专利名称：生物反馈游戏器的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物反馈游戏器，更详细地说，涉及感知个体的精神心理变化，对应其变化来使游戏进行下去，同时，提供引导心理的安定的反馈信号的生物反馈游戏器。
现有的游戏器具有内装有用于输入输出和运算的微处理器和游戏程序的只读存储器(ROM)，使用者操作各个键、游戏小键盘或游戏操纵杆来输入人的反应，由此使游戏进行下去。在使用个人计算机(PC)来进行游戏的情况下，在硬盘等中设置游戏程序，当执行其时，把一定量的数据存储在随机存取存储器(RAM)或硬盘中，同时，使用者通过键盘、鼠标器、游戏操纵杆等输入器具来输入使用者的反应，由此使游戏进行下去。
另一方面，由于生物反馈(biofeedback)表示使用脑电图计等来检测脑电波而引导心理的安定，不使用直接检测脑电波的昂贵的医疗设备，而提出了其他的感知精神生理的反应来试验生物反馈的装置。
美国专利第4,625,732号揭示了测定皮肤电阻和脉搏来测定人的精神生理学的条件的装置。该装置在接触手指的把持部上设置脉搏和皮肤电阻的传感器，而具有通过分析所检测的信号来决定人的情绪条件(emotional condition)、智力条件(mental condition)和身体条件(physicalcondition)并测定人的实际生物节律的功能。
美国专利第5,409,445号揭示了通过提供与所需状态的脑电波的频率相同的频率的光和声音来引导同步化的脑电波同步器。该专利把声音和脑电波同步程序经过接口存储在PC中，通过计算机的执行来发生相应频率的声音和光并提供给使用者。与此相关，美国专利第4,834,701号和美国专利第5,149,317号记载了为了有效地执行声音刺激而提供立体声双声道声音的装置。
另一方面，美国专利第5,016,213号揭示了使用皮肤电极并把游戏小键盘作为输入装置来使用PC而调节情感的方法和装置。
但是，一方面，这些现有的装置由于价格昂贵而不能广泛设置，而且，在正确地反映人体的反应上是失败的。而且，另一方面，由于使用者厌倦使用装置，而存在实际上不能达到所希望的目的等问题。
因此，本发明的目的是提供一种进行游戏的便携型生物反馈游戏器，该游戏由能正确地测定人体的反应，并能使使用者感兴趣的一连串流程所构成。
本发明的另一个目的是提供一种便携型生物反馈游戏器，提供能够诱发脑电波的同步的生物反馈信号，而容易地达到心理安定状态。
本发明的另一个目的是提供一种计算机用鼠标器，一体地形成能够测定精神生理的反应因子的感知装置。
为了实现上述目的，提供一种生物游戏器，包括手提箱；感知装置，至少设置在上述手提箱的一个侧面上，来感知个体的精神生理的反应因子(psycophysiological factor)；装在上述手提箱内的处理装置，根据上述感知装置的检测信号来判定个体的精神生理状态的变化，通过放松(relax)的行进来执行由一连串的流程所构成的游戏程序；显示装置，用于显示上述游戏程序的进行。
本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中
图1是表示本发明的便携型生物反馈游戏器的透视图；图2是例举的发芽的生物反馈游戏的进行状态的图；图3是例举的孵化的生物反馈游戏的进行状态的图；图4是表示生物反馈游戏进行的流程的流程图；图5是生物传感器一体型鼠标器的透视图；图6是采用生物传感器一体型鼠标器来简要地表示用于本发明的生物反馈游戏的PC状态的透视图；图7是简要地表示本发明的生物传感器一体型鼠标器的构成的构成图；图8是表示使用生物传感器一体型鼠标器在PC上进行生物反馈游戏的流程的流程图。
下面参照附图来详细地说明本发明。
在本发明中，用能够测定脉搏、体温和皮肤电阻的任一个或者其中的两个组合或所有三个要素，来作为用于测定包含人的个体的精神生理状态的反应因子。但是，为了更正确地反映个体的精神生理的状态，最好全部测定这三个要素。
在图1中表示了本发明的便携型生物反馈游戏器。其中，当个体用手握住机器时，在食指、中指和无名指所接触的把持部上配置上述脉搏、体温和皮肤电阻的传感器20。以能够与手指相接触的形态或者与人的头的周边相接触的头部固定的形态来提供该传感器。
对个体测定脉搏，是由于一般具有当精神、心理状态安定时脉搏变的缓慢，而当兴奋时脉搏加速的倾向，因此脉搏的变化正确地反映了精神、心理的整理反应。因此，测定脉搏的变化是本发明用于决定个体的心理安定状态的重要因素。特别是，由于脉搏相对于心理的变化的反应速度迅速，跟踪重要的脉搏的变化对判断心理状态的变化是非常有用的。
虽然脉搏传感器可以使用各种类型的，但是，可以由例如发光元件和检测其光的反射的元件的结合特别是LED和感光性晶体管的结合所构成。
体温随个体发生心理变化而变动。一般具有这样的倾向在心理安定的状态下，末梢血管扩张，皮肤的体温上升，当受到压力时，由于血液从皮肤向筋肉移动，则体温降低。因此，为了感知这样的变化，在上述手指接触部上设置例如热敏电阻这样的电气热感知传感器。
另一方面，皮肤电阻反应(galvanic resistance response以下表示为“GSR”)具有这样的倾向在精神安定安定状态下电阻增加，而在受到压力的状态下，电阻减少。在GSR的测定中，提供与皮肤接触的两个接触点，在该接触点之间采用通常的电阻测定回路来进行测定。而且，为了GSR的测定，可以参考美国专利第3,870,034号中所记载的装置。
在这样用传感器感知了脉搏、体温和GSR之后，这些信号被送给处理器。处理器分析所输入的信号，综合各信号的变化来判断个体的心理安定有无。
在仅测定三个测定要素中的某一个的情况下，通过其变化的方向就能容易地判断是向心理安定状态发展还是其相反方向。但是，在测定两个要素以上或全部三个要素的情况下，能够通过一种模糊理论而从该两个要素或三个要素的变化判断为安定状态或不安定状态。在此情况下，应考虑反应速度的迅速要素和迟缓要素之间的时间差，通过三个要素的变化方向和变化速度来构成判断的逻辑。在下表1中例举出了这样的判断逻辑的例子。其中，假定测定全部三个要素的情况来构成逻辑表，但是，在根据需要测定一个要素或两个要素的情况下，可以用相同方法来制成逻辑表。与三要素输入信号的组合相关的逻辑表
在上述表1中，“1”表示心理的安定(松弛)状态，“0”表示心理的不安定(紧张)状态，NC(no change)表示没有变化。如表所示的那样，当GSR、脉搏和体温的变化全部过渡到心理的安定状态时，结果的输出当然判断为心理安定(No.8的情况)。在相反的情况下，在心理的不安定(紧张)状态下(No.1的情况)，在三个要素都不变化的情况下，判断为保持现状(No.27的情况)。此外，在两个要素的变化方向相一致而另一个要素的变化与之相反的情况下，或者在反之的情况下，通过两个要素的变化方向来进行判定。
上述表构成为使三个要素中的体温的变化作为优先顺序来进行判定。但是，当然也可以按照根据情况而把脉搏或GSR作为优先顺序进行判定来变更上述逻辑表的构成，也可以进行修正来适应于其他游戏的种类或使用者的特性。
判断使用者的心理变化的结果，以视觉或听觉来加以表示，并反馈给使用者。
图1表示便携型生物反馈游戏器10，显示器12通过液晶画面来可视地表示心理的安定状态的变化过程。而且，可以根据需要在画面之外发生声音来进行过程的显示。通过这样的反馈信号，使用者可以知道自己的心理是如何变化的，能够一边确认其一边控制自己的情绪。
本发明的游戏器，处理器接收由感知装置20所感知的信号，判断个体的心理状态的变化，使用其作为人力资料来进行游戏。
游戏的进行在图1的显示器12上视觉地进行显示。当在岩石浮出的游戏的情况下，在显示部上表现岩石从地表逐渐上升到空中的立体图象。
游戏可以构成为能够引起使用者的兴趣的多种形态。图2与上述的岩石浮出游戏不同，表示了由种子(ST1)发芽(ST2)、开花(…ST5)，蝴蝶采花(ST6,ST7)，结果实(ST8)后，最终回到种子(STN)的一连串构成所构成的游戏道路例子。
图3是由鸟蛋(ST1)，孵化(…ST4)、哺育成成鸟(ST5,ST6)、与配偶相会(ST7,ST8)、新的鸟蛋诞生(STN)构成所构成的游戏。
这样，游戏的种类无论怎样构成，都能适当地调节其游戏的阶段。因此，在使用者把手指接触到传感器之后，当使情绪安定时，游戏逐渐进行，而到达游戏的最终阶段，当在进行过程中杂念进入或者因周边的刺激破坏了安定状态时，游戏后退。因此，不必依赖于在现有的游戏的进行中所需要的键、游戏操纵杆等输入装置，不必进行任何键操作就能提高简单地控制情绪来使游戏进行下去。
在游戏器的构成中，可以在一个游戏器中输入一种游戏，也可以存储多种游戏而由使用者选择所需要的游戏。图1的16表示出了为了这样的用途而设置的全部的选择键的例子。游戏程序装入处理器内的只读存储器中，处理器读取只读存储器的数据来进行处理。
图4是表示装入了多种游戏的游戏器的流程的流程图。当选择开始键而游戏开始时(S100)，使用者从生物反馈游戏中选择自己爱好的游戏(S102)。当选择了游戏时，设定游戏的初始值(脉搏、温度和GSR等初始数据)而进行了初始化之后(S104)，由游戏器的传感器来感知使用者的精神生理的反应因子的检测信号(S106)。
从所感知的信号来判断使用者的心理状态(S108)，当判定为心理安定(松弛)时，进行到游戏的下一个阶段(S116)。其中，当未被判定为心理安定时，进到S110，判断与前一阶段相比是否变化为心理不安定(紧张)。因此，当判断为紧张时，后退到游戏的前一阶段(S112)，再次返回到传感器的感知阶段(S106)。
在S110阶段中，当未被判断为紧张时，不会变化为心理安定或不安定的任一方，因此，维持游戏的现阶段(S114)，为了再次检测心理的变化，连续进行传感器所进行的测定(S106)。
在上述S116阶段中，在进行到游戏的下一个阶段之后，判断是否到达游戏的最终阶段(S118)，如果不是最终阶段，则返回传感器的感知阶段(S106)，当判断为到达了最终阶段时，游戏结束(S119)。
在休息状态下整顿情绪以努力达到心理的安定，同时进行游戏，但是，人的精神的安定并不一定能够按照自己的意愿来进行调节，经常是越想试图安定而越是由很多的杂念浮现。就会产生仅通过使用者的努力难于使游戏按顺序方向进行的情况。
另一方面，象人这样体验心理变化的个体通过其变化而知道脑电波的状态变化。人类的脑电波分为4种，如所报告的为阿尔法(α)状态的频率是7～12Hz，贝塔(β)状态是13～30Hz，塞塔(θ)状态是4～7Hz，得尔塔(δ)状态是1～4Hz。但是，通过脑电波的状态所区分的上述频率的范围随评论者而稍有差别，但是，一般是按这样分为4种。即，当头脑活动旺盛时，为β波，而在休息状态或紧张被缓和的状态下是α波，在瞑思苦想的状态下是θ波，在熟睡状态下是δ波。
尝试着进行这样的研究从通过个体的头脑活动的程度来检测出各自不同的频率这点着眼，反过来，通过对个体施加相应频率的刺激，来引导到各自的觉醒、松弛、瞑思苦想状态等，外部的刺激与脑电波的同步化(synchtonization)已经通过实验得到证实。即，当从外部听到相应频率的音乐或节拍(beat)声音时，脑电波表现出与其同步的倾向。
但是，在下述这点上受到指摘由于脑电波具有1～40Hz范围的非常低的频率，则该频率的声音是几乎不能被人耳听到或敏感的人勉强听到的程度，由于该频率非常低，不能有效地与脑电波同步化。因此，为了直接听到相应频率，使用立体声，在两耳中听到的声音分别具有不同的频率，提供能够调节其频率之差的双耳节拍(binaural beat)的立体声，该方案对脑电波的同步化是有效的。
下面把双耳节拍作为例子来进行说明。为了脑电波的阿尔法状态(10Hz)的同步化，为了人直接听到10Hz的声音，通过立体声来时右耳和左耳分别听到人容易听到的例如100Hz的声音和110Hz的声音。这两个声音的频率差是10Hz，这样，当在两耳中听到了不同频率的声音时，由与两个声音的频率差相当的10Hz来引起脑电波的同步化。
本发明提供了给个体提供双耳节拍声音的装置来作为用于引导心理安定的装置。如图1所示的那样，由于在便携型游戏器上提供了能够插入立体声耳机或头戴耳机22的插座24，使用者插入耳机插头就能一边用耳来听双耳节拍一边进行游戏。在此状态下，由于除了使用者自身的努力之外还通过脑电波的同步化来容易地达到心理的安定，因此游戏能够顺利地进行。
本发明构成为能够发生产生3～40Hz范围的双耳节拍的立体声信号，根据需要在所需范围中提供所需频率的双耳节拍声音。因此，虽然游戏的种类仅是在前面说明的心理的安定方向上构成的那种，但是，不言而喻，能够构成通过脑电波的状态到达特定频率的脑电波的方向的游戏。
图1的14是游戏开始或结束按钮，当按下该按钮时，游戏开始，当在游戏中按照使用者的要求按下该按钮时，游戏结束。除了本发明提供的生物反馈游戏之外，一般还能在本发明的处理器中装入更广泛的游戏。因此，在此情况下，提供了选择游戏的种类的转换键16。标号18是方向转换键，使生物反馈游戏在一般的游戏中具有作为用于方向指示的键输入部的功能。
本发明的生物反馈游戏器，如上述那样，构成为能够装在便携型外壳内，使用者能够作为可能的形态来使用，但是，为了用一般广泛配置的个人计算机来进行生物反馈游戏，也应当设置生物传感器和用于输入输出这些信号的其他的接口。
但是，在本发明中，没有另外构成传感器和接口，而是在PC上通常使用的鼠标器上附带传感器，而把该信号送给PC。图5是在鼠标器30上附带有包含脉搏、体温和GSR传感器的生物传感器32的图。因此，在本发明的鼠标器上追加提供了用于方式选择的切换开关SW3，分别选择作为使用SW1和SW2的通常的PC用途来使用时和指示生物传感器的工作并把所感知的喜欢发送给PC时。
通常的PC由包含处理器和存储装置以及输入输出装置的PC本体40、通常的CRT形态的监视器38、键盘所构成，而为了本发明生物反馈游戏，需使用带有生物传感器30的鼠标器(参照图6)。此时，为了提供双耳节拍声音，在PC中装有例如声卡这样的发声装置，在设置在其中的插口上连接立体声耳机或头戴耳机34，使用者可以听到双耳声音。
由于在PC中设置了本发明的游戏程序，使用者以手持鼠标器的状态来测定脉搏、体温和GSR并传送给PC，处理器判断其心理的反应因子的变化来决定心理的安定的有无，由此，使游戏进行下去。游戏的进行显示在显示器上，为了脑电波的同步，向使用者提供双耳节拍的立体声。
在图7中表示了带有生物传感器的鼠标器的构成。即，RS232C系列的通常的鼠标器提供了左右侧两个开关SW1、SW2，具有X、Y坐标传感器42，通过开关的动作，鼠标器数据编码器46把所输入的信号变换为串行数据，传送给计算机(处理器48)。但是，由于用于本发明的生物反馈游戏的PC用鼠标器带有生物传感器(脉搏、体温和GSR传感器44)，当这些传感器的检测信号被输入鼠标器数据编码器46时，把这些信号进行AD变换并进行编码后，传送给计算机。在图中，鼠标器的构成表示在虚线四边形内，鼠标器通过数据线连接在计算机上。
在鼠标器中，为了开关和生物传感器的工作，需要约5伏特的电源，该电源可以从用于鼠标器和PC之间的信号传输的信号线直接引出。在图中，表示了5V电源的供电和SW3的接地，但是，用于电源供电的电路的构成可以按照通常的方法来变更实施。为此的电路可以参考例如美国专利第5,125,077号的电路。
当使用表来表示本发明的生物传感器一体型鼠标器的格式时，为以下这样生物传感器一体型鼠标器的格式构成
如上述表2所示的那样，方式1是RS232C标准的通常的鼠标器使用状态的格式。B6是同步位，3字节的数据组(packet)的第一字节是1，而其余的字节是0。字节1的B4是右，当鼠标器的右侧按钮被按下时，为1，而当变为关断时，为0。字节1的B5是左，当鼠标器的左侧按钮被按下时，为1，而当变为关断时，为0。X0至X7使用两个补数来与X坐标值一起表示+、-，在是+的情况下，识别为右侧，当是一时，识别为左侧，基准是从以前识别的坐标识别X轴的变动。Y0至Y7与Y坐标值一起在上下方向上识别Y轴的变动。识别方法与X轴时相同。
此时，当使本发明的SW3开关而选择生物传感器动作时，成为上述表的方式2的状态，字节1发生T0至T5的温度信号，字节2发生P0至P5的脉搏信号，字节3发生G0至G5的GSR信号。
当PC中存储了本发明的游戏并执行其时，个体把手指分别接触到设置在鼠标器上的生物传感器上。这些传感器检测精神生理的反应因子的信号并发送给鼠标器的编码器，把这些数据进行AD变换并进行编码之后，通过数据线传送给PC的处理器。处理器分析这些数据来判断心理的安定的有无，决定游戏的前进或后退。图8用流程图来表示了该过程。
当游戏开始时(S120)，首先，判读鼠标器数据(S122)，决定方式，判断是否是用于生物反馈游戏的生物传感器的动作方式(S124)。假如不是生物游戏而是通常的PC动作方式(RS232C)，就进行正常方式(S126)，连续检测是否进行了方式的切换而转换为生物方式。
作为检测操作鼠标器的方式开关SW3来切换为生物方式的方法，可以是例如当初期切换为生物方式时，使T0至T5、P0至P5和G0至G5连续3次重复“1”和“0”。由于是这样的数据在实际的鼠标器位置上方式的概率几乎没有的情况，可以作为用于方式判断的一个方法来使用。从生物方式恢复到正常方式的过程可以使用该方法。该方法是一个举例表示，也可以使用其他方法来检测方式的切换。
当判断为生物传感器方式时，对数据进行编码并传送给PC(S128)，按照图2或图3那样决定的一连串的流程来使游戏前进(S130)。在S132中，在游戏的阶段中判断是否到达最终阶段，如果尚未到达最终阶段则返回S128，接着检测精神的生理反应因子的变化，判断心理的安定状态的进展，由此，使游戏前进。在S132中，当到达游戏的最终阶段时，游戏结束(S134)。
为了用PC进行本发明的生物反馈游戏，而与鼠标器一体形成精神生理的反应因子的感知装置，作为该方法，除了上述例举的方法之外，也可以在遵守与鼠标器的制造相关的限制的范围内使用各种各样的方法。而且，在用PC进行本发明的生物反馈游戏时，游戏的种类可以如上述那样是多样的。
在本发明的说明中，说明了把精神生理的反应因子的感知和由此进行游戏的本发明的生物反馈游戏器用于便携型游戏器或通过鼠标器用于PC的实施例，但是，也可以用于专门的游戏器专用装置。即使在游戏专用装置中，也可以通过本发明由处理器处理生物传感器的检测信号而在显示部上显示游戏的行进，使用脑电波同步化装置。
如上述那样，本发明的生物反馈游戏器检测出由脉搏、皮肤温度和GSR所构成的群所选择的一个或两个因子以上的组合所构成的因子的变化，通过这些信号的变化来决定心理的安定的有无，用游戏的方式来表示其，由此，能够一边诱发个体的兴趣一边体验心理状态的变化。特别是，由于能够提供双耳节拍的立体声来容易地通过引导脑电波的同步化来容易地到达心理的安定，因此当重复使用本发明的游戏器时，能够强化控制自己情绪的能力。
而且，即使在把游戏设置在PC中来执行时，不用构成其他的传感器装置和接口，能够在鼠标器上附加一体结合的生物传感器来进行本发明的游戏。
附图中的标号说明在图4中S100开始S102生物反馈游戏的种类选择S104初始值设定S106传感器感知S108与前阶段相比松弛了？S110与前阶段相比紧张了？S112后退到游戏的以前阶段S114维持现阶段S116前进到游戏的下一个阶段S118最终阶段S119结束在图7中42: X、Y坐标传感器44生物传感器46鼠标器数据编码器48计算机在图8中S120开始S122鼠标器数据判读S124是否是生物传感器方式？S126进行正常方式S128对生物传感器方式数据进行编码并发送给PCS130进行游戏S132是否是最终阶段？S134结束
权利要求
1．一种生物反馈游戏器，其特征在于，包括手提箱；感知装置，至少设置在上述手提箱的一个侧面上，用于感知个体的精神生理的反应因子(psycophysiological factor)；装在上述手提箱内的处理装置，根据上述感知装置的检测信号来判定个体的精神生理状态的变化，通过放松(relax)的行进来执行由一连串的流程所构成的游戏程序；显示装置，用于显示上述游戏程序的进行。
2．根据权利要求1所述的生物反馈游戏器，其特征在于，上述精神生理的反应因子是从由脉搏、皮肤温度和GSR所构成的群中选择出的一个或两个因子以上的组合。
3．根据权利要求1所述的生物反馈游戏器，其特征在于，上述感知装置与个体的手相接触而检测上述精神生理的反应因子。
4．根据权利要求1所述的生物反馈游戏器，其特征在于，上述感知装置与个体的头相接触而检测上述精神生理的反应因子。
5．根据权利要求1所述的生物反馈游戏器，其特征在于，上述游戏用程序装入只读存储器中，使游戏根据精神生理的状态的变化而进行下去。
6．根据权利要求5所述的生物反馈游戏器，其特征在于，存储上述程序的只读存储器是与上述处理装置相连接的可分离的游戏包。
7．根据权利要求1所述的生物反馈游戏器，其特征在于，进一步包括用于引导上述个体的精神状态的变化的脑电波同步装置。
8．根据权利要求7所述的生物反馈游戏器，其特征在于，上述脑电波同步装置是脑电波调整用声音信号。
9．根据权利要求8所述的生物反馈游戏器，其特征在于，上述声音信号是发生3～40Hz的双耳节拍的立体声声音信号。
10．一种计算机用鼠标器，由X轴Y轴坐标传感器、左右侧开关(SW1,SW2)、鼠标器数据编码器所构成，其特征在于，包括检测个体的精神生理的反应因子的感知装置；用于切换正常的鼠标器的使用和生物反馈游戏的进行的切换开关(SW3)。
11．根据权利要求10所述的鼠标器，其特征在于，上述精神生理的反应因子是从由脉搏、皮肤温度和GSR所构成的群中选择出的一个或两个因子以上的组合。
全文摘要
本发明提供一种便携型生物反馈游戏器，包括手提箱；感知装置，设置在手提箱的一侧面上，感知个体的精神生理反应因于；装在上述手提箱内的处理装置，根据上述感知装置的检测信号来判定个体的精神生理状态的变化，通过放松的行进来执行由一连串的流程所构成的游戏程序显示装置，用于显示上述游戏程序的进行，该游戏器检测作为由脉搏、皮肤温度和GSR所构成的群所选择的一个或两个因子以上的组合的因子变化，根据该信号的变化来决定心理是否安定，并以游戏方式显示。
文档编号A61B5/04GK1227371SQ9811761
公开日1999年9月1日 申请日期1998年8月20日 优先权日1997年8月20日
发明者黄声显 申请人:株式会社大洋E&C