有用である。しかし，従来のfMRI研究を参照しても，気分や情動に伴い脳活動がどう変化するか一致した見解が得られておらず，その脳活動パターンから何らかの個人の精神状況を評価することは不可能であった。特に最も関連が深い非特許文献４においても，大きな騒音下で計測されるfMRIで計測されていること，ｎバックタスクを用いているため，計測している脳活動の要素を特定できないこと（ワーキングメモリの記銘と想起の両方の認知過程を含む），感情を誘導するようなビデオを見た後で脳活動を計測しており，日常的な気分の状態とは異なる要素を反映している可能性があること，などの問題がある。
本発明では，日常的な環境下で計測できる生体光計測を健常者の気分評価法へ応用し，生体光計測により得られる脳活動信号から，気分や感情など個人の精神状況を評価する装置，方法およびプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では，生体光計測を用いることで，fMRIでは出来ない日常環境下の気分評価を行う。概要としては，下記「根拠となる研究」に記述したように，ワーキングメモリの記銘・保持を反映する脳活動信号が，健常者の日常的な気分（何らかの刺激で誘導したものではない）を反映している，という新しい知見を利用する。
（根拠となる研究）
本発明者らは，健常３２名（男性１７名，女性１５名，年齢：２５―６０歳）に対して以下のような計測を行い，本課題を解決する知見を得た。
（１）方法
＜生体光計測＞ 17の照射点と16の検出点を交互に配置した3×11型プローブホルダを前頭葉領域に装着し，52の計測チャンネル（ch）から脳活動データ（Hb信号）を取得した（図２）。被験者には空間性ワーキングメモリ（WM）課題と言語性WM課題の２種類を課し，それぞれの課題に伴う脳活動を計測した。
【００１４】
空間性WM課題の模式図を図３に示す。まず8個の正方形のうち4箇所が赤く塗られた画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから8箇所の正方形のうち1箇所のみが赤く塗られた画像（S2）を呈示する。被験者には，最初の画像の４つの赤い正方形の位置を覚えるよう指示し，2番目の画像で現れる赤い正方形の位置が，はじめに覚えた正方形の位置のいずれかに一致しているか否かを判断させた。
【００１５】
同様に，言語性WM課題に関して図４に示す。先ず4個のひらがな（全体として意味のある単語とならない，文字と文字の音韻が似た組み合わせ）が表示された画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから，1個のカタカナが表示された画像（S2）を呈示する。被験者には，はじめの画像のひらがなの文字を覚えてもらい，2番目の画像で現れるカタカナの文字がはじめに覚えた文字のいずれかに一致しているか否かを判断させた。2番目の画像の文字をカタカナにしたのは，被験者に文字の同一性を視覚的な形状ではなく音韻によって判断させるためである。
【００１６】
いずれの場合も解答はボタン押しによって行い，被験者のボタン入力を受け付けた時点で画像は次に進むように設定した。なお，第1の画像と第2の画像の間の7秒間にはレスト期間と同じく画面中央に固視点のみを表示し，毎回のタスクの開始0.5秒前には合図（キュー）としてその虎視点の色が変化するようにした。また，被験者の集中力を保つ目的で，キュー呈示時および第2の画像の呈示時に，それぞれ1000Hz,800Hzのピュアトーンを0.1秒間呈示した。
【００１７】
解析では，各被験者の各chで計測した連続データから，酸素化Hb信号と脱酸素化Hb信号を算出した。WM課題の第１画像（S1）が呈示されてから第2画像（S2）が呈示されるまでの8.5秒間をタスク期間と考え，タスク前の1秒間およびタスク後の16秒間を加えた25.5秒間をひとつのブロックとして分離した。各ブロックのデータは，ブロックの最初の1秒間および最後の4秒間におけるデータを用いて1次フィッティングし，ベースライン補正を行った。計測した全被験者の全ブロックのデータを解析に使用した。
＜質問紙＞ 被験者の気分を評価する標準化された質問紙「POMS短縮版」（横山和仁 編著，「POMS短縮版 手引きと事例解説」，金子書房，2005）を用いて，1週間の期間における被験者の気分を評価した。この質問紙は，「気が張り詰める」，「生き生きする」，「悲しい」などという３０項目に対して，自分の気分に最も当てはまるものを，「まったくなかった」「少しあった」「まあまああった」「かなりあった」「非常に多くあった」の５段階から選択するものである。この回答から，被験者の気分「緊張―不安」，「抑うつ―落ち込み」，「怒り―敵意」，「活気」，「疲労」，「混乱」の６つの尺度に対して，得点（POMSスコア）を算出した。
（２）結果
WM課題に対する正答率および反応時間を検討した結果，両条件ともに９割以上の正答率と，１２００〜１３００ミリ秒の反応時間で，空間性WM課題と言語性WM課題の間に有意差はなかった。
また，脳活動（Hb信号）を検討した結果，空間性WM課題，言語性WM課題ともに課題に同期したoxy-Hb信号の増加およびdeoxy-Hb信号の減少が局所的に観察された（図５）。活動部位は左右の背外側前頭前野(DLPFC)に相当する領域である。DLPFCは，中前頭回（BA46野）などから成る，WM課題によって賦活することが知られている領域である。脳活動の空間的特性はいずれの課題条件においても類似しており、空間性WM課題・言語性WM課題の違いによる差は確認されなかった。また，活動部位におけるHb信号の時間変化についても，課題間の差は見られなかった（図６）。
【００１８】
更に，脳活動（Act）をS１の呈示から５秒後〜８．５秒後の酸素化Hb信号の平均値と定義し（図６），POMSスコアとの相関を検討したところ，言語性WM課題に対する脳活動（Act_V）が「抑うつー落ち込み」のPOMSスコア（POMS_D）と負の相関を示すことが明らかになった（図７）。つまり，POMS_Dが高い人ほど，Act_Vが小さいという傾向があったのである。これは特に左の前頭前野の計測点（図２の計測点39：左の眉毛の上3cm、目頭に近い側）において最も顕著であった。一方，空間性WM課題に対する脳活動（Act_S）は，POMSスコアとの有意な相関は見られなかった。S2の呈示（想起）を基準に脳活動を定義した場合は，前記のようなPOMSスコアとの相関は見られなかった。このことは，気分と関係する前頭葉機能は，言語性ワーキングメモリの中でも「記銘・保持」の要素であり，「想起」の関連性は低いことを示す。
【００１９】
これらの結果から，言語性WM課題に対する脳活動（Act_V）を用いて，抑うつ傾向を評価できる可能性が示唆された。これは，fMRI研究からも示唆されているように，言語情報をワーキングメモリに貯蔵する際に使用される音韻ループという機能が，気分や感情に関連しているからだと考えられた。しかし，我々の結果は，非特許文献４の結果とは反対の傾向であった。つまり，非特許文献４では，不快な画像を見た後の方が（抑うつ傾向が強い，と考えられる）言語性WM課題に対する前頭葉活動が強かったのに対し,我々の結果では，抑うつ傾向が強いほど，言語性WM課題に対する前頭葉活動が弱かったのである。この違いは，おそらく以下の2点にあると考えた。１点は，非特許文献４では，ビデオにより誘導された情動（快・不快）を反映したものであり，日常的に感じる抑うつ気分とは異なる可能性である。もう１点は，近い感情状態を示しているが，ビデオにより誘導された情動は，日常的に感じる抑うつ気分より強い可能性である。これは，非特許文献４ではパフォーマンスも誘導された情動に影響されているのに対し，我々の結果では，パフォーマンスには差がないことからも推測される。健常者の抑うつ傾向ではなく，うつ病患者の場合も同様の傾向が見られる（非特許文献５）ことを考慮しても，我々の結果は，より軽微な抑うつ気分を捉えている可能性がある。これは，より早期にメンタルヘルスの異常を検知するためには非常に有用な点である。
【００２０】
上記の研究を踏まえて，本発明では，言語性WM課題の他に，同等の非言語性WM課題（音韻ループを必要としない空間性WM,視覚性WM）の両方を用いて，それぞれの課題に対する脳活動信号強度の比率を利用する。
【００２１】
なぜ言語性WM課題に対する脳活動信号だけで抑うつ傾向を評価しないのか，というと，もうひとつ非言語性WM課題に伴う脳活動信号を用いることで，被験者間で比較できる定量値が得られるからである。具体的に説明すると，光が脳の活動部位を透過した距離（光路長）を求めることは現在の技術では不可能であるため，ある1つの課題に対する計測値は，脳活動によるHb濃度変化と総光路長を掛け合わせた値となる。総光路長は，計測点における皮膚や骨の厚み，脳活動領域の深さや大きさに依存するため，個人差や領域差があると推測できる。そのため，その計測値の大きさを正確に意味づけすることが難しいのだ。これに対し，同じ領域が活動するような拮抗したもう1つの課題を用いた場合，光路長は共通となるため，純粋に脳活動量を比較することが出来る。我々が用いた２つのWM課題は，基本的に同じ認知要素を反映しており，パフォーマンス（正答率や応答時間）や，活動する脳部位が共通であった。且つ，気分（落ち込みー抑うつ気分の強さ）の状態によって，その活動強度のバランスが変化するという特徴があった。そのため，２つの課題に対する活動値から相対値を作成すると，気分を表す指標が得られるのである。
例えば，下記の式（１）ような「抑うつインデックス（D_idx）」を作成することにより，被験者の脳活動信号から，より高精度に「抑うつー落ち込み」気分を評価することが可能になる。
D_idx = (Act_S Act_V) / (|Act_S| + |Act_V|) ・・・・（１）
D_idxは，−１から１の間の値を取り，POMS_Dが高いほど，大きくなる。本計測データによると，相関係数は0.709（P<0.00001）であり，非常に高い相関を示す（図８）。また，回帰分析により
D_idx = 0.114 × POMS_D 0.388・・・・・（２）
となるので，換算式 POMS_D ＝ 8.75 × D_idx + 3.40 により，脳活動信号からPOMS_D（「抑うつー落ち込み」のPOMSスコア）を推定することも可能である。
【００２２】
本発明では上記の知見を利用し，言語性WM課題を含む複数のWM課題を用いて脳活動信号を計測し，それぞれの課題に対する記銘・保持の脳活動信号から複合的な相対指標を作成するという手段により，個人の気分を客観的に評価する装置，方法およびプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、生体光計測（近赤外分光法を用いた簡便な脳機能計測）によって、客観的・定量的に気分を測ることができる。
その効果は，
1)ワーキングメモリのパフォーマンス（正答率や応答時間）で傾向が出る前に（軽い気分の傾向で），被験者間比較が可能な定量値で気分を評価できる点
2）気分や感情にかかわる刺激・語句を明示的に与えずに実行できる点
3）短時間で遂行できるシンプルな（簡単で誰にでも出来る）課題を用いる点
4）低コストの装置（１計測点でも実行可能）を用いる点
を特徴とする。
【００２４】
特に1)は画期的であり，うつ病などが発症する前の軽い気分の変化も脳活動として反映させることができる。また，2）も，従来用いられてきた検査法（POMSなどの質問紙など）に比べて利点が大きく，被験者に気分の評定を行っているということを自覚させないまま評価を実施することが可能である。また，2)，3)により，被験者に心理的ストレスを与えずに計測することが出来る。また，抑うつ傾向などは，従来臨床医が面談で診断していたが，3),4)の特徴により，低コストで客観性のある診断指標を提供できる可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施例１）
職場などのメンタルヘルスは大きな社会問題になっており，早期の診断，治療が求められている。本実施例１では，被験者へストレスを与えずに，かつ意図的な回答操作を防ぐ，正確なメンタルヘルス評価システムを示す。
【００２６】
本実施例のシステム構成を図1に示す。
【００２７】
課題呈示部では，被験者に対し，少なくとも言語性WM課題および非言語性WM課題の2種類の認知課題を呈示する。
【００２８】
言語性WM課題は，例えば図４に示したもので，被験者は，視覚的に呈示された4つの平仮名を記憶し，7秒間保持した後，呈示された１つの片仮名が記憶した4つの平仮名のいずれかと一致しているか否か判断するものである。具体的には，先ず4個のひらがな（全体として意味のある単語とならない，文字と文字の音韻が似た組み合わせ）が表示された画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから，1個のカタカナが表示された画像（S2）を呈示する。被験者には，はじめの画像のひらがなの文字を覚えてもらい，2番目の画像で現れるカタカナの文字がはじめに覚えた文字のいずれかに一致しているか否かを判断させた。2番目の画像の文字をカタカナにしたのは，被験者に文字の同一性を視覚的な形状ではなく音韻によって判断させるためである。ここでは視覚的に呈示した例を示したが，これは音声で呈示することも可能である。また，記憶させる言語情報は，音韻レベルから単語レベル，文章レベルまで使用することができるので，使用する場面（被験者のワーキングメモリ能力，言語能力など）によって調整する必要がある。ここで，言語性WM課題に用いることができる言語情報の条件としては，音韻情報を繰り返して記憶するもの（音韻ループを使用した記憶）とする。また，記憶してから保持する期間を7秒間とした例を示したが，この期間も課題の難易度を左右する重要な要素であるため，使用する場面に応じて，調整する。
【００２９】
非言語性WM課題は，例えば図３に示したもので，被験者は，視覚的に呈示された8つの四角のうち，色がついた四角の位置を記憶し（ここでは4箇所），7秒間保持した後，呈示された１つの色つき四角の位置が記憶した4つの位置のいずれかと一致しているか否か判断するものである。具体的には，まず8個の正方形のうち4箇所が赤く塗られた画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから8箇所の正方形のうち1箇所のみが赤く塗られた画像（S2）を呈示する。被験者には，最初の画像の４つの赤い正方形の位置を覚えるよう指示し，2番目の画像で現れる赤い正方形の位置が，はじめに覚えた正方形の位置のいずれかに一致しているか否かを判断させた。ここでは空間的な位置を記憶させた例を示したが，図形，色などの他の非言語性の視覚情報を記憶させることも可能である。言語性WMと同様，記憶させる視覚情報は，使用する場面によって調整する必要がある。ここで，非言語性WM課題に用いることができる非言語情報の条件としては，音韻ループを用いないで記憶する視覚情報とする。また，記憶してから保持する期間を7秒間とした例を示したが，この期間も課題の難易度を左右する重要な要素であるため，使用する場面に応じて，調整する。
【００３０】
言語性WM，非言語性WMいずれも「記憶（記銘）−保持―再認」の１過程を１ブロックとし，それぞれ5回以上繰り返す。具体的には，言語性WMと非言語性WMのブロックを無作為な順序にし，10秒から30秒くらいの期間（安静期間）を空けて，連続的に実行する。次の課題呈示を予期しづらくするために，安静期間も無作為に変動させることが望ましい。いずれの場合も解答はボタン押しによって行い，被験者のボタン入力を受け付けた時点で画像は次に進むように設定した。ここではボタン押しを採用したが，何らかの動作，返答などで，記録，確認することも可能である。なお，第1の画像と第2の画像の間の7秒間にはレスト期間と同じく画面中央に固視点のみを表示し，毎回のタスクの開始0.5秒前には合図（キュー）としてその虎視点の色が変化するようにした。また，被験者の集中力を保つ目的で，キュー呈示時および第2の画像の呈示時に，それぞれ1000Hz,800Hzのピュアトーンを0.1秒間呈示した。また，呈示した課題の種類やタイミング，被験者の返答などの記録は，解析部へ入力し記憶させる。
【００３１】
生体光計測部は、パーソナルコンピュータやワークステーションに代表される電子計算機から構成される制御装置と、異なる波長にピーク波長を持つ2つのレーザダイオード105,106と，前記２つのレーザダイオードを異なった周波数で変調するための信号を生成する発振器103と104と、前記ピーク波長の異なる２つの光を混合する光混合器107と、前記光混合器107からの光を光ファイバ経由で被検体上の光照射位置に照射する光照射手段と、前記光照射手段から適度に離れた光検出位置（本実施例では約3cm離れた点）から混合光を検出する光検出器108と、前記発振器からの変調周波数が参照信号として入力されたロックインアンプ102と、ロックインアンプの出力である各波長帯の光の透過光信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ−デジタル変換器101を備える。前記光照射位置と光検出位置の略中点を計測位置とし，ワーキングメモリを担う脳機能部位（前頭前野，ブロードマンエリア46野付近）が計測できる位置に装着させる。図１では、計測位置を１つのみ記したが、発振器を用いて複数の光信号を分離することが可能であるため、実際には図２のように複数の光照射位置と光検出位置を配列した生体光計測装置を用いて、複数の位置を計測することが出来る。最小限，左半球の1点を計測すれば実行が可能であるが，より詳細な情報を得るためには，左右の相同部位に複数の計測点を備えることが望ましい。本実施例では発振器を用いて複数の光信号を分離しているが、発振器は使わずにパルス光を用いて点灯タイミングで光信号を分離することも可能である。また，光源にはレーザーダイオードだけでなく，LEDなど他の種類も用いることができる。各波長帯の光の透過光信号はアナログ−デジタル変換器101でアナログ−デジタル変換された後、制御装置（および解析部）に入力・記憶される。
【００３２】
解析部では，生体光計測部から入力された透過光信号，および課題提示部から入力された課題呈示の種類，タイミングおよび返答の成否情報を利用して，Hb信号を算出する。基本的には，Lambert-Beer則に基づき，酸素化Hb信号と脱酸素化Hb信号を算出し（非特許文献１），以下の処理を行う。
【００３３】
(１)ブロックごとに信号を分離する（例えば，WM課題の第１画像（S1）が呈示されてから第2画像（S2）が呈示されるまでの8.5秒間をタスク期間と考え，タスク前の1秒間およびタスク後の16秒間を加えた25.5秒間をひとつのブロックとして分離）。
【００３４】
(２)各ブロックデータに対し，バンドパスフィルタリングや，線形フィッティングなどを用いて，ベースライン補正，ノイズ除去を行う。ここで，課題の回答が間違っていたブロックを，エラーブロックとして除去してもよい。
【００３５】
(３)ブロックを言語性WM課題，非言語性WM課題に分類し，それぞれの群で平均する。 (４)脳活動（Act）をS１の呈示から５秒後〜８．５秒後の酸素化Hb信号の平均値と定義（図６）。平均値をとる期間は限定する必要はなく，得られた脳活動信号の特徴によって適宜変更してよい。また，ある期間の平均値だけでなく，ある期間の最大値や微分値，積分値，テンプレートとした活動波形との一致度（相関係数など）を利用することも可能である。
【００３６】
(５)言語性WM課題に対する脳活動（Act_V），非言語性WM課題に対する脳活動（Act_S）から相対値を作成。
例）「抑うつインデックス（D_idx）」
= (Act_SAct_V)/(|Act_S|+|Act_V|)
D_idxは，−１から１の間の値を取り，抑うつ傾向が高いほど，大きくなる。
この相対値以外にも，単純にAct_SとAct_Vの差分や比率，上記の類として，
(Act_SAct_V)/((Act_S)2+(Act_V)2)0.5
などを用いてもよい。
つまり，基本的にはAct_SとAct_Vの差分あるいは比率を，正規化，標準化した数値を用いる。
【００３７】
図１では，システム構成として課題提示部，生体光計測部，解析部を分けて記したが，実際には1つの制御装置で実行することも可能である。
【００３８】
最終的に，解析部で求めた「抑うつインデックス（D_idx）」を表示部へ表示する。表示は，インデックスの数値をそのまま表示してもよいが，グラフや図形などで分かりやすく表示することも可能である（図９）。
（実施例２）
本発明の実施例２を以下に記述する。本実施例は，“日常の気分のメリハリ”を概念的に表現するパラメータを作成し，気分の良し悪し（ポジティブ／ネガティブ）を分かりやすく指標化して表示するゲームの一種である。
【００３９】
本実施例の装置構成ならびに機能は基本的に実施例２と共通であり，異なる部分は，その目的と表示法である。
【００４０】
解析部において求める気分指標は，同じく言語性WM課題に対する脳活動（Act_V），非言語性WM課題に対する脳活動（Act_S）から相作成する。例えば，
「気分インデックス（P_mood）」
= 100-50×((Act_SAct_V)/(|Act_S|+|Act_V|))
とすると，P_moodの大小は実施例１の抑うつインデックスの大小と逆の傾向にある（50≦P/mood≦150）。そのため、直感的にはP_moodが大きいほど抑うつ気分が低く、ポジティブで活気に満ちた気分状態にあり、P_moodが小さいほど抑うつ気分が高く、落ち込んでブルーな気分状態にあると解釈できる。具体的にはIdx_abs = 0の時P_mood=100であり、これを基準として考えればP_mood＝80の時はちょっと落ち込んだ状態，P_mood=50の時は相当落ち込んでいて元気が普通の半分になった状態，P_mood=120のときは逆に普通より元気が満ちた状態，といった具合に、感覚的に今の気分状態（元気度／活気）を表すことができる（図１０）。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例である生体光計測装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例である生体光計測装置による脳活動データ（Hb信号）計測位置の例
【図３】空間性WM課題の模式図
【図４】言語性WM課題の模式図
【図５】空間性および言語性WM課題の実行時における脳活動（Hb信号）画像の例
【図６】活動部位におけるHb信号の時間変化を示す図
【図７】上：言語性WM課題に対する脳活動信号（Act_V）とPOMSスコア（POMS_D）との関係を示す図下：空間性WM課題に対する脳活動信号（Act_S）とPOMSスコア（POMS_D）との関係を示す図
【図８】脳活動信号から作成した抑うつインデックス（D_idx)とPOMSスコア（POMS_D）との相関を示す図
【図９】本発明の実施例に記載の生体光計測装置の表示部における表示例
【図１０】本発明の実施例に記載の生体光計測装置の表示部における表示例
【符号の説明】
【００４２】
101…アナログデジタル変換器、102…ロックインアンプ、103…変調器、104…変調器、105…光源、106…光源、107…光混合器、108…光検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体内部の情報、特に光吸収物質の濃度変化を、光によって計測する生体光計測装置に関し、特に生体光計測で計測したデータを用いて脳活動の評価を支援する情報を提供する生体光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体に対する透過性が高い、可視から近赤外領域に光強度ピーク波長を持つ光を用いると、生体内部の情報を無侵襲に計測することが可能である。これは、計測される光信号の対数値が光路長と濃度の積に比例することを示したLambert-Beer則に基づく。この法則を発展させ、生体中の「酸素化ヘモグロビン（Hb）」と「脱酸素化Hb」、および「総Hb（酸素化Hbと脱酸素化Hbの総和）」の相対的濃度変化（以下、Hb信号と呼ぶ）を計測する技術が開発されてきた。特に、この技術を用いて人間の大脳皮質におけるHb信号を無侵襲に多点同時計測する技術が提案され（非特許文献１）、研究および臨床面において広まりつつある。上記文献では、大脳皮質のHb信号を計測することにより、人の脳機能を計測する方法が開示されている。具体的には、人の知覚機能や運動機能の賦活に伴い、その機能を司る大脳皮質領野の血液量が局所的に増加し、該当部位の酸素化Hb信号や脱酸素化Hb信号が変化するため、脳の活動状況が評価できる。この技術は、被験者に対し無侵襲且つ低拘束で、簡便に脳機能を計測できる特長を有し、また、血行動態や血液循環の状態などを評価できるため、従来にない脳機能計測応用が期待されている。
【０００３】
現状，本技術は一般的な脳機能研究に用いられることが多い。例えば，10〜30人程度の健常被験者群に対して同じ認知課題を実施し，得られた脳活動信号のグループ解析結果（平均値など）から普遍的な脳機能に関する知識を得る研究などである。一方，脳活動信号における個人差についてはまだ分かっていない点が多い。例えば，シンプルな指運動課題に伴う脳活動においても信号パターンに個人差があることが分かってきているが，その個人の特徴が何の情報をもたらすかは不明である（非特許文献２）。
【０００４】
脳活動信号の個人差に着目した今後の応用例としては，精神科の診断支援技術が挙げられる。これは，語流暢性課題（「あ」など，与えられた音韻から始まる単語を出来るだけ多く産出する課題）に伴う前頭葉活動の波形パターン（酸素化Hb信号の時間変化）が，精神疾患の種類によって異なるという知見（非特許文献３）に基づくもので，実現に向けた研究が進められている。非特許文献２においては，うつ病患者１０人，統合失調症患者１３人，健常者１６人の３群に対し，語流暢性課題を与えた時の前頭葉活動を検討した。その結果，課題に伴い大きな活動が見られた健常群に対し，うつ病患者群では，前半だけに弱い増加が見られるパターン，統合失調症群では，安定しているが弱い活動と課題後に再増加するパターンが見られた。ただし，これらは群内の平均波形として見られたパターンであり，各個人に対して，疾病の有無（重症度）を定量的に評価できるものではない。
【０００５】
一方，本技術を健常者に適用し，気分や感情など何らかの個人の精神状態を評価する応用も期待されている。それは，従来の機能的磁気共鳴画像法（functional magnetic resonance imaging: fMRI）などの脳活動計測技術と比べて，日常的な環境下で簡便に計測できるという利点があるからである。特に，その人の気分や感情などは客観的な計測が難しいため，生体光計測により客観的・定量的に評価ができると，メンタルヘルスチェックや感性評価へ応用でき，有用である。しかし，従来は，脳が活動しているか否か，あるいはどの脳部位が活動したか，というようなプリミティブな評価は出来るものの，その脳活動パターンから何らかの個人の精神状況を評価することは不可能であった。
【０００６】
fMRIを用いた研究では，被験者の感情（情動）が認知課題に伴う前頭前野の活動に影響する，という知見が得られ始めている（非特許文献４−７）。例えば，事前に感情を誘発するビデオ（楽しい，中立，不快な，の３種類がある）を見せて，誘発された感情によって，前頭葉の活動が異なるか検討した研究が報告されている（非特許文献４）。ここで用いられている課題は，ｎバックタスクと呼ばれるワーキングメモリ課題の一種（画面上に2.5秒ずつ連続的に画像を呈示し，呈示された画像が3つ前に呈示された画像と同じか否かを判断させる）であり，アルファベットを刺激とする言語性のものと，記号（人の顔の絵）を刺激とする非言語性の２つが用いられた。その結果，不快な感情を誘発するビデオを見た後では，言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は悪く，脳活動信号が大きくなった。逆に，非言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は良く，脳活動信号は小さくなった。一方，快感情を誘発するビデオを見た後では，言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は良く，脳活動信号は小さくなった。逆に，非言語性ｎバックタスクに対するパフォーマンス（正答率と応答時間）は悪く，脳活動信号は大きくなった。また，同様のｎバックタスク（数字）を使用した場合でも，健常群と比べてうつ病患者群の前頭葉活動が大きいという結果も得られている（非特許文献５）。これらの研究からは，音韻ループを用いる言語性ワーキングメモリ課題に伴う前頭葉活動は，不快な気分，うつ傾向が強いほど活動が強まるということが示唆される。
【０００７】
しかし，ｎバックタスクに類似したデジットソーティングタスク（３〜５つ連続して呈示される一桁の数字を記憶し，呈示の逆順や数字の小さい順など指定された順序で再生する課題）を用いた場合，逆にうつ病患者群に比べて健常群の前頭葉活動の方が大きいという結果もある（非特許文献６）。また，同じく言語を用いる課題として語流暢性課題を使用した場合も，健常群の方がうつ病患者と比べて大きな前頭葉活動を示した（非特許文献７）。
【０００８】
これらのｆMRI研究から分かることは，「被験者の感情や気分に伴い，脳活動がどう変化するか」という点については未だ一致した見解が得られていない，ということである。
【０００９】
問題のひとつには，ｆMRIの計測環境が，非常に大きな騒音下で身体を拘束されたものである点が挙げられる。そのため，基本的には常に不快な計測状態であることが予想される。また，使用されているｎバックタスクや語流暢性課題は，複数の脳機能が混在して反映されており，うつ傾向に関連する要素を精度よく抽出できていない可能性がある。更に，健常者の気分と前頭葉活動に関する研究は，本発明者の知る限り，非特許文献４しかなく，未解明な点が多い。特に生体光計測を用いた研究では，健常者の気分・感情と脳活動信号の関係を検討した例は報告されていない。非特許文献４では，感情を誘導するようなビデオを見た後で脳活動を計測しており，日常的な気分の状態とは異なる要素を反映していると考えられる。また，うつ病患者の状態と健常者が感じる抑うつ気分は全く異なるメカニズムによって生じている可能性があるが，この点に関する研究は殆ど知られていない。
【００１０】
上記をまとめると，従来，生体光計測により得られた脳活動信号を用いて，被験者（健常者）個人の気分や感情を評価する方法は明らかではなかった。
【００１１】
【非特許文献１】Maki, A et al., (1995) ”Spatial and temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIR topography” Medical Physics 22, 1997-2005.
【非特許文献２】Sato, H et al., (2005) “Intersubject variability of near-infrared spectroscopy signals during sensorimotor cortex activation” J. Biomed. Opt. 10(4), 044001.
【非特許文献３】Suto, T et al., (2004) ”Multichannel near-infrared spectroscopy in depression and schizophrenia: cognitive brain activation study” Biol. Psychiatry 55(5),501-511.
【非特許文献４】Gray, J.R. et al., (2002) ”Integration of emotion and cognition in the lateral prefrontal cortex” Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99(6),4115-4120.
【非特許文献５】Matsuo, K et al., (2007) ”Prefrontal hyperactivation during working memory task in untreated individuals with major depressive disorder” Molecular Psychiatry 12,158-166.
【非特許文献６】Siegle G.J. et al., (2007) ”Increased amygdala and decreased dorsorateral prefrontal BOLD responses in unipolar depression: Related and independent features” Biol. Psychiatry 61,198-209.
【非特許文献７】Okada G. et al., (2003) ”Attenuated left prefrontal activation during a verbal fluency task in patients with depression” Neuropsychobiology 47,21-26.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
脳活動を可視化する生体光計測技術には，気分，感情など個人の精神状態に関する情報を与えるという応用が期待されている面がある。なぜならば，人の気分や感情などは客観的な計測が難しいためである。特に，健常者の気分や感情が生体光計測により客観的・定量的に評価ができると，メンタルヘルスチェックや感性評価へ応用でき，有用である。しかし，従来のfMRI研究を参照しても，気分や情動に伴い脳活動がどう変化するか一致した見解が得られておらず，その脳活動パターンから何らかの個人の精神状況を評価することは不可能であった。特に最も関連が深い非特許文献４においても，大きな騒音下で計測されるfMRIで計測されていること，ｎバックタスクを用いているため，計測している脳活動の要素を特定できないこと（ワーキングメモリの記銘と想起の両方の認知過程を含む），感情を誘導するようなビデオを見た後で脳活動を計測しており，日常的な気分の状態とは異なる要素を反映している可能性があること，などの問題がある。
本発明では，日常的な環境下で計測できる生体光計測を健常者の気分評価法へ応用し，生体光計測により得られる脳活動信号から，気分や感情など個人の精神状況を評価する装置，方法およびプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では，生体光計測を用いることで，fMRIでは出来ない日常環境下の気分評価を行う。概要としては，下記「根拠となる研究」に記述したように，ワーキングメモリの記銘・保持を反映する脳活動信号が，健常者の日常的な気分（何らかの刺激で誘導したものではない）を反映している，という新しい知見を利用する。
（根拠となる研究）
本発明者らは，健常３２名（男性１７名，女性１５名，年齢：２５―６０歳）に対して以下のような計測を行い，本課題を解決する知見を得た。
（１）方法
＜生体光計測＞ 17の照射点と16の検出点を交互に配置した3×11型プローブホルダを前頭葉領域に装着し，52の計測チャンネル（ch）から脳活動データ（Hb信号）を取得した（図２）。被験者には空間性ワーキングメモリ（WM）課題と言語性WM課題の２種類を課し，それぞれの課題に伴う脳活動を計測した。
【００１４】
空間性WM課題の模式図を図３に示す。まず8個の正方形のうち4箇所が赤く塗られた画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから8箇所の正方形のうち1箇所のみが赤く塗られた画像（S2）を呈示する。被験者には，最初の画像の４つの赤い正方形の位置を覚えるよう指示し，2番目の画像で現れる赤い正方形の位置が，はじめに覚えた正方形の位置のいずれかに一致しているか否かを判断させた。
【００１５】
同様に，言語性WM課題に関して図４に示す。先ず4個のひらがな（全体として意味のある単語とならない，文字と文字の音韻が似た組み合わせ）が表示された画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから，1個のカタカナが表示された画像（S2）を呈示する。被験者には，はじめの画像のひらがなの文字を覚えてもらい，2番目の画像で現れるカタカナの文字がはじめに覚えた文字のいずれかに一致しているか否かを判断させた。2番目の画像の文字をカタカナにしたのは，被験者に文字の同一性を視覚的な形状ではなく音韻によって判断させるためである。
【００１６】
いずれの場合も解答はボタン押しによって行い，被験者のボタン入力を受け付けた時点で画像は次に進むように設定した。なお，第1の画像と第2の画像の間の7秒間にはレスト期間と同じく画面中央に固視点のみを表示し，毎回のタスクの開始0.5秒前には合図（キュー）としてその虎視点の色が変化するようにした。また，被験者の集中力を保つ目的で，キュー呈示時および第2の画像の呈示時に，それぞれ1000Hz,800Hzのピュアトーンを0.1秒間呈示した。
【００１７】
解析では，各被験者の各chで計測した連続データから，酸素化Hb信号と脱酸素化Hb信号を算出した。WM課題の第１画像（S1）が呈示されてから第2画像（S2）が呈示されるまでの8.5秒間をタスク期間と考え，タスク前の1秒間およびタスク後の16秒間を加えた25.5秒間をひとつのブロックとして分離した。各ブロックのデータは，ブロックの最初の1秒間および最後の4秒間におけるデータを用いて1次フィッティングし，ベースライン補正を行った。計測した全被験者の全ブロックのデータを解析に使用した。
＜質問紙＞ 被験者の気分を評価する標準化された質問紙「POMS短縮版」（横山和仁 編著，「POMS短縮版 手引きと事例解説」，金子書房，2005）を用いて，1週間の期間における被験者の気分を評価した。この質問紙は，「気が張り詰める」，「生き生きする」，「悲しい」などという３０項目に対して，自分の気分に最も当てはまるものを，「まったくなかった」「少しあった」「まあまああった」「かなりあった」「非常に多くあった」の５段階から選択するものである。この回答から，被験者の気分「緊張―不安」，「抑うつ―落ち込み」，「怒り―敵意」，「活気」，「疲労」，「混乱」の６つの尺度に対して，得点（POMSスコア）を算出した。
（２）結果
WM課題に対する正答率および反応時間を検討した結果，両条件ともに９割以上の正答率と，１２００〜１３００ミリ秒の反応時間で，空間性WM課題と言語性WM課題の間に有意差はなかった。
また，脳活動（Hb信号）を検討した結果，空間性WM課題，言語性WM課題ともに課題に同期したoxy-Hb信号の増加およびdeoxy-Hb信号の減少が局所的に観察された（図５）。活動部位は左右の背外側前頭前野(DLPFC)に相当する領域である。DLPFCは，中前頭回（BA46野）などから成る，WM課題によって賦活することが知られている領域である。脳活動の空間的特性はいずれの課題条件においても類似しており、空間性WM課題・言語性WM課題の違いによる差は確認されなかった。また，活動部位におけるHb信号の時間変化についても，課題間の差は見られなかった（図６）。
【００１８】
更に，脳活動（Act）をS１の呈示から５秒後〜８．５秒後の酸素化Hb信号の平均値と定義し（図６），POMSスコアとの相関を検討したところ，言語性WM課題に対する脳活動（Act_V）が「抑うつー落ち込み」のPOMSスコア（POMS_D）と負の相関を示すことが明らかになった（図７）。つまり，POMS_Dが高い人ほど，Act_Vが小さいという傾向があったのである。これは特に左の前頭前野の計測点（図２の計測点39：左の眉毛の上3cm、目頭に近い側）において最も顕著であった。一方，空間性WM課題に対する脳活動（Act_S）は，POMSスコアとの有意な相関は見られなかった。S2の呈示（想起）を基準に脳活動を定義した場合は，前記のようなPOMSスコアとの相関は見られなかった。このことは，気分と関係する前頭葉機能は，言語性ワーキングメモリの中でも「記銘・保持」の要素であり，「想起」の関連性は低いことを示す。
【００１９】
これらの結果から，言語性WM課題に対する脳活動（Act_V）を用いて，抑うつ傾向を評価できる可能性が示唆された。これは，fMRI研究からも示唆されているように，言語情報をワーキングメモリに貯蔵する際に使用される音韻ループという機能が，気分や感情に関連しているからだと考えられた。しかし，我々の結果は，非特許文献４の結果とは反対の傾向であった。つまり，非特許文献４では，不快な画像を見た後の方が（抑うつ傾向が強い，と考えられる）言語性WM課題に対する前頭葉活動が強かったのに対し,我々の結果では，抑うつ傾向が強いほど，言語性WM課題に対する前頭葉活動が弱かったのである。この違いは，おそらく以下の2点にあると考えた。１点は，非特許文献４では，ビデオにより誘導された情動（快・不快）を反映したものであり，日常的に感じる抑うつ気分とは異なる可能性である。もう１点は，近い感情状態を示しているが，ビデオにより誘導された情動は，日常的に感じる抑うつ気分より強い可能性である。これは，非特許文献４ではパフォーマンスも誘導された情動に影響されているのに対し，我々の結果では，パフォーマンスには差がないことからも推測される。健常者の抑うつ傾向ではなく，うつ病患者の場合も同様の傾向が見られる（非特許文献５）ことを考慮しても，我々の結果は，より軽微な抑うつ気分を捉えている可能性がある。これは，より早期にメンタルヘルスの異常を検知するためには非常に有用な点である。
【００２０】
上記の研究を踏まえて，本発明では，言語性WM課題の他に，同等の非言語性WM課題（音韻ループを必要としない空間性WM,視覚性WM）の両方を用いて，それぞれの課題に対する脳活動信号強度の比率を利用する。
【００２１】
なぜ言語性WM課題に対する脳活動信号だけで抑うつ傾向を評価しないのか，というと，もうひとつ非言語性WM課題に伴う脳活動信号を用いることで，被験者間で比較できる定量値が得られるからである。具体的に説明すると，光が脳の活動部位を透過した距離（光路長）を求めることは現在の技術では不可能であるため，ある1つの課題に対する計測値は，脳活動によるHb濃度変化と総光路長を掛け合わせた値となる。総光路長は，計測点における皮膚や骨の厚み，脳活動領域の深さや大きさに依存するため，個人差や領域差があると推測できる。そのため，その計測値の大きさを正確に意味づけすることが難しいのだ。これに対し，同じ領域が活動するような拮抗したもう1つの課題を用いた場合，光路長は共通となるため，純粋に脳活動量を比較することが出来る。我々が用いた２つのWM課題は，基本的に同じ認知要素を反映しており，パフォーマンス（正答率や応答時間）や，活動する脳部位が共通であった。且つ，気分（落ち込みー抑うつ気分の強さ）の状態によって，その活動強度のバランスが変化するという特徴があった。そのため，２つの課題に対する活動値から相対値を作成すると，気分を表す指標が得られるのである。
例えば，下記の式（１）ような「抑うつインデックス（D_idx）」を作成することにより，被験者の脳活動信号から，より高精度に「抑うつー落ち込み」気分を評価することが可能になる。
D_idx = (Act_S Act_V) / (|Act_S| + |Act_V|) ・・・・（１）
D_idxは，−１から１の間の値を取り，POMS_Dが高いほど，大きくなる。本計測データによると，相関係数は0.709（P<0.00001）であり，非常に高い相関を示す（図８）。また，回帰分析により
D_idx = 0.114 × POMS_D 0.388・・・・・（２）
となるので，換算式 POMS_D ＝ 8.75 × D_idx + 3.40 により，脳活動信号からPOMS_D（「抑うつー落ち込み」のPOMSスコア）を推定することも可能である。
【００２２】
本発明では上記の知見を利用し，言語性WM課題を含む複数のWM課題を用いて脳活動信号を計測し，それぞれの課題に対する記銘・保持の脳活動信号から複合的な相対指標を作成するという手段により，個人の気分を客観的に評価する装置，方法およびプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、生体光計測（近赤外分光法を用いた簡便な脳機能計測）によって、客観的・定量的に気分を測ることができる。
その効果は，
1)ワーキングメモリのパフォーマンス（正答率や応答時間）で傾向が出る前に（軽い気分の傾向で），被験者間比較が可能な定量値で気分を評価できる点
2）気分や感情にかかわる刺激・語句を明示的に与えずに実行できる点
3）短時間で遂行できるシンプルな（簡単で誰にでも出来る）課題を用いる点
4）低コストの装置（１計測点でも実行可能）を用いる点
を特徴とする。
【００２４】
特に1)は画期的であり，うつ病などが発症する前の軽い気分の変化も脳活動として反映させることができる。また，2）も，従来用いられてきた検査法（POMSなどの質問紙など）に比べて利点が大きく，被験者に気分の評定を行っているということを自覚させないまま評価を実施することが可能である。また，2)，3)により，被験者に心理的ストレスを与えずに計測することが出来る。また，抑うつ傾向などは，従来臨床医が面談で診断していたが，3),4)の特徴により，低コストで客観性のある診断指標を提供できる可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施例１）
職場などのメンタルヘルスは大きな社会問題になっており，早期の診断，治療が求められている。本実施例１では，被験者へストレスを与えずに，かつ意図的な回答操作を防ぐ，正確なメンタルヘルス評価システムを示す。
【００２６】
本実施例のシステム構成を図1に示す。
【００２７】
課題呈示部では，被験者に対し，少なくとも言語性WM課題および非言語性WM課題の2種類の認知課題を呈示する。
【００２８】
言語性WM課題は，例えば図４に示したもので，被験者は，視覚的に呈示された4つの平仮名を記憶し，7秒間保持した後，呈示された１つの片仮名が記憶した4つの平仮名のいずれかと一致しているか否か判断するものである。具体的には，先ず4個のひらがな（全体として意味のある単語とならない，文字と文字の音韻が似た組み合わせ）が表示された画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから，1個のカタカナが表示された画像（S2）を呈示する。被験者には，はじめの画像のひらがなの文字を覚えてもらい，2番目の画像で現れるカタカナの文字がはじめに覚えた文字のいずれかに一致しているか否かを判断させた。2番目の画像の文字をカタカナにしたのは，被験者に文字の同一性を視覚的な形状ではなく音韻によって判断させるためである。ここでは視覚的に呈示した例を示したが，これは音声で呈示することも可能である。また，記憶させる言語情報は，音韻レベルから単語レベル，文章レベルまで使用することができるので，使用する場面（被験者のワーキングメモリ能力，言語能力など）によって調整する必要がある。ここで，言語性WM課題に用いることができる言語情報の条件としては，音韻情報を繰り返して記憶するもの（音韻ループを使用した記憶）とする。また，記憶してから保持する期間を7秒間とした例を示したが，この期間も課題の難易度を左右する重要な要素であるため，使用する場面に応じて，調整する。
【００２９】
非言語性WM課題は，例えば図３に示したもので，被験者は，視覚的に呈示された8つの四角のうち，色がついた四角の位置を記憶し（ここでは4箇所），7秒間保持した後，呈示された１つの色つき四角の位置が記憶した4つの位置のいずれかと一致しているか否か判断するものである。具体的には，まず8個の正方形のうち4箇所が赤く塗られた画像（S1）を1.5秒間呈示する。その後7秒してから8箇所の正方形のうち1箇所のみが赤く塗られた画像（S2）を呈示する。被験者には，最初の画像の４つの赤い正方形の位置を覚えるよう指示し，2番目の画像で現れる赤い正方形の位置が，はじめに覚えた正方形の位置のいずれかに一致しているか否かを判断させた。ここでは空間的な位置を記憶させた例を示したが，図形，色などの他の非言語性の視覚情報を記憶させることも可能である。言語性WMと同様，記憶させる視覚情報は，使用する場面によって調整する必要がある。ここで，非言語性WM課題に用いることができる非言語情報の条件としては，音韻ループを用いないで記憶する視覚情報とする。また，記憶してから保持する期間を7秒間とした例を示したが，この期間も課題の難易度を左右する重要な要素であるため，使用する場面に応じて，調整する。
【００３０】
言語性WM，非言語性WMいずれも「記憶（記銘）−保持―再認」の１過程を１ブロックとし，それぞれ5回以上繰り返す。具体的には，言語性WMと非言語性WMのブロックを無作為な順序にし，10秒から30秒くらいの期間（安静期間）を空けて，連続的に実行する。次の課題呈示を予期しづらくするために，安静期間も無作為に変動させることが望ましい。いずれの場合も解答はボタン押しによって行い，被験者のボタン入力を受け付けた時点で画像は次に進むように設定した。ここではボタン押しを採用したが，何らかの動作，返答などで，記録，確認することも可能である。なお，第1の画像と第2の画像の間の7秒間にはレスト期間と同じく画面中央に固視点のみを表示し，毎回のタスクの開始0.5秒前には合図（キュー）としてその虎視点の色が変化するようにした。また，被験者の集中力を保つ目的で，キュー呈示時および第2の画像の呈示時に，それぞれ1000Hz,800Hzのピュアトーンを0.1秒間呈示した。また，呈示した課題の種類やタイミング，被験者の返答などの記録は，解析部へ入力し記憶させる。
【００３１】
生体光計測部は、パーソナルコンピュータやワークステーションに代表される電子計算機から構成される制御装置と、異なる波長にピーク波長を持つ2つのレーザダイオード105,106と，前記２つのレーザダイオードを異なった周波数で変調するための信号を生成する発振器103と104と、前記ピーク波長の異なる２つの光を混合する光混合器107と、前記光混合器107からの光を光ファイバ経由で被検体上の光照射位置に照射する光照射手段と、前記光照射手段から適度に離れた光検出位置（本実施例では約3cm離れた点）から混合光を検出する光検出器108と、前記発振器からの変調周波数が参照信号として入力されたロックインアンプ102と、ロックインアンプの出力である各波長帯の光の透過光信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ−デジタル変換器101を備える。前記光照射位置と光検出位置の略中点を計測位置とし，ワーキングメモリを担う脳機能部位（前頭前野，ブロードマンエリア46野付近）が計測できる位置に装着させる。図１では、計測位置を１つのみ記したが、発振器を用いて複数の光信号を分離することが可能であるため、実際には図２のように複数の光照射位置と光検出位置を配列した生体光計測装置を用いて、複数の位置を計測することが出来る。最小限，左半球の1点を計測すれば実行が可能であるが，より詳細な情報を得るためには，左右の相同部位に複数の計測点を備えることが望ましい。本実施例では発振器を用いて複数の光信号を分離しているが、発振器は使わずにパルス光を用いて点灯タイミングで光信号を分離することも可能である。また，光源にはレーザーダイオードだけでなく，LEDなど他の種類も用いることができる。各波長帯の光の透過光信号はアナログ−デジタル変換器101でアナログ−デジタル変換された後、制御装置（および解析部）に入力・記憶される。
【００３２】
解析部では，生体光計測部から入力された透過光信号，および課題提示部から入力された課題呈示の種類，タイミングおよび返答の成否情報を利用して，Hb信号を算出する。基本的には，Lambert-Beer則に基づき，酸素化Hb信号と脱酸素化Hb信号を算出し（非特許文献１），以下の処理を行う。
【００３３】
(１)ブロックごとに信号を分離する（例えば，WM課題の第１画像（S1）が呈示されてから第2画像（S2）が呈示されるまでの8.5秒間をタスク期間と考え，タスク前の1秒間およびタスク後の16秒間を加えた25.5秒間をひとつのブロックとして分離）。
【００３４】
(２)各ブロックデータに対し，バンドパスフィルタリングや，線形フィッティングなどを用いて，ベースライン補正，ノイズ除去を行う。ここで，課題の回答が間違っていたブロックを，エラーブロックとして除去してもよい。
【００３５】
(３)ブロックを言語性WM課題，非言語性WM課題に分類し，それぞれの群で平均する。 (４)脳活動（Act）をS１の呈示から５秒後〜８．５秒後の酸素化Hb信号の平均値と定義（図６）。平均値をとる期間は限定する必要はなく，得られた脳活動信号の特徴によって適宜変更してよい。また，ある期間の平均値だけでなく，ある期間の最大値や微分値，積分値，テンプレートとした活動波形との一致度（相関係数など）を利用することも可能である。
【００３６】
(５)言語性WM課題に対する脳活動（Act_V），非言語性WM課題に対する脳活動（Act_S）から相対値を作成。
例）「抑うつインデックス（D_idx）」
= (Act_SAct_V)/(|Act_S|+|Act_V|)
D_idxは，−１から１の間の値を取り，抑うつ傾向が高いほど，大きくなる。
この相対値以外にも，単純にAct_SとAct_Vの差分や比率，上記の類として，
(Act_SAct_V)/((Act_S)2+(Act_V)2)0.5
などを用いてもよい。
つまり，基本的にはAct_SとAct_Vの差分あるいは比率を，正規化，標準化した数値を用いる。
【００３７】
図１では，システム構成として課題提示部，生体光計測部，解析部を分けて記したが，実際には1つの制御装置で実行することも可能である。
【００３８】
最終的に，解析部で求めた「抑うつインデックス（D_idx）」を表示部へ表示する。表示は，インデックスの数値をそのまま表示してもよいが，グラフや図形などで分かりやすく表示することも可能である（図９）。
（実施例２）
本発明の実施例２を以下に記述する。本実施例は，“日常の気分のメリハリ”を概念的に表現するパラメータを作成し，気分の良し悪し（ポジティブ／ネガティブ）を分かりやすく指標化して表示するゲームの一種である。
【００３９】
本実施例の装置構成ならびに機能は基本的に実施例２と共通であり，異なる部分は，その目的と表示法である。
【００４０】
解析部において求める気分指標は，同じく言語性WM課題に対する脳活動（Act_V），非言語性WM課題に対する脳活動（Act_S）から相作成する。例えば，
「気分インデックス（P_mood）」
= 100-50×((Act_SAct_V)/(|Act_S|+|Act_V|))
とすると，P_moodの大小は実施例１の抑うつインデックスの大小と逆の傾向にある（50≦P/mood≦150）。そのため、直感的にはP_moodが大きいほど抑うつ気分が低く、ポジティブで活気に満ちた気分状態にあり、P_moodが小さいほど抑うつ気分が高く、落ち込んでブルーな気分状態にあると解釈できる。具体的にはIdx_abs = 0の時P_mood=100であり、これを基準として考えればP_mood＝80の時はちょっと落ち込んだ状態，P_mood=50の時は相当落ち込んでいて元気が普通の半分になった状態，P_mood=120のときは逆に普通より元気が満ちた状態，といった具合に、感覚的に今の気分状態（元気度／活気）を表すことができる（図１０）。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例である生体光計測装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例である生体光計測装置による脳活動データ（Hb信号）計測位置の例
【図３】空間性WM課題の模式図
【図４】言語性WM課題の模式図
【図５】空間性および言語性WM課題の実行時における脳活動（Hb信号）画像の例
【図６】活動部位におけるHb信号の時間変化を示す図
【図７】上：言語性WM課題に対する脳活動信号（Act_V）とPOMSスコア（POMS_D）との関係を示す図下：空間性WM課題に対する脳活動信号（Act_S）とPOMSスコア（POMS_D）との関係を示す図
【図８】脳活動信号から作成した抑うつインデックス（D_idx)とPOMSスコア（POMS_D）との相関を示す図
【図９】本発明の実施例に記載の生体光計測装置の表示部における表示例
【図１０】本発明の実施例に記載の生体光計測装置の表示部における表示例
【符号の説明】
【００４２】
101…アナログデジタル変換器、102…ロックインアンプ、103…変調器、104…変調器、105…光源、106…光源、107…光混合器、108…光検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射する光源と，前記光源から照射され前記被検体内を伝播した光を検出する検出器と，前記被検体へ異なる複数種類の課題（第１の課題および第２の課題）を呈示する刺激呈示部と，前記検出器で検出された光から前記被検体内部の酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化に依存するヘモグロビン信号を算出し，前記第１の課題に対するヘモグロビン信号と前記第２の課題に対するヘモグロビン信号の両方を用いた相対値を算出する演算部と、前記相対値を数値，グラフ，図などで表示する表示部を有することを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
前記被検体へ呈示する課題は，記憶するために音韻ループを用いる言語性ワーキングメモリ課題と，記憶するために音韻ループを用いない視覚性ワーキングメモリ課題の少なくとも２つから成ることを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
【請求項３】
前記相対値を算出する場合に用いる前記ワーキングメモリ課題に伴う前記ヘモグロビン信号は，前記刺激提示部から記憶する情報が呈示された時点を基準に算出することを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。生体光計測装置。
【請求項１】
被検体に光を照射する光源と，前記光源から照射され前記被検体内を伝播した光を検出する検出器と，前記被検体へ異なる複数種類の課題（第１の課題および第２の課題）を呈示する刺激呈示部と，前記検出器で検出された光から前記被検体内部の酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化に依存するヘモグロビン信号を算出し，前記第１の課題に対するヘモグロビン信号と前記第２の課題に対するヘモグロビン信号の両方を用いた相対値を算出する演算部と、前記相対値を数値，グラフ，図などで表示する表示部を有することを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
前記被検体へ呈示する課題は，記憶するために音韻ループを用いる言語性ワーキングメモリ課題と，記憶するために音韻ループを用いない視覚性ワーキングメモリ課題の少なくとも２つから成ることを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
【請求項３】
前記相対値を算出する場合に用いる前記ワーキングメモリ課題に伴う前記ヘモグロビン信号は，前記刺激提示部から記憶する情報が呈示された時点を基準に算出することを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。生体光計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２８５０００（Ｐ２００９−２８５０００Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３８８５８（Ｐ２００８−１３８８５８）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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