特許 7186947 体内装置からの通信データ量を変更可能なブレインマシンインターフェースシステム、およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-02

(45)【発行日】2022-12-12

(54)【発明の名称】体内装置からの通信データ量を変更可能なブレインマシンインターフェースシステム、およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20221205BHJP

【ＦＩ】

G06F3/01 515

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018567508

(86)(22)【出願日】2018-02-09

(86)【国際出願番号】 JP2018004561

(87)【国際公開番号】W WO2018147407

(87)【国際公開日】2018-08-16

【審査請求日】2021-02-03

(31)【優先権主張番号】P 2017023413

(32)【優先日】2017-02-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）・平成２７年度 国立研究開発法人情報通信研究機構 高度通信・放送研究開発委託研究 大容量体内‐体外無線通信技術及び大規模脳情報処理技術の研究開発とＢＭＩへの応用、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願 ・平成２７年度 国立研究開発法人 日本医療研究開発機構 脳科学研究戦略推進プログラム ＢＭＩを用いた運動・コミュニケーション機能の代替、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000230962

【氏名又は名称】日本光電工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(73)【特許権者】

【識別番号】514283526

【氏名又は名称】合同会社ＳＰＣｈａｎｇｅ

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】今城 郁

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 克佳

(72)【発明者】

【氏名】平田 雅之

(72)【発明者】

【氏名】亀田 成司

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 隆文

(72)【発明者】

【氏名】安藤 博士

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 隆嗣

【審査官】酒井 優一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／０４１７３８（ＷＯ，Ａ２）

【文献】国際公開第２０１２／０６３３７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１１４３４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１６４４７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０３６８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０２０７９４（ＷＯ，Ａ２）

【文献】松下光次郎，体内埋込型ワイヤレス皮質脳波計測装置の開発，ロボティクス・メカトロニクス講演会 ’１２ 講演論文集，一般社団法人日本機械学会，2012年05月27日，p.1-4

【文献】松下光次郎，体内埋込型ワイヤレス皮質脳波計測装置の開発，第３０回日本ロボット学会学術講演会予稿集，2012年09月17日，p.1-3

【文献】滝沢 賢一，超多チャネル無線脳マシンインフェースのための超広帯域信号による体内・体外間無線伝送，電子情報通信学会技術研究報告 ，日本，一般社団法人電子情報通信学会 The Institute of Electronics,Information and Communication Engineers，2013年07月02日，Vol.113 No.117，p.1-4

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体内に埋め込まれるブレインマシンインターフェースシステムの体内装置であって、
体外装置と無線通信を行なう通信部と、
前記通信部を制御する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極群を通じて検出された前記体外装置に所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応する第一データを、リアルタイムでの送信に必要な値よりも低い通信レートで前記通信部に前記体外装置へ送信させ、
前記第一データの送信が行なわれた後で前記通信部が前記Ｎ個よりも少ないＭ個の電極群を指定する指定信号を前記体外装置から受信すると、当該Ｍ個の電極群を通じて検出された前記体外装置に前記所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応する第二データを、前記通信部にリアルタイムで前記体外装置へ送信させる、
体内装置。

【請求項2】

記憶部をさらに備えており、
前記制御部は、前記第一データの送信に先立ち、前記第一データを繰り返し前記記憶部に記憶させる、
請求項１に記載の体内装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第一データの送信に先立って、前記第一データの一部を、前記通信部に前記体外装置へ送信させる、
請求項１または２に記載の体内装置。

【請求項4】

生体内に埋め込まれたブレインマシンインターフェースシステムの体内装置の制御方法であって、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極群を通じて検出された体外装置に所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応する第一データを、リアルタイムでの送信に必要な値よりも低い通信レートで当該体外装置へ無線送信し、
前記第一データの無線送信が行なわれた後、前記Ｎ個よりも少ないＭ個の電極群を指定する指定信号を前記体外装置から無線受信し、
前記Ｍ個の電極群を通じて検出された前記体外装置に前記所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応する第二データを、リアルタイムで前記体外装置へ無線送信する、
制御方法。

【請求項5】

前記第一データの送信に先立ち、前記第一データを、記憶部に繰り返し記憶する、
請求項４に記載の制御方法。

【請求項6】

前記第一データの一部を、前記第一データの送信に先立って前記体外装置へ無線送信する、
請求項４または５に記載の制御方法。

【請求項7】

生体内に埋め込まれるブレインマシンインターフェースシステムの体内装置であって、
データ取得部と、
体外装置と無線通信を行なう通信部と、
前記通信部を制御する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極群を通じて検出された前記体外装置に所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応し第一データ量を有する第一データを、前記データ取得部に取得させ、
前記通信部に前記第一データをリアルタイムでの送信に必要な値よりも低い通信レートで前記体外装置へ送信させ、
前記送信が行なわれた後で前記通信部が前記第一データ量よりも少ない第二データ量を指定する指定信号を前記体外装置から受信すると、前記Ｎ個の電極群を通じて検出された前記体外装置に前記所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応し前記第二データ量を有する第二データを、前記データ取得部に取得させ、
前記通信部に前記第二データをリアルタイムで前記体外装置へ送信させる、
体内装置。

【請求項8】

前記データ取得部は、第一サンプリングレートで前記脳波信号をサンプリングすることにより前記第一データを取得し、当該第一サンプリングレートよりも低い第二サンプリングレートで前記脳波信号をサンプリングすることにより前記第二データを取得する、
請求項７に記載の体内装置。

【請求項9】

前記データ取得部は、第一分解能で前記脳波信号をＡ／Ｄ変換することにより前記第一データを取得し、当該第一分解能より低い第二分解能で前記脳波信号をＡ／Ｄ変換することにより前記第二データを取得する、
請求項７または８に記載の体内装置。

【請求項10】

生体内に埋め込まれたブレインマシンインターフェースシステムの体内装置の制御方法であって、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極群を通じて検出された体外装置に所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応し第一データ量を有する第一データを取得し、
前記第一データを、リアルタイムでの送信に必要な値よりも低い通信レートで体外装置へ無線送信し、
前記第一データの無線送信が行なわれた後、前記第一データ量よりも少ない第二データ量を指定する指定信号を前記体外装置から無線受信し、
前記Ｎ個の電極群を通じて検出された前記体外装置に前記所定の動作を実行させるための前記生体の脳波信号に対応し前記第二データ量を有する第二データを取得し、
前記第二データを、リアルタイムで前記体外装置へ無線送信する、制御方法。

【請求項11】

第一サンプリングレートで前記脳波信号をサンプリングすることにより前記第一データを取得し、当該第一サンプリングレートよりも低い第二サンプリングレートで前記脳波信号をサンプリングすることにより前記第二データを取得する、
請求項１０に記載の制御方法。

【請求項12】

第一分解能で前記脳波信号をＡ／Ｄ変換することにより前記第一データを取得し、当該第一分解能よりも低い第二分解能で前記脳波信号をＡ／Ｄ変換することにより前記第二データを取得する、
請求項１０または１１に記載の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、生体内に埋め込まれる体内装置と生体外に配置される体外装置からなるブレインマシンインターフェース（ＢＭＩ）システムに関する。

【背景技術】

【0002】

体内装置は信号源としての脳波を取得することにより脳活動を検出し、当該脳活動に応じた信号や当該信号を加工して得られた信号を体外装置へ送信する。体外装置は、体内装置から受信した信号に応じた動作を行なう。特許文献１に記載された体内装置は、生体内に埋め込まれて脳波を検出する複数の電極を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２００６／００４９９５７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

脳の状態をより正確に把握するためには、脳波を検出するための電極の数（すなわちチャネル数）を増やす必要がある。しかしながら、電極の数が増えるほど、取得された脳波信号に対応するデータを体外装置へリアルタイムで送信するための通信レートを高くする必要が生ずる。通信レートを高めることは、埋め込み型の体内装置に対する設計上の制約となりうる。

【0005】

したがって、通信レートを高めることなく所望のＢＭＩ制御を実行可能にすることが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の要求を満たすための第一の態様は、生体内に埋め込まれるブレインマシンインターフェースシステムの体内装置であって、
体外装置と無線通信を行なう通信部と、
前記通信部を制御する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極群を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応するデータを、前記通信部に前記体外装置へ送信させ、
前記送信が行なわれた後で前記通信部が前記Ｎ個よりも少ないＭ個の電極群を指定する指定信号を受信すると、当該Ｍ個の電極群を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応するデータを、前記通信部にリアルタイムで前記体外装置へ送信させる。

【0007】

上記の要求を満たすための第二の態様は、生体内に埋め込まれたブレインマシンインターフェースシステムの体内装置の制御方法であって、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極群を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応するデータを体外装置へ無線送信し、
前記無線送信が行なわれた後、前記Ｎ個よりも少ないＭ個の電極群を指定する指定信号を無線受信し、
前記Ｍ個の電極群を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応するデータをリアルタイムで前記体外装置へ無線送信する。

【0008】

第一の態様と第二の態様に係る構成によれば、まずＮ個の電極群を通じて取得されたデータが体外装置へ送信される。送信が行なわれるタイミングは、例えば、体外装置のリアルタイムなＢＭＩ制御が要求されていない時点とされる。すなわち、できるだけ多くのデータを確実に体外装置へ届けることがデータの伝送速度よりも優先される。したがって、通信部が高いデータ伝送能力を持つ必要はない。

【0009】

多くのデータが体外装置に供給されることにより、所望のＢＭＩ制御を行なうために優先されるＭ個の電極群が正確に特定されうる。また、Ｎ個よりも少ないＭ個の電極群は、通信部のデータ伝送能力に見合うように特定される。したがって、実際にＢＭＩ制御が行なわれる段階においては、Ｍ個の電極群を通じて取得された脳波信号に対応するデータが、リアルタイムで体外装置へ送信される。これにより、通信レートを高めることなく所望のＢＭＩ制御を実行可能にできる。

【0010】

上記の要求を満たすための第三の態様は、生体内に埋め込まれるブレインマシンインターフェースシステムの体内装置であって、
データ取得部と、
体外装置と無線通信を行なう通信部と、
前記通信部を制御する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応し第一データ量を有する第一データを前記データ取得部に取得させ、
前記通信部に前記第一データを前記体外装置へ送信させ、
前記送信が行なわれた後で前記通信部が前記第一データ量より少ない第二データ量を指定する指定信号を受信すると、前記Ｎ個の電極を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応し前記第二データ量を有する第二データを前記データ取得部に取得させ、
前記通信部に前記第二データをリアルタイムで前記体外装置へ送信させる。

【0011】

上記の要求を満たすための第四の態様は、生体内に埋め込まれたブレインマシンインターフェースシステムの体内装置の制御方法であって、
Ｎ個（Ｎは２以上）の電極群を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応し第一データ量を有する第一データを取得し、前記第一データを体外装置へ無線送信し、
前記無線送信が行なわれた後、前記第一データ量よりも第二データ量を指定する指定信号を無線受信し、
前記Ｎ個の電極群を通じて検出された前記生体の脳波信号に対応し前記第二データ量を有する第二データを取得し、前記第二データをリアルタイムで前記体外装置へ無線送信する。

【0012】

第三の態様と第四の態様に係る構成によれば、まずＮ個の電極群を通じて取得された比較的量の多い第一データ量のデータが体外装置へ送信される。送信が行なわれるタイミングは、例えば、体外装置のリアルタイムなＢＭＩ制御が要求されていない時点とされる。すなわち、できるだけ多くのデータを確実に体外装置へ届けることがデータの伝送速度よりも優先される。したがって、通信部が高いデータ伝送能力を持つ必要はない。

【0013】

多くのデータが体外装置に供給されることにより、所望のＢＭＩ制御を行なうために必要な第二データ量が正確に特定されうる。また、第一データ量よりも少ない第二データ量は、通信部のデータ伝送能力に見合うように特定される。したがって、実際にＢＭＩ制御が行なわれる段階においては、そのままＮ個の電極群を通じて取得された第二データ量のデータが、リアルタイムで体外装置へ送信される。これにより、通信レートを高めることなく所望のＢＭＩ制御を実行可能にできる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第一実施形態に係るＢＭＩシステムの機能構成を示す図である。

【図2】上記ＢＭＩシステムの動作を説明するフローチャートである。

【図3】第二実施形態に係るＢＭＩシステムの動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例を以下詳細に説明する。

【0016】

図１は、第一実施形態に係るＢＭＩシステム１００の機能構成を示している。ＢＭＩシステム１００は、体内装置１と体外装置２００を含んでいる。体内装置１は、生体３００内（具体的には頭部）に埋め込まれて使用されるように構成されている。体外装置２００は、生体３００外に配置されて使用されるように構成されている。

【0017】

体内装置１は、Ｎ個の電極群２を備えている。以降の説明において、Ｎは２以上の整数である。Ｎ個の電極群２の各々は、生体３００の脳における所定の箇所に装着され、当該箇所における脳波信号を取得するように構成されている。

【0018】

体内装置１は、データ取得部３を備えている。データ取得部３は、Ａ／Ｄコンバータを含んでいる。Ｎ個の電極群２を通じて取得される各脳波信号は、アナログ信号である。Ａ／Ｄコンバータは、当該アナログ信号を所定のサンプリングレートおよび所定の分解能でデジタルデータに変換するように構成されている。

【0019】

サンプリングレートとは、デジタル信号を取得する周波数に対応している。当該周波数が１ｋＨｚであれば、１秒分のアナログ信号から１０００個のデジタルデータが取得される。分解能は、デジタルデータがとりうる値の数に対応している。分解能が１６ｂｉｔであれば、入力されるアナログ信号の振幅がとりうる値の範囲が１６ｂｉｔに分割され、入力されたアナログ信号の振幅に対して２の１６乗個の値の一つが割り当てられる。

【0020】

体内装置１は、通信部５を備えている。通信部５は、データ取得部３および記憶部４と通信可能に接続されている。通信部５は、体外装置２００と無線通信を遂行可能に構成されている。通信部５の通信レートは、Ｎ個の電極群２を通じて取得されるデジタルデータをリアルタイム送信するために必要な通信レートよりも低く設定されている。

【0021】

体内装置１は、制御部６を備えている。制御部６は、データ取得部３、および通信部５と通信可能に接続されている。制御部６は、データ取得部３、および通信部５の動作を制御可能に構成されている。

【0022】

制御部６は、Ｎ個の電極群２を通じて検出された生体３００の脳波信号に対応し、データ取得部３により取得されたデジタルデータの全てを、通信部５に体外装置２００へ無線送信させるように構成されている。

【0023】

制御部６は、通信部５がＮ個よりも少ないＭ個の電極群２ａを指定する指定信号を無線受信すると、当該Ｍ個の電極群２ａを通じて検出された生体３００の脳波信号に対応し、データ取得部３により取得されたデジタルデータを、通信部５にリアルタイムで体外装置２００へ無線送信させるように構成されている。

【0024】

制御部６の機能は、通信可能に接続されたプロセッサとメモリの協働により実行されるソフトウェア（コンピュータプログラム）により実現されている。プロセッサの例としては、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵなどが挙げられる。メモリの例としては、ＲＯＭやＲＡＭが挙げられる。しかしながら、制御部６の機能は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウェア資源により、またはハードウェア資源とソフトウェアの組合せにより実現されうる。

【0025】

次に、図２を参照しつつ、このような構成を有する体内装置１の運用方法について説明する。

【0026】

まず、第一の時期において、学習フェーズ（Ｓ１）が実施される。例えば、生体３００が手を握るという動作を行なうことにより体外装置２００に所定の動作を実行させる場合、生体３００に学習動作を行なわせる。具体的には、生体３００に実際に手を握る動作を行なわせるか、手を握るという動作を想起させる。

【0027】

生体３００が学習動作を行なうことにより、生体３００の脳内において、当該学習動作に対応する脳波が生じる。当該脳波は、Ｎ個の電極群２によりＮ個の脳波信号として検出される。データ取得部３は、Ｎ個の脳波信号に対応するデジタルデータを取得する（Ｓ２）。例えば、学習動作が１秒間である場合、その前後１秒間を含めた計３秒間の脳波信号に対応するデジタルデータが取得される。

【0028】

その後、制御部６は、取得した全てのデジタルデータを、通信部５に体外装置２００へ送信させる（Ｓ４）。送信が行なわれるタイミングとしては、ユーザから送信指示が入力されたとき、所定の時刻、所定の時間間隔などが挙げられる。送信が行なわれるタイミングは、リアルタイムな脳波信号のモニタを必要としないタイミングとして選ばれてもよい。体外装置２００は、体内装置１より送信されたデータを受信する（Ｓ５）。

【0029】

通信部５から体外装置２００へのデータ送信は、通信部５本来の伝送能力、すなわちＮ個の電極群２を通じて取得されるデータをリアルタイムで体外装置２００へ送信するために必要な値よりも低い通信レートで行なわれる。例えば、１２８個の電極群２を通じて取得された１２８チャンネルの脳波信号が、サンプリングレート１ｋＨｚおよび分解能１６ｂｉｔでデジタルデータに変換された場合、当該データをリアルタイムで体外装置２００へ伝送するためには、２Ｍｂｐｓ程度の通信レートが必要である（１２８チャンネル×１６ｂｉｔ×１ｋサンプル／ｓｅｃ＝２０４８ｋｂｉｔ／ｓｅｃ＝２Ｍｂｐｓ）。通信部５の通信レートが０．５Ｍｂｐｓであれば、上記のようにデータ取得部３によって取得された３秒分の脳波信号に対応するデジタルデータは、１２秒をかけて体外装置２００へ送信される。

【0030】

体外装置２００は、体内装置１より送信された信号を受信し、当該信号に基づく動作を実行する装置と同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、体外装置２００は、体内装置１より送信された信号を受信し、当該信号に基づく動作を別の外部機器に実行させる制御信号を送信する装置であってもよい。あるいは、体外装置２００は、後述する分析を行なうための専用装置であってもよい。

【0031】

体外装置２００において受信されたデータは、送信データ量を減らすための分析に供される。実際のＢＭＩ制御においては、Ｎ個の脳波信号の全てが学習時と同程度の精度で必要とされるわけではない。Ｎ個の電極群２は比較的狭い間隔で配置されており、強い相関を有する電極群もあれば、ＢＭＩ制御に全く関与しない電極も存在する。当該分析においては、実際のＢＭＩ制御において優先順位のより高いＭ個の電極群２ａ（図１参照）が特定される（Ｓ６）。ＭはＮよりも小さい整数である。Ｍの値は、ＢＭＩ制御に必要なデータ量に対応するチャネル数として適宜に選ばれる。

【0032】

第一の時期よりも後の第二の時期において、運用フェーズ（Ｓ８）が実施される。当該フェーズにおいては、生体３００により体外装置２００が実際にＢＭＩ制御される。例えば、生体３００が手を握ることにより、当該動作に対応する所定の動作が体外装置２００により実行される。

【0033】

まず、上記の分析に基づいて選ばれたＭ個の電極群２ａを指定する信号が体外装置２００から送信される。当該信号は、体内装置１の通信部５により受信される（Ｓ７）。当該信号が通信部５により受信されると、制御部６は、Ｍ個の電極群２ａを通じて取得されたＭ個の脳波信号に対応するデジタルデータのみをデータ取得部３が取得するように設定を変更する（Ｓ９）。Ｎ個の脳波信号を取得してもよいが、選択されたＭ個に限定すれば消費電力を削減できる。

【0034】

生体３００が上記の学習動作と同じ動作を行なうことにより、生体３００の脳内において、当該動作に対応する脳波が生じる。よって運用フェーズ（Ｓ８）において、データ取得部３は、上記の設定に基づき脳波信号に対応するデジタルデータを取得する（Ｓ９）。制御部６は、データ取得部３により取得されたデジタルデータを、通信部５にリアルタイムで体外装置２００へ送信させる（Ｓ１０）。これらのＳ９およびＳ１０の動作を繰り返しながら（Ｓ１２）、体外装置２００は、通信部５より送信されたデータに基づいて、リアルタイムで所定の動作を実行する（Ｓ１１）。

【0035】

Ｍ個の電極群２ａは、所望のＢＭＩ制御を遂行可能に選ばれている。また、Ｍ個の電極群２ａは、それらを通じて取得された脳波信号に対応するデータを通信部５がリアルタイムで送信可能に選ばれている。したがって、生体３００の動作に応じた体外装置２００のリアルタイムなＢＭＩ制御が実現される。

【0036】

上記のような構成を有する体内装置１を用いた運用方法によれば、学習フェーズにおいては、Ｎ個の電極群２を通じて取得された比較的量の多いデータが、体外装置２００へ送信される。このフェーズにおいては、できるだけ多くのデータを確実に体外装置２００へ届けることがデータの伝送速度よりも優先される。すなわち、通信部５が高いデータ伝送能力を持つ必要はない。

【0037】

多くのデータが体外装置２００に供給されることにより、所望のＢＭＩ制御を行なうために優先されるＭ個の電極群２ａが正確に特定されうる。また、Ｎ個よりも少ないＭ個の電極群２ａは、通信部５のデータ伝送能力に見合うように特定される。したがって、運用フェーズにおいては、Ｍ個の電極群２ａを通じて取得された脳波信号に対応するデータが、リアルタイムで体外装置２００へ送信される。これにより、通信レートを高めることなく所望のＢＭＩ制御を実行可能にできる。

【0038】

上記の学習フェーズを実施するために、図１に示されるように、記憶部４を備えている。記憶部４は、データ取得部３と通信可能に接続されている。記憶部４は、データ取得部３により取得されたデジタルデータを記憶可能に構成されている。

【0039】

制御部６は、記憶部４と通信可能に接続されている。図２に示されるように、制御部６は、上記の送信（Ｓ４）に先立ち、データ取得部３により取得されたデジタルデータを記憶部４に記憶させる（Ｓ３）。

【0040】

図２に破線の矢印で示されるように、制御部６は、上記Ｓ２からＳ３を経てＳ４に至るまでの工程を必要に応じて繰り返しうる（Ｓ１３）。すなわち、学習フェーズにおける分析に必要な所望の脳波信号データが蓄積されるまで、生体３００による学習動作、Ｎ個の電極群２を通じて取得されたＮ個の脳波信号に対応するデジタルデータの取得（Ｓ２）と記憶（Ｓ３）、および当該デジタルデータの体外装置２００への送信（Ｓ４）が繰り返される。このような構成によれば、通信部５と体外装置２００間の通信頻度は増えるものの、記憶部４について大きな容量を確保する必要性が低下する。記憶部を備えることで、任意のタイミングで当該デジタルデータを送信することができるため、通信部は運用フェーズだけではなく学習フェーズでも高いデータ伝送能力を持つ必要がない。よって、学習フェーズにおいても、消費電力の低下および発熱の抑制の効果が見込める。さらに、通信部の面積は、データ伝送能力の高さに従い、大きくなる傾向にあるので、学習と運用の両方のフェーズでのデータ伝送能力を低く抑えることにより、通信部の面積を小さくできる。

【0041】

あるいは、制御部６は、上記の送信（Ｓ４）に先立ち、上記Ｓ２とＳ３の工程を必要に応じて繰り返しうる（Ｓ１４）。すなわち、学習フェーズにおける分析に必要な所望の脳波信号データが蓄積されるまで、生体３００による学習動作、およびＮ個の電極群２を通じて取得されたＮ個の脳波信号に対応するデジタルデータの取得（Ｓ２）と記憶（Ｓ３）が繰り返される。その後、記憶部４に蓄積されたデータが、一括して体外装置２００へ送信される（Ｓ４）。このような構成によれば、通信部５と体外装置２００間の通信頻度を低減できる。この運用方法でも、記憶部を備えることで、学習フェーズにおいても通信部は高いデータ伝送能力を持つ必要がないため、消費電力の低下、発熱の抑制、通信部の小型化の効果が見込める。

【0042】

また、Ｎ個よりも少ない任意の電極群のデータをリアルタイムで体外装置２００へ送信しても良い。例えば、１個の電極のデータをリアルタイムで体外装置２００へ送信するのであれば、ある１個の電極に対する学習フェーズにおける分析に必要な所望の脳波信号データが蓄積されるまで、生体３００による学習動作、ある１個の電極を通じて取得された１個の脳波信号に対応するデジタルデータの取得（Ｓ２）、および当該デジタルデータの体外装置２００へのリアルタイム送信（Ｓ４）が繰り返され、これをＮ個の電極について繰り返せば、分析に必要なＮ個の脳波信号データが取得できる（Ｓ５）。このような構成によれば、同じ学習動作を何度も繰り返す必要はあるが、図１の記憶部４および図２のＳ３の工程が不要になる。通信部５の送信能力に応じて、一度に送信する電極データ数を増やせば、学習フェーズの時間を短縮できる。

【0043】

さらに、通信部５がＮ個の電極群２全てのデータをリアルタイムで体外装置２００へ送信可能でも良い。この場合も、図１の記憶部４および図２のＳ３の工程が不要になる。すなわち、学習フェーズにおける分析に必要な所望の脳波信号データが蓄積されるまで、生体３００による学習動作、Ｎ個の電極群２を通じて取得されたＮ個の脳波信号に対応するデジタルデータの取得（Ｓ２）、および当該デジタルデータの体外装置２００へのリアルタイム送信（Ｓ４）が繰り返される。学習フェーズ時の消費電力は削減できないが、運用フェーズでは、送信する電極データ数の削減に伴う、消費電力低減の効果が得られる。

【0044】

また、制御部６は、上記の送信（Ｓ４）に先立ち、記憶部４に記憶されたデータの一部を、通信部５に体外装置２００へ送信させうる（Ｓ１５）。このような処理は、体内装置１が正常に動作しているかを確認するために行なわれうる。このような処理は、体外装置２００からの指令を通信部５が受信することにより行なわれうる。

【0045】

本実施形態においては、制御部６は、学習フェーズにおいてデータ取得部３により取得されたＮ個の脳波信号に対応するデータの全てが体外装置２００へ送信される。しかしながら、必ずしもＮ個の脳波信号に対応するデータの全てが送信されることを要しない。学習フェーズにおいて送信される脳波信号の個数が、運用フェーズにおいて送信される脳波信号の個数を上回っていればよい。

【0046】

次に、図３を参照しつつ、第二実施形態に係る体内装置１Ａについて説明する。第一実施形態に係る体内装置１と同一または同等の構成要素には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。

【0047】

図１に示されるように、体内装置１Ａは、制御部６Ａを備えている。制御部６Ａは、データ取得部３、および通信部５と通信可能に接続されている。制御部６Ａは、データ取得部３、および通信部５の動作を制御可能に構成されている。

【0048】

制御部６Ａは、Ｎ個の電極群２を通じて検出された生体３００の脳波信号に対応し、データ取得部３により取得されたデジタルデータの全てを、通信部５に体外装置２００へ無線送信させるように構成されている。すなわち、第一データ量のデジタルデータが、体外装置２００へ送信される。

【0049】

制御部６Ａは、通信部５が第一データ量よりも少ない第二データ量を指定する指定信号を無線受信すると、Ｎ個の電極群２を通じて検出された生体３００の脳波信号に対応し、第二データ量を有するデジタルデータをデータ取得部３に取得させるように構成されている。

【0050】

具体的には、制御部６Ａは、データのサンプリングレートを低下させることにより、取得されるデジタルデータのデータ量を減らす。あるいは、制御部６Ａは、データの分解能を低下させることにより、取得されるデジタルデータのデータ量を減らす。取得されるデジタルデータの量を低下させるために、制御部６Ａは、サンプリングレートの低下と分解能の低下の双方を行ないうる。分解能の低下の例としては、１６ｂｉｔから８ｂｉｔへの低下が挙げられる。サンプリングレートと分解能の低下は、ハードウェア処理を通じて行なわれてもよいし、ソフトウェア処理を通じて行なわれてもよい。

【0051】

制御部６Ａは、上記のようにして取得されたデジタルデータを、通信部５にリアルタイムで体外装置２００へ無線送信させるように構成されている。

【0052】

制御部６Ａの機能は、通信可能に接続されたプロセッサとメモリの協働により実行されるソフトウェアにより実現されている。プロセッサの例としては、ＣＰＵやＭＰＵが挙げられる。メモリの例としては、ＲＡＭが挙げられる。しかしながら、制御部６の機能は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウェアにより、またはハードウェアとソフトウェアの組合せにより実現されうる。

【0053】

次に、図３を参照しつつ、このような構成を有する体内装置１Ａの運用方法について説明する。図２に示された運用方法と同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。

【0054】

第一の時期において学習フェーズ（Ｓ１）が実施される。生体３００により学習動作が行なわれると、生体３００の脳内において、当該学習動作に対応する脳波が生じる。当該脳波は、Ｎ個の電極群２によりＮ個の脳波信号として検出される。データ取得部３は、Ｎ個の脳波信号に対応する第一データ量のデジタルデータを取得する（Ｓ２）。例えば、学習動作が１秒間である場合、その前後１秒間を含めた計３秒間の脳波信号に対応するデジタルデータが取得される。制御部６Ａは、当該デジタルデータを記憶部４に記憶させる（Ｓ３）。

【0055】

その後、制御部６Ａは、取得した全てのデジタルデータを、通信部５に体外装置２００へ送信させる（Ｓ４）。通信部５から体外装置２００へのデータ送信は、通信部５本来の伝送能力、すなわちＮ個の電極群２を通じて取得されるデータをリアルタイムで体外装置２００へ送信するために必要な値よりも低い通信レートで行なわれる。体外装置２００は、体内装置１より送信されたデータを受信する（Ｓ５）。

【0056】

体外装置２００において受信されたデータは、送信データ量を減らすための分析に供される。当該分析においては、通信部５のリアルタイムなデータ伝送能力を上回ることなく、現実的なＢＭＩ制御を遂行可能な第二データ量が特定される（Ｓ１６）。

【0057】

第一の時期よりも後の第二の時期において、運用フェーズ（Ｓ８）が実施される。上記の分析に基づいて選ばれた第二データ量を指定する信号が体外装置２００から送信される。当該信号は、体内装置１Ａの通信部５により受信される（Ｓ１７）。当該信号が通信部５により受信されると、制御部６Ａは、第二データ量のデジタルデータを送信できるように設定を変更する。

【0058】

例えば、制御部６Ａは、データのサンプリングレートと分解能の少なくとも一方を低下させる。例えば、Ｎ個の電極群２を通じて第一サンプリングレートおよび第一分解能で取得された第一データ量のデジタルデータをリアルタイムで体外装置２００へ送信するために必要な通信レートが２Ｍｂｐｓであり、通信部５のリアルタイムなデータ伝送能力が０．５Ｍｂｐｓである場合、制御部６Ａは、以下のようにして取得されるデジタルデータを第二データ量まで減らすことができる。
・第一サンプリングレートを４分の１の第二サンプリングレートに変更する。
・第一分解能を４分の１の第二分解能に変更する。
・第一サンプリングレートを２分の１の第二サンプリングレートに変更し、第一分解能を２分の１の第二分解能に変更する（送信されるデータ量が４分の１になれば、サンプリングレートの低下量と分解能の低下量の組合せは適宜に定められうる）。

【0059】

なお、ハードウェア処理を通じて第一分解能で取得されたデータを、その後のソフトウェア処理によって第二分解能に変換してもよい。また、電極毎に分解能およびサンプリングレートを変更してもよい。

【0060】

生体３００が上記の学習動作と同じ動作を行なうことにより、生体３００の脳内において、当該動作に対応する脳波が生じる。データ取得部３は、Ｎ個の電極群２を通じて第二データ量のデジタルデータを取得する（Ｓ１８）。制御部６Ａは、データ取得部３により取得されたデジタルデータを、通信部５にリアルタイムで体外装置２００へ送信させる（Ｓ１９）。これらのＳ１８およびＳ１９の動作を繰り返しながら（Ｓ１２）、体外装置２００は、通信部５より送信されたデータに基づいて、リアルタイムで所定の動作を実行する（Ｓ１１）。

【0061】

第二データ量は、所望のＢＭＩ制御を遂行可能に選ばれている。また、第二データ量は、取得されたデジタルデータを通信部５がリアルタイムで送信可能に選ばれている。したがって、生体３００の動作に応じた体外装置２００のリアルタイムなＢＭＩ制御が実現される。

【0062】

上記のような構成を有する体内装置１Ａを用いた運用方法によれば、学習フェーズにおいては、Ｎ個の電極群２を通じて取得された比較的量の多い第一データ量のデータが記憶部４に一旦記憶される。記憶されたデータは、その後で体外装置２００へ送信される。このフェーズにおいては、できるだけ多くのデータを確実に体外装置２００へ届けることがデータの伝送速度よりも優先される。すなわち、通信部５が高いデータ伝送能力を持つ必要はない。

【0063】

また、第一実施形態の学習フェーズにおける記憶部４を必要としない運用方法は、第二実施形態にも適用できる。

【0064】

多くのデータが体外装置２００に供給されることにより、所望のＢＭＩ制御を行なうために必要な第二データ量が正確に特定されうる。また、第二データ量は、通信部５のデータ伝送能力に見合うように特定される。したがって、運用フェーズにおいては、そのままＮ個の電極群２を通じて取得された脳波信号に対応するデータが、リアルタイムで体外装置２００へ送信される。これにより、通信レートを高めることなく所望のＢＭＩ制御を実行可能にできる。

【0065】

本実施形態においては、制御部６Ａは、学習フェーズにおいてデータ取得部３により取得された第一データ量のデジタルデータの全てが体外装置２００へ送信される。しかしながら、必ずしも第一データ量のデジタルデータの全てが送信されることを要しない。学習フェーズにおいて送信されるデータ量が、運用フェーズにおいて送信されるデータ量を上回っていればよい。

【0066】

上記の各実施形態は、本開示の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の各実施形態に係る構成は、本開示の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。例えば、第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせることにより、Ｎ個よりも少ないＭ個の電極群より取得したデータを、サンプリングレートや分解能を低下させ、送信するデータ量をさらに減らしてもよい。

【0067】

本出願の記載の一部を構成するものとして、２０１７年２月１０日に提出された日本国特許出願２０１７－０２３４１３号の内容が援用される。

【図1】

【図2】

【図3】