作成する解析手段と、を備える脳科学検査システム。作成するように構成される請求項1記載の脳科学検査システム。作成するように構成される請求項1記載の脳科学検査システム。作成するように構成される請求項1記載の脳科学検査システム。作成するように構成される請求項1記載の脳科学検査システム。作成するように構成される請求項1記載の脳科学検査システム。作成するように構成される請求項1記載の脳科学検査システム。作成するように構成される請求項1記載の脳科学検査システム。【請求項9】前記複数の制御入力に基づいて前記検査モデルを表示装置にダイナミック表示させるシミュレーション手段を更に備える請求項1ないし8のいずれか1項に記載の脳科学検査システム。【請求項10】前記検査モデルをハードウェアで構成した検査モデル部を更に備える請求項1ないし8のいずれか1項に記載の脳科学検査システム。作成する解析手段、として機能させる脳科学検査プログラム。脳科学検査プログラムに関する。【背景技術】【0002】従来、ヒトの性格検査は、設問に対する回答を評価することによって行われる。inventory)も設問に対して回答する形式の検査である。この他、図形や色彩を用いた性格診断方法も知られている。pp.197-198、2010年3月9日発行。【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【0005】ヒトの性格検査や総合適性検査を始めとする脳科学検査は、日本語や英語等の使用言語に応じた意味空間の相違、年少者や言語障害者の言語能力の影響といった要素を排除して行うことが望まれる。画一的かつ客観的に脳科学検査を行うことが重要である。脳科学検査プログラムを提供することを目的とする。【課題を解決するための手段】【0007】本発明の実施形態に係る脳科学検査システムは、記録手段及び解析手段を備える。記録手段は、複数の安定平衡状態を有する非線形の検査モデルに対して入力装置から与えられた複数の制御入力を試行結果情報として記録する。作成するステップとを有する。【0009】また、本発明の実施形態に係る脳科学検査プログラムは、コンピュータを、前記記録手段及び前記解析手段として機能させる。【図面の簡単な説明】【0010】【図1】本発明の第1の実施形態に係る脳科学検査システムの機能ブロック図。【図2】図1における脳科学検査システムにおいて用いられる非線形特性を有する力学モデルの例を示す図。【図3】図2に示す力学モデルを、数値パラメータを用いて表した図。【図4】図3に示す力学モデルの4つの安定平衡状態を示す図。t2)によって自分側の振子B2の立位状態を維持しつつ相手側の振子B1を転倒状態にした例を示す図。t2)できるようにした具体例を、制御ブロック線図を用いて表した図。t2)の値のマップを示す図。t2)のマップ上にX座標系を設定した例を示す図。【図10】図1に示す脳科学検査サーバの制御結果記憶部2Eに保存される被検体ごとの検査モデル制御の試行結果の例を示す図。【図11】力学モデル制御の試行において複数の被検体が入力した正の負荷の入力期間Δt1と負の負荷の入力期間Δt2の確率密度分布の変化を示す図。S6の力学モデルの課題に対する成功確率Psの試行日ごとの変化を示す図。S6を比較した例を示す図。【図14】図1に示す脳科学検査システムにより被検体の脳科学検査を行うための流れを示すフローチャート。【図15】本発明の第2の実施形態に係る脳科学検査システムの構成を示す機能ブロック図。脳科学検査プログラムについて添付図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る脳科学検査システムの機能ブロック図である。【0013】脳科学検査システム1は、脳科学検査サーバ2とクライアント3をインターネットや無線等のネットワーク4を介して接続して構成される。脳科学検査サーバ2は、コンピュータの記憶装置に保存された脳科学検査プログラムを演算装置で実行させることにより、コンピュータを検査モデル設定部2A、検査モデル更新部2B、入力情報受信部2C、データ送信部2D、制御結果記憶部2E、データ解析部2F、解析方法設定部2G及び解析データ記憶部2Hとして機能させたものである。脳科学検査サーバ2に一部又は全部の機能を備えるために回路を用いてもよい。【0014】また、脳科学検査プログラムは、汎用コンピュータを脳科学検査サーバ2として利用できるように情報記録媒体に記録してプログラムプロダクトとして流通させることもできる。情報記録媒体を介さずにネットワーク経由で脳科学検査プログラムをコンピュータにダウンロードすることもできる。【0015】一方、クライアント3は、入力装置3A及び出力装置としての表示装置3Bを備えたコンピュータ端末で構成することができる。クライアント3は、脳科学検査の対象となるヒトや動物等の被検体により操作が可能な場所に設けられる。【0016】脳科学検査サーバ2の検査モデル設定部2Aは、被検体の脳科学検査に用いる動的な検査モデルを作成する機能を有する。脳科学検査に用いられる検査モデルは、少なくとも2つの安定平衡状態を有し、かつ所定の条件を満たす制御入力によってある安定平衡状態を他の安定平衡状態に遷移させることが可能な非線形ダイナミックモデルとされる。【0017】図2は、図1における脳科学検査システム1において用いられる非線形特性を有する力学モデルの例を示す図であり、図3は図2に示す力学モデルを、数値パラメータを用いて表した図である。A2を剛体リンクで結合した仮想的な力学モデルを検査モデルとして用いることができる。A2の移動は同一直線上において起こるものとする。A2の質量が等しいとすると、図2に示す力学モデルは、図3のようにパラメータを用いて表現することができる。A2の移動方向に垂直な方向をY軸方向とする2次元の位置座標系を設定する。B2の4つの質点からなるモデルとなる。θ2、振子長r、剛体リンク長さl0をパラメータとして表すことができる。u2が与えられるものとする。【数1】【0021】但し、式(1)においてiは1又は2の値、Kは比例入力のゲイン、Lは微分入力のゲインである。θ2がそれぞれ0又はπとなる4通りの全ての組み合わせにおいて力学モデル系は安定平衡状態となる。【0022】図4は、図3に示す力学モデルの4つの安定平衡状態を示す図である。π)の第4の安定平衡状態ξ4を、それぞれ示す。【0024】図3に示す力学モデルにおいて、振子B2を設けた台車A2を自分側と考え、振子B1を設けた台車A1を相手側と考えると、力学モデルは、自分側の振子B2を設けた台車A2に入力を与えることによって相手側の台車A1に設けた振子B1を転倒させる課題に例えることができる。B2が転倒状態であることを表すことになる。B2が立位状態であることから転倒課題の結果が引き分け(draw)であることを表す。π)の第2の安定平衡状態ξ2は、自分側の振子B2が転倒状態で相手側の振子B1が立位状態であることから転倒課題の結果は負け(lose)であることを表す。B2が転倒状態であることから転倒課題の結果が共倒れ(scramble)であることを表す。【0026】自分側の台車A2に与えられる入力も、力学モデルの単純化の観点から限定的な規則性を有する入力とすることができる。単純な入力を行う制御の例としてバン・バン(Bang-Bang)制御が知られている。バン・バン制御は、互いに極性が異なり強度が一定の2つの入力を切換えて連続して与える制御である。正の最大入力を行った後、あるタイミングで負の最大入力を行って停止させる制御はバン・バン制御となる。t2)とすることができる。tは力学モデルの制御開始時刻からの経過時間を、t1は正の入力が負の入力に切換えられるタイミングを、t2は負の入力が停止するタイミングを、それぞれ示す。入力の切換タイミングt1及び入力の停止タイミングt2は、被検体が任意に決定可能である。従って、式(2)に示す入力が力学モデルに与えられる場合には、実際に被検体が入力するのは、入力の切換タイミングt1及び入力の停止タイミングt2或いは0≦t≦t1の期間Δt1及びt1≦t≦t2の期間Δt2となる。【0029】図1に示す脳科学検査システム1では、被検体がクライアント3の入力装置3Aの操作を通じてネットワーク4を介して脳科学検査サーバ2に入力の切換タイミングt1及び入力の停止タイミングt2を入力することができる。t2)によって自分側の振子B2の立位状態を維持しつつ相手側の振子B1を転倒状態にした例を示す図である。t2)によって入力される力fの強度[N]を示す。t2)が自分側の台車A2に付加されることによって力学モデルの系が変化する様子を示している。【0033】図5(A)に示すように、力学モデルの制御開始時刻からの経過時間tが0から切換タイミングt1までの期間Δt1には正の強度Qを有する負荷が自分側の台車A2に入力される。図5(B)に示すように、X軸の正方向への負荷が自分側の台車A2に付与される。このため、自分側の振子B2の倒立角θ2を負方向に変化させながら台車A2はX軸の正方向に移動する。【0034】次に、図5(A)に示すように、切換タイミングt1において正の強度Qを有する負荷が負の強度-Qを有する負荷に切換えられる。力学モデルの制御開始時刻からの経過時間tが切換タイミングt1から負荷の停止タイミングt2までの期間Δt2には負の強度-Qを有する負荷が自分側の台車A2に入力される。図5(B)に示すように、X軸の正方向への負荷が自分側の台車A2に付与される。このため、自分側の振子B2の倒立角θ2を正方向に変化させながら台車A2はX軸の負方向に移動する。【0035】次に、図5(A)に示すように、負荷の停止タイミングt2において負荷が停止される。このとき、正の負荷の入力期間Δt1及び負の負荷の入力期間Δt2或いは切換タイミングt1及び停止タイミングt2が所要の条件を満たしていれば、図5(B)に示すように、自分側の振子B2の立位状態を維持しつつ相手側の振子B1を転倒状態にすることができる。換言すれば、正の負荷の入力期間Δt1及び負の負荷の入力期間Δt2或いは切換タイミングt1及び停止タイミングt2を適切な値に調整することによって図4(A)に示す第1の安定平衡状態ξ1を図4(C)に示す第3の安定平衡状態ξ3に遷移させることができる。【0036】以降では、正の負荷の入力期間Δt1及び負の負荷の入力期間Δt2を調整する場合に着目して説明するが、切換タイミングt1及び停止タイミングt2を調整してもよい。Δt2)を示す図である。t2)における負の負荷の入力期間Δt2を示す。0とした【0039】図6において白色領域は初期状態である第1の安定平衡状態ξ1から安定平衡状態が遷移しないことを表しており、濃灰色の領域、薄灰色の領域及び黒色領域はそれぞれ第1の安定平衡状態ξ1から第2の安定平衡状態ξ2、第3の安定平衡状態ξ3及び第4の安定平衡状態ξ4に遷移することを表している。ξ4にも切換えられることが確認できる。ξ4に切換えられない場合があることも確認できる。【0041】図3に示す力学モデルを相手側の振子B1を転倒させる課題に例えると、第3の安定平衡状態ξ3が目標の状態となる。Δt2)が目標の状態を得るための、つまり課題において勝つための条件となる。図3によれば、目標の状態を得るための条件は、複数の不連続な薄灰色の領域に対応して存在することが確認できる。【0042】以上の例のように、被検体の操作により入力装置3Aから入力される情報に応じて異なる安定平衡状態に遷移する力学モデルを被検体の脳科学検査用の検査モデルとして設定することができる。【0043】もちろん、図3に示す力学モデルとアナロジーが成立する電気回路モデルや水流モデル等の様々なモデルを検査モデルとして設定することもできる。アナロジーが成立しなくても、複数の安定平衡状態を有し、かつ所要の条件を満たす入力を与えることによって、ある安定平衡状態を別の安定平衡状態に遷移させることが可能な非線形モデルであれば、検査モデルとして用いることができる。A2の質量等の所望の物理パラメータを異なる値に設定してもよい。剛体リンクで結合する2つの対象を互いに異なる構造としてもよい。t2)以外の任意の制御入力を付加できるようにしてもよい。時間的に一定の制御入力や時間的に大きさや向きが変化する複数の多段階の制御入力又は連続した制御入力を検査モデルに付加できるように検査モデルを設定してもよい。u2に限らず、積分動作のみの制御入力やより一般化された非線形制御動作の制御入力など、所望の制御入力とすることができる。【0046】力学モデルにおける制御入力の例としては、質点を平行移動させる負荷、剛体を回転移動させる負荷、物体を伸縮変形させる負荷、複数の物体を相対的に変位させる負荷、複数の物体を接触又は衝突させる負荷等の入力が挙げられる。【0047】また、上述の力学モデルのように、課題に対する成功や失敗を安定平衡状態に割り当てることによって、任意の1つ又はいくつかの安定平衡状態を目標の状態に設定することができる。換言すれば、検査モデルが目標とする安定平衡状態に遷移した場合を成功と定義し、遷移しなかった場合を失敗と定義することができる。目標の状態を設定せずに、安定平衡状態が遷移したか否か或いはどの安定平衡状態に切換ったか等の制御結果のみを収集する検査モデルを作成することもできる。【0048】脳科学検査サーバ2の入力情報受信部2Cは、検査モデル設定部2Aにおいて作成された検査モデルへの制御入力情報を、クライアント3から入力装置3Aの操作情報としてネットワーク4を介して受信する機能と、受信した入力情報を検査モデル更新部2Bに与える機能とを有する。換言すれば、入力情報受信部2Cは、被検体による入力装置3Aの手動作を検出し、検出結果を検査モデル更新部2Bに通知する機能を有する。t2)のパラメータが入力情報受信部2Cにおいて受信される入力情報となる。t2)のパラメータは任意の入力装置3Aの操作によって決定できるようにすることができる。【0051】例えば、入力装置3Aのあるキーを押すタイミングで力学モデルの制御が開始されてtがスタートし、次に同じ又は他のキーを押すタイミングが切換タイミングt1とされ、更に同じ又は他のキーを押すタイミングが停止タイミングt2とされるようにキーを割り当てることができる。割り当てるキーとしては、キーボード上のハードキー、マウスのボタン又は表示装置3Bに表示されるソフトキーなどを利用することがきる。【0052】別の例としては、あるキーを押し続けている期間又は押していない期間が、正の負荷の入力期間Δt1又は負の負荷の入力期間Δt2となるようにキーを割り当てることができる。パラメータを数値入力できるようにしてもよい。【0053】検査モデル更新部2Bは、入力情報受信部2Cからの入力情報に基づいて、検査モデル設定部2Aにおいて作成された検査モデルを更新させる機能、検査モデルとともに検査モデルの更新情報をデータ送信部2Dに通知する機能、検査モデルへの制御入力後における安定平衡状態の識別情報を入力情報に関連付けて制御結果記憶部2Eに書き込む機能を有する。θ2を、力学モデルの運動方程式に基づくダイナミック計算によってシミュレーションすることができる。θ2の時間変化の計算結果を力学モデルの更新情報として求めるように構成される。t2)が完了すると、入力後における検査モデルの安定平衡状態が確定する。入力情報に応じた図6の各領域に対応する課題に対する結果が得られる。そこで、検査モデル更新部2Bは、確定した安定平衡状態とそのときの入力情報を制御結果記憶部2Eに書き込むように構成される。【0056】従って、同一の被検体により所望の間隔及び時期において断続的に検査モデルへの制御入力を行う試行が繰り返されると、制御結果記憶部2Eには、同一の被検体に対応する複数回の検査モデル制御の試行結果情報が蓄積される。複数の被検体によりそれぞれ複数回の検査モデル制御の試行が行われると、被検体ごとの検査モデル制御の試行結果が制御結果記憶部2Eに蓄積される。【0057】尚、検査モデルのダイナミック計算を行わないで制御入力の完了後における検査モデルの安定平衡状態のみが検査モデルの更新情報としてデータ送信部2Dに通知されるようにしてもよい。この場合、データ処理を簡易にすることができる。【0058】データ送信部2Dは、脳科学検査サーバ2において生成された情報のうち、クライアント3の表示装置3Bに表示させるべき情報を、ネットワーク4を介してクライアント3に送信することによって表示装置3Bに表示させる機能を有する。【0059】表示装置3Bに表示させるべき情報としては、初期状態の検査モデル及び制御入力による更新後の検査モデルの他、後述する脳科学検査の結果情報が挙げられる。結果情報は、データ解析部2Fからデータ送信部2Dに与えられる。【0060】データ送信部2Dからのデータ送信によって、クライアント3の表示装置3Bには、初期状態からダイナミックに変化する検査モデルを表示させることができる。これにより、被検体は、表示装置3Bに動的に表示される検査モデルの変化を参照しつつ、入力装置3Aを操作することによって、検査モデルを利用した振子の転倒課題等のタスクに取り組むことが可能となる。t2)できるようにした具体例を、制御ブロック線図を用いて表した図である。【0062】図7に示すように、クライアント3の表示装置3Bには力学モデルが表示される。t2)の切換を行う仮想的なスイッチが切換えられる。0が付加された制御入力u2が力学モデルにおける自分側の台車A2に与えられる。θ2がリアルタイムにシミュレーションされ、シミュレーション結果が随時更新される。このため、被検体は、仮想的な力学モデルにおいて自分側の台車A2を操作することができる。【0063】データ解析部2Fは、制御結果記憶部2Eに保存された被検体ごとの検査モデル制御の複数の試行結果に基づくデータ解析によって被検体ごとの脳科学検査の結果情報を作成する機能、作成した脳科学検査の結果情報をデータ送信部2Dに与えるとともに解析データ記憶部2Hに書き込む機能、解析データ記憶部2Hに保存された脳科学検査の統計情報に基づいて複数の被検体についての脳科学検査の結果情報を生成する機能を有する。【0064】解析方法設定部2Gは、データ解析部2Fにおけるデータ解析の方法、つまり脳科学検査の方法を設定する機能と、設定したデータ解析の方法をデータ解析部2Fに与える機能とを有する。データ解析部2Fは、解析方法設定部2Gから取得したデータ解析方法に従って被検体ごとの検査モデル制御の試行結果に基づくデータ解析を実行するように構成される。【0065】脳科学検査の方法は、所望の方法に設定することができる。t2)を付加する場合を例に説明する。この場合、初期状態である第1の安定平衡状態ξ1を目標とする第3の安定平衡状態ξ3に遷移させるための制御入力条件の最適性を評価する評価関数を定義して脳科学検査に用いることができる。式(4)は、制御入力条件の最適性を評価するための2次評価関数Jの例である。【数4】【0066】但し、式(4)においてpは0≦p≦1の範囲の値をとる重み係数であり、所望の値に決定することができる。B2の軌跡が変化する。【0068】そこで、式(4)に示すように、自分側の台車A2に与えられる制御入力u2と自分側の振子B2の倒立角θ2との重み付け2乗平均の全制御時間tにおける積算値を2次評価関数Jとして定義することができる。力学モデルへの入力に相当する制御入力u2と力学モデルからの出力に相当する振子B2の倒立角θ2を用いて制御入力条件の最適性を評価する評価関数を定義することができる。t2)の値も最小となる。t2)により、より少ない自分側の振子B2の倒立角θ2の変化で相手側の振子B1を転倒状態にする最適化問題に相当する。【0070】従って、力学モデルへの入力に相当する制御入力u2を最適化することを重視する場合には、重み係数pの値を小さく設定し、逆に力学モデルからの出力に相当する振子B2の倒立角θ2を最適化することを重視する場合には、重み係数pの値を小さく設定すればよい。実験的には、重み係数pは1に近いことが確認されている。t2)の値のマップを示す図である。t2)における負の負荷の入力期間Δt2を示す。t2)の値が変化する。t2)の値は、4つの極小点を示すことが分かる。t2)のマップ上にX座標系を設定した例を示す図である。t2)における負の負荷の入力期間Δt2を示す。Dのいずれかに属する必要がある。Dに属しているのかを1つのパラメータで表現するために図9に示すようなX座標系を設定することができる。t2)のマップの対角方向にX軸座標系を設定することができる。Δt2)を示す図上においてX軸座標系を設定してもよい。図9に示す例では、マップの対角方向にX軸座標系を設定したが、検査モデルの設定によっては、マップの射影方向など対角方向以外の方向に座標系を設定することが適切となる場合もある。解析対象となるデータを低次元化して一般化するために曲線や曲面への射影など、様々なデータ変化処理を行うことができる。Δt2)をX座標系の位置Xに変換する式である。1)を通るように座標系を平行移動する変換に相当する。t2)の正の負荷の入力期間Δt1と負の負荷の入力期間Δt2との比Δt1/Δt2に相当するXをパラメータとして検査モデル制御への被検体による入力を表すことができる。正の負荷の入力期間Δt1が負の負荷の入力期間Δt2よりも長ければ(Δt1>Δt2であれば)、X>0となる。逆に正の負荷の入力期間Δt1が負の負荷の入力期間Δt2よりも短ければ(Δt1<Δtであれば)、X<0となる。【0080】尚、図9中において、折れ線は、ある被検体による力学モデル制御の試行の履歴を示し、×印は初期状態である第1の安定平衡状態ξ1を目標とする第3の安定平衡状態ξ3に遷移させることができなかった場合を、○印は、第1の安定平衡状態ξ1を目標とする第3の安定平衡状態ξ3に遷移させることができた場合を、それぞれ表している。【0081】図10は、図1に示す脳科学検査サーバ2の制御結果記憶部2Eに保存される被検体ごとの検査モデル制御の試行結果の例を示す図である。【0082】図10において各プロットの横軸は力学モデル制御の試行回数n(回)を、左側の縦軸は図9に示されるX軸を、それぞれ示す。DをX座標系に射影すると、縦軸方向の4つの領域となる。