脑活动训练装置以及脑活动训练系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种使用脑功能成像法的脑活动训练装置W及脑活动训练系统。
【背景技术】
[0002] (生物标记物度iomarker))
[0003] 将为了定量地掌握生物体内的生物学变化而将生物体信息数值化、定量化得到的 指标称为"生物标记物"。
[0004] 抑A(美国食品药品局）将生物标记物定位为"作为正常生理、病理生理或者对 治疗的药理学反应的指标来客观地测定、评价的项目"。另外，对疾病的状态、变化或治愈 的程度赋予特征的生物标记物被用作用于确认新药在临床试验中的有效性的替代标记物 (surrogatemarker)。血糖值和胆固醇值等是作为生活习惯病的指标而具有代表性的生物 标记物。不仅包括尿或血液中包含的来自生物体的物质，还包括屯、电图、血压、PET图像、骨 密度、肺功能等。另外，通过基因组分析（genomicanalysis)和蛋白质组分析（proteome analysis)的不断进步，发现了与DNA、RNA或生物体蛋白等相关联的各种生物标记物。
[0005] 关于生物标记物，不仅期待其应用于患病后的治疗效果的测定，还期待其作为用 于防疾病于未然的日常指标来应用于疾病的预防，并且期待其在选择避免副作用的有效的 治疗方法的个别化医疗中的应用。
[0006] 但是，在神经/精神疾病的情况下，尽管还对从生物化学或分子遗传学的观点来 看能够用作客观指标的分子标记物等进行了研究，但是处于应该称为探讨阶段的状况。
[0007] 另一方面，也有对如下的疾病判定系统等的报告：使用NIRSWear-in化aRed Spectroscopy:近红外光谱）技术，根据通过生物体光测量而测量出的血红蛋白信号的特 征量，来对精神分裂症（schizop虹enia)、抑郁症等精神疾病进行分类（专利文献1)。
[0008] (实时神经反馈巧ealTime化urofeeclback))
[0009] 例如，W往对于作为神经症的一个类型的强迫性障碍的bsessive-Compulsive Disorder:0CD)，作为其治疗方法，已知药物疗法和行为疗法。作为药物疗法，例如使用选择 性血清素再摄取抑制剂，作为行为疗法，已知将暴露法与反应阻止法结合而成的暴露反应 阻止法等。
[0010] 另一方面，作为神经/精神疾病的情况下的一种可能的治疗方法，探讨了实时神 经反馈法。
[0011] W利用核磁共振成像法（MRI:Ma即eticResonanceImaging)将与人脑的的 活动相关联的血流动态反应视觉化的方法、即功能性磁共振成像法（fMRI:化nctional MagneticResonanceImaging)为首的脑功能成像法用于检测因感觉刺激或执行认知任务 引起的脑活动与静息态或因执行对照任务引起的脑活动之间的不同来确定与所关屯、的脑 功能的构成要素对应的脑活化区域、即明确脑的功能定位。
[0012] 近年来，有对使用功能性磁共振成像法（fMRI)等脑功能成像法的实时神经反馈 技术的报告（非专利文献1)。实时神经反馈技术作为神经疾病、精神疾病的治疗方法开始 受到关注。
[0013] 神经反馈是生物反馈的一种，受验者通过接受与自身的脑活动有关的反馈来学习 操作脑活动的方法。
[0014] 例如有W下报告：当利用fMRI测量前扣带回的活动并将其实时地作为火焰的大 小反馈给患者来使患者努力减小火焰时，中枢性的慢性疼痛既实时地得到改善而且也长期 地得到改善（参照非专利文献2)。
[001引（静息态fMRU
[0016] 另外，在最近的研究中，获知了静息态的脑也在活跃地进行活动。也就是说，脑内 存在一种在脑的主动活动时镇静化、在脑休息时活跃地兴奋的神经细胞群。该神经细胞群 在解剖学上主要位于左右的大脑相接合的内侧面、即前额叶内侧面、后扣带回、模前叶、顶 叶联合区的后半部、颠中回等。表示该静息态的基线脑活动的区域被命名为默认模式网络 值efaultMode化twork:DMN)，作为一个网络而同步地活动（参照非专利文献3)。
[0017] 例如，作为正常人与精神疾病患者的脑活动不同的例子，能够列举出默认模式网 络中的脑活动。默认模式网络是指在静息状态下能够观察到比正在执行目标指向性的任务 时更活跃的脑活动的部位。做出过W下报告：与正常人相比，在精神分裂症、老年痴呆症等 疾病的患者的该默认模式网络中能够观察到异常。例如，有W下报告等：在静息状态下，精 神分裂症患者的属于默认模式网络的后扣带回皮质与外侧顶叶皮质、内侧前额叶皮质或小 脑皮质之间的活动的相关性下降。
[0018] 但是，处于W下状况：运种默认模式网络与认知功能的关系如何W及运种脑区域 之间的功能性连接的相关性与上述的神经反馈之间的关联等未必明确。
[0019] 另一方面，通过观察多个脑区域之间因任务等的不同引起的活动的相关关系 的变化，来评价运些脑区域间的功能性连接（化nctionalconnectivity)。特别是，静 息态下的通过fMRI得到的功能性连接的评价也被称为静息态功能连接MRI(rs-fcMRI: resting-statefunctionalconnectivityMRI)，也逐渐进行W各种神经/精神疾病为对 象的临床研究。但是，W往的rs-fCMRI法用于观察如上所述那样的默认模式网络之类的全 局性神经网络的活动，处于不能说对更详细的功能性连接进行了充分研究的状况。
[0020] (DecNef法：Decoded化uroFeeclback法）
[0021] 另一方面，近年来，有对被称为解码神经反馈法值ec化f法）的新类型的神经反馈 法的报告（非专利文献4)。
[0022] 人的感觉和知觉系统根据环绕周围的环境而始终变化。运种变化大半是在发育早 期的被确定的阶段、即被称为"临界期"的时期发生。但是，即使是成人，也W能够适应周边 环境的重要变化的程度保持着感觉和知觉系统的可塑性。例如，做出过W下报告：成人通过 接受使用特定的知觉刺激的训练或者被暴露于特定的知觉刺激下，其训练任务的成绩或对 知觉刺激的灵敏度提高，并且，其训练结果会维持几个月到几年（例如参照非专利文献5)。 运种变化被称为知觉学习，确认出运种变化在所有感官即视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉上均 会发生。
[0023] 在DecNef法中，不是对受验者直接施加作为学习对象的刺激，而是检测脑的活 动，并且对脑活动进行解码，只将与期望的脑活动之间的近似度反馈给受验者，由此能够进 行"知觉学习"。
[0024](核磁共振成像法）
[00巧]简单地说明运种核磁共振成像法则如下。
[0026] 旨P，W往W来，在人的临床成像诊断等中使用利用对于生物体中的原子、特别是氨 原子的原子核的核磁共振现象的核磁共振成像法来作为对生物体的脑或全身的断面进行 成像的方法。
[0027] 核磁共振成像法在应用于人体的情况下，与同样是人体内断层成像法的"X射线 CT"相比，例如存在如下的特征。
[0028] (1)能够得到与氨原子的分布及其信号弛豫时间（反映原子结合的强度）对应的 浓度的图像。因此，呈现出与组织的特性差异相应的浓淡，从而易于观察组织的不同。
[0029] (2)磁场不会被骨骼吸收。因此，易于观察被骨骼包围的部位（头烦内、脊髓等）。
[0030] (3)不会像X射线那样对人体有害，因此能够广泛地有效利用。
[0031] 运种核磁共振成像法利用人体的各细胞中含有量最多的、且具有最大磁性的氨原 子核（质子）的磁特性。承担氨原子核的磁性的自旋角动量的磁场内的运动在古典意义上 被比喻为巧螺的进动。
[0032] 下面，为了说明本发明的背景，W该直观的古典模型（classicalmodel)来简单地 总结核磁共振的原理。
[0033] 如上所述的氨原子核的自旋角动量的方向（巧螺的自转轴的方向）在没有磁场的 环境中朝向随机的方向，但是若施加静磁场，则会朝向磁力线的方向。
[0034] 当在该状态下进一步叠加振动磁场时，若该振动磁场的频率是根据静磁场的强度 决定的共振频率fo= 丫B0/2 ( 丫 ：物质所固有的系数），则通过共振而在原子核侧能量发 生移动，磁化矢量的方向发生变化（进动变大）。当在该状态下切断振动磁场时，进动退回 倾斜角度来逐渐恢复为在静磁场中的方向。通过从外部利用天线线圈探测该过程，能够得 到NMR信号。
[003引在静磁场的强度为BO(T)时，在氨原子的情况下运种共振频率fO为 42.SXBO(MHz)。
[0036] 并且，在核磁共振成像法中，还能够利用与血流量的变化相应地在被检测的信号 中出现变化运一情况，来将对于外部刺激等的脑的活动部位视觉化。将运种核磁共振成像 法特别称为fMRI(functionalMRU。
[0037] 在fMRI中，作为装置，使用在通常的MRI装置中进一步配备fMRI测量所需的硬件 和软件的装置
[003引在此，血流量的变化对NMR信号强度带来变化是由于血液中的氧合血红蛋白与脱 氧血红蛋白的磁特性不同。氧合血红蛋白有抗磁性体的特性，对周围存在的水的氨原子的 弛豫时间没有影响。与此相对，脱氧血红蛋白是顺磁性体，改变周围的磁场。因而，当脑受 到刺激而局部血流增大、氧合血红蛋白增加时，能够检测其变化量来作为MRI信号。作为对 受验者的刺激，例如使用视觉上的刺激或听觉上的刺激、或者规定的任务（task)的执行等 (例如专利文献2)。
[0039] 在此，在脑功能研究中，通过测定与微小静脉或毛细血管中的红细胞中的脱氧血 红蛋白的浓度减少的现象度OLD效应）对应的、氨原子的核磁共振信号（MRI信号）的上升， 来进行脑的活动的测定。
[0040] 特别是，在关于人的运动功能的研究中，一边使受验者进行某些运动，一边通过上 述MRI装置测定脑的活动。
[00川另外，在人的情况下，需要无创性的脑活动测量，在该情况下，能够从fMRI数据中 提取出更详细的信息的解码技术发展起来（例如非专利文献6)。特别是，fMRIW脑中的像 素（volumetricpixel:voxel(体素））为单位对脑活动进行分析，由此能够根据脑活动的 空间图案来估计刺激输入和识别状态。因此，运种解码技术对于针对知觉学习的任务的应 用即为上述的DecNef法。
[0042] 专利文献1 :日本再表2006-132313号公报
[004引专利文献2 :日本特开2011-000184号公报
[0044] 非专利文献 1 :化kolausWeiskopf，"Real-timefMRIanditsapplicationto neurofeedback"，化urolmage62(2012)682-692
[0045] 非专利文献 2 :deOia;rmsRC,MaedaF,Glover細etal,"Controlover brainactivationandpainlearnedbyusingreal-timefunctionalMRI"，ProcNatl AcadSciUSA102(51),18626-18631,2005
[0046] 非专利文献 3:RaichleME,MacleodAM,SnyderAZ,etal."Adefaultmode ofbrainfunction",Proc化tlAcadSciUSA98(2),676-682,2001
[0047] 非专利文献 4:Kazuhisa化ibata,!"akeoWatan油e,化kaSasaki,Mitsuo Kawato,PerceptualLearningInceptedbyDecodedfMRINeurofeedbackWithout StimulusPresentation"，SCIENCEVOL3349DECEMB邸 2011
[0048] 非专利文献 5 :T.Watan油e,J.E.NanezSr,S.Koyama,I.M址ai,J.Liederman andY.Sasaki:Greaterplasticityinlower-levelthanhigher-levelvisual motionprocessinginapassiveperceptuallearningta