JP5764815B2 - 感覚フィードバック装置、感覚フィードバック方法 - Google Patents

Description

本発明は、人が物体に接した場合の圧力を、電気刺激に変えて、人の感覚のある箇所に伝える感覚フィードバック装置等に関するものである。

脳卒中後遺症や中枢性・末梢性神経障害などにより、感覚機能に障害が生じる事がある。従来、麻痺肢の筋収縮を促す用途で用いられる電気刺激装置があった。この装置は、感覚入力の代償として用いられる。

さらに具体的には、下腿皮層上に装着するための薄さと柔軟性及び粘着性を有する２つの導子と、電源と、低周波パルス発生回路と、傾斜センサと、振動センサとを含み構成される本体と、前記本体と前記２つの導子を接続するリード線とから構成され、下腿皮層上からの電気刺激で足関節背屈筋を収縮させることとし、一定時間振動センサが作動せず、または下腿軸が水平に近く傾いた時に、自動的に出力がＯＦＦとなることとする歩行補助具があった（特許文献１参照）。

特開２００６−６９１６号公報（第１頁、第１図等）

しかしながら、従来の装置では、運動感覚麻痺の改善をしたり、熟練者の感覚を身につけたりすることができなかった。

本第一の発明の感覚フィードバック装置は、１以上の圧力値と電気による１以上の刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納し得る圧力刺激強度情報格納部と、第一の人の１以上の箇所、または第一の人が接する物体の１以上の箇所に配置される１以上の圧力センサと、第二の人の感覚障害の生じていない１以上の箇所に貼付される１以上のパッドと、１以上の各圧力センサから、第一人の１以上の箇所と物体とが接したことにより発生する１以上の圧力値を取得する圧力値取得部と、圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する刺激強度取得部と、１以上の刺激強度に対応する１以上の電気刺激を１以上の各パッドに発生させる電気刺激発生部とを具備する感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、熟練者の感覚を身につけることができる。

本第二の発明の感覚フィードバック装置は、圧力値と電気による刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納し得る圧力刺激強度情報格納部と、第一の人の一の箇所、または第一の人が接する物体の一の箇所に配置される圧力センサと、第二の人の感覚障害の生じていない箇所に貼付されるパッドと、圧力センサから、第一人の一の箇所と物体とが接したことにより発生する圧力値を取得する圧力値取得部と、圧力値取得部が取得した圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得する刺激強度取得部と、刺激強度に対応する電気刺激をパッドに発生させる電気刺激発生部とを具備する感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、熟練者の感覚を身につけることができる。

また、本第三の発明の感覚フィードバック装置は、第一または第二の発明に対して、第一の人と第二の人とは同一人であり、物体と接する第一の人の一の箇所は、感覚障害の生じた箇所である感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、運動感覚麻痺の改善をしたり、熟練者の感覚を身につけたりすることができる。

また、本第四の発明の感覚フィードバック装置は、第一から第三いずれかの発明に対して、圧力刺激強度情報格納部は、ユーザを識別するユーザ識別子に対応付けて２以上の圧力刺激強度情報を格納しており、ユーザ識別子を受け付ける受付部をさらに具備し、刺激強度取得部は、圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、受付部が受け付けたユーザ識別子に対応付けられている圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、運動感覚麻痺の改善を各個人に合わせて行うことができる、または、熟練者の感覚を各個人に合わせて身につけることができる。

また、本第五の発明の感覚フィードバック装置は、第一から第三いずれかの発明に対して、圧力刺激強度情報格納部は、物体を識別する物体識別子に対応付けて２以上の圧力刺激強度情報を格納しており、物体識別子を受け付ける受付部をさらに具備し、刺激強度取得部は、圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、受付部が受け付けた物体識別子に対応付けられている圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、運動感覚麻痺の改善を接触する物体に合わせて行うことができる、または、熟練者の感覚を接触する物体に合わせて身につけることができる。

また、本第六の発明の感覚フィードバック装置は、第一から第五いずれかの発明に対して、圧力センサは２以上であり、圧力刺激強度情報は、２以上の圧力値と電気による刺激強度との対応を示す情報であり、圧力値取得部は、第一人の一の箇所と物体とが接したことにより発生する２以上の圧力センサから２以上の圧力値を取得し、刺激強度取得部は、圧力値取得部が取得した２以上の圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得する感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、精度高く運動感覚麻痺の改善を行うことができる、または、精度高く熟練者の感覚を身につけることができる。

また、本第七の発明の感覚フィードバック装置は、第一の発明に対して、圧力センサを２以上具備し、当該２以上の圧力センサは、第一の人の２以上の箇所、または第一の人が接する物体の２以上の箇所に配置され、パッドを２以上具備し、当該２以上のパッドは、第二の人の感覚障害の生じていない２以上の箇所に貼付され、圧力値取得部は、２以上の各圧力センサから、第一人の２以上の箇所と物体とが接したことにより発生する２以上の圧力値を取得し、刺激強度取得部は、圧力値取得部が取得した２以上の各圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、２以上の刺激強度を取得し、電気刺激発生部は、２以上の各刺激強度に対応する２以上の各電気刺激を２以上の各パッドに発生させる感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、運動感覚麻痺の改善を行うことができる、または、熟練者の感覚を身につけることができる。

また、本第八の発明の感覚フィードバック装置は、第六または第七の発明に対して、２以上の圧力センサのうちの２つの圧力センサの各々は、第一の人の感覚障害が生じている母指および示指に貼付される感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、運動感覚麻痺の改善を行うことができる。

また、本第九の発明の感覚フィードバック装置は、第一から第八いずれかの発明に対して、圧力値取得部が取得した１以上の圧力値、または刺激強度取得部が取得した１以上の刺激強度を出力する出力部をさらに具備する感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、訓練中の状況が把握できる。

また、本第十の発明の感覚フィードバック装置は、圧力値と電気による刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納し得る圧力刺激強度情報格納部と、感覚障害の生じた箇所、または感覚障害の生じた箇所と接する物体の箇所に配置される圧力センサと、感覚障害の生じていない箇所に貼付されるパッドと、圧力センサから、感覚障害の生じた箇所と物体とが接したことにより発生する圧力値を取得する圧力値取得部と、圧力値取得部が取得した圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得する刺激強度取得部と、刺激強度に対応する電気刺激をパッドに発生させる電気刺激発生部とを具備する感覚フィードバック装置である。

かかる構成により、運動感覚麻痺の改善を行うことができる。

本発明による感覚フィードバック装置によれば、運動感覚麻痺の改善を行うことができる、または、熟練者の感覚を身につけることができる。

実施の形態１における感覚フィードバック装置のブロック図 同感覚フィードバック装置の概念図 同感覚フィードバック装置の概念図 同圧力値と刺激強度との対応表を示す図 同被験者が健常な腕で物体を握った際の圧力値を示す図 同圧力値を変換して取得された刺激強度を示す図 同被験者が麻痺のある腕で物体を握った際の圧力値を示す図 同圧力値を変換して取得された刺激強度を示す図 同簡易上肢機能検査を説明する図 同簡易上肢機能検査の結果を示す図 同被験者の機能評価の結果を示す図 同訓練前の麻痺側と非麻痺側の指先に貼付された圧力センサの電圧値を測定した結果を示す図 同被験者に貼付された圧力センサ、パッドを示す図 同トレーニングの１日目の結果を示す図 同トレーニングの６３日目の結果を示す図 同Ｓｔ値の出力結果を示す図 実施の形態２における感覚フィードバック装置のブロック図 同評価方法を示す図 同コントロールにおける６０分のトレーニング後のＡＰＢの筋電位を示すグラフ 同コントロールにおける示指・母指に貼付された圧力センサの電圧値を示すグラフ 同介入３回目６０分のトレーニング後のＡＰＢの筋電位を示すグラフ 同介入３回目６０分のトレーニング後の示指・母指に貼付された圧力センサの電圧値を示すグラフ 同非麻痺側のＡＰＢの筋電位を示すグラフ 同出力部が出力したＳｔ値のグラフ 同ＢＢＴを説明する図 同ＢＢＴの実験結果を示す図 実施の形態におけるコンピュータシステムの概観図 同コンピュータシステムのブロック図

以下、感覚フィードバック装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態において、第一の人が物体に接した場合の圧力を、電気刺激に変えて、第二の人の感覚のある箇所に伝える感覚フィードバック装置について説明する。なお、第一の人と第二の人とは同一人でも良い。

図１は、本実施の形態における感覚フィードバック装置１のブロック図である。感覚フィードバック装置１は、圧力センサ１１、パッド１２、受付部１３、圧力値取得部１４、圧力刺激強度情報格納部１５、刺激強度取得部１６、電気刺激発生部１７、および出力部１８を具備する。

圧力センサ１１は、第一の人の一の箇所、または第一の人が接する物体の一の箇所に配置される。圧力センサ１１は、感覚障害の生じた箇所、または感覚障害の生じた箇所と接する物体の箇所に配置されることは好適である。かかる場合、第一の人は、感覚障害のある人である。なお、一の箇所とは、少なくとも一の箇所、の意味である。つまり、圧力センサ１１は、２以上の箇所に配置されても良い。圧力センサ１１は、圧力を検知できれば良く、静電容量の変化を用いるもの、ひずみゲージを用いるもの等、その検知方法は問わない。

パッド１２は、第二の人の感覚障害の生じていない箇所に貼付される。第二の人は、第一の人と同じでも良い。なお、第一の人と第二の人とが同一人で、圧力センサ１１が感覚障害の生じた箇所に配置され、パッド１２が感覚障害の生じていない箇所に貼付される場合、感覚フィードバック装置１は、麻痺した箇所の訓練のための装置として用いられる。また、例えば、第一の人と第二の人とが異なり、第一の人が熟練者であり、第二の人が訓練者である場合、感覚フィードバック装置１は、訓練者が、熟練者の物体を握る等の感覚を覚えるための訓練装置として用いられる。パッド１２は、電気信号を人に伝えるものである。パッド１２は、例えば、低周波治療器に用いられるパッドと同一で良い。パッド１２は、通常、人体の所望の各部に貼り付けることができるように、柔軟性を有している。そして、パッド１２は、例えば、内部に設けられる導電層と、表面側に設けられる導電性を有する粘着層と、導電層に電気的に接続される電極ホックと、導電層における電極ホックが設けられている部分以外の裏面を覆う保護層とを備えている。なお、粘着層は、例えば、ゲル状の材料によって構成されている。また、人に貼付されるパッドは２以上でも良い。

受付部１３は、ユーザを識別するユーザ識別子や、物体を識別する物体識別子などを受け付ける。ここで、受け付けとは、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力デバイスから入力された情報の受け付け、有線もしくは無線の通信回線を介して送信された情報の受信、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなどの記録媒体から読み出された情報の受け付けなどを含む概念である。ユーザ識別子等の入力手段は、キーボードやマウスやメニュー画面によるもの等、何でも良い。受付部１３は、キーボード等の入力手段のデバイスドライバーや、メニュー画面の制御ソフトウェア等で実現され得る。

圧力値取得部１４は、圧力センサ１１から、第一人の一の箇所と物体とが接したことにより発生する圧力値を取得する。圧力値取得部１４は、圧力センサ１１から、感覚障害の生じた箇所と物体とが接したことにより発生する圧力値を取得することは好適である。また、圧力値取得部１４は、第一人の一の箇所と物体とが接したことにより発生する２以上の圧力センサ１１から２以上の圧力値を取得しても良い。なお、圧力値取得部１４は、例えば、圧力センサ１１からの信号をＡＤ変換し、圧力値を取得する。また、「人の一の箇所と物体とが接した」とは、通常、人が物体を握ったことである。ただし、「人の一の箇所と物体とが接した」とは、人が物体を押したこと、人が物体にあたったこと等でも良い。

圧力刺激強度情報格納部１５は、圧力刺激強度情報を格納し得る。圧力刺激強度情報とは、圧力値と電気による刺激強度との対応を示す情報である。圧力刺激強度情報は、例えば、圧力値と刺激強度との対応表である。また、圧力刺激強度情報は、例えば、圧力値をパラメータとし、刺激強度を出力する関数である。また、圧力刺激強度情報は、例えば、圧力値の軸とパラメータの軸とを有するグラフなどである。圧力刺激強度情報格納部１５は、ユーザ識別子に対応付けて２以上の圧力刺激強度情報を格納していても良い。かかる場合、ユーザに応じて、同じ圧力値でも、出力する刺激強度が異なり得る。また、圧力刺激強度情報格納部１５は、物体を識別する物体識別子に対応付けて２以上の圧力刺激強度情報を格納していても良い。かかる場合、人が接する物体に応じて、同じ圧力値でも、出力する刺激強度が異なり得る。

圧力刺激強度情報格納部１５は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。圧力刺激強度情報格納部１５に圧力刺激強度情報が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介して圧力刺激強度情報が圧力刺激強度情報格納部１５で記憶されるようになってもよく、通信回線等を介して送信された圧力刺激強度情報が圧力刺激強度情報格納部１５で記憶されるようになってもよく、あるいは、入力デバイスを介して入力された圧力刺激強度情報が圧力刺激強度情報格納部１５で記憶されるようになってもよい。

刺激強度取得部１６は、圧力値取得部１４が取得した圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得する。また、刺激強度取得部１６は、圧力値取得部１４が取得した圧力値から、受付部１３が受け付けたユーザ識別子に対応付けられている圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得しても良い。また、刺激強度取得部１６は、圧力値取得部１４が取得した圧力値から、受付部１３が受け付けた物体識別子に対応付けられている圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得しても良い。さらに、刺激強度取得部１６は、圧力値取得部１４が取得した２以上の圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得する。

刺激強度取得部１６は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。刺激強度取得部１６の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア（専用回路）で実現しても良い。

電気刺激発生部１７は、刺激強度に対応する電気刺激をパッド１２に発生させる。電気刺激発生部１７は、例えば、刺激強度に比例した電流を発生する。ただし、発生する電流は、刺激強度に比例する必要はなく、刺激強度をパラメータとする関数により、発生する電流を決定しても良い。

出力部１８は、圧力値取得部１４が取得した圧力値、または刺激強度取得部１６が取得した刺激強度を出力する。出力部１８は、通常、視覚的に圧力値または刺激強度を出力する。また、出力部１８は、圧力の不安定さを示す指標を出力しても良い。圧力の不安定さを示す指標は、例えば、Ｓｔ値である。Ｓｔ値は、以下の数式１で示される。数式１において、v(n)は、数式２で示される。なお、圧力の不安定さを示す指標とは、圧力の安定さを示す指標と考えても良い。

数式１、２において、pは圧力センサの電圧値、rはサンプリング周波数、v(n)はn番目のサンプルにおける変化率、Nは総サンプルデータ数である。

なお、出力部１８がＳｔ値を出力する場合、出力部１８は、上記の数式１、数式２の情報を保持しており、かかる数式にパラメータを代入し、Ｓｔ値を算出し、出力する。

ここで、出力とは、通常、ディスプレイへの表示、プロジェクターを用いた投影であるが、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積、他の処理装置や他のプログラムなどへの処理結果の引渡しなどを含む概念である。

出力部１８は、ディスプレイ等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部１８は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。

以下、本実施の形態における感覚フィードバック装置１の具体的な利用例について説明する。

（具体例１）
具体例１において、感覚フィードバック装置１の概念図は、図２である。具体例１において、ユーザは、例えば、左手に麻痺を有する人である。また、ユーザの右手は、麻痺を有しない。そして、圧力センサ１１は、麻痺のある左手の人差し指の指先に配置されている。また、パッド１２は、麻痺のない右手の腕の一の箇所に配置されている。

また、圧力刺激強度情報格納部１５は、「刺激強度＝ｆ（圧力値）」で示される演算式の情報が格納されている。関数「ｆ」は、圧力値に比例した刺激強度を出力する関数である、とする。

かかる状況において、左手の運動感覚麻痺の改善のために、ユーザは、左手で物体（例えば、ペットボトル）を掴む、とする。

次に、圧力値取得部１４は、圧力センサ１１から、物体を掴んだ際の圧力値（Ｘ１）を取得する。次に、刺激強度取得部１６は、「Ｙ＝ｆ（Ｘ１）」を実行し、刺激強度「Ｙ１」を得る。

次に、電気刺激発生部１７は、刺激強度「Ｙ１」に対応する電気刺激をパッド１２に発生させる。

そして、上記の圧力値取得部１４の処理、刺激強度取得部１６の処理、および電気刺激発生部１７の処理が繰り返される。

以上により、ユーザは、麻痺のある左手で物体を掴んだ際の力の強さ（圧力値）を、麻痺のない右手の腕の一の箇所で感じることができる。このような訓練を行うことにより、ユーザは、適切な力で物体を掴むことができるようになる。つまり、このような訓練を行うことにより、運動感覚麻痺の改善を行うことができる。

（具体例２）
具体例２において、感覚フィードバック装置１の概念図は、図３である。具体例２において、ユーザは、例えば、左手に麻痺を有する人である。また、ユーザの右手は、麻痺を有しない。そして、圧力センサ１１は、ユーザが掴む物体（例えば、鉛筆、茶碗、ペットボトル、筆、竹刀など）の一の箇所であり、ユーザが掴む箇所に配置されている。また、パッド１２は、麻痺のない右手の腕の一の箇所に配置されている。

また、圧力刺激強度情報格納部１５は、例えば、図４に示す圧力値と刺激強度との対応表を保持している、とする。

かかる状況において、左手の運動感覚麻痺の改善のために、ユーザは、左手で物体の圧力センサ１１を含む箇所を掴む、とする。

次に、圧力値取得部１４は、圧力センサ１１から、物体を掴んだ際の圧力値（Ｘ２）を取得する。次に、刺激強度取得部１６は、圧力値（Ｘ２）に対応する刺激強度「Ｙ２」を、圧力値と刺激強度との対応表から読み出し、刺激強度「Ｙ２」を得る、とする。

次に、電気刺激発生部１７は、刺激強度「Ｙ２」に対応する電気刺激をパッド１２に発生させる。

そして、上記の圧力値取得部１４の処理、刺激強度取得部１６の処理、および電気刺激発生部１７の処理が繰り返される。

以上により、ユーザは、麻痺のある左手で物体を掴んだ際の力の強さ（圧力値）を、麻痺のない右手の腕の一の箇所で感じることができる。このような訓練を行うことにより、ユーザは、適切な力で物体を掴むことができるようになる。つまり、このような訓練を行うことにより、運動感覚麻痺の改善を行うことができる。

（具体例３）
具体例３は、熟練者が物体に接触した際の圧力値から取得される電気刺激を、訓練者の麻痺のない体の一の箇所に与えることにより、訓練者に熟練者の感覚を身につけることができる感覚フィードバック装置１である。

具体例３において、第一の人は、例えば、習字の熟練者である、とする。また、第二の人は、習字の訓練者である、とする。そして、第一の人の１以上の指、または筆の１以上の箇所に圧力センサ１１が配置されている、とする。

また、第二の人の腕等に、１以上のパッド１２が貼付されている、とする。

かかる状況において、熟練者は、筆を握って、筆で字を書いた、とする。

次に、圧力値取得部１４は、圧力センサ１１から、熟練者が筆を掴んでいる間、圧力値（Ｘ３）を取得する。次に、刺激強度取得部１６は、例えば、「Ｙ＝ｆ（Ｘ３）」を実行し、刺激強度「Ｙ３」を得る。

次に、電気刺激発生部１７は、刺激強度「Ｙ３」に対応する電気刺激をパッド１２に発生させる。そして、上記の圧力値取得部１４の処理、刺激強度取得部１６の処理、および電気刺激発生部１７の処理が繰り返される。

以上の処理により、訓練者は、熟練者がどの程度の強さで、筆を握りながら字を書いているかを体感できる。その結果、熟練者の筆使いを、体で学ぶことができる。
（実験結果１）

以下、感覚フィードバック装置１の第一の実験結果について説明する。図５は、ある被験者が健常な腕（ここでは、右腕）で物体を握った際の、指と物体との間の圧力センサの圧力値である。図５の横軸は時間（秒）であり、縦軸は圧力に対応する数値である。

図６は、図５の圧力値を変換して取得された刺激強度である。図６の横軸は時間（秒）であり、縦軸は電流（ミリアンペア）である。

図７は、ある被験者が麻痺のある腕（ここでは、左腕）で物体を握った際の、指と物体との間の圧力センサの圧力値である。図７の横軸は時間（秒）であり、縦軸は圧力に対応する数値である。

図８は、図７の圧力値を変換して取得された刺激強度である。図８の横軸は時間（秒）であり、縦軸は電流（ミリアンペア）である。

図５から図８において、感覚の麻痺していない方の腕で物体を掴んだ場合は、安定した力で物体を掴んでいるが、麻痺している方の腕で物体を掴んだ場合は、力が比較的強く、変動が激しく、安定しない力で物体を掴んでいることが分かる。

この被験者に、感覚フィードバック装置１を用いて、訓練を行ってもらった。そして、訓練を行う前、および行った後に、簡易上肢機能検査を行った。簡易上肢機能検査とは、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ボールや箱等の物体を、一の場所から他の場所に移す場合の時間を測定して、上肢の機能をチェックする検査である。

簡易上肢機能検査の結果を図１０に示す。図１０において、訓練前と訓練後で、麻痺の無い右手の作業時間について、あまり変化がないが、麻痺のある左手の作業時間について、検査２を除いて、大幅に改善されていることが分かる。
（実験結果２）

以下、感覚フィードバック装置１の第二の実験結果について説明する。本実験において、重度の感覚麻痺を有する脳卒中患者に対して、感覚フィードバック装置１を用いた訓練を実施した。被験者は、６６歳女性で、２７か月前に右視床出血を発症し、左片麻痺を有する。また、被験者は、麻痺側の手指を動かすことは可能であるのに、日常生活において麻痺手を使用できないことが不満である。かかる被験者の機能評価の結果を、図１１に示す。図１１において、Fugl-Meyerによる運動機能の評価結果(点数)は、６０／６６であり、物を把持するなどのマニピュレーション能力を図る簡易上肢機能検査では、７／１００（点数）であった。また、図１１において、感覚機能はなし、である。かかる図１１に示す機能評価の結果から、日常生活において、被験者が麻痺側の手を使用できない要因は、感覚機能の欠如であると考えられる。

感覚フィードバック装置１を用いた訓練前の状態を把握するため、被験者は缶（重さ３７０ｇ）を持ち上げ１０秒保持するタスクを実施した。かかるタスクの実施中に、麻痺側（左側）と、非麻痺側（右側）の指先に貼付された圧力センサの電圧値を測定した。圧力センサの電圧値と指先圧力は比例関係があり、圧力センサの電圧値はどの程度安定した指先圧力で物体を把持しているかを示す。かかる測定した結果を図１２に示す。図１２によれば、非麻痺側は、タスク中、一定の指先圧力を維持できたが、麻痺側は、タスク中、一定の指先圧力を維持できなかったことが分かる。

そして、この被験者は、感覚フィードバック装置１を用いて、以下のトレーニングを行った。図１３に示すように、被験者の右手(非麻痺側)の母指（１３０１）、および左手(麻痺側)の母指（１３０２）に圧力センサ１１を配置した。そして、電気刺激用の電極（パッド１２）を、感覚障害の生じていない背中の２箇所（１３０３、１３０４）に貼付した。

また、被験者は、非麻痺側で物体を把持し、その刺激強度などを学習する。その後、被験者は、麻痺側で非麻痺側と同じ物体を同様の刺激強度で物体を把持できるようトレーニングを行った。そして、トレーニングの頻度は、日に１時間、１ヶ月目は５日／週、２ヶ月目は３日／週であった。

本実験において、缶把持タスク中の圧力センサの電圧値を計測し、どの程度安定した指先圧力で物体を把持できているかを検証した。

上記のトレーニングの結果は、以下である。つまり、トレーニングの１日目の結果を図１４に示す。図１４（ａ）は、トレーニング前の圧力センサの電圧値を示すグラフであり、圧力センサの電圧値は不安定であることが分かる。また、図１４（ｂ）は、１時間のトレーニング後の圧力センサの電圧値を示すグラフであり、１日目では、トレーニング後も、圧力センサの電圧値は不安定なままであることが分かる。つまり、１日目では、物体を把持している間の指先圧力の安定度合いはトレーニング前後で変化がないことが分かる。

また、トレーニングの６３日目の結果を図１５に示す。図１５（ａ）は、トレーニング前の圧力センサの電圧値を示すグラフであり、図１５（ｂ）は、１時間のトレーニング後の圧力センサの電圧値を示すグラフである。図１５において、電圧値の不安定さは１日目と比較して大幅に改善されていることが分かる。

また、本実験において、出力部１８は、Ｓｔ値を出力した。その結果を、図１６に示す。図１６において、線１６０１は、非麻痺側の平均値であり、グレーゾーンは「非麻痺側の平均値＋−２×標準偏差」である。図１６から、トレーニングが進むにつれＳｔ値は減少し、被験者の圧力の安定性は向上したことが分かる。また、図１６から、５３日目、６３日目におけるＳｔ値は、非麻痺側で観測されるＳｔ値と同程度となったことが分かる。

以上、本実験により、トレーニングが進むにつれ安定性は徐々に向上した。また、６３日目において、被験者は缶把持中に安定した指先圧力を維持することが可能であり、その安定度合いは非麻痺側と同程度となった。また、６３日目において、被験者は、感覚フィードバック装置１を使用していない場合でも、安定した指先圧力を維持することが可能であった。

以上、本実施の形態によれば、運動感覚麻痺の改善を行うことができる、または、本実施の形態によれば、熟練者の感覚を、訓練者に身につけさせることができる。

また、本実施の形態によれば、感覚フィードバック装置１は、把持対象物または感覚障害の生じた実際の手指の先をはじめとした上肢下肢に圧力センサを装着することにより、圧力値に応じた電気刺激を感覚の残存する部位にフィードバックするものである。感覚フィードバック装置１の実際の用途としては、健常手で把持した圧力に応じた電気刺激と同等の電気刺激を生じさせるように麻痺手で把持する、などの訓練に用いる事ができる。この訓練により、運動感覚麻痺の改善が期待できる。また、感覚フィードバック装置１の対象は脳卒中片麻痺だけではなく、中枢性・末梢性の神経障害などの重度の障害患者にも対応可能である。

なお、本実施の形態における受付部１３、圧力値取得部１４、圧力刺激強度情報格納部１５、刺激強度取得部１６、電気刺激発生部１７、および出力部１８等の処理は、ソフトウェアで実現しても良い。そして、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。また、このソフトウェアをＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録して流布しても良い。なお、このことは、本明細書における他の実施の形態においても該当する。なお、本実施の形態における感覚フィードバック装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、記録媒体に、圧力値と電気による刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納しており、コンピュータを、第一の人の一の箇所、または第一の人が接する物体の一の箇所に配置される圧力センサから、前記第一人の一の箇所と物体とが接したことにより発生する圧力値を取得する圧力値取得部と、前記圧力値取得部が取得した圧力値から、前記圧力刺激強度情報を用いて、刺激強度を取得する刺激強度取得部と、前記刺激強度に対応する電気刺激を、第二の人の感覚障害の生じていない箇所に貼付されるパッドに発生させる電気刺激発生部として機能させるためのプログラム、である。

（実施の形態２）
本実施の形態において、第一の人が物体に接した場合の２以上の圧力（ここでは、２つの圧力）を、電気刺激に変えて、第二の人の感覚のある箇所に伝える感覚フィードバック装置について説明する。なお、第一の人と第二の人とは同一人でも良い。

本実施の形態における感覚フィードバック装置２のブロック図を、図１７に示す。感覚フィードバック装置２は、圧力センサ１１、パッド１２、受付部１３、圧力値取得部１４、生体情報取得部２１、圧力刺激強度情報格納部１５、刺激強度取得部１６、電気刺激発生部１７、および出力部１８を具備する。

生体情報取得部２１は、生体情報を取得する。生体情報は、例えば、筋電位である。また、生体情報は、例えば、発汗量などでも良い。生体情報取得部２１は、筋電計である。また、生体情報取得部２１は、発汗量測定器などでも良い。

また、感覚フィードバック装置２の圧力センサ１１は、２以上である。そして、２以上の圧力センサ１１は、第一の人の２以上の箇所、または第一の人が接する物体の２以上の箇所に配置される。

また、感覚フィードバック装置２のパッド１２も、２以上である。そして、２以上のパッドは、第二の人の感覚障害の生じていない２以上の箇所に貼付される。第二の人は、第一の人と同じでも良い。なお、本実施の形態では、第一の人と第二の人とが同一人で、圧力センサ１１が感覚障害の生じた２箇所に配置され、２つのパッド１２が感覚障害の生じていない２箇所に貼付される場合について説明する。そして、本実施の形態において、感覚フィードバック装置２は、麻痺した箇所の訓練のための装置として用いられる。ただし、実施の形態１で説明したように、感覚フィードバック装置２も、訓練者が、熟練者の物体を握る等の感覚を覚えるための訓練装置として用いられても良い。

また、感覚フィードバック装置２の圧力値取得部１４は、２以上の各圧力センサ１１から、第一人の２以上の箇所と物体とが接したことにより発生する２以上の圧力値を取得する。

また、感覚フィードバック装置２の刺激強度取得部１６は、圧力値取得部１４が取得した２以上の各圧力値から、圧力刺激強度情報を用いて、２以上の刺激強度を取得する。

また、感覚フィードバック装置２の電気刺激発生部１７は、２以上の各刺激強度に対応する２以上の各電気刺激を２以上の各パッド１２に発生させる。

さらに、感覚フィードバック装置２の出力部１８は、生体情報取得部２１が取得した生体情報や、圧力値取得部１４が取得した圧力値を出力しても良い。
（実験結果３）

実施の形態１で説明した実験結果２の被験者にとって、小さい物体をつまむことは難しかった。この被験者が小さい物体をつまもうとする際、特に、示指が被験者の意図に反して動いてしまう、という状況であった。また、被験者にとって、指先つまみ（tip pinch）が難しいため、つまみ方が横つまみ（lateral pinch）になってしまっていた。

そこで、本第三の実験において、指先つまみを実現するため、被験者の麻痺側の母指と示指との両方の指先に、圧力センサ１１を貼付し、電気刺激を別々にフィードバックする感覚フィードバック装置２を用いた。

被験者は、図１８に示す流れで、種々の物体を母指・示指で把持するトレーニングを行い、マニピュレーション機能を評価（第一、第二の評価）した。つまり、刺激なしで、トレーニング前に評価した（１８１）。次に、刺激ありで、３０分のトレーニング後に評価した（１８２）。次に、刺激ありで、さらに３０分（全部で６０分）のトレーニング後に評価した（１８３）。そして、刺激なしで、６０分のトレーニング後に評価した（１８４）。１８３と１８４の間には、トレーニングは行わなかった。なお、上記の図１８の流れでのトレーニングと評価は計３回（トレーニング開始日を１日目とすると、１０日後、１２日後、１５日後に実施）行った。これをそれぞれ介入１回目、２回目、３回目と呼称する。また、感覚フィードバック装置を用いたトレーニングの有効性を検証するための比較実験として、トレーニング開始日において、すべて、刺激なしで、トレーニング前に評価し、３０分のトレーニング後に評価し、さらに３０分（全部で６０分）のトレーニング後に評価した。これをコントロールと呼称する。

以下に、第一の評価と、第二の評価の詳細を示す。
（第一の評価）

第一の評価は、ブロックつまみタスクである。ここでのブロックつまみタスクは、被験者が、母指と示指とのみを用いて、ブロックをつまんで持ち上げるタスクである。本タスクで用いたブロックの大きさは、「２．５ｃｍ×２．５ｃｍ×２．５ｃｍ」であった。そして、本タスクにおける計測項目は、（１）短母指外転筋（ＡＰＢ）の筋電位、（２）母指・示指に貼付した圧力センサの電圧値、（３）対象物体であるブロックに貼付した圧力センサの電圧値であった。つまり、本タスクにおいて、圧力センサ１１は、被験者の母指、被験者の示指、ブロックに配置された。また、生体情報取得部２１は、短母指外転筋（ＡＰＢ）の筋電位を取得するものであった。

図１９は、コントロールにおける、６０分のトレーニング後のＡＰＢの筋電位（％ＭＶＣ）を示すグラフである。図１９において、横軸は、動作開始を（０）とし、動作終了を（１）としている。また、縦軸は、筋電位（％ＭＶＣ）である。

また、図２０は、コントロールにおける、６０分のトレーニング後の示指、および母指に貼付された圧力センサ１１の電圧値［Ｖ］を示すグラフである。図２０において、横軸は、動作開始を（０）とし、動作終了を（１）としている。また、縦軸は、圧力センサ１１の電圧値［Ｖ］である。

また、図２１は、介入３回目における６０分のトレーニング後のＡＰＢの筋電位（％ＭＶＣ）を示すグラフである。図２１において、横軸は、動作開始を（０）とし、動作終了を（１）としている。また、縦軸は、筋電位（％ＭＶＣ）である。

また、図２２は、介入３回目における６０分のトレーニング後の示指、および母指に貼付された圧力センサ１１の電圧値［Ｖ］を示すグラフである。図２２において、横軸は、動作開始を（０）とし、動作終了を（１）としている。また、縦軸は、圧力センサ１１の電圧値［Ｖ］である。

さらに、図２３は、非麻痺側のＡＰＢの筋電位（％ＭＶＣ）を示すグラフである。図２３において、横軸は、動作開始を（０）とし、動作終了を（１）としている。また、縦軸は、筋電位（％ＭＶＣ）である。

図１９から図２３の実験結果によれば、介入３回目の６０分のトレーニング後において、ＡＰＢの筋電位パターン（図２１）は非麻痺側の筋電位パターン（図２３）と類似していることが分かる。このことが、少なくとも３回目のトレーニング後には、麻痺側の母指および示指の指先が、ブロックの指先つまみを実現できたことを示している。

また、圧力値取得部１４は、ブロックに貼付した圧力センサ１１から圧力値を取得する。そして、出力部１８は、圧力値取得部１４が取得した圧力値を用いて、Ｓｔ値を算出し、出力した、とする。そして、出力部１８が出力したＳｔ値のグラフを、図２４に示す。図２４において、（ａ）は、示指の非麻痺側のＳｔ値、コントロール（横軸の１）、介入１回目（横軸の１０）、介入２回目（横軸の１２）、介入３回目（横軸の１５）のＳｔ値を示している。また、Ｓｔ値は、トレーニング前、３０分のトレーニング後、６０分のトレーニング後の３回の評価結果を有する。

図２４において、介入２回目、３回目におけるＳｔ値はコントロールにおけるＳｔ値と比較して減少していることが分かる。しかし、麻痺側のＳｔ値は非麻痺側と比較すると高いことが分かる。つまり、非麻痺側と比較すると、麻痺側の指先圧力が不安定であることが分かる。

第一の評価において、感覚フィードバック装置２を使用してブロックをつまむと、ＡＰＢの筋電位パターンが変化(非麻痺側の筋電位パターンと類似)した。また、示指の指先がブロックと接触(感覚フィードバック装置２を使用しない場合は接触しない)した。そのため、感覚フィードバック装置２がブロックつまみ動作の間の手の形状を矯正し、tip pinchが実現された。
（第二の評価）

第二の評価は、Ｂｏｘ ａｎｄ Ｂｌｏｃｋ Ｔｅｓｔ （ＢＢＴ）と呼ばれているトレーニングである。ＢＢＴとは、巧緻性のテストであり、臨床検査で使用されているテストである。ＢＢＴにおいて、図２５に示すように、被験者は、ブロックを一方の空間からパーティションを越えて、他方の空間に移動させるタスクを実施する。そして、被験者が１分間で移動できたブロック数がカウントされる。

そして、ＢＢＴの実験結果を図２６に示す。図２６において、コントロール（横軸のＤａｙ１）、介入１回目（横軸のＤａｙ１０）、介入２回目（横軸のＤａｙ１２）、介入３回目（横軸のＤａｙ１５）のスコアをグラフ化している。なお、スコアとは、移動できたブロック数である。

図２６において、介入１回目では、３０分のトレーニング後のスコアがトレーニング前（刺激なし）のスコアよりも低かった。１０日目は介入初日のため、被験者は、感覚フィードバック装置２に慣れておらず、スコアが減少したと考えられる。６０分のトレーニング後の評価（刺激あり）ではトレーニング前よりスコアが上昇した。また、介入２回目、および３回目目では、刺激ありの場合のスコアが刺激なしのスコアより高い、また６０分のトレーニング後のスコア（刺激あり）が３０分のトレーニング後のスコア（刺激あり）より高い、６０分のトレーニング後のスコア（刺激なし）がトレーニング前のスコア（刺激なし）より高いという結果が得られた。

第二の評価において、感覚フィードバック装置２を使用した場合の方がＢＢＴのスコアは高かった。また、被験者は、６０分のトレーニング後に刺激をオンにしたまま(感覚フィードバック装置２を使用して)ＢＢＴを実施した際に最高スコアを記録した。このことは、感覚フィードバック装置２を用いたトレーニングは感覚麻痺を有する脳卒中患者の巧緻性(manipulation capability)の向上に寄与する可能性が十分あることを示す。

以上、本実施の形態によれば、運動感覚麻痺の改善を行うことができる、または、本実施の形態によれば、熟練者の感覚を、訓練者に身につけさせることができる。

また、本実施の形態によれば、特に、感覚麻痺を有する脳卒中患者のリハビリテーションに寄与する可能性が十分ある。

なお、本実施の形態における受付部１３、圧力値取得部１４、圧力刺激強度情報格納部１５、刺激強度取得部１６、電気刺激発生部１７、および出力部１８等の処理は、ソフトウェアで実現しても良い。また、本実施の形態における感覚フィードバック装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、記録媒体に、圧力値と電気による刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納しており、コンピュータを、１以上の各圧力センサから、第一人の１以上の箇所と物体とが接したことにより発生する１以上の圧力値を取得する圧力値取得部と、前記圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、前記圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する刺激強度取得部と、前記１以上の刺激強度に対応する１以上の電気刺激を１以上の各パッドに発生させる電気刺激発生部として機能させるためのプログラム、である。

また、上記プログラムにおいて、前記圧力値取得部は、２以上の各圧力センサから、前記第一人の２以上の箇所と物体とが接したことにより発生する２以上の圧力値を取得し、前記刺激強度取得部は、前記圧力値取得部が取得した２以上の各圧力値から、前記圧力刺激強度情報を用いて、２以上の刺激強度を取得し、前記電気刺激発生部は、前記２以上の各刺激強度に対応する２以上の各電気刺激を前記２以上の各パッドに発生させるものとして、コンピュータを機能させることは好適である。

また、図２７は、本明細書で述べたプログラムを実行して、上述した実施の形態の感覚フィードバック装置等を実現するコンピュータの外観を示す。上述の実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムで実現され得る。図２７は、このコンピュータシステム３４０の概観図であり、図２８は、コンピュータシステム３４０の内部構成を示す図である。

図２７において、コンピュータシステム３４０は、ＦＤドライブ３４１１、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３４１２を含むコンピュータ３４１と、キーボード３４２と、マウス３４３と、モニタ３４４とを含む。

図２８において、コンピュータ３４１は、ＦＤドライブ３４１１、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３４１２に加えて、ＭＰＵ３４１３と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３４１２及びＦＤドライブ３４１１に接続されたバス３４１４と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのＲＯＭ３４１５とに接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶するとともに一時記憶空間を提供するためのＲＡＭ３４１６と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するためのハードディスク３４１７とを含む。ここでは、図示しないが、コンピュータ３４１は、さらに、ＬＡＮへの接続を提供するネットワークカードを含んでも良い。

コンピュータシステム３４０に、上述した実施の形態の感覚フィードバック装置等の機能を実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ３５０１、またはＦＤ３５０２に記憶されて、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３４１２またはＦＤドライブ３４１１に挿入され、さらにハードディスク３４１７に転送されても良い。これに代えて、プログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ３４１に送信され、ハードディスク３４１７に記憶されても良い。プログラムは実行の際にＲＡＭ３４１６にロードされる。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ３５０１、ＦＤ３５０２またはネットワークから直接、ロードされても良い。

プログラムは、コンピュータ３４１に、上述した実施の形態の感覚フィードバック装置等の機能を実行させるオペレーティングシステム（ＯＳ）、またはサードパーティープログラム等は、必ずしも含まなくても良い。プログラムは、制御された態様で適切な機能（モジュール）を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいれば良い。コンピュータシステム３４０がどのように動作するかは周知であり、詳細な説明は省略する。

また、上記プログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。

また、上記各実施の形態において、各処理（各機能）は、単一の装置（システム）によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる感覚フィードバック装置は、運動感覚麻痺の改善を行うことができる、または、熟練者の感覚を身につけることができる。という効果を有し、訓練装置等として有用である。

１ 感覚フィードバック装置
１１ 圧力センサ
１２ パッド
１３ 受付部
１４ 圧力値取得部
１５ 圧力刺激強度情報格納部
１６ 刺激強度取得部
１７ 電気刺激発生部
１８ 出力部
２１ 生体情報取得部

Claims (5)

1. １以上の圧力値と電気による１以上の刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納し得る圧力刺激強度情報格納部と、
   第一の人の１以上の箇所、または第一の人が接する物体の１以上の箇所に配置される１以上の圧力センサと、
   第二の人の感覚障害の生じていない１以上の箇所に貼付される１以上のパッドと、
   前記１以上の各圧力センサから、前記第一人の１以上の箇所と物体とが接したことにより発生する１以上の圧力値を取得する圧力値取得部と、
   前記圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、前記圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する刺激強度取得部と、
   前記１以上の刺激強度に対応する１以上の電気刺激を前記１以上の各パッドに発生させる電気刺激発生部とを具備し、
   前記圧力刺激強度情報格納部は、
   ユーザを識別するユーザ識別子に対応付けて２以上の圧力刺激強度情報を格納しており、
   ユーザ識別子を受け付ける受付部をさらに具備し、
   前記刺激強度取得部は、
   前記圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、前記受付部が受け付けたユーザ識別子に対応付けられている圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する感覚フィードバック装置。
2. １以上の圧力値と電気による１以上の刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納し得る圧力刺激強度情報格納部と、
   第一の人の１以上の箇所、または第一の人が接する物体の１以上の箇所に配置される１以上の圧力センサと、
   第二の人の感覚障害の生じていない１以上の箇所に貼付される１以上のパッドと、
   前記１以上の各圧力センサから、前記第一人の１以上の箇所と物体とが接したことにより発生する１以上の圧力値を取得する圧力値取得部と、
   前記圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、前記圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する刺激強度取得部と、
   前記１以上の刺激強度に対応する１以上の電気刺激を前記１以上の各パッドに発生させる電気刺激発生部とを具備し、
   前記圧力刺激強度情報格納部は、
   物体を識別する物体識別子に対応付けて２以上の圧力刺激強度情報を格納しており、
   物体識別子を受け付ける受付部をさらに具備し、
   前記刺激強度取得部は、
   前記圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、前記受付部が受け付けた物体識別子に対応付けられている圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する感覚フィードバック装置。
3. １以上の圧力値と電気による１以上の刺激強度との対応を示す情報である圧力刺激強度情報を格納し得る圧力刺激強度情報格納部と、
   第一の人の１以上の箇所、または第一の人が接する物体の１以上の箇所に配置される１以上の圧力センサと、
   前記第一の人とは異なる人である第二の人の感覚障害の生じていない１以上の箇所に貼付される１以上のパッドと、
   前記１以上の各圧力センサから、前記第一人の１以上の箇所と物体とが接したことにより発生する１以上の圧力値を取得する圧力値取得部と、
   前記圧力値取得部が取得した１以上の圧力値から、前記圧力刺激強度情報を用いて、１以上の刺激強度を取得する刺激強度取得部と、
   前記１以上の刺激強度に対応する１以上の電気刺激を前記１以上の各パッドに発生させる電気刺激発生部とを具備する感覚フィードバック装置。
4. 前記第一の人は、熟練者であり、
   前記第二の人は、訓練者である請求項３記載の感覚フィードバック装置。
5. 前記圧力値取得部が取得した１以上の圧力値、または刺激強度取得部が取得した１以上の刺激強度、または生体情報取得部が取得した生体情報を出力する出力部をさらに具備する請求項１から請求項４いずれか記載の感覚フィードバック装置。