特許 7560173 脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置及び脳動力のオーディオ刺激のための音声生成方法

(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】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置及び脳動力のオーディオ刺激のための音声生成方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/375 20210101AFI20240925BHJP

   A61B 5/38 20210101ALI20240925BHJP

   A61M 21/02 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

A61B5/375

A61B5/38

A61M21/02 J

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023154063

(22)【出願日】2023-09-21

(65)【公開番号】P2024076340

(43)【公開日】2024-06-05

【審査請求日】2023-09-21

(31)【優先権主張番号】111145096

(32)【優先日】2022-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】522484618

【氏名又は名称】何明宗

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(72)【発明者】

【氏名】何明宗

【審査官】▲高▼木 尚哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０４２７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５３８６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０６９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３２４９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０５－５／０５３８

Ａ６１Ｂ ５／２４－５／３９８

Ａ６１Ｂ １０／００－１０／０６

Ａ６１Ｍ ２１／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

オーディオ再生装置と、脳波キャプチャー装置と、コンピューティング装置とを備えた脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置において、
前記オーディオ再生装置は複数のオーディオ信号を分割して再生するように構成され、被験者に複数のオーディオ周波数の音声刺激を与え、
前記脳波キャプチャー装置は、被験者に対する第１の脳波信号をキャプチャーするように構成され、前記第１の脳波信号は、複数の第１のチャネル信号を含み、
前記コンピューティング装置は、前記脳波キャプチャー装置に接続され、前記複数の第１のチャネル信号における２つずつの相関性を分析するように構成され、複数の異なる前記オーディオ周波数に対応する高度に相関した複数の第１の反応チャネルを取得し、目標チャネルに対応する少なくとも１つの前記オーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成し、前記目標チャネルは前記複数の第１の反応チャネルから選択されると共に目標刺激エリアに対応し、
前記複数の第１のチャネル信号における２つずつの相関性を分析することは、前記複数の第１のチャネル信号を、複数の第１の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第１の時間変化周波数信号における２つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第１のチャネル信号を高度に相関した前記複数の第１の反応チャネルとすることを指し、
前記オーディオ再生装置は前記テストオーディオを再生するように構成され、前記脳波キャプチャー装置は前記被験者に対する第２の脳波信号をキャプチャーするように構成され、
前記コンピューティング装置は前記第２の脳波信号における複数の第２のチャネル信号における２つずつの相関性を分析するように構成され、高度に相関した複数の第２の反応チャネルを取得し、且つ前記複数の第２の反応チャネルには前記目標チャネルが含まれ、前記テストオーディオを出力音声とし、
前記複数の第２のチャネル信号における２つずつの相関性を分析することは、前記複数の第２のチャネル信号を、複数の第２の時間変化周波数信号に変換し、前記複数の第２の時間変化周波数信号における２つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第２のチャネル信号を高度に相関した前記複数の第２の反応チャネルとすることを指す
ことを特徴とする脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。

【請求項2】

前記コンピューティング装置は前記複数の第２の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否かを判断するように構成され、
前記目標チャネルが含まれている場合には、前記テストオーディオを前記出力音声とする
ことを特徴とする請求項１に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。

【請求項3】

前記コンピューティング装置は前記複数の第２の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否か判断するように構成され、
前記目標チャネルが含まれてない場合には、前記目標チャネルに対応する少なくとも１つの前記オーディオ周波数に基づいて他の前記テストオーディオを新たに合成する
ことを特徴とする請求項１に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。

【請求項4】

出力オーディオの基本周波数には２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、及び８０Ｈｚが含まれる
ことを特徴とする請求項１に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置。

【請求項5】

（ａ）オーディオ再生装置によってオーディオ信号を再生し、被験者に可聴周波数のオーディオ刺激を与え、
（ｂ）脳波キャプチャー装置により、前記被験者から複数のチャネル信号を含む脳波信号をキャプチャーし、
（ｃ）コンピューティング装置により、前記複数のチャネル信号における２つずつの相関性を分析し、高度に相関した複数の反応チャネルを取得し、
（ｄ）複数の異なるオーディオ周波数に対応する前記複数の反応チャネルを取得するために、（ａ）乃至（ｃ）のステップを繰り返して実行し、
（ｅ）前記コンピューティング装置が、前記複数の反応チャネルから目標刺激エリアに対応する目標チャネルを決定し、
（ｆ）前記コンピューティング装置が、前記目標チャネルに対応する少なくとも一つの前記オーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成し、前記オーディオ再生装置によって前記テストオーディオを再生し、ステップ(ｂ)と(ｃ)を実行し、前記目標チャネルが前記複数の反応チャネルに含まれるとき、前記テストオーディオは出力オーディオとして使用され、
前記複数のチャネル信号における２つずつの相関性を分析することには、前記複数のチャネル信号を複数の時間変化周波数信号に変換することと、
前記複数の時間変化周波数信号の位相の時系列を確定することと、
前記複数の時間変化周波数信号における２つずつの位相の同期率を分析することと、
位相同期率の高い前記複数のチャネル信号を、相関性が高い前記複数の前記複数の反応チャネルとすること
が含まれる
ことを特徴とする脳動力のオーディオ刺激のための音声生成方法。

【請求項6】

前記ステップ（ｆ）は、前記複数の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれない場合には、前記目標チャネルに対応する少なくとも一つのオーディオ周波数に基づいて、他の前記テストオーディオを再合成し、改めてステップ（ｆ）を実行する
ことを特徴とする請求項５に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成方法。

【請求項7】

前記出力オーディオの基本周波数は２０Ｈｚ、４０Ｈｚ及び８０Ｈｚを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の脳動力のオーディオ刺激のための音声生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はオーディオ生成技術に関し、特に脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置及び脳動力のオーディオ刺激のための音声生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の生活ペースの急速な発展に伴い、人々が不眠症や、不安、うつ病、心理的ストレスといった症状に悩まされる機会が増えてきており、特に、これらに加えて片頭痛や、認知症等に関連する問題を引き起こしてしまうことが問題視されている。

【0003】

これらの問題を解決するために、現在では脳を刺激する療法が開発されている。
ここで、脳を刺激する療法としては、電気的な刺激を与える療法と磁気的な刺激を与える療法に大別される。

【0004】

脳に電気的な刺激を与える療法は、頭皮に電極パッドを配置することによって行われる。ここで、後部に張り付けられた電極は微弱な電流を脳に流す。

【0005】

脳に磁気的な刺激を与える療法は、脳に短い磁気パルスを加え、磁場が頭の内部を通過するように脳の組織を刺激し、神経の活動を変化させることによって実現される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、脳に電気的な刺激を与える方法も脳に磁気的な刺激を与える方法も、本質的には外部から容易に制御し得る単純な電気信号又は磁気信号に過ぎない。
そのため、これらの信号が脳に与えた後に、脳動力の活動（脳動力とは脳が活動する能力を意味する。）の変化を分析できる完全な理論な根拠とはならない。
そのため、従来の方法ではある程度の脳動力の活動は見込まれるものの、脳の応答性能を期待し、保証するまでには至らない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は上述の問題に鑑みて以下の構成を備える。即ち、
オーディオ再生装置と、脳波キャプチャー装置と、コンピューティング装置とを備えた脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置において、
前記オーディオ再生装置は複数のオーディオ信号を分割して再生するように構成され、被験者に複数のオーディオ周波数の音声刺激を与え、
前記脳波キャプチャー装置は、被験者に対する第１の脳波信号をキャプチャーするように構成され、前記第１の脳波信号は、複数の第１のチャネル信号を含み、
前記コンピューティング装置は、前記脳波キャプチャー装置に接続され、前記複数の第１のチャネル信号における２つずつの相関性を分析するように構成され、複数の異なる前記オーディオ周波数に対応する高度に相関した複数の第１の反応チャネルを取得し、目標チャネルに対応する少なくとも１つの前記オーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成し、前記目標チャネルは前記複数の第１の反応チャネルから選択されると共に目標刺激エリアに対応し、
前記オーディオ再生装置は前記テストオーディオを再生するように構成され、前記脳波キャプチャー装置は前記被験者に対する第２の脳波信号をキャプチャーするように構成され、
前記コンピューティング装置は前記第２の脳波信号における複数の第２のチャネル信号における２つずつの相関性を分析するように構成され、高度に相関した複数の第２の反応チャネルを取得し、且つ前記複数の第２の反応チャネルには前記目標チャネルが含まれ、前記テストオーディオを出力音声とする。
また、前記複数の第１のチャネル信号における２つずつの相関性を分析することは、前記複数の第１のチャネル信号を、複数の第１の時間変化周波数信号に変換し、併せて、前記複数の第１の時間変化周波数信号における２つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第１のチャネル信号を高度に相関した前記複数の第１の反応チャネルとすることを指す。
また、前記コンピューティング装置は前記複数の第２の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否かを判断するように構成され、
前記目標チャネルが含まれている場合には、前記テストオーディオを前記出力音声とする。
更に、前記コンピューティング装置は前記複数の第２の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれているか否か判断するように構成され、
前記目標チャネルが含まれてない場合には、前記目標チャネルに対応する少なくとも１つの前記オーディオ周波数に基づいて他の前記テストオーディオを新たに合成する。
更に、前記出力オーディオの基本周波数には２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、及び８０Ｈｚが含まれる。
また、前記複数の第２のチャネル信号における２つずつの相関性を分析することは、前記複数の第２のチャネル信号を、複数の第２の時間変化周波数信号に変換し、前記複数の第２の時間変化周波数信号における２つずつの位相同期率を分析し、高い位相同期率の前記複数の第２のチャネル信号を高度に相関した前記複数の第２の反応チャネルとすることを指す。
また、本発明による、脳動力のオーディオ刺激のための音声生成方法は、
（ａ）オーディオ再生装置によってオーディオ信号を再生し、被験者に可聴周波数のオーディオ刺激を与え、
（ｂ）脳波キャプチャー装置により、前記被験者から複数のチャネル信号を含む脳波信号をキャプチャーし、
（ｃ）コンピューティング装置により、前記複数のチャネル信号における２つずつの相関性を分析し、高度に相関した複数の反応チャネルを取得し、
（ｄ）複数の異なる前記オーディオ周波数に対応する前記複数の反応チャネルを取得するために、（ａ）乃至（ｃ）のステップを繰り返して実行し、
（ｅ）前記コンピューティング装置が、前記複数の反応チャネルから目標刺激エリアに対応する目標チャネルを決定し、
（ｆ）前記コンピューティング装置が、前記目標チャネルに対応する少なくとも一つの前記オーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成し、前記オーディオ再生装置によって前記テストオーディオを再生し、ステップ(ｂ)と(ｃ)を実行し、前記目標チャネルが前記複数の反応チャネルに含まれるとき、前記テストオーディオは出力オーディオとして使用され、
前記複数のチャネル信号における２つずつの相関性を分析することには、前記複数のチャネル信号を複数の時間変化周波数信号に変換することと、
前記複数の時間変化周波数信号の位相の時系列を確定することと、
前記複数の時間変化周波数信号における２つずつの位相の同期率を分析することと、
位相同期率の高い前記複数のチャネル信号を、相関性が高い前記複数の前記複数の反応チャネルとすること
が含まれる。
また、前記ステップ（ｆ）は、前記複数の反応チャネルにおいて前記目標チャネルが含まれない場合には、前記目標チャネルに対応する少なくとも一つのオーディオ周波数に基づいて、他の前記テストオーディオを再合成し、改めてステップ（ｆ）を実行する。
また、前記出力オーディオの基本周波数は２０Ｈｚ、４０Ｈｚ及び８０Ｈｚを含む。

【発明の効果】

【0008】

以上のように、本発明の実施形態に基づいた脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置は、特定の刺激目的のオーディオ信号を効率的に生成し、生成されたオーディオ信号を再生して効果的に脳を刺激することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態による脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置の機能ブロック図である。

【図2】本発明の実施形態による脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置のフローチャートである。

【図3】本発明の実施形態の異なる時間区間におけるチャネル信号（聴覚区T6）の脳波スペクトルエネルギー図である。

【図4】本発明の実施形態の異なる時間区間における他のチャネル信号（視覚区O1）の脳波スペクトルエネルギー図である。

【図5】本発明の実施形態の電極の分布図である。

【図6】本発明の実施形態によるオーディオ刺激を受けた被験者の睡眠レベルの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１を参照して説明する。ここで、図１は本発明の実施形態による脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置の機能ブロック図である。

【0011】

脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置は、オーディオ再生装置１、脳波キャプチャー装置２、及びコンピューティング装置３を含む。

【0012】

オーディオ再生装置１は記憶媒体１１、処理回路１２、電気音響変換器１３を含む。処理回路は記憶媒体１１と電気音響変換器１３の間を接続する。

【0013】

記憶媒体１１は、非一時的な記憶媒体、つまり不揮発性メモリ（ハードディスク、フラッシュメモリ、光ディスク等）であり、オーディオファイル（音声ファイル）が保存されている。

【0014】

処理回路１２は、オーディオファイルをデコードし、オーディオ信号を処理するためのプロセッサ、オーディオドライバ回路、デジタル信号プロセッサの少なくともいずれか１つであっても良い。そして、オーディオ信号は電気音響変換器１３に送られて出力される。電気音響変換器１３は、例えばイヤホン、音声出力装置、スピーカー等であり得る。

【0015】

脳波キャプチャー装置２は、複数の電極２１（例えば、３２、６４、１２８、２５６個）と、信号処理回路２２と、第１の通信インターフェース２３を含む。
信号処理回路２２は、複数の電極２１と第１の通信インターフェース２３との間に接続される。
電極２１は複数のチャネル信号を含む脳波信号をキャプチャーするために使用される。

【0016】

信号処理回路２２は図示しないプロセッサ、アナログ信号処理回路、デジタル信号処理回路の少なくともいずれかであっても良く、前記複数のチャネル信号（例えばＡ／Ｄ変換、信号増幅、フィルタリング等）を処理するために用いられ、通信インターフェース２３を介して処理後のチャネル信号をコンピューティング装置３に出力する。

【0017】

通信インターフェース２３は、有線通信インターフェース（ＲＳ２３２、ＵＳＢ、有線ネットワーク等）又は無線通信インターフェース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)、Ｗｉ－Ｆｉ等）とすることができる。

【0018】

コンピューティング装置３は例えば個人のコンピューター、ノート型パソコン、サーバー等である。
また、コンピューティング装置３は第２の通信インターフェース３１、処理器３２、及びメモリ３３等を含む。
なお、第１の通信インターフェース２３と第２の通信インターフェース３１を併せて単に「通信インターフェース」とも言う場合があり得る。

【0019】

第２の通信インターフェース３１は脳波キャプチャー装置２の第１の通信インターフェース２３と通信可能に接続され、脳波信号をキャプチャーする。
処理器３２は脳波信号におけるチャネル信号を分析するために用いられ、分析結果を通じて出力オーディオを生成し、出力オーディオをメモリ３３に格納するために使用される。

【0020】

本実施形態では、オーディオ再生装置１は、コンピューティング装置３と完全に又は部分的に統合される。
本実施形態では、脳波キャプチャー装置２はコンピューティング装置３と完全に又は部分的に統合される。

【0021】

図２を参照して本発明の実施形態を説明する。ここで、図２は本発明の実施形態による脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置のフローチャートである。

【0022】

まず、ステップＳ２０１～ステップＳ２０３がループするように繰り返し実行され、それぞれのループで再生されるオーディオ信号のオーディオ周波数は異なる。

【0023】

ステップＳ２０１では、オーディオ再生装置１によってオーディオ信号を再生し、可聴周波数のオーディオ刺激（音声刺激）を被験者に与える。

【0024】

ステップＳ２０２において、脳波キャプチャー装置２を介して被験者から脳波信号（以下、第１の脳波信号という）をキャプチャー（取得）し、第１の脳波信号は、聴覚の刺激に対する被験者の反応のその後の分析に使用できる。

【0025】

ステップＳ２０３において、コンピューティング装置３は、第１の脳波信号における複数のチャネル信号（以下、第１のチャネル信号という）間の２つずつの相関性を分析する。
すなわち、これらの第１のチャネル信号の任意の２つの間の相関性を分析する。

【0026】

そして、関連性の高いものをレスポンスがあるチャネル（以下、「第 １のレスポンスチャネル」と言う。）とする。
ステップＳ２０１からステップＳ２０３を複数回繰り返した後、複数の異なるオーディオ周波数に対応する第１の反応チャネルを得ることができる。
本実施形態では、使用されるオーディオ周波数は１Ｈｚ～１００Ｈｚの範囲から選択される。

【0027】

オーディオ周波数のどのチャネルが互いに反応するかを調べることにより、オーディオによる（音声による）刺激の効果と、オーディオ刺激に対する脳領域の伝導の相関性を判断することができる。

【0028】

ステップＳ２０４において、コンピューティング装置３は、第１の反応チャネルから、目標大脳刺激エリア（以下、「目標刺激エリア」という）に対応するチャネル（以下、「目標チャネル」という）を決定する。
目標刺激エリアは実現したい刺激目的に応じて選択することができる。

【0029】

次に、ステップＳ２０５において、コンピューティング装置３は、目標チャネルに対応する少なくとも１つのオーディオ周波数に基づいてテストオーディオを合成する。

【0030】

すなわち、ステップＳ２０１～Ｓ２０３を複数回繰り返すことにより、応答する目標チャンネル（選択されたとある第１の応答チャンネル）がどのオーディオ周波数或いは複数のどのオーディオ周波数に対応するかを知ることができる。

【0031】

したがって、ステップＳ２０５では、テストオーディオを合成するために、応答があるオーディオ周波数から１つ又は複数のオーディオ周波数が選択される。
換言すると、テストオーディオは、目標チャネルに対応する１つ又は複数のオーディオ周波数を含み得る。

【0032】

ステップＳ２０６では、オーディオ再生装置１によってテストオーディオを再生し、その後、ステップＳ２０７とステップＳ２０８を実行する。

【0033】

ステップＳ２０７は、前述のステップＳ２０２と同様に、脳波キャプチャー装置２を利用して被験者から脳波信号（第２の脳波信号）をキャプチャー（取得）する。

【0034】

ステップＳ２０８は、上記ステップＳ２０３と同様に、コンピューティング装置３は、脳波信号における複数のチャネル信号（第２のチャネル信号）間の２つずつの動力学（ダイナミクス）の相関性を分析し、相関性の高い複数の反応チャネル（第２のチャネル信号）を取得し、これは脳の刺激応答伝達チャネルの方向の相関性を示す。

【0035】

ステップＳ２０９では、テストオーディオに応答する第２の反応チャネルに目標チャネルが含まれるか否かが判定される。
そして、含まれる場合、テストオーディオを出力音声として使用する（ステップＳ２１１）。

【0036】

そうでない（含まれない）場合、ステップＳ２１０に入り、目標チャネルに対応する少なくとも１つのオーディオ周波数に基づいて別のテストオーディオを再度合成する。

【0037】

つまり、目標チャネルに対応する少なくとも1つのオーディオ周波数で構成され、以前に合成されたテストオーディオを複製するのではない他のテストオーディオを再度合成する。

【0038】

次に、ステップＳ２０６に入り、適切なオーディオ（音声）が見つかるまで再度テストする。

【0039】

上記の方法により、生成された出力オーディオは刺激目的でユーザへのオーディオ刺激に使用することができる。
この理論的な根拠は、睡眠が脳を休息のためにリセットすることであり、睡眠時には脳が最初のエネルギーの基底状態となる。

【0040】

脳が働いているとき、脳のスペクトルエネルギーは増加する。
ユーザがオーディオ刺激を受けたとき、脳は本来フィードバック機能を持っているが、脳の領域の機能が異なるため反応の強弱が異なる。
そして、応答が強い領域は、信号伝達（シグナリング）の領域として示される。

【0041】

これらの信号の共鳴（信号が高い相関性を具備する）領域を通じて、信号の伝達経路を見つけることができる。
所望のエリアに伝達できる信号伝達経路（刺激信号の分散がゼロであることを意味する）が見出されたとき、この刺激が所望の刺激目的を達成できることを意味する。

【0042】

本発明は、脳のダイナミクス（脳動力）の理論を使用して、方向性時系列分析を行い、生存を判断し、信号を処理する。

【0043】

次に、脳波ゼロ分散非リニア共鳴分析への情報の流れを使用して、脳動力オーディオを形成する。

【0044】

ここで、脳動力の理論と推論は、次のように確立されている。
（１）第１の理論：睡眠は脳を休息させてリセットするメカニズムであり、このとき脳は最初のエネルギー基底状態にある。
（２）第１の推論：脳が休息して生命を維持しているとき、脳波スペクトルのエネルギーは基底状態にあり、脳が作業して活動している状態にあるとき、脳波スペクトルのエネルギーは増加する。
（３）第２の理論：脳はオーディオ（音声）によって刺激されたときにフィードバック効果を持つものである。初期の作業状態では脳波スペクトルのエネルギーは高く（機能が強化されていることを意味する）、初期の作業状態では脳波スペクトルのエネルギーは低い（休息を促してリセットされたことを意味する）。
（４）第２の推論：睡眠中の脳波スペクトルのエネルギーを観察し、刺激されたエネルギースペクトルのレベルに応じて、伝達、処理、生命維持（主制御）、アラート領域等のチャネルブロックの機能を決定する。
（５）第３の理論：働きすぎた脳は自動的に休息メッセージを発する。

【0045】

脳の生命維持状態と伝達処理領域の判定については、図３と図４を参照されたい。
ここで、図３は、本発明の実施形態の異なる時間区間におけるチャネル信号（聴覚区Ｔ６）の脳波スペクトルエネルギー図である。
また、図４は本発明の実施形態の異なる時間区間における他のチャネル信号（視覚区Ｏ１）の脳波スペクトルエネルギー図である。

【0046】

ここで、信号Ｒｅｓ１は、前段階の休止期間における被験者の信号を表す。
信号リッスン（Ｌｉｓｔｅｎ）は被験者がオーディオ信号によって刺激されて覚醒している期間の信号を示す。

【0047】

信号Ｌｉｓｔｅｎ－ｓは、被験者がオーディオ信号によって刺激されて眠りにつく時間帯の信号を表す。
信号Ｌｉｓｔｅｎ－ｗは、被験者がオーディオ信号によって刺激されて目覚めた時間帯の信号を表す。

【0048】

信号Ｒｅｓ２とＲｅｓ３は、被験者がオーディオ信号を受信した後の休止期間の信号をそれぞれ表す。
そして、オーディオによる（聴覚の）刺激を受けた後に信号の変化を識別することによって、各チャネル２１に対応する刺激領域の機能を区別することができる。
例えば、聴覚区（聴覚エリア）Ｔ６は信号伝達処理区であり、視覚区Ｏ１は生命維持信号受信区である。

【0049】

図５を参照して本発明の実施形態の電極２１の分布図を説明する。図５に示すように、本実施形態では３２個の電極を示している。

【0050】

本実施形態では、上記の脳の伝達処理と生命維持状態の判定に基づき、左脳電極（Ｆ７、Ｆ３、ＦＴ７、ＦＣ３、Ｔ３、Ｃ３、ＴＰ７、ＣＰ３、Ｔ５、及びＰ３）と右脳電極（Ｆ４、Ｆ８、ＦＣ４、ＦＴ８、Ｃ４、Ｔ４、Ｃｐ４、ＴＰ８、Ｐ４及びＴ６）からの信号伝達と流れの方向を判断し、脳の各領域（エリア）の動作の伝達信号を取得する。

【0051】

すなわち、左脳電極（Ｆ７、Ｆ３、ＦＴ７、ＦＣ３、Ｔ３、Ｃ３、ＴＰ７、ＣＰ３、Ｔ５及びＰ３）と右脳電極（Ｆ４、Ｆ８、ＦＣ４、ＦＴ８、Ｃ４、Ｔ４、Ｃｐ４、ＴＰ８、Ｐ４及びＴ６）の脳波信号から２つずつの相関性を計算する。

【0052】

ここで、式１を使用して、３２個の電極とオーディオによって刺激される２１個の領域（エリア）のシステム方程式を表現する。
このうち、Ｆ（ｔ）はオーディオ（聴覚による）刺激であり、Ｘ_１～Ｘ_３２は３２個の電極２１のチャンネル信号であり、Ｇ１は関数であり、いずれかの電極２１のチャンネル信号によって変化することを示し、Ｕ_１～Ｕ_３２はチャンネル信号とは関係のない成分を表す。

【0053】

【0054】

本実施形態において、出力オーディオの基本周波数には、２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、及び８０Ｈｚが含まれる。

【0055】

ここでは、チャネル信号の２つずつの相関性を分析する方法について説明するが、この分析方法は、上述の第１のチャネル信号と第２のチャネル信号（簡潔にするために、ここでは単に「チャネル信号」と呼ぶ）に適用可能である。

【0056】

まず、チャネル信号は複数の時間変化周波数信号に変換される。
変換の方法は、例えば、式２に示すように短時間のフーリエ変換を行うことである。
このうち、s(t)はチャネル信号、w(t)は時間窓関数（time window function）である。

【0057】

【0058】

次に、時間変化周波数信号の位相の時系列は、式３の形式を持ち、ヒルベルト変換（Hilbert transform）を使用して決定され、式４が形成される。

【0059】

これらのうち、p.v.はコーシー主値（Cauchy principal value）、S(t)は解析信号、A(t)は瞬時振幅、φは瞬時位相である。

【0060】

【0061】

上記の処理の後、これらの時間変化周波数信号の２つずつの位相の同期率を解析する。
本実施形態では、位相同期指数（phase synchronization index，PSI）によって計算することができる。

【0062】

それぞれ位相φa(t)とφb(t)を持つ２つの結合高調波発振器(a、b)を考慮する。これ等の位相差は式５に示されている。
ここで、nとmは比であり、ここでは１に設定されている。

【0063】

【0064】

シャノンエントロピー（Shannon Entropy）は式６でSmax-ln(N)として定義さる。
ここで、Nは個数である。PSIは式７として定義される。

【0065】

ここで、

【0066】

【0067】

ここで、閾値を設定することができ、計算されたPSIが閾値を超える場合、それは高い位相同期率を示す。このため、位相同期率の高いチャネル信号を相関性が高い反応チャネルとして使用する。

【0068】

オーディオ信号の刺激に対する脳の反応を研究するために、本発明の実施形態では１５人の健康な被験者（男性１０人、女性５人）を対象に実験を行った。テストのプロセスは以下の３つの段階を経て行った。

【0069】

段階（Ｉ）：目を閉じて３分間休む。
段階（ＩＩ）：前述の脳動力オーディオ刺激のオーディオの生成方法を実行する。被験者は、周波数と強度等が変化するオーディオ信号の刺激を１２分間受ける。
段階（ＩＩＩ）：目を閉じて３分間休む。上記の試験過程を経て収集された脳波信号は、チャネル信号の２つずつの相関性が分析され、上記の出力オーディオが求められる。

【0070】

出力オーディオ（脳動力オーディオ）を探し出したら、脳動力オーディオの効果テストを行う。このプロセスには、次の３つの段階が含まれる。

【0071】

段階（Ｉ）：目を閉じて３分間休む。
段階（ＩＩ）：被験者に１８分間、脳を使ったオーディオ音楽（出力オーディオ）を与える。
段階（ＩＩＩ）：目を閉じて３分間休む。

【0072】

図６を参照して説明する。図６は本発明の実施形態によるオーディオ刺激を受けた被験者の睡眠レベルの概略図である。
睡眠レベルの判定は、米国の睡眠学会の判定基準AASM version 2.4に基づき、睡眠はＮ１、Ｎ２、Ｎ３の３層に分けられ、第３層目のＮ３が最も深い睡眠を意味する。

【0073】

睡眠レベル（Ｉ）「睡眠段階（Ｉ）ともいう。」では３分間目を閉じて覚醒状態にあり、１８０秒で段階（ＩＩ）に入り、脳動力のオーディオ音楽を聴き、３００秒で眠気を感じ始め、睡眠の第１層目（Ｎ１）に入る。

【0074】

５００秒で第２層の睡眠（Ｎ２）に入り、約５８０秒で第３層の睡眠（Ｎ３）に入った後、Ｎ２とＮ３が重なり、最後に脳力動力オーディオ音楽がオフになるまで深い睡眠Ｎ３に入る。

【0075】

以上のように、本発明の実施形態によれば、脳動力のオーディオ刺激のための音声生成装置は、特定の刺激目的を与えるための脳動力オーディオ信号を効率的に生成することができ、生成されたオーディオ信号を再生することで、脳に対して効果的に刺激を行うことができる。

【0076】

また、本発明の実施形態によれば、脳動力オーディオの刺激により、経頭蓋刺激療法とは異なる脳に対する刺激の方法を提供することができ、脳動力の活動を変化させて症状を改善し、脳動力を利用したオーディオ音楽療法を実現し得る。
このため、不眠症、不安、うつ病、心理的ストレス等の身体的又は心理的な不快感、又は片頭痛や認知症等の脳関連の問題を改善することができる。

【符号の説明】

【0077】

１ オーディオ再生装置
１１ 記憶媒体
１２ 処理回路
１３ 電気音響変換器
２ 脳波キャプチャー装置
２１ 電極
２２ 信号処理回路
２３ 第１の通信インターフェース
３ コンピューティング装置
３１ 第２の通信インターフェース
３２ 処理器
３３ メモリ
Ｓ２０１～Ｓ２１１ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】