脑活动测定装置以及脑活动测定方法

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脑活动测定装置以及脑活动测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种脑活动测定装置W及脑活动测定方法。
【背景技术】
[0002] 近年来,作为利用虚拟现实(VR)等计算机图形学(CG)技术进行训练的训练系 统,存在一种一边测定被训练者的生物体反应一边进行训练的系统(例如,参照日本特开 2004-294593号公报(W下称为"巧93号文献"。)、日本特开2007-264055号公报(W 下称为"' 055号文献"。))。在该'593号文献所公开的训练辅助装置中,利用近红外光 检测脑的活动区域来作为被训练者的生物体反应,帮助有障碍的被训练者进行康复训练 巧eh油ilitation)和表象训练(ImageTraining)。在该训练辅助装置中,测定正在进行作 为训练而布置的计算课题或记忆课题等的被训练者的脑的活动区域,在训练结束后确认训 练的效果。另外,在'055号文献中,公开了如下的训练系统:根据训练中的被训练者的生物 体反应来使训练方案始终最佳。
[0003] 将像运样通过科学方式获取原本无法感知的生理学上的指标并W能够使对象者 感觉到的方式反馈给对象者来控制体内状态的技术称为"生物反馈化io-fee化ack)"。W 往的生物反馈虽然存在使用脉搏和呼吸等生物体信息的情况,但是主要是将来自人的基于 脑波的输出转换为图像和声音等能够通过视觉听觉等来感知的形态后反馈。由于能够实时 地获知脑波的状态,因此运是一种有助于自己控制脑波的状态的技术。
[0004] 另外,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,由Watanabe等人 做出了如下的报告: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,其训练课题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(T.Watanabe,J.E.NanezSr,S.Koyama,I.Mukai,J.LiedermanandY.Sasaki:Greater plasticityinlower-levelthanhigher-levelvisualmotionprocessingina passiveperceptuallearningtask.NatureNeuroscience, 5, 1003-1009, 2002.)。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W及触觉上均 会发生。 阳0化]由N化olausWeiskopf做出了在运种生物反馈中应用功能性核磁共振成像法 (fMRI:functionalMa即eticResonanceImaging)的报告,该功能性核磁共振成像法 是W下方法:不是将脑波视觉化,而是利用核磁共振成像法(MRI:MagneticResonance Imaging)将与人脑的活动相关联的血流动态反应视觉化(化kolausWeiskopf,"Real-time fMRIanditsapplicationtoneurofeeclback",Neuroimage62(2012)682-692)。并 且,特别是由化ibata等人做出了如下报告:在运种方法中,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"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.)。将运种生物反馈的方法称为解码神经反馈法值ec化f法:Decoded化uroFee化ack 法)。
[0006] 简单地说明运种核磁共振成像法则如下。
[0007] 即,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。
[0008] 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。
[0009] (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,呈现出与组织的性质差异相应的浓淡,从而易于观察组织的不同。
[0010] (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)。
[0011] (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。
[0012] 运种核磁共振成像法利用人体的各细胞中含有最多的、且具有最大磁性的氨原子 核(质子)的磁性质。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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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f〇= 丫B0/2 31 ( 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。
[0016] 在静磁场的强度为B0灯)时,在氨原子的情况下运种共振频率fO为 42. 6XB0(MHz)。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 在此,血流量的变化对NMR信号强度带来变化是利用了W下情况:血液中的氧合 血红蛋白与脱氧血红蛋白的磁性质是不同的。氧合血红蛋白有抗磁性体的性质,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。在日本特开2011-000184号公报中公开了: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、或者规定的课题(任务)的执行等。
[0020] 在此,在脑机能研究中,通过测定与微小静脉和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。
[0021] 特别是,在关于人的运动机能的研究中,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。作为由上述受验者进行的动作(任务),例如可考虑物体的抓握 运动等,通过由受验者抓住抓握力检测装置的检测部,来一边检测作用于该抓握力检测装 置的力,一边通过上述MRI装置测定受验者进行上述抓握运动时的脑活动。
[00巧另外,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(KamitaniY,TongF.Decodingthevisualand subjectivecontentsofthehumanbrain.化tNeurosci. 2005;8:679-85.)。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。

【发明内容】
阳似]发巧要解决的间颗
[0024] 但是,在如上所述的DecNef法中,不仅需要实时地或W接近实时的状态对通过功 能性核磁共振成像法测量的脑活动的变化进行解码,例如还需要将一边反馈解码所得到的 结果一边实施运样的任务经多日地分多次进行。在该情况下,例如,每次受验者的头相对于 装置的位置和方向未必都是一致的。但是,为了将经多日的任务经多次正确地进行,需要每 次都能够再现性良好地获取来自MRI装置的测定信号。
[00巧]另外,MRI装置是基本上用于医疗用途的装置,还存在W下作业混合运用的可能 性:在设置于某个机关的情况下,由该机关的检查技师等对患者进行与患者的隐私直接相 关的检查;由其它机关的医师或研究者还实验性地使用或者W检查或治疗用途来使用。在 运种情况下,需要谋求保护运样的各患者的隐私来进行该装置的运营。
[00%] 另外,在运样的其它机关的医师或研究者利用MRI装置的情况下,还存在W下情 况:仅利用MRI装置中原本配备的计算机等未必能够进行作业,需要使用运种原本的计算 机W外的其它计算机设备来进行作业。但是,在运种情况下也需要设为如下的系统:通过其 它计算机设备也能够稳定地获取从MRI装置获取的数据,并且,运种其它设备的影响不波 及到原本的计算机。
[0027] 本发明是为了解决如上所述的问题而完成的,其目的在于提供一种在分多次进行 的利用功能性核磁共振成像法的测量中能够严格地保证测定的再现性的脑活动测定装置 W及脑活动测定方法。
[0028] 本发明的其它目的在于提供一种即使在由多个操作主体进行运营的情况下也能 够稳定地运营且能够谋求患者隐私的保护的脑活动测定装置W及脑活动测定方法。 阳0巧]用于解决间颗的方案
[0030] 在本发明的一个方面中,脑活动测定装置探测来自受验者的、由核磁共振引起的 检测信号,来生成被测定对象的断层图像。该脑活动测定装置具备:静磁场施加装置,其用 于对被测定对象施加静磁场;倾斜磁场施加装置,其用于对被测定对象施加W使检测信号 具有在被测定对象的所选择的断面内发出检测信号的原子核的位置信息的方式调制后的 磁场;电磁波发送接收装置,其用于对被测定对象施加电磁波,探测来自被测定对象的检测 信号;断层摄影控制装置,其用于向电磁波发送接收单元提供电磁波,接收检测信号来生成 针对切片的断层
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