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脳波-運動指令変換装置 コモンズ

国内特許コード P110005333
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-038980
公開番号 特開2008-204135
登録番号 特許第4411442号
出願日 平成19年2月20日(2007.2.20)
公開日 平成20年9月4日(2008.9.4)
登録日 平成21年11月27日(2009.11.27)
発明者
  • 水原 啓暁
  • 五福 明夫
出願人
  • 国立大学法人 岡山大学
発明の名称 脳波-運動指令変換装置 コモンズ
発明の概要 【課題】脳からの運動指令に関する信号の、直接の運動や言語を介さない実時間での検出を可能にすることにある。
【解決手段】脳の、自発的な運動指令のための領域に対応して頭皮上に配置されて脳波を検出する電極Eと、前記電極が検出した脳波から、自発的な運動指令に伴って発生する脳波を抽出する脳波抽出手段1,2と、前記抽出した脳波のパワーを検出する脳波パワー検出手段3,4,5と、前記検出した脳波のパワーが所定の指令閾値を越えて変化したか否かを識別し、その脳波のパワーが前記指令閾値を越えて変化した場合に運動指令があったものと判断する運動指令判断手段6と、前記運動指令があったものと判断した場合に運動指令信号を出力する運動指令出力手段6と、を具えることを特徴とする、脳波-運動指令変換装置である。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


神経・筋疾患患者のコミュニケーション手段の回復または運動機能の回復を目的として、従来は例えば以下のような技術が実施されている。すなわち、四肢の運動機能が残存する神経・筋疾患患者に対しては、スイッチやセンサによる入力方式によりコミュニケーション手段を回復する技術が実用化されている。また、眼球運動機能が残存する患者に対しては、視線を用いた入力装置が開発されている(特許文献1参照)。



一方、四肢の運動機能が減退している患者に対しては、筋活動に伴う電気的信号である筋電を計測し、その筋電の信号処理を実施することで脳からの運動指令を検出し、運動を補助または支援する装置へ入力することで運動機能を回復する技術が開発されている(特許文献2参照)。また、四肢の運動機能が残存しない患者に対しては、脳活動を計測し、その信号処理を実施することで、脳からの運動指令を検出したりコミュニケーション手段を回復したりする技術が開発されている。



さらに、患者の意思を二者択一で検出するために、近赤外分光装置を用いて脳血流変化を検出することにより、直接的思考とは異なる思考によって制御対象を制御する技術が開発されている(特許文献3)。また、頭皮上に配置した脳波電極を用いて、コンピュータ上のカーソルを二次元で操作する技術についても開発されている(非特許文献1)。そして、脳皮質に直接的に脳波用の電極を挿入することで、脳信号を検出する技術も開発されている(非特許文献2)。
【特許文献1】
特開2005-100366号公報
【特許文献2】
特開2004-180817号公報
【特許文献3】
特開2006-072606号公報
【非特許文献1】
Wolpaw JR & McFarland DJ, Proc Natl Acad Sci USA., Vol.101, 17849-17854 (2004)
【非特許文献2】
Hochberg LR et al., Nature, Vol.442, 164-171.

産業上の利用分野


この発明は、コンピュータや機械装置等の作業機器の操作を手や言葉を介さずに脳波から検出した信号で実現する脳波-運動指令変換装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
脳の、自発的な運動指令のための領域である前頭葉領域に対応して頭皮上に配置されて、脳波を検出する電極と、
前記前頭葉領域に対応する電極が検出した脳波から、自発的な運動指令に伴って発生する脳波であるシータ波を抽出する脳波抽出手段と、
前記脳波抽出手段が抽出した自発的な運動指令に伴って発生するシータ波のパワーを検出する脳波パワー検出手段と、
前記脳波パワー検出手段が検出した自発的な運動指令に伴って発生するシータ波のパワーが所定の指令閾値を越えて変化したか否かを識別し、前記自発的な運動指令に伴って発生するシータ波のパワーが前記指令閾値を越えて変化した場合に自発的な運動指令があったものと判断する運動指令判断手段と、
前記運動指令判断手段が自発的な運動指令があったものと判断した場合に運動指令信号を出力する運動指令出力手段と、
を具えることを特徴とする、脳波-運動指令変換装置。

【請求項2】
脳の、運動動作のための領域である中心回領域に対応して頭皮上に配置されて、脳波を検出する電極をさらに具え、
前記脳波抽出手段は、前記中心回領域に対応する電極が検出した脳波から、前記自発的な運動指令に応じた運動動作に伴って発生する脳波であるシータ波も抽出し、
前記脳波パワー検出手段は、前記脳波抽出手段が抽出した運動動作に伴って発生するシータ波のパワーも検出し、
前記運動指令判断手段は、前記脳波パワー検出手段が検出した運動動作に伴って発生するシータ波のパワーが所定の運動閾値を越えて変化したか否かも識別し、前記自発的な運動指令に伴って発生するシータ波のパワーが前記指令閾値を越えて変化するとともに、前記運動動作に伴って発生するシータ波のパワーも前記運動閾値を越えて変化した場合に自発的な運動指令があったものと判断することを特徴とする、請求項1記載の脳波-運動指令変換装置。

【請求項3】
前記自発的な運動指令に伴って発生するシータ波を検出する電極は、国際10-20法により定義されるF電極であることを特徴とする、請求項1または2記載の脳波-運動指令変換装置。

【請求項4】
前記運動動作に伴って発生するシータ波を検出する電極は、国際10-20法により定義されるC電極およびC電極の少なくとも一方であることを特徴とする、請求2または3記載の脳波-運動指令変換装置。

【請求項5】
前記脳波パワーの検出は、統計検定によって行なうことを特徴とする、請求項1から4までの何れか1項記載の脳波-運動指令変換装置。

【請求項6】
前記統計検定の検定量は、以下に示すt検定量
【数1】


但し、S,Sは、計測した脳波の電位の2乗値の最新のゼロクロッシングポイントから過去n個までの分散および過去n個からn個までの分散、


は、計測した脳波の電位の値の最新のゼロクロッシングポイントから過去n個までの2乗平均値および過去n個からn個までの2乗平均値、n,n,nは、n<n<nの任意の整数、
であることを特徴とする、請求項5記載の脳波-運動指令変換装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007038980thum.jpg
出願権利状態 登録
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