腦活動(dòng)測(cè)定裝置以及腦活動(dòng)測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種腦活動(dòng)測(cè)定裝置W及腦活動(dòng)測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，作為利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR)等計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG)技術(shù)進(jìn)行訓(xùn)練的訓(xùn)練系 統(tǒng)，存在一種一邊測(cè)定被訓(xùn)練者的生物體反應(yīng)一邊進(jìn)行訓(xùn)練的系統(tǒng)（例如，參照日本特開 2004-294593號(hào)公報(bào)（W下稱為"巧93號(hào)文獻(xiàn)"。）、日本特開2007-264055號(hào)公報(bào)（W 下稱為"' 055號(hào)文獻(xiàn)"。））。在該'593號(hào)文獻(xiàn)所公開的訓(xùn)練輔助裝置中，利用近紅外光 檢測(cè)腦的活動(dòng)區(qū)域來作為被訓(xùn)練者的生物體反應(yīng)，幫助有障礙的被訓(xùn)練者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練 巧eh油ilitation)和表象訓(xùn)練（ImageTraining)。在該訓(xùn)練輔助裝置中，測(cè)定正在進(jìn)行作 為訓(xùn)練而布置的計(jì)算課題或記憶課題等的被訓(xùn)練者的腦的活動(dòng)區(qū)域，在訓(xùn)練結(jié)束后確認(rèn)訓(xùn) 練的效果。另外，在'055號(hào)文獻(xiàn)中，公開了如下的訓(xùn)練系統(tǒng)：根據(jù)訓(xùn)練中的被訓(xùn)練者的生物 體反應(yīng)來使訓(xùn)練方案始終最佳。
[0003] 將像運(yùn)樣通過科學(xué)方式獲取原本無法感知的生理學(xué)上的指標(biāo)并W能夠使對(duì)象者 感覺到的方式反饋給對(duì)象者來控制體內(nèi)狀態(tài)的技術(shù)稱為"生物反饋化io-fee化ack)"。W 往的生物反饋雖然存在使用脈搏和呼吸等生物體信息的情況，但是主要是將來自人的基于 腦波的輸出轉(zhuǎn)換為圖像和聲音等能夠通過視覺聽覺等來感知的形態(tài)后反饋。由于能夠?qū)崟r(shí) 地獲知腦波的狀態(tài)，因此運(yùn)是一種有助于自己控制腦波的狀態(tài)的技術(shù)。
[0004] 另外，人的感覺和知覺系統(tǒng)根據(jù)環(huán)繞周圍的環(huán)境而始終變化。運(yùn)種變化大半是在 發(fā)育早期的被確定的階段、即被稱為"臨界期"的時(shí)期發(fā)生。但是，即使是成人，也W能夠適 應(yīng)周邊環(huán)境的重要變化的程度保持著感覺和知覺系統(tǒng)的可塑性。例如，由Watanabe等人 做出了如下的報(bào)告：成人通過接受使用特定的知覺刺激的訓(xùn)練或者被暴露于特定的知覺刺 激下，其訓(xùn)練課題的成績(jī)或?qū)χX刺激的靈敏度提高，并且，其訓(xùn)練結(jié)果會(huì)維持幾個(gè)月到幾 年（T.Watanabe,J.E.NanezSr,S.Koyama,I.Mukai,J.LiedermanandY.Sasaki:Greater plasticityinlower-levelthanhigher-levelvisualmotionprocessingina passiveperceptuallearningtask.NatureNeuroscience, 5, 1003-1009, 2002.)。運(yùn)種 變化被稱為知覺學(xué)習(xí)，確認(rèn)出運(yùn)種變化在所有感官即視覺、聽覺、嗅覺、味覺W及觸覺上均 會(huì)發(fā)生。 陽(yáng)0化]由N化olausWeiskopf做出了在運(yùn)種生物反饋中應(yīng)用功能性核磁共振成像法 (fMRI:functionalMa即eticResonanceImaging)的報(bào)告，該功能性核磁共振成像法 是W下方法：不是將腦波視覺化，而是利用核磁共振成像法（MRI:MagneticResonance Imaging)將與人腦的活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的血流動(dòng)態(tài)反應(yīng)視覺化（化kolausWeiskopf,"Real-time fMRIanditsapplicationtoneurofeeclback",Neuroimage62(2012)682-692)。并 且，特別是由化ibata等人做出了如下報(bào)告：在運(yùn)種方法中，不是對(duì)受驗(yàn)者直接施加 作為學(xué)習(xí)對(duì)象的刺激，而是檢測(cè)腦的活動(dòng)，并且對(duì)腦活動(dòng)進(jìn)行解碼，只將與期望的腦活 動(dòng)之間的近似度反饋給受驗(yàn)者，由此能夠進(jìn)行"知覺學(xué)習(xí)"化az化isa化ibata,化keo Watanabe, Yuka Sasaki, Mitsuo Kawato, "Perceptual Learning Incepted by Decoded fMRI化urofeeclback Without Stimulus Presentation", SCIENCE VOL 3：M 9 DECEMB邸 2011.)。將運(yùn)種生物反饋的方法稱為解碼神經(jīng)反饋法值ec化f法：Decoded化uroFee化ack 法）。
[0006] 簡(jiǎn)單地說明運(yùn)種核磁共振成像法則如下。
[0007] 即，W往W來，在人的臨床成像診斷等中使用利用對(duì)于生物體中的原子、特別是氨 原子的原子核的核磁共振現(xiàn)象的核磁共振成像法來作為對(duì)生物體的腦或全身的斷面進(jìn)行 成像的方法。
[0008] 核磁共振成像法在應(yīng)用于人體的情況下，與同樣是人體內(nèi)斷層成像法的"X射線 CT"相比，例如存在如下的特征。
[0009] (1)能夠得到與氨原子的分布及其信號(hào)弛豫時(shí)間（反映原子結(jié)合的強(qiáng)度）對(duì)應(yīng)的 濃度的圖像。因此，呈現(xiàn)出與組織的性質(zhì)差異相應(yīng)的濃淡，從而易于觀察組織的不同。
[0010] (2)磁場(chǎng)不會(huì)被骨骼吸收。因此，易于觀察被骨骼包圍的部位（頭煩內(nèi)、脊髓等）。
[0011] (3)不會(huì)像X射線那樣對(duì)人體有害，因此能夠廣泛地有效利用。
[0012] 運(yùn)種核磁共振成像法利用人體的各細(xì)胞中含有最多的、且具有最大磁性的氨原子 核（質(zhì)子）的磁性質(zhì)。承擔(dān)氨原子核的磁性的自旋角動(dòng)量的磁場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)在古典意義上被 比喻為巧螺的進(jìn)動(dòng)。
[0013] 下面，為了說明本發(fā)明的背景，W該直觀的古典模型（classicalmodel)來簡(jiǎn)單地 總結(jié)核磁共振的原理。
[0014] 如上所述的氨原子核的自旋角動(dòng)量的方向（巧螺的自轉(zhuǎn)軸的方向）在沒有磁場(chǎng)的 環(huán)境中朝向隨機(jī)的方向，但是若施加靜磁場(chǎng)，則會(huì)朝向磁力線的方向。
[0015] 當(dāng)在該狀態(tài)下進(jìn)一步疊加振動(dòng)磁場(chǎng)時(shí)，若該振動(dòng)磁場(chǎng)的頻率是根據(jù)靜磁場(chǎng)的強(qiáng)度 決定的共振頻率f〇= 丫B0/2 31 ( 丫 ：物質(zhì)所固有的系數(shù)），則通過共振而在原子核側(cè)能量發(fā) 生移動(dòng)，磁化矢量的方向發(fā)生變化（進(jìn)動(dòng)變大）。當(dāng)在該狀態(tài)下切斷振動(dòng)磁場(chǎng)時(shí)，進(jìn)動(dòng)退回 傾斜角度來逐漸恢復(fù)為在靜磁場(chǎng)中的方向。通過從外部利用天線線圈探測(cè)該過程，能夠得 到NMR信號(hào)。
[0016] 在靜磁場(chǎng)的強(qiáng)度為B0燈）時(shí)，在氨原子的情況下運(yùn)種共振頻率fO為 42. 6XB0(MHz)。
[0017] 并且，在核磁共振成像法中，還能夠利用與血流量的變化相應(yīng)地在被檢測(cè)的信號(hào) 中出現(xiàn)變化運(yùn)一情況，來將對(duì)于外部刺激等的腦的活動(dòng)部位視覺化。將運(yùn)種核磁共振成像 法特別稱為fMRI。
[0018] 在fMRI中，作為裝置，使用在通常的MRI裝置中進(jìn)一步配備fMRI測(cè)量所需的硬件 和軟件的裝置。
[0019] 在此，血流量的變化對(duì)NMR信號(hào)強(qiáng)度帶來變化是利用了W下情況：血液中的氧合 血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的磁性質(zhì)是不同的。氧合血紅蛋白有抗磁性體的性質(zhì)，對(duì)周圍存 在的水的氨原子的弛豫時(shí)間沒有影響，與此相對(duì)，脫氧血紅蛋白是順磁性體，改變周圍的磁 場(chǎng)。因而，當(dāng)腦受到刺激而局部血流增大、氧合血紅蛋白增加時(shí)，能夠檢測(cè)其變化量來作為 MRI信號(hào)。在日本特開2011-000184號(hào)公報(bào)中公開了：作為對(duì)受驗(yàn)者的刺激，例如使用視覺 上的刺激或聽覺上的刺激、或者規(guī)定的課題（任務(wù)）的執(zhí)行等。
[0020] 在此，在腦機(jī)能研究中，通過測(cè)定與微小靜脈和毛細(xì)血管中的紅細(xì)胞中的脫氧血 紅蛋白的濃度減少的現(xiàn)象度OLD效應(yīng)）對(duì)應(yīng)的、氨原子的核磁共振信號(hào)（MRI信號(hào)）的上升， 來進(jìn)行腦的活動(dòng)的測(cè)定。
[0021] 特別是，在關(guān)于人的運(yùn)動(dòng)機(jī)能的研究中，一邊使受驗(yàn)者進(jìn)行某些運(yùn)動(dòng)，一邊通過上 述MRI裝置測(cè)定腦的活動(dòng)。作為由上述受驗(yàn)者進(jìn)行的動(dòng)作（任務(wù)），例如可考慮物體的抓握 運(yùn)動(dòng)等，通過由受驗(yàn)者抓住抓握力檢測(cè)裝置的檢測(cè)部，來一邊檢測(cè)作用于該抓握力檢測(cè)裝 置的力，一邊通過上述MRI裝置測(cè)定受驗(yàn)者進(jìn)行上述抓握運(yùn)動(dòng)時(shí)的腦活動(dòng)。
[00巧另外，在人的情況下，需要無創(chuàng)性的腦活動(dòng)測(cè)量，在該情況下，能夠從fMRI數(shù)據(jù)中 提取出更詳細(xì)的信息的解碼技術(shù)發(fā)展起來（KamitaniY,TongF.Decodingthevisualand subjectivecontentsofthehumanbrain.化tNeurosci. 2005;8:679-85.)。運(yùn)種解碼 技術(shù)對(duì)于針對(duì)知覺學(xué)習(xí)的任務(wù)的應(yīng)用即為上述的DecNef法。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)似]發(fā)巧要解決的間顆
[0024] 但是，在如上所述的DecNef法中，不僅需要實(shí)時(shí)地或W接近實(shí)時(shí)的狀態(tài)對(duì)通過功 能性核磁共振成像法測(cè)量的腦活動(dòng)的變化進(jìn)行解碼，例如還需要將一邊反饋解碼所得到的 結(jié)果一邊實(shí)施運(yùn)樣的任務(wù)經(jīng)多日地分多次進(jìn)行。在該情況下，例如，每次受驗(yàn)者的頭相對(duì)于 裝置的位置和方向未必都是一致的。但是，為了將經(jīng)多日的任務(wù)經(jīng)多次正確地進(jìn)行，需要每 次都能夠再現(xiàn)性良好地獲取來自MRI裝置的測(cè)定信號(hào)。
[00巧]另外，MRI裝置是基本上用于醫(yī)療用途的裝置，還存在W下作業(yè)混合運(yùn)用的可能 性：在設(shè)置于某個(gè)機(jī)關(guān)的情況下，由該機(jī)關(guān)的檢查技師等對(duì)患者進(jìn)行與患者的隱私直接相 關(guān)的檢查；由其它機(jī)關(guān)的醫(yī)師或研究者還實(shí)驗(yàn)性地使用或者W檢查或治療用途來使用。在 運(yùn)種情況下，需要謀求保護(hù)運(yùn)樣的各患者的隱私來進(jìn)行該裝置的運(yùn)營(yíng)。
[00%] 另外，在運(yùn)樣的其它機(jī)關(guān)的醫(yī)師或研究者利用MRI裝置的情況下，還存在W下情 況：僅利用MRI裝置中原本配備的計(jì)算機(jī)等未必能夠進(jìn)行作業(yè)，需要使用運(yùn)種原本的計(jì)算 機(jī)W外的其它計(jì)算機(jī)設(shè)備來進(jìn)行作業(yè)。但是，在運(yùn)種情況下也需要設(shè)為如下的系統(tǒng)：通過其 它計(jì)算機(jī)設(shè)備也能夠穩(wěn)定地獲取從MRI裝置獲取的數(shù)據(jù)，并且，運(yùn)種其它設(shè)備的影響不波 及到原本的計(jì)算機(jī)。
[0027] 本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而完成的，其目的在于提供一種在分多次進(jìn)行 的利用功能性核磁共振成像法的測(cè)量中能夠嚴(yán)格地保證測(cè)定的再現(xiàn)性的腦活動(dòng)測(cè)定裝置 W及腦活動(dòng)測(cè)定方法。
[0028] 本發(fā)明的其它目的在于提供一種即使在由多個(gè)操作主體進(jìn)行運(yùn)營(yíng)的情況下也能 夠穩(wěn)定地運(yùn)營(yíng)且能夠謀求患者隱私的保護(hù)的腦活動(dòng)測(cè)定裝置W及腦活動(dòng)測(cè)定方法。 陽(yáng)0巧]用于解決間顆的方案
[0030] 在本發(fā)明的一個(gè)方面中，腦活動(dòng)測(cè)定裝置探測(cè)來自受驗(yàn)者的、由核磁共振引起的 檢測(cè)信號(hào)，來生成被測(cè)定對(duì)象的斷層圖像。該腦活動(dòng)測(cè)定裝置具備：靜磁場(chǎng)施加裝置，其用 于對(duì)被測(cè)定對(duì)象施加靜磁場(chǎng)；傾斜磁場(chǎng)施加裝置，其用于對(duì)被測(cè)定對(duì)象施加W使檢測(cè)信號(hào) 具有在被測(cè)定對(duì)象的所選擇的斷面內(nèi)發(fā)出檢測(cè)信號(hào)的原子核的位置信息的方式調(diào)制后的 磁場(chǎng)；電磁波發(fā)送接收裝置，其用于對(duì)被測(cè)定對(duì)象施加電磁波，探測(cè)來自被測(cè)定對(duì)象的檢測(cè) 信號(hào)；斷層攝影控制裝置，其用于向電磁波發(fā)送接收單元提供電磁波，接收檢測(cè)信號(hào)來生成 針對(duì)切片的斷層