JPH0595925A - 視覚誘発脳磁波測定装置用光刺激装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】漏洩磁束ノイズが十分に小さくしかも十分なコ
ントラストと明るさとをもつ任意のパターンを高速で点
滅させて被験者に掲示することにより、微小な視覚誘発
脳磁波を測定できるようにする。 【構成】漏洩磁束ノイズが十分に小さくしかも十分なコ
ントラストと明るさとをもつ任意のパターンを高速で点
滅させて被験者５に掲示できるようにするために、特定
の光刺激パターンを形成するように配列した複数の発光
素子から成り、被験者５に光刺激を与える光刺激パター
ン部２に対して、この光刺激パターン部２の光刺激パタ
ーンに対して反転したパターンを成すように配列し、光
刺激パターン部２の各発光素子と消費電流の等しい複数
の素子から成る反転パターン部４を設け、動作時におけ
る光刺激装置全体の消費電流を常に一定に維持するよう
に構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人間の脳から発生され
る微小な生体磁場である脳磁波のうち光刺激によって生
じる視覚誘発脳磁波を測定し、脳の機能の生理学的・基
礎医学的研究や解明、脳疾患の診療や治療等を行うのに
利用される脳磁波測定装置に用いられる光刺激装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に用いられてきた視覚誘発脳
磁波測定システムでは、ＴＶディスプレイを用いてパタ
ーンを掲示したり、ストロボライトの前方にパターンを
描いた色ガラス等を配置してパターンの点滅を掲示する
方法が採られてきた。しかしながら、頭皮上の電位差と
して直接測定される脳波と異なり、ノイズ特に磁束ノイ
ズに弱い脳磁波測定システムにおいては、ＴＶディスプ
レイやストロボライトでは画面の走査やランプの点滅に
よって発生する磁束ノイズが大きく実際上利用すること
ができない。

【０００３】この問題を解決するため、添付図面の図４
に示すように、磁束ノイズの源となるＴＶディスプレイ
や液晶ディスプレイ等の画像表示装置Ａを、脳磁波検出
コイルＢから離して配置し、それによって生じる画角の
低下を、レンズＣで拡大し、透過型のスライドスクリー
ンＤに投影して被験者に掲示するように構成した視覚誘
発脳磁波測定システムが提案された。しかし、この方法
では光刺激装置として必要である十分なコントラストを
もつパターンを掲示することは不可能であり、パターン
の照度が低く、またパターンの切替え時間も長く、従っ
て実用に供し得る光刺激装置を提供するに至っていな
い。

【０００４】従って、視覚誘発脳磁波用の光刺激装置と
して必要である十分なコントラストと明るさとをもつ光
刺激装置としては複数の発光素子を配列し、個々の発光
素子の点滅によってパターンを構成し、光刺激を行うの
が最適であると考えられ、この観点から従来提案されて
きた発光素子の点滅を利用してパターンを構成した光刺
激装置の従来例の一つを図５に示す。図５においてＥは
光刺激装置本体で、数個の点光源状の発光ダイオードＦ
を備え、これらの発光ダイオードＦは直接制御装置Ｇに
よって駆動される。またＨは脳磁波検出コイルである。

【０００５】また、特願平２− 99366号において発光パ
ターンを切換えながら光刺激を行うようにした光刺激装
置と、光刺激装置による光刺激に反応して誘発された信
号を処理する信号処理装置とを備えた光刺激誘発脳磁波
測定装置を提案し、この装置においては、光刺激装置
を、互いに密に配列し、相互に点灯される面発光パター
ンを構成する発光面をもつ多数の自己発光素子で構成
し、そして光刺激装置における各自己発光素子の発光タ
イミングを切換ることにより任意の発光パターンを形成
させるように構成されている。さらに、特願平２−2371
24号においては被験者の脳から発生される脳磁波を測定
し、脳の機能の生理学的・基礎医学的研究、解明、脳疾
患の診療や治療等を行うのに利用される脳磁波測定装置
の定位方法及び装置を提案し、この方法は、安静状態時
に被験者に外部から光、音等の刺激を与え、この刺激に
反応して被験者から生じる誘発脳磁波を測定し、こうし
て得られた情報と、被験者の解剖学的情報とに基いて位
置較正を行い脳磁波測定装置における被験者の患部の位
置を特定することから成り、そしてこの方法を実施する
装置として、被験者に光刺激信号を供給する光刺激装置
と、光刺激装置による刺激に反応して誘発された脳磁波
を測定し処理する装置と、被験者の脳の解剖的情報を測
定する手段とが設けられている。

【０００６】これらの先の特許出願及び第５回日本生体
磁気学会（1990年６月１〜２日）等において、視覚誘発
脳磁波測定装置における別個発光素子から成るパターン
リバーサル刺激の有効性が示された。パターンリバーサ
ル刺激は、正方形のパターンを碁盤の目状に配列し、市
松模様に交互に点灯させて行う光刺激であり、時間によ
って発光面全体の照度が変化せず、パターンの動きだけ
を被験者に掲示するものであり、視覚神経系の異状の診
断や、単純な視覚刺激に対する被験者の視覚情報処理系
を検証するには好適である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、視覚刺激に
用いるパターンや刺激方法により興奮させられる神経系
及び視覚皮質は異なることが知られており、そのため、
詳細な診断を下したり、人間のもつ高次の視覚情報処理
機構を研究したりするには、パターンリバーサル刺激以
外の図形や文字等の複雑なパターン刺激を用いて研究す
る必要性がある。しかしながら、これらの複雑なパター
ン刺激方法は一般的に先に提案したものにおいて用いら
れるパターンリバーサル刺激とは異なり、発光面の照度
が時間と共に大きく変化するため、図５に示すものや先
に提案したような発光素子により光パターンを掲示する
方法では、光刺激装置に流れる電流値が時間的に大きく
変化し、それに伴い表示装置から洩れる磁束の変化も大
きくなるため、超高感度の磁気センサである超伝導量子
干渉素子（SQUID ）を用いる生体磁気計測システムで
は、単純な点光源刺激を用いる場合を除いて、微小な視
覚誘発脳磁波を測定することが困難であるという問題が
ある。例えば図５に示すような従来の発光素子による光
刺激装置では、個々の発光ダイオードは点灯時に十数mA
の電流を消費するため、複雑なパターンを形成するため
に発光ダイオードの数を増やすと、点滅によって増減す
る消費電流が脳磁波検出コイルに影響を及ぼし、視覚誘
発脳磁波の測定が困難となる。

【０００８】そこで、本発明は、このような従来技術に
伴う問題点を解決して超高感度の脳磁波計測において必
要となる、漏洩磁束ノイズが十分に小さくしかも十分な
コントラストと明るさとをもつ任意のパターンを高速で
点滅させて被験者に掲示し微小な視覚誘発脳磁波を測定
できるようにした視覚誘発脳磁波測定装置用光刺激装置
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、光刺激装置
から漏洩する磁束ノイズのうち、直流成分に関しては測
定される視覚誘発脳磁波（一般に１〜1000Hzの周波数領
域にある）に影響を及ぼさないことに注目し、従ってこ
の点を考慮して、上記の目的を達成するため、本発明に
よる視覚誘発脳磁波測定装置用光刺激装置は、特定の刺
激パターンを形成するように配列した複数の発光素子か
ら成り、被験者に光刺激を与える光刺激パターン部と、
この光刺激パターン部の光刺激パターンに対して反転し
たパターンを成すように配列し、光刺激パターン部の各
発光素子と消費電流の等しい複数の素子から成る反転パ
ターン部とを有し、動作時における全体の消費電流を常
に一定に維持するように構成したことを特徴としてい
る。反転パターン部の各素子は好ましくは光刺激パター
ン部を構成している各発光素子と同じ発光素子から成る
ことができ、そして反転パターン部が被験者から見えな
い位置に位置決めされ得る。代わりに、反転パターン部
の各素子は光刺激パターン部を構成している各発光素子
と消費電流の等しい抵抗素子から成ることができる。

【００１０】

【作用】このように構成した本発明の光刺激装置におい
ては、被験者に光刺激を与える光刺激パターン部と、こ
の光刺激パターン部と反転パターン部とは互いに反転状
態で付勢され、すなわち光刺激パターン部における面状
発光体の各発光素子の点灯、消灯に応じて、反転パター
ン部における、光刺激パターンに対して反転したパター
ンをもちしかも各々発光素子と等しい消費電流の複数の
素子が消勢、付勢され、その結果、パターンの各位置に
おいては常に光刺激パターン部における発光素子及び反
転パターン部における素子のいずれか一方が付勢されて
いることになり、光刺激装置全体の消費電流はほぼ一定
となり、漏洩磁束ノイズの発生は抑制される。

【００１１】

【実施例】以下、添附図面の図１〜図３を参照して本発
明の実施例について説明する。図１には、本発明の一実
施例による光刺激装置を利用した視覚誘発脳磁波測定装
置の構成を概略的に示し、図示光刺激装置１は光刺激パ
ターン部２と遮光板３と反転パターン部４とから成り、
反転パターン部４は被験者５から見えないように遮光板
３の後側に配置されている。光刺激パターン部２及び反
転パターン部４はそれぞれ、各々15mm×15mmの角型外形
をもち発光面が14mm×14mmの大きさである緑色発光ダイ
オードを縦横各４個ずつ計16個を碁盤の目状にすなわち
行列を成して配列して構成されている。各発光ダイオー
ドは図示してない発光ダイオード駆動回路に接続されて
いる。図１において６は光刺激装置１から十分離れた位
置に設けられる制御装置で、光刺激パターン部２のそれ
ぞれの発光ダイオードの点滅が反転パターン部４におけ
る対応した位置の発光ダイオードと常に反転するように
光刺激装置１の動作を制御するようにされている。その
ため、この制御装置６は図２に示すように論理回路７
と、スイッチから成るパターン設定装置８と、パターン
の点滅時間を設定する矩形波発振回路９と、光刺激装置
１の各発光ダイオードに対する電源10とから構成され、
それぞれ図示したように接続されている。また11は脳磁
波検出用ＳＱＵＩＤシステムで、検出コイル12を備えて
いる。そして13は低域遮断フィルタ、高域遮断フィルタ
及び電源ラインノイズ遮断フィルタを備えたフィルタユ
ニット、14は加算平均−表示装置である。

【００１２】このように構成した図示装置の動作につい
て説明する。光刺激パターン部２のｉ行ｊ列の発光ダイ
オードをＤ_ijとし、これに対応した位置の反転パターン
部４における発光ダイオードをＤ_ij´とすると、動作中
のある瞬時には発光ダイオードＤ_ij及び発光ダイオード
Ｄ_ij´はどちらか一方のみが点灯するように構成されて
いるので、ｉ行ｊ列で指定される各部の消費電流Ｉijは
時間に関係なくほぼ一定であり、従って、それらの消費
電流Ｉ_ijの総和、すなわち電源10から光刺激装置１に給
電される電流Ｉ_D （Ｉ_D ＝ΣijＩ_ij）はほぼ直流とな
り、脳磁波検出用ＳＱＵＩＤシステム11の検出コイル12
には定常的な直流磁場が生じるだけである。この直流分
はフィルタユニット13における低域遮断フィルタで容易
に除去される。また、光刺激パターン部２及び反転パタ
ーン部４における発光ダイオードの点滅時に生じる過渡
的なスイッチングノイズに関してもフィルタユニット13
における高域遮断フィルタによって除去され得る。こう
してフィルタユニット13によって処理された信号は、制
御装置６における矩形波発振回路９からの同期信号を基
準にして加算平均−表示装置14で処理され、表示され
る。

【００１３】図示装置を用いて測定した視覚誘発脳磁波
の測定例を図３に示す。この場合光刺激としては図１に
斜線を施して示す光刺激パターン部２における中央部の
四つの発光ダイオードを同時に500msec 点灯、500msec
消灯の周期出点滅を繰返し、周囲の残りの12個の発光ダ
イオードは常時消灯状態として、正方形のパターンの点
滅を用い、四つの各発光ダイオードの明るさは50Cd/m²
となるように調整し測定室を消灯して計測した。そして
被験者５の目と光刺激装置１の光刺激パターン部２との
距離を50cmとし、右目単眼による左半側視野刺激とし
た。検出コイル12には２次微分型のグラジオメータを用
い、そして被験者５の後頭突起の上５cmを原点とし、水
平方向をＸ軸とした座標系で頭皮に沿って（＋２cm、＋
２cm）の点で頭皮に垂直に出てくる磁場を測定した。こ
うして測定した信号はフィルタユニット13における0.3
〜100Hz の帯域通過フィルタ及び電源ラインノイズ遮断
用フィルタに通し、そして加算平均−表示装置14に送
り、200 回加算平均して、信号−ノイズ比を改善した。

【００１４】ところで、図示実施例では、反転パターン
部４は光刺激パターン部２と同じ発光ダイオードを用い
て構成しているが、反転パターン部４は必ずしも発光ダ
イオードで構成する必要は無く、光刺激パターン部２を
構成している各発光ダイオードと消費電流の等しい抵抗
等の別の素子で置き換えることもでき、その場合、遮光
板３は省略できる。また図２に示す装置の回路構成にお
いて、制御装置６における論理回路７は、消費電流が光
刺激装置１における光刺激パターン部２や反転パターン
部４の消費電流に比べて桁違いに少ないので、光刺激装
置１に設けることもできる。さらに、図示光刺激装置に
おいては、光刺激パターン部２及び反転パターン部４の
それぞれを構成している発光ダイオードの数は16個に限
定されるものではなく、16個以上の発光ダイオードを用
いることもでき、その場合発光ダイオードの数を増やし
てもパターンの点滅に応じた消費電流の変化は生じない
ので、文字のような複雑なパターンを形成することも可
能となる。さらにまた、光刺激パターン部２を構成して
いる発光ダイオードの色、点滅時間等を変化させること
によって、刺激色による視覚誘発脳磁波の違いや、複雑
な色パターン刺激、刺激周波数依存性等の研究にも利用
することができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
光刺激装置においては、光刺激パターン部に対して反転
動作する反転パターン部を設け、光刺激装置全体として
の消費電流が常に一定となるように構成しているので、
光刺激装置に流れる電流値が時間的に大きく変化するこ
とがなく、それにより視覚誘発脳磁波測定装置は磁場の
変化の影響を実質的に受けずに微小な視覚誘発脳磁波で
も測定することができ、漏洩磁束ノイズの極めて少ない
光刺激装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す概略線図。

【図２】 図１の装置の回路構成の一例を示す概略ブロ
ック線図。

【図３】 図１に示す装置を用いて検出した、緑色正方
形点滅刺激による視覚誘発脳磁波の測定例を示すグラ
フ。

【図４】 従来技術の一例を示す概略線図。

【図５】 従来技術の別の例を示す概略線図。

【符号の説明】

１：光刺激装置 ２：光刺激パターン部 ３：遮光板 ４：反転パターン部 ５：被験者 ６：制御装置 ７：論理回路 ８：パターン設定装置 ９：矩形波発振回路 10：電源 11：脳磁波検出用ＳＱＵＩＤシステム 12：検出コイル 13：フィルタユニット 14：加算平均−表示装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被験者の脳から発生される微小な生体磁
   場である脳磁波のうち光刺激によって生じる視覚誘発脳
   磁波を測定する装置に用いられる光刺激装置において、
   特定の光刺激パターンを形成するように配列した複数の
   発光素子から成り、被験者に光刺激を与える光刺激パタ
   ーン部と、この光刺激パターン部の光刺激パターンに対
   して反転したパターンを成すように配列し、光刺激パタ
   ーン部の各発光素子と消費電流の等しい複数の素子から
   成る反転パターン部とを有し、動作時における全体の消
   費電流を常に一定に維持するように構成したことを特徴
   とする視覚誘発脳磁波測定装置用光刺激装置。
2. 【請求項２】 反転パターン部の各素子が光刺激パター
   ン部を構成している各発光素子と同じ発光素子から成
   り、そして反転パターン部が被験者から見えない位置に
   位置決めされている請求項１に記載の視覚誘発脳磁波測
   定装置用光刺激装置。
3. 【請求項３】 光刺激パターン部と反転パターン部とが
   遮光板を介して前後に配置されている請求項２に記載の
   視覚誘発脳磁波測定装置用光刺激装置。
4. 【請求項４】 反転パターン部の各素子が光刺激パター
   ン部を構成している各発光素子と消費電流の等しい抵抗
   素子から成る請求項１に記載の視覚誘発脳磁波測定装置
   用光刺激装置。