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INTENTION TRANSMISSION SUPPORT APPARATUS AND METHOD commons meetings

Patent code P160013147
Posted date Aug 3, 2016
Application number P2010-216749
Publication number P2012-073329A
Patent number P5472746
Date of filing Sep 28, 2010
Date of publication of application Apr 12, 2012
Date of registration Feb 14, 2014
Inventor
  • (In Japanese)長谷川 良平
  • (In Japanese)長谷川 由香子
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人産業技術総合研究所
Title INTENTION TRANSMISSION SUPPORT APPARATUS AND METHOD commons meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method capable of analyzing intention of a brain highly accurately and at high speed, and transmitting the intention to an assistant.
SOLUTION: Provided is an intention transmission support apparatus that includes: a display screen 1 for stimulus presentation; a mobile electroencephalograph 2 in which electrodes are attached to a user's head; a processing unit 3 that analyzes brain waves; a unit 4 in which a message is displayed on a screen or an avatar (CG character that represents a user) reads out aloud a message by artificial voice. Constituent elements of the message are transformed into database hierarchically and are accumulated, the stimulus presentation screen 1 flashes the constituent elements pseudorandomly and gives stimulus presentation to the user. Brain waves after the stimulus presentation are measured, the processing unit 3 analyzes the brain wave data and determines that a particular decision was made in the brain by a function of estimating in-brain process that is engaged in decision making by every trial of the constituent elements being subjects of recognition, and the avatar outputs a message formed by combining the constituent elements.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

現在、情報科学分野、医工学応用分野、脳活動による福祉機器制御の分野において、機器の操作は、各種スイッチ、ジョイスティックやマウス等の手による入力操作が主である。一方、介護福祉機器等の開発分野では、手足が不自由な操作者のために身体の他の部分で操作できる機器が望まれている。

従来から、文字盤あるいは絵カードなどの発話を補助するものがある。また、言語機能や聴覚に障害を持つ利用者の会話を補助する機器に関する技術は、例えば特許文献1および2に示されている。特許文献1には、五十音の文字盤の文字をブロックごとに順次点灯して選択させる技術や身体ケアのリクエストを選ぶメッセージボードを用いる技術が示されている。特許文献2には、携帯情報端末を用いるシンボル表示を選択するコミュニケーション支援システムが示されている。しかしながら、介護福祉機器の開発分野では、老人や病人などの複雑な入力操作が不可能な操作者のために、操作を必要としないで直接的に意思を伝えることができる機器が望まれている。また、発話障害のある患者や老人にとって、基本的な身の回りの介護や気持ち等の意思を、より簡単に介助者に伝えることのできる機器が望まれている。

近年、脳科学の進歩により、人の思考や行動と脳活動との関係性について様々な研究がなされている。脳活動などの生体信号に着目して外部機器を制御したり、他者に意思を伝達したりするBrain-Machine Interface(BMI)技術が注目されている。

例えば、脳波のリアルタイム計測によって一文字ずつアルファベットを選択するシステムの開発に関する研究が知られている(非特許文献1参照)。

本発明者達は、動物の脳内に設置した電極による単一ニューロンの活動電位の細胞外記録という計測手法とニューロン集団活動のシミュレーションによって、複数の外部刺激(実験条件)が脳内でどのような関係性があると表現されているかを低次元の空間情報として推定できることを示した(非特許文献2参照)。しかしながら、脳活動についてはまだまだ未知な部分が多く、またその計測方法には制約がある。

また、本発明者達は、仮想意思決定関数を提案し、その計算方法を示した(非特許文献3参照)。非特許文献3には、単一ニューロン活動を例にとって神経活動から二者択一の行動予測方法を示している。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、発話や書字が困難な重度の運動障害者でも、脳活動により意思を伝達できる意思伝達支援装置及び方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
刺激を提示する刺激提示装置と、該刺激提示装置による刺激提示後の脳波を計測する脳波計と、該脳波計からの脳波データを処理する処理装置と、意思表示装置とを備える意思伝達支援装置であって、
前記刺激提示装置は、メッセージの構成要素を階層的にデータベース化して蓄積された該構成要素を、刺激として、各階層の選択場面で複数提示し、
前記脳波計は、ヘッドキャップに取り付けられた電極により頭皮上脳波を計測して、無線通信により前記処理装置に脳波データを送信し、
前記処理装置は、前記脳波データを解析して、認知課題である該構成要素の1試行毎の意思決定に係わる脳内処理過程を推定する関数により、特定の意思決定が脳内でなされたと判断し、該判断の結果の構成要素を組み合わせてメッセージを作成して、前記意思表示装置に出力する処理装置であって、前記脳内処理過程を推定する関数は、線形判別分析関数を用いて、前記脳波データの各チャンネルと刺激提示後の経過時間に応じて重み付け係数を求めて、意思決定を定量化する関数であり
前記意思表示装置は、前記メッセージを表示又は音声出力することを特徴とする意思伝達支援装置。

【請求項2】
 
前記刺激提示装置は、前記構成要素を擬似ランダムにフラッシュして提示する表示画面を備え、前記処理装置からの、脳内意思決定がなされたという判断結果の出力を受けて、フラッシュ刺激提示を打ち切ることを特徴とする請求項1記載の意思伝達支援装置。

【請求項3】
 
前記意思表示装置は、利用者が登録したアバターが前記メッセージを音声出力することを特徴とする請求項1又は2項記載の意思伝達支援装置。

【請求項4】
 
メッセージの構成要素を階層的にデータベース化して蓄積し、
刺激提示装置により、該構成要素を刺激として、各階層の選択場面で複数提示し、
該刺激提示後の脳波を計測して、無線通信により脳波データを処理装置に送信し、
該処理装置により、前記脳波データを解析して、認知課題である該構成要素の1試行毎の意思決定に係わる脳内処理過程を推定する関数により、特定の意思決定が脳内でなされたと判断し、該判断の結果の該構成要素を組み合わせてメッセージを作成し、
前記メッセージを表示又は音声出力する方法であり
前記脳内処理過程を推定する関数は、線形判別分析関数を用いて、前記脳波データの各チャンネルと刺激提示後の経過時間に応じて重み付け係数を求めて、意思決定を定量化する関数であることを特徴とする意思伝達支援方法。

【請求項5】
 
前記刺激提示装置は、前記構成要素を擬似ランダムにフラッシュして提示し、前記処理装置からの、脳内意思決定がなされたという判断結果の出力を受けて、フラッシュ刺激提示を打ち切ることを特徴とする請求項4記載の意思伝達支援方法。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2010216749thum.jpg
State of application right Registered
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