脳状態サポート装置及びプログラム
【課題】脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることはでき、かつ、脳状態をそのままの状態に維持したり、他の状態に移行できるようにサポートすることができる脳状態サポート装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】脳状態サポート装置1は、刺激付与具2と、光検出具3と、光検出具3によって検出された光情報に基いて総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量とを算出する算出部13と、刺激付与具2によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、算出部13によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードにあるか否かを判定する判定部14と、判定部14によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、刺激付与具2によって人体のツボの部位に刺激する刺激量を調整する刺激調整部15とを有する。
【解決手段】脳状態サポート装置1は、刺激付与具2と、光検出具3と、光検出具3によって検出された光情報に基いて総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量とを算出する算出部13と、刺激付与具2によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、算出部13によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードにあるか否かを判定する判定部14と、判定部14によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、刺激付与具2によって人体のツボの部位に刺激する刺激量を調整する刺激調整部15とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人体の脳状態をサポートするための脳状態サポート装置及びプログラムに関し、特に、近赤外分光法（ＮＩＲS, near-infrared spectroscopy）を利用して脳状態をリラックスモード、集中モードに維持したり、他の状態に移行できるようにサポートするための脳状態サポート装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脳状態をリラックス状態にしたり、集中力をアップした状態にするために、例えばマッサージやハリを行ったり、睡眠をとること等が行われていた（以下、この技術を従来例１という）。
【０００３】
また、特許文献１には、被験者に評価対象となる外的刺激を与える前から外的刺激を与えた後にわたり、近赤外分光法を用いて、酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの濃度変化等を測定し、その後、上記外的刺激が与えられている時の主観的な快適度を聴取し、測定値と主観的な快適度とから外的刺激の人体への適正を評価する方法が開示されている。ここで近赤外分光法とは、微弱な近赤外線（例えば６８０〜１３００ナノメートル）を頭皮上から頭蓋骨を隔てて脳に照射し、頭蓋骨のすぐ内側の脳表（大脳皮質）における血液中の酸化型ヘモグロビン（Oxy-Hb；HbO2）の濃度変化量、還元型ヘモグロビン（Deoxy-Hb；Hb）の濃度変化量を計測する方法をいう（以下、この技術を従来例２という）。
【特許文献１】特開２００２−１７７２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来例１では、マッサージ、ハリ、睡眠によって、実際に脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることができないという課題があった。
【０００５】
また、マッサージやハリを受けた後、緊張したり、別なことをするとすぐその効果は消えてしまい持続させることができないという課題があった。
【０００６】
さらに、ハリでは、体に傷をつけて治療することになるため、初心者にとって抵抗がある場合があった。
【０００７】
従来例２では、実際に脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることはできるが、脳状態をそのままの状態に維持したり、他の状態に移行できるようにサポートすることはできないという課題があった。
【０００８】
また、脳の酸素消費を判断するための酸素交換指標を用いていないので、脳状態を正確に判定することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることはでき、かつ、脳状態をそのままの状態に維持したり、他の状態に移行できるようにサポートすることができる脳状態サポート装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の脳状態サポート装置は、
人体のツボの部位を所定の周波数の電気信号で刺激する刺激付与手段と、
人体の所定部位に光を照射する発光部と、人体内から出射する光を受光し検出する受光部とを備えた光検出手段と、
前記刺激付与手段及び光検出手段を制御する装置本体とを有し、
前記装置本体は、前記光検出手段によって検出された光情報に基いて、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量との和である総ヘモグロビン変化量と、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量の差である酸素交換変化量とを算出する算出手段と、前記刺激付与手段によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、前記算出手段によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて前記人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードのうちの少なくとも１つのモードにあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、前記刺激付与手段によって前記人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与する刺激量を調整する刺激調整手段とを有する、
ことを特徴とするものである。
【００１１】
前記刺激付与手段によって刺激される人体のツボの部位は、例えば左拇指対象部である。
【００１２】
前記光検出手段によって検出される部位は、例えば脳の前頭葉である。
【００１３】
前記判定手段は、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が増加し、かつ前記酸素交換変化量が増加する場合には、脳状態がリラックスモードであると判定し、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が低下し、かつ前記酸素交換変化量が低下する場合には、脳状態が集中モードであると判定し、それ以外の場合には、中間モードであると判定してもよい。
【００１４】
前記刺激調整手段は、脳状態をリラックスモードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で所定間隔刺激し、脳状態を集中モードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で所定間隔刺激するものでもよい。
【００１５】
前記第１の周波数は例えば３Ｈｚであり、前記第２の周波数は例えば１０Ｈｚである。
【００１６】
前記刺激調整手段は、脳状態をそのままのモードに維持する場合よりも、他のモードに移行する場合の方が刺激量が多くなるように調整してもよい。
【００１７】
本発明のプログラムは前記脳状態サポート装置の装置本体の処理を実行させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）マッサージ、ハリ、睡眠等を行うことなく、自分で望む脳の状態を簡単かつ短時間に作り出すことができる。
【００１９】
（２）脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることはでき、かつ、脳状態をそのままの状態に維持したり、他の状態に移行できる。例えば、疲れていて、雑念が多いときとか、イライラして雑念が多いときとか、集中ができないときに、本発明を用いて脳状態を集中モードにすると、相対的に集中力が増す脳の状態が実現することができる。
【００２０】
また、仕事を行わなければならない時に、本発明によりリラックスモードにあると判定された場合、集中モードに強制的に移行させることができ、逆に、集中モードからリラックスモードに移行させることもできる。
【００２１】
さらに、集中力がアップしている状態を引き延ばしたり、リラックス状態を長くしたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は刺激付与具を示す正面図、（Ｂ）は刺激付与具を拇指に取り付けた状態を示す説明図、（Ｃ）は刺激付与具の他の例を示す正面図、（Ｄ）は刺激付与具の他の例を拇指に取り付けた状態を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】（Ａ）−（Ｃ）は光検出具の設置を説明するための説明図である。
【図５】左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図６】（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図７】左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図９】左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時及び鍼抜去後での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図１１】右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）は右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図１３】本発明の実施形態例に係るプログラムを示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１は、人体のツボの部位（例えば左拇指対象部）に設置され、その部位を所定の周波数の電気信号で刺激する刺激付与具２と、人体の所定部位（例えば脳の前頭葉）に設置され、その所定部位に光を照射する発光部３ａ（発光素子）と、人体内から出射する光を受光し検出する受光部３ｂ（受光素子）とを備えた光検出具３と、装置本体４とを有する。
【００２５】
図２（Ａ）は刺激付与具２を示す正面図、（Ｂ）は刺激付与具具２を拇指に取り付けた状態を示す説明図、（Ｃ）は刺激付与具２の他の例を示す正面図、（Ｄ）は刺激付与具２の他の例を拇指に取り付けた状態を示す説明図である。
【００２６】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、刺激付与具２は、人体のツボの部位に当接され、その部位を所定の周波数の電気信号で刺激するための一対の刺激部２ａと、刺激部２ａを保持し、指等に着脱可能に取り付けられるバンド部２ｂとを有する。
【００２７】
一対の刺激部２ａは、例えば指の場合には３−１０ｍｍ程度の間隔があり、図２（Ｂ）に示すように、刺激対象部位Ｓを挟むように設置される。刺激部２ａの間隔は人体のツボの部位に応じて適宜設定される。
バンド部２ｂの両端部には例えば面ファスナー２ｃ（マジックテープ（登録商標））が取り付けられており、バンド部２ｂを指等に巻きつけた後、面ファスナー２ｃ同士を接着させることにより、刺激付与具２を指等に固定して設置することができる。
なお、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、ハンド部２ｂの縦幅を広くして、一対の刺激部２ａを斜め方向に間隔を隔てて配置してもよい。
【００２８】
光検出具３は、例えば人体の所定部位に取り付けられる装着帯を備え、その装着帯に１又は２以上の発光部３ａ及び受光部３ｂが所定間隔を隔てて配置されている。
【００２９】
装置本体４は、刺激付与具２及び光検出具３の動作を制御するとともに、各種データの入出力、演算、記憶を行うものであり、入力部５と、出力部６と、通信部７と、記憶部８と、制御部９とを有する。
【００３０】
入力部５は、各種データを入力するものであり、例えばキーボード、テンキー、マウス、マークシート読取機、ＯＣＲ（光学式文字読取機）等である。
【００３１】
出力部６は、各種データを出力するものであり、各種データを表示するモニタ、ディスプレイ等の表示部１０、音声データを出力するスピーカー１１、各種データを印刷するプリンタ等の印刷部１２を有する。
【００３２】
通信部７は、インターネット（ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol／Internet Protocol）によるデータ転送網）やＬＡＮ（Ｌocal Area Network）等の通信ネットワークと接続するための各種データの送受信を行うものであり、例えば、モデム、ターミナルアダプタ、ルータ、ＤＳＵ（Digital Ｓervice Unit)等である。
【００３３】
記憶部８は、各種データを記憶するものであり、データベースを備えている。
【００３４】
制御部９は、光検出具３によって検出された光情報に基いて、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量との和である総ヘモグロビン変化量と、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量の差である酸素交換変化量とを算出する算出部１３と、刺激付与具２によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、算出部１３によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードのうちの少なくとも１つのモードにあるか否かを判定する判定部１４と、判定部１４によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、刺激付与具２によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与する刺激量を調整する刺激調整部１５とを有する。
【００３５】
判定部１４は、人体のツボの部位に第１の周波数（例えば３Ｈｚ）の電気信号で刺激することによって、総ヘモグロビン変化量が増加し、かつ酸素交換変化量が増加する場合には、脳状態がリラックスモードであると判定し、人体のツボの部位に第２の周波数（例えば１０Ｈｚ）の電気信号で刺激することによって、総ヘモグロビン変化量が低下し、かつ酸素交換変化量が低下する場合には、脳状態が集中モードであると判定し、それ以外の場合には、中間モードであると判定する。
【００３６】
刺激調整部１５は、脳状態をリラックスモードに維持し、又は移行する場合には、人体のツボの部位に第１の周波数（例えば３Ｈｚ）の電気信号で所定間隔刺激し、脳状態を集中モードに維持し、又は移行する場合には、人体のツボの部位に第２の周波数（例えば１０Ｈｚ）の電気信号で所定間隔刺激する。
【００３７】
刺激調整部１５は、脳状態をそのままのモードに維持する場合よりも、他のモードに移行する場合の方が刺激量が多くなるように調整する。
【００３８】
なお、刺激するための電気信号の周波数の数値は例示であり、これに限定されるものではない。
【００３９】
図３は本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
まず、人体のツボの部位（例えば左拇指対象部）に刺激付与具２を設置する（ステップＳ１）。
【００４１】
次いで、光検出具３を人体の所定部位（例えば脳の前頭葉）に設置する（ステップＳ２）。
【００４２】
次いで、脳状態を判定するための準備を行う（ステップＳ３）。
【００４３】
このステップＳ３では、３Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚がかすかに感じる最低刺激強度を決め、３Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚が痛みを感じる最高刺激強度を決め、３Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度を次式で算出する。
３Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度の算出＝（最低刺激強度＋最高刺激強度）／２
【００４４】
また、１０Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚がかすかに感じる最低刺激強度を決め、１０Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚が痛みを感じる最高刺激強度を決め、１０Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度を次式で算出する。
１０Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度の算出＝（最低刺激強度＋最高刺激強度）／２
【００４５】
最大刺激強度は、電気刺激の電圧、電流の値を設定して行う。
【００４６】
次いで、判定部１４により脳状態を判定する（ステップＳ４）。ここで、左拇指対象部へ３Ｈｚの刺激で得られる脳反応をリラックスモード（Ｒモード）と定義し、このモードの時には頭脳がリラックスして落ち着いている状態にある。また、１０Ｈｚの刺激で得られる脳反応を集中モード（Ｂモード）と定義し、このモードにある時には頭脳が働いて、集中力や理解力が増し、学習等に適する状態にある。
【００４７】
このステップＳ４では、左拇指対象部へ前述のステップＳ２で決定された中間刺激強度３Ｈｚの刺激を３０秒刺激―３０秒休み―３０秒刺激―３０秒休みのパターンで刺激を付与する。
【００４８】
３０秒刺激後、反応がなければ、すでに強いＲモードにあると判定する。
【００４９】
Ｒモード反応なら、Ｒモードの低いレベルかＢモード、中間モードと判定する。
【００５０】
また、左拇指対象部へ前述のステップＳ２で決定された中間刺激強度１０Ｈｚの刺激を３０秒刺激―３０秒休み―３０秒刺激―３０秒休みのパターンで刺激を付与する。
【００５１】
３０秒刺激後、反応がなければ、すでに強いＢモードにあると判定する。
【００５２】
Ｂモード反応なら、Ｂモードの低いレベルかＲモード、中間モードと判定する。
【００５３】
判定結果は、モニタ、ディスプレイ等の表示部１０に表示されたり、スピーカー１１により音声出力される。また、判定結果を印刷部１２により印刷したり、通信部７によってネットワークを介してデータ送信を行うこともできる。
【００５４】
次いで、刺激調整部１５におり刺激量の調整が行われる（ステップＳ５）。
【００５５】
このステップＳ５では、１）判定部１４によりＢモードと判定された場合に、Ｒモードに移行するように調整する場合、２）判定部１４によりＲモードと判定された場合に、Ｒモードに維持するように調整する場合、３）判定部１４によりＢモードと判定された場合に、Ｂモードに維持するように調整する場合、４）判定部１４によりＲモードと判定された場合に、Ｂモードに移行するように調整する場合がある。
上記の場合のいずれかの選択は入力部５を介して行うことができ、各場合の調整は例えば以下のように行われる。
【００５６】
１）Ｂ→Ｒ（移行）の場合
ステップＳ３で決められた３Ｈｚ刺激の値の５０％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息し、さらに、７５％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息する。Ｒモードに移行しなければさらに、１００％の刺激量を６０秒加える。
このように刺激量をグレードアップしてＲモードへの移行を推進させる。
【００５７】
２）Ｒ→Ｒ（維持）の場合
ステップＳ３で決められた３Ｈｚ刺激の値の２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、さらに、２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、２５％の刺激量を３０秒加える。
このように同じ刺激を断続的に加えてＲモードを維持する。
【００５８】
３）Ｂ→Ｂ（維持）
ステップＳ３で決められた１０Ｈｚ刺激の値の２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、さらに、２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、２５％の刺激量を３０秒加える。
このように同じ刺激を断続的に加えてＢモードを維持する
【００５９】
４）Ｒ→Ｂ（移行）
ステップＳ３で決められた１０Ｈｚ刺激の値の５０％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息、さらに、７５％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息する。Ｂモードに移行しなければさらに、１００％の刺激量を６０秒加える。
【００６０】
このように刺激グレードアップしてＢモードへの移行を推進させる。
【００６１】
なお、上記の刺激量の調整は一例であり、これに限定されるものではない。
【００６２】
次に、本発明に係る脳状態サポート装置１が有用であることを立証するために、本発明者らの行った実験について説明する。
【００６３】
この実験において、大脳皮質のHｂ濃度の検出及び記録は、近赤外分光測定装置（島津製作所製：FOIRE 3000）を用いて行われた。
【００６４】
ヘモグロビンのサンプリングは70msであった。
【００６５】
記録したヘモグロビンは、酸化型ヘモグロビン（oxy-Hb）, 脱酸化（還元型）ヘモグロビン（deoxy-Hb）であった。
【００６６】
この値の変化量から、総ヘモグロビン濃度変化量（total-Hb：オキシとデオキシの総和）と酸素濃度変化量（ScO2）を以下の計算式で算出して、脳のCOE反応の指標とした。
総ヘモグロビン（濃度）変化量 [Total hemoglobin]
= [Oxyhemoglobin]+ [Deoxyhemoglobin]
酸素交換（濃度）変化量（本発明者の一人である加藤が発見した脳機能指標）[ScO2]
= [Oxyhemoglobin]- [Deoxyhemoglobin]
特に重要な機能指標は、ScO2の減少＝酸素消費であり、低酸素化した部位が特に重要である。
【００６７】
総ヘモグロビン変化量は、照射と検出プローブに挟まれた光計測領域のボクセルにおける赤血球の数の変動を表し、増加すれば、赤血球が増え、減少すれば赤血球が減ることを示す。
【００６８】
酸素交換変化量は、毛細血管内の酸素濃度変化を示し、増加すれば、血管内に酸素が増え、減少すれば血管内の酸素が減ったことを意味する。血管内に酸素か増える意味は、動脈から酸素を含んだ赤血球が供給されたことを示す。血管内の低酸素の意味は、神経細胞が酸素を消費したために、毛細血管内の酸素が消費されたことを示す。
【００６９】
実験結果は、波形表示とマッピング表示の2種類を用いている。波形表示は時系列変化を示し、マッピング表示は、課題時間の積分値プロットしたものである。
【００７０】
図４（Ａ）−（Ｃ）は光検出具３の設置を説明するための説明図である。光検出具３は、高密度プローブ配列で配置され、図４（Ａ）に示すブロードマンズエリア１０番（前頭葉）をカバーするように配置される。
【００７１】
光検出具３の発光部３ａ及び受光部３ｂは図４（Ｂ）に示すような間隔で配置され、図４（Ｃ）に示すように３つの発光部３ａと３つの受光部３ｂを右脳から左脳に沿って配置し、２４ｃｈ−２８ｃｈの計５箇所の測定点における総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を計測した。
【００７２】
図５は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激を付与
した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は３０秒である。
【００７３】
図６（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激 を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００７４】
図５及び図６からわかるように、３Ｈｚの電気刺激では、広範囲で総ヘモグロビン変化量の増加及び酸素交換変化量の増加のダイナミックな変化が観察された。特に、前頭葉ではこの変化が顕著に認められた。
【００７５】
図７は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は３０秒である。
【００７６】
図８（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００７７】
図７及び図８からわかるように、１０Ｈｚの電気刺激では、広範囲で総ヘモグロビン変化量の減少及び酸素交換変化量の減少のダイナミックな変化が観察された。
【００７８】
このように左拇指対象部に３Ｈｚと１０Ｈzの電気信号をそれぞれ付与した場合、前頭葉での酸素代謝が正反対の結果となり、１０Ｈzでは低酸素化が起こり、３Ｈｚでは血流増加と高酸素化が起こった。
【００７９】
また、電気刺激の周波数に依存して前頭葉が敏感に変化し、認知機能に影響を与えることを示唆している。
【００８０】
次に、本発明と比較するための参考として鍼刺激を行った時の実験について説明する。
図９は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は１８０秒である。
【００８１】
図１０（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時及び鍼抜去後での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００８２】
図９及び図１０からわかるように、鍼刺激では、回旋を始めてから３０〜４５秒は、総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量がともに増加しているが、その後は持続的に減少しており、これが鍼の主効果だと考えられる。
【００８３】
また、３Ｈｚよりも１０Ｈｚのほうが鍼刺激に近い状態を生ずることについて再現性が認められた。
【００８４】
図１１は右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は１８０秒である。
【００８５】
図１２（Ａ）は右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００８６】
図１１及び図１２からわかるように、鍼の回旋刺激によって痛みが強くなると前頭葉の一部で、高酸素化、血流低下に転じたが、左拇指への刺激による脳反応とは明らかに違うものであった。
【００８７】
図１３は本発明の実施形態例に係るプログラムを示すブロック図である。
【００８８】
図１３に示すように、本発明の実施形態例に係るプログラム１６は、本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１の装置本体４を制御し、上記説明された装置本体４の行う処理をコンピュータに実行させるものである。
【００８９】
このプログラム１６は、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等の記録媒体に記録されていてもよく、通信ネットワークを介してダウンロードされるものでもよい。
【００９０】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば装置本体４として、専用の装置の代わりにパーソナルコンピュータや情報端末機器等を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の脳状態サポート装置１及びプログラム１６は、近赤外分光法（ＮＩＲS）を利用して脳状態をリラックスモード、集中モードに維持したり、他の状態に移行できるようにサポートするために用いられる。
【符号の説明】
【００９２】
１：脳状態サポート装置
２：刺激付与具
２ａ：刺激部
２ｂ：バンド部
２ｃ：面ファスナー
３：光検出具
３ａ：発光部
３ｂ：受光部
４：装置本体
５：入力部
６：出力部
７：通信部
８：記憶部
９：制御部
１０：表示部
１１：スピーカー
１２：印刷部
１３：算出部
１４：判定部
１５：刺激調整部
１６：プログラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は人体の脳状態をサポートするための脳状態サポート装置及びプログラムに関し、特に、近赤外分光法（ＮＩＲS, near-infrared spectroscopy）を利用して脳状態をリラックスモード、集中モードに維持したり、他の状態に移行できるようにサポートするための脳状態サポート装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脳状態をリラックス状態にしたり、集中力をアップした状態にするために、例えばマッサージやハリを行ったり、睡眠をとること等が行われていた（以下、この技術を従来例１という）。
【０００３】
また、特許文献１には、被験者に評価対象となる外的刺激を与える前から外的刺激を与えた後にわたり、近赤外分光法を用いて、酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの濃度変化等を測定し、その後、上記外的刺激が与えられている時の主観的な快適度を聴取し、測定値と主観的な快適度とから外的刺激の人体への適正を評価する方法が開示されている。ここで近赤外分光法とは、微弱な近赤外線（例えば６８０〜１３００ナノメートル）を頭皮上から頭蓋骨を隔てて脳に照射し、頭蓋骨のすぐ内側の脳表（大脳皮質）における血液中の酸化型ヘモグロビン（Oxy-Hb；HbO2）の濃度変化量、還元型ヘモグロビン（Deoxy-Hb；Hb）の濃度変化量を計測する方法をいう（以下、この技術を従来例２という）。
【特許文献１】特開２００２−１７７２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来例１では、マッサージ、ハリ、睡眠によって、実際に脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることができないという課題があった。
【０００５】
また、マッサージやハリを受けた後、緊張したり、別なことをするとすぐその効果は消えてしまい持続させることができないという課題があった。
【０００６】
さらに、ハリでは、体に傷をつけて治療することになるため、初心者にとって抵抗がある場合があった。
【０００７】
従来例２では、実際に脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることはできるが、脳状態をそのままの状態に維持したり、他の状態に移行できるようにサポートすることはできないという課題があった。
【０００８】
また、脳の酸素消費を判断するための酸素交換指標を用いていないので、脳状態を正確に判定することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることはでき、かつ、脳状態をそのままの状態に維持したり、他の状態に移行できるようにサポートすることができる脳状態サポート装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の脳状態サポート装置は、
人体のツボの部位を所定の周波数の電気信号で刺激する刺激付与手段と、
人体の所定部位に光を照射する発光部と、人体内から出射する光を受光し検出する受光部とを備えた光検出手段と、
前記刺激付与手段及び光検出手段を制御する装置本体とを有し、
前記装置本体は、前記光検出手段によって検出された光情報に基いて、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量との和である総ヘモグロビン変化量と、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量の差である酸素交換変化量とを算出する算出手段と、前記刺激付与手段によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、前記算出手段によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて前記人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードのうちの少なくとも１つのモードにあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、前記刺激付与手段によって前記人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与する刺激量を調整する刺激調整手段とを有する、
ことを特徴とするものである。
【００１１】
前記刺激付与手段によって刺激される人体のツボの部位は、例えば左拇指対象部である。
【００１２】
前記光検出手段によって検出される部位は、例えば脳の前頭葉である。
【００１３】
前記判定手段は、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が増加し、かつ前記酸素交換変化量が増加する場合には、脳状態がリラックスモードであると判定し、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が低下し、かつ前記酸素交換変化量が低下する場合には、脳状態が集中モードであると判定し、それ以外の場合には、中間モードであると判定してもよい。
【００１４】
前記刺激調整手段は、脳状態をリラックスモードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で所定間隔刺激し、脳状態を集中モードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で所定間隔刺激するものでもよい。
【００１５】
前記第１の周波数は例えば３Ｈｚであり、前記第２の周波数は例えば１０Ｈｚである。
【００１６】
前記刺激調整手段は、脳状態をそのままのモードに維持する場合よりも、他のモードに移行する場合の方が刺激量が多くなるように調整してもよい。
【００１７】
本発明のプログラムは前記脳状態サポート装置の装置本体の処理を実行させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）マッサージ、ハリ、睡眠等を行うことなく、自分で望む脳の状態を簡単かつ短時間に作り出すことができる。
【００１９】
（２）脳状態がどのような状態にあるのかを客観的に知ることはでき、かつ、脳状態をそのままの状態に維持したり、他の状態に移行できる。例えば、疲れていて、雑念が多いときとか、イライラして雑念が多いときとか、集中ができないときに、本発明を用いて脳状態を集中モードにすると、相対的に集中力が増す脳の状態が実現することができる。
【００２０】
また、仕事を行わなければならない時に、本発明によりリラックスモードにあると判定された場合、集中モードに強制的に移行させることができ、逆に、集中モードからリラックスモードに移行させることもできる。
【００２１】
さらに、集中力がアップしている状態を引き延ばしたり、リラックス状態を長くしたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は刺激付与具を示す正面図、（Ｂ）は刺激付与具を拇指に取り付けた状態を示す説明図、（Ｃ）は刺激付与具の他の例を示す正面図、（Ｄ）は刺激付与具の他の例を拇指に取り付けた状態を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】（Ａ）−（Ｃ）は光検出具の設置を説明するための説明図である。
【図５】左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図６】（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図７】左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図９】左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時及び鍼抜去後での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図１１】右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）は右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【図１３】本発明の実施形態例に係るプログラムを示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１は、人体のツボの部位（例えば左拇指対象部）に設置され、その部位を所定の周波数の電気信号で刺激する刺激付与具２と、人体の所定部位（例えば脳の前頭葉）に設置され、その所定部位に光を照射する発光部３ａ（発光素子）と、人体内から出射する光を受光し検出する受光部３ｂ（受光素子）とを備えた光検出具３と、装置本体４とを有する。
【００２５】
図２（Ａ）は刺激付与具２を示す正面図、（Ｂ）は刺激付与具具２を拇指に取り付けた状態を示す説明図、（Ｃ）は刺激付与具２の他の例を示す正面図、（Ｄ）は刺激付与具２の他の例を拇指に取り付けた状態を示す説明図である。
【００２６】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、刺激付与具２は、人体のツボの部位に当接され、その部位を所定の周波数の電気信号で刺激するための一対の刺激部２ａと、刺激部２ａを保持し、指等に着脱可能に取り付けられるバンド部２ｂとを有する。
【００２７】
一対の刺激部２ａは、例えば指の場合には３−１０ｍｍ程度の間隔があり、図２（Ｂ）に示すように、刺激対象部位Ｓを挟むように設置される。刺激部２ａの間隔は人体のツボの部位に応じて適宜設定される。
バンド部２ｂの両端部には例えば面ファスナー２ｃ（マジックテープ（登録商標））が取り付けられており、バンド部２ｂを指等に巻きつけた後、面ファスナー２ｃ同士を接着させることにより、刺激付与具２を指等に固定して設置することができる。
なお、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、ハンド部２ｂの縦幅を広くして、一対の刺激部２ａを斜め方向に間隔を隔てて配置してもよい。
【００２８】
光検出具３は、例えば人体の所定部位に取り付けられる装着帯を備え、その装着帯に１又は２以上の発光部３ａ及び受光部３ｂが所定間隔を隔てて配置されている。
【００２９】
装置本体４は、刺激付与具２及び光検出具３の動作を制御するとともに、各種データの入出力、演算、記憶を行うものであり、入力部５と、出力部６と、通信部７と、記憶部８と、制御部９とを有する。
【００３０】
入力部５は、各種データを入力するものであり、例えばキーボード、テンキー、マウス、マークシート読取機、ＯＣＲ（光学式文字読取機）等である。
【００３１】
出力部６は、各種データを出力するものであり、各種データを表示するモニタ、ディスプレイ等の表示部１０、音声データを出力するスピーカー１１、各種データを印刷するプリンタ等の印刷部１２を有する。
【００３２】
通信部７は、インターネット（ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol／Internet Protocol）によるデータ転送網）やＬＡＮ（Ｌocal Area Network）等の通信ネットワークと接続するための各種データの送受信を行うものであり、例えば、モデム、ターミナルアダプタ、ルータ、ＤＳＵ（Digital Ｓervice Unit)等である。
【００３３】
記憶部８は、各種データを記憶するものであり、データベースを備えている。
【００３４】
制御部９は、光検出具３によって検出された光情報に基いて、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量との和である総ヘモグロビン変化量と、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量の差である酸素交換変化量とを算出する算出部１３と、刺激付与具２によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、算出部１３によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードのうちの少なくとも１つのモードにあるか否かを判定する判定部１４と、判定部１４によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、刺激付与具２によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与する刺激量を調整する刺激調整部１５とを有する。
【００３５】
判定部１４は、人体のツボの部位に第１の周波数（例えば３Ｈｚ）の電気信号で刺激することによって、総ヘモグロビン変化量が増加し、かつ酸素交換変化量が増加する場合には、脳状態がリラックスモードであると判定し、人体のツボの部位に第２の周波数（例えば１０Ｈｚ）の電気信号で刺激することによって、総ヘモグロビン変化量が低下し、かつ酸素交換変化量が低下する場合には、脳状態が集中モードであると判定し、それ以外の場合には、中間モードであると判定する。
【００３６】
刺激調整部１５は、脳状態をリラックスモードに維持し、又は移行する場合には、人体のツボの部位に第１の周波数（例えば３Ｈｚ）の電気信号で所定間隔刺激し、脳状態を集中モードに維持し、又は移行する場合には、人体のツボの部位に第２の周波数（例えば１０Ｈｚ）の電気信号で所定間隔刺激する。
【００３７】
刺激調整部１５は、脳状態をそのままのモードに維持する場合よりも、他のモードに移行する場合の方が刺激量が多くなるように調整する。
【００３８】
なお、刺激するための電気信号の周波数の数値は例示であり、これに限定されるものではない。
【００３９】
図３は本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
まず、人体のツボの部位（例えば左拇指対象部）に刺激付与具２を設置する（ステップＳ１）。
【００４１】
次いで、光検出具３を人体の所定部位（例えば脳の前頭葉）に設置する（ステップＳ２）。
【００４２】
次いで、脳状態を判定するための準備を行う（ステップＳ３）。
【００４３】
このステップＳ３では、３Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚がかすかに感じる最低刺激強度を決め、３Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚が痛みを感じる最高刺激強度を決め、３Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度を次式で算出する。
３Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度の算出＝（最低刺激強度＋最高刺激強度）／２
【００４４】
また、１０Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚がかすかに感じる最低刺激強度を決め、１０Ｈｚ刺激を５−１０秒加えて、左拇指対象部の皮膚が痛みを感じる最高刺激強度を決め、１０Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度を次式で算出する。
１０Ｈｚ刺激の中間５０％刺激強度の算出＝（最低刺激強度＋最高刺激強度）／２
【００４５】
最大刺激強度は、電気刺激の電圧、電流の値を設定して行う。
【００４６】
次いで、判定部１４により脳状態を判定する（ステップＳ４）。ここで、左拇指対象部へ３Ｈｚの刺激で得られる脳反応をリラックスモード（Ｒモード）と定義し、このモードの時には頭脳がリラックスして落ち着いている状態にある。また、１０Ｈｚの刺激で得られる脳反応を集中モード（Ｂモード）と定義し、このモードにある時には頭脳が働いて、集中力や理解力が増し、学習等に適する状態にある。
【００４７】
このステップＳ４では、左拇指対象部へ前述のステップＳ２で決定された中間刺激強度３Ｈｚの刺激を３０秒刺激―３０秒休み―３０秒刺激―３０秒休みのパターンで刺激を付与する。
【００４８】
３０秒刺激後、反応がなければ、すでに強いＲモードにあると判定する。
【００４９】
Ｒモード反応なら、Ｒモードの低いレベルかＢモード、中間モードと判定する。
【００５０】
また、左拇指対象部へ前述のステップＳ２で決定された中間刺激強度１０Ｈｚの刺激を３０秒刺激―３０秒休み―３０秒刺激―３０秒休みのパターンで刺激を付与する。
【００５１】
３０秒刺激後、反応がなければ、すでに強いＢモードにあると判定する。
【００５２】
Ｂモード反応なら、Ｂモードの低いレベルかＲモード、中間モードと判定する。
【００５３】
判定結果は、モニタ、ディスプレイ等の表示部１０に表示されたり、スピーカー１１により音声出力される。また、判定結果を印刷部１２により印刷したり、通信部７によってネットワークを介してデータ送信を行うこともできる。
【００５４】
次いで、刺激調整部１５におり刺激量の調整が行われる（ステップＳ５）。
【００５５】
このステップＳ５では、１）判定部１４によりＢモードと判定された場合に、Ｒモードに移行するように調整する場合、２）判定部１４によりＲモードと判定された場合に、Ｒモードに維持するように調整する場合、３）判定部１４によりＢモードと判定された場合に、Ｂモードに維持するように調整する場合、４）判定部１４によりＲモードと判定された場合に、Ｂモードに移行するように調整する場合がある。
上記の場合のいずれかの選択は入力部５を介して行うことができ、各場合の調整は例えば以下のように行われる。
【００５６】
１）Ｂ→Ｒ（移行）の場合
ステップＳ３で決められた３Ｈｚ刺激の値の５０％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息し、さらに、７５％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息する。Ｒモードに移行しなければさらに、１００％の刺激量を６０秒加える。
このように刺激量をグレードアップしてＲモードへの移行を推進させる。
【００５７】
２）Ｒ→Ｒ（維持）の場合
ステップＳ３で決められた３Ｈｚ刺激の値の２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、さらに、２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、２５％の刺激量を３０秒加える。
このように同じ刺激を断続的に加えてＲモードを維持する。
【００５８】
３）Ｂ→Ｂ（維持）
ステップＳ３で決められた１０Ｈｚ刺激の値の２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、さらに、２５％の刺激量を３０秒加え、３０秒休息、２５％の刺激量を３０秒加える。
このように同じ刺激を断続的に加えてＢモードを維持する
【００５９】
４）Ｒ→Ｂ（移行）
ステップＳ３で決められた１０Ｈｚ刺激の値の５０％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息、さらに、７５％の刺激量を６０秒加え、３０秒休息する。Ｂモードに移行しなければさらに、１００％の刺激量を６０秒加える。
【００６０】
このように刺激グレードアップしてＢモードへの移行を推進させる。
【００６１】
なお、上記の刺激量の調整は一例であり、これに限定されるものではない。
【００６２】
次に、本発明に係る脳状態サポート装置１が有用であることを立証するために、本発明者らの行った実験について説明する。
【００６３】
この実験において、大脳皮質のHｂ濃度の検出及び記録は、近赤外分光測定装置（島津製作所製：FOIRE 3000）を用いて行われた。
【００６４】
ヘモグロビンのサンプリングは70msであった。
【００６５】
記録したヘモグロビンは、酸化型ヘモグロビン（oxy-Hb）, 脱酸化（還元型）ヘモグロビン（deoxy-Hb）であった。
【００６６】
この値の変化量から、総ヘモグロビン濃度変化量（total-Hb：オキシとデオキシの総和）と酸素濃度変化量（ScO2）を以下の計算式で算出して、脳のCOE反応の指標とした。
総ヘモグロビン（濃度）変化量 [Total hemoglobin]
= [Oxyhemoglobin]+ [Deoxyhemoglobin]
酸素交換（濃度）変化量（本発明者の一人である加藤が発見した脳機能指標）[ScO2]
= [Oxyhemoglobin]- [Deoxyhemoglobin]
特に重要な機能指標は、ScO2の減少＝酸素消費であり、低酸素化した部位が特に重要である。
【００６７】
総ヘモグロビン変化量は、照射と検出プローブに挟まれた光計測領域のボクセルにおける赤血球の数の変動を表し、増加すれば、赤血球が増え、減少すれば赤血球が減ることを示す。
【００６８】
酸素交換変化量は、毛細血管内の酸素濃度変化を示し、増加すれば、血管内に酸素が増え、減少すれば血管内の酸素が減ったことを意味する。血管内に酸素か増える意味は、動脈から酸素を含んだ赤血球が供給されたことを示す。血管内の低酸素の意味は、神経細胞が酸素を消費したために、毛細血管内の酸素が消費されたことを示す。
【００６９】
実験結果は、波形表示とマッピング表示の2種類を用いている。波形表示は時系列変化を示し、マッピング表示は、課題時間の積分値プロットしたものである。
【００７０】
図４（Ａ）−（Ｃ）は光検出具３の設置を説明するための説明図である。光検出具３は、高密度プローブ配列で配置され、図４（Ａ）に示すブロードマンズエリア１０番（前頭葉）をカバーするように配置される。
【００７１】
光検出具３の発光部３ａ及び受光部３ｂは図４（Ｂ）に示すような間隔で配置され、図４（Ｃ）に示すように３つの発光部３ａと３つの受光部３ｂを右脳から左脳に沿って配置し、２４ｃｈ−２８ｃｈの計５箇所の測定点における総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を計測した。
【００７２】
図５は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激を付与
した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は３０秒である。
【００７３】
図６（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に３Ｈｚの電気刺激 を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００７４】
図５及び図６からわかるように、３Ｈｚの電気刺激では、広範囲で総ヘモグロビン変化量の増加及び酸素交換変化量の増加のダイナミックな変化が観察された。特に、前頭葉ではこの変化が顕著に認められた。
【００７５】
図７は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は３０秒である。
【００７６】
図８（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に１０Ｈｚの電気刺激を付与する前の安静時と付与した後の電気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００７７】
図７及び図８からわかるように、１０Ｈｚの電気刺激では、広範囲で総ヘモグロビン変化量の減少及び酸素交換変化量の減少のダイナミックな変化が観察された。
【００７８】
このように左拇指対象部に３Ｈｚと１０Ｈzの電気信号をそれぞれ付与した場合、前頭葉での酸素代謝が正反対の結果となり、１０Ｈzでは低酸素化が起こり、３Ｈｚでは血流増加と高酸素化が起こった。
【００７９】
また、電気刺激の周波数に依存して前頭葉が敏感に変化し、認知機能に影響を与えることを示唆している。
【００８０】
次に、本発明と比較するための参考として鍼刺激を行った時の実験について説明する。
図９は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。
ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は１８０秒である。
【００８１】
図１０（Ａ）は左拇指第一関節と第二関節の間の手掌側の中心部付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時及び鍼抜去後での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００８２】
図９及び図１０からわかるように、鍼刺激では、回旋を始めてから３０〜４５秒は、総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量がともに増加しているが、その後は持続的に減少しており、これが鍼の主効果だと考えられる。
【００８３】
また、３Ｈｚよりも１０Ｈｚのほうが鍼刺激に近い状態を生ずることについて再現性が認められた。
【００８４】
図１１は右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与した場合における前頭葉での総ヘモグロビン変化量と酸素交換変化量の変化を示すグラフである。ここで、横軸は時間（ｓ）、縦軸は変化量（mol／ｌ）であり、刺激時間は１８０秒である。
【００８５】
図１２（Ａ）は右第４指第一関節から先端外側付近に鍼刺激を付与する前の安静時、針灸気刺激時での前頭葉での総ヘモグロビン変化量の変化を視覚的に表示した説明図、（Ｂ）は酸素交換変化量の変化を視覚的に表示した説明図である。
【００８６】
図１１及び図１２からわかるように、鍼の回旋刺激によって痛みが強くなると前頭葉の一部で、高酸素化、血流低下に転じたが、左拇指への刺激による脳反応とは明らかに違うものであった。
【００８７】
図１３は本発明の実施形態例に係るプログラムを示すブロック図である。
【００８８】
図１３に示すように、本発明の実施形態例に係るプログラム１６は、本発明の実施形態例に係る脳状態サポート装置１の装置本体４を制御し、上記説明された装置本体４の行う処理をコンピュータに実行させるものである。
【００８９】
このプログラム１６は、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等の記録媒体に記録されていてもよく、通信ネットワークを介してダウンロードされるものでもよい。
【００９０】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば装置本体４として、専用の装置の代わりにパーソナルコンピュータや情報端末機器等を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の脳状態サポート装置１及びプログラム１６は、近赤外分光法（ＮＩＲS）を利用して脳状態をリラックスモード、集中モードに維持したり、他の状態に移行できるようにサポートするために用いられる。
【符号の説明】
【００９２】
１：脳状態サポート装置
２：刺激付与具
２ａ：刺激部
２ｂ：バンド部
２ｃ：面ファスナー
３：光検出具
３ａ：発光部
３ｂ：受光部
４：装置本体
５：入力部
６：出力部
７：通信部
８：記憶部
９：制御部
１０：表示部
１１：スピーカー
１２：印刷部
１３：算出部
１４：判定部
１５：刺激調整部
１６：プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体のツボの部位を所定の周波数の電気信号で刺激する刺激付与手段と、
人体の所定部位に光を照射する発光部と、人体内から出射する光を受光し検出する受光部とを備えた光検出手段と、
前記刺激付与手段及び光検出手段を制御する装置本体とを有し、
前記装置本体は、前記光検出手段によって検出された光情報に基いて、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量との和である総ヘモグロビン変化量と、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量の差である酸素交換変化量とを算出する算出手段と、前記刺激付与手段によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、前記算出手段によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて前記人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードのうちの少なくとも１つのモードにあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、前記刺激付与手段によって前記人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与する刺激量を調整する刺激調整手段とを有する、
ことを特徴とする脳状態サポート装置。
【請求項２】
前記刺激付与手段によって刺激される人体のツボの部位は、左拇指対象部であることを特徴とする請求項１に記載の脳状態サポート装置。
【請求項３】
前記光検出手段によって検出される部位は、脳の前頭葉であることを特徴とする請求項１又は２に記載の脳状態サポート装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が増加し、かつ前記酸素交換変化量が増加する場合には、脳状態がリラックスモードであると判定し、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が低下し、かつ前記酸素交換変化量が低下する場合には、脳状態が集中モードであると判定し、それ以外の場合には、中間モードであると判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置。
【請求項５】
前記刺激調整手段は、脳状態をリラックスモードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で所定間隔刺激し、脳状態を集中モードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で所定間隔刺激することを特長とする請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置。
【請求項６】
前記第１の周波数は３Ｈｚであり、前記第２の周波数は１０Ｈｚであることを特徴とする請求項４又は５に記載の脳状態サポート装置。
【請求項７】
前記刺激調整手段は、脳状態をそのままのモードに維持する場合よりも、他のモードに移行する場合の方が刺激量が多くなるように調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置の装置本体の処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
人体のツボの部位を所定の周波数の電気信号で刺激する刺激付与手段と、
人体の所定部位に光を照射する発光部と、人体内から出射する光を受光し検出する受光部とを備えた光検出手段と、
前記刺激付与手段及び光検出手段を制御する装置本体とを有し、
前記装置本体は、前記光検出手段によって検出された光情報に基いて、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量との和である総ヘモグロビン変化量と、酸化型ヘモグロビンの変化量と還元型ヘモグロビンの変化量の差である酸素交換変化量とを算出する算出手段と、前記刺激付与手段によって人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与することにより、前記算出手段によって算出された総ヘモグロビン変化量及び酸素交換変化量に基いて前記人体の脳状態がリラックスモード、集中モード及び中間モードのうちの少なくとも１つのモードにあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって判定された脳状態のモードを維持し、又は他の脳状態のモードに移行するように、前記刺激付与手段によって前記人体のツボの部位に所定の周波数の電気信号で刺激を付与する刺激量を調整する刺激調整手段とを有する、
ことを特徴とする脳状態サポート装置。
【請求項２】
前記刺激付与手段によって刺激される人体のツボの部位は、左拇指対象部であることを特徴とする請求項１に記載の脳状態サポート装置。
【請求項３】
前記光検出手段によって検出される部位は、脳の前頭葉であることを特徴とする請求項１又は２に記載の脳状態サポート装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が増加し、かつ前記酸素交換変化量が増加する場合には、脳状態がリラックスモードであると判定し、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で刺激することによって、前記総ヘモグロビン変化量が低下し、かつ前記酸素交換変化量が低下する場合には、脳状態が集中モードであると判定し、それ以外の場合には、中間モードであると判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置。
【請求項５】
前記刺激調整手段は、脳状態をリラックスモードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第１の周波数の電気信号で所定間隔刺激し、脳状態を集中モードに維持し、又は移行する場合には、前記人体のツボの部位に第２の周波数の電気信号で所定間隔刺激することを特長とする請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置。
【請求項６】
前記第１の周波数は３Ｈｚであり、前記第２の周波数は１０Ｈｚであることを特徴とする請求項４又は５に記載の脳状態サポート装置。
【請求項７】
前記刺激調整手段は、脳状態をそのままのモードに維持する場合よりも、他のモードに移行する場合の方が刺激量が多くなるように調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか１つの項に記載の脳状態サポート装置の装置本体の処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−７５７２７（Ｐ２０１２−７５７２７Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４４２１（Ｐ２０１０−２２４４２１）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【特許番号】特許第４８９７９１５号（Ｐ４８９７９１５）
【特許公報発行日】平成２４年３月１４日（２０１２．３．１４）
【出願人】（５１０２６３６０７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【特許番号】特許第４８９７９１５号（Ｐ４８９７９１５）
【特許公報発行日】平成２４年３月１４日（２０１２．３．１４）
【出願人】（５１０２６３６０７）
【Ｆターム（参考）】
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