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冷却シートを額に貼る感覚で睡眠の質が計測可能に ―脳波もインターネットでリアルタイムにモニターできる時代に―

平成28年8月17日

冷却シートを額に貼る感覚で睡眠の質が計測可能に
―脳波もインターネットでリアルタイムにモニターできる時代に―

分野: 工学系/生命科学・医学系

キーワード: 脳マネジメント、睡眠向上、有機回路シート、パッチ式センサ

《研究成果のポイント》

◆ 冷却シートを額に貼るような感覚で装着できるパッチ式脳波センサを開発。リアルタイムに脳状態を可視化し、手軽に睡眠中の脳波を計測する事に成功。
◆ これまでの睡眠脳波計は専門技師による有線電極の装着が必要なため、家庭で装着するのは困難で、さらに電線があるため寝返りなどの行動が制限された。
◆ 今後、睡眠の質と生活習慣病との関係性を明らかにし、手軽な脳波計測による新たな価値創造を期待。

【概要】

 大阪大学産業科学研究所関谷研究室を中心とした医脳理工連携プロジェクトチームは、冷却シートを額に貼るような感覚で、容易に装着することができ、リアルタイムに脳状態を可視化できる、パッチ式脳波センサを開発しました。
 この度、谷池雅子教授(大阪大学大学院連合小児発達学研究科)、加藤隆史講師(大阪大学大学院歯学研究科)との共同研究により、この手のひらサイズのパッチ式脳波センサを額に貼り付けて睡眠を取るだけで、大型の医療機器と同じ計測精度で、睡眠中の脳波をワイヤレス計測できることが確認されました。具体的には、深い睡眠の際に見られる2Hz以下の遅い脳波(徐波)も検出され、負担が少なく測定できる本センサの有効性が示されました(図1、2)。

参考図

図1 パッチ式脳波センサを装着して脳波を計測
負担なく睡眠中の脳波が計測できることから、睡眠の質の評価が可能と期待されています。

参考図

図2 パッチ式脳波センサで取得した成人男性の睡眠脳波の一例。
深い睡眠時に見られる2Hz以下の遅い波(徐波)を示している。

 本センサは睡眠中の脳波のみならず、電子体温計のように毎日の脳の活動を手軽に家庭内で計測でき、睡眠の質の測定が出来る可能性があるだけでなく、毎日手軽に計ることで、認知症を含む脳関連疾病の早期発見につながることが期待されています。さらに脳の活動の計測を通して要介護者の見守りセンサ、運転者の急な不調に対応したクルマの自動運転/手動運転の切り替え、子供の集中力から好きな科目の同定、言葉の話せない赤ちゃんの好みのおむつ開発まで、広範な応用範囲が期待できます。
 これらの実現により、新しい生体情報が社会生活に加わることになります。モノのインターネット(IoT)社会への転換期にある現代において、脳も“手軽に”インターネットにつながった意義は大きく、今後、大きな波及効果が期待されます。
 本研究は、脳マネジメントにより常に潜在力(個人の持つ最大能力)を発揮できる“スーパー日本人”の実現を目指す、大阪大学センター・オブイノベーション(COI)拠点のプロジェクトの一環として行われました(図3)。

参考図

図3 大阪大学COI拠点が目指す10年後の社会

【研究の背景】

 大阪大学COI拠点では、産学連携アンダーワンルーフのもと、医学・脳科学・理学・工学が連携(医脳理工連携)して、脳機能の解明を行い、人間の状態(感情やストレスの状態)との因果関係を明らかにする研究を行っています。これらの情報を基に、人間の各状態に応じた活性化の手法を開発し、社会に提供する脳マネジメントシステムの研究開発を進めています。
 脳マネジメントシステムは状態を検知し、活性化手段を提供し、活性化状態を評価し、さらなる活性化につなげるというサイクルを繰り返しますが、状態を検知する手段として脳波を測定することが極めて重要な課題です。ところが従来の医療用脳波計は、頭部全体に複数の電極を有線で装着し、導電ゲルを頭皮に塗布する手法がとられるため、装着者への負担が大きく、また、既存のウエアラブル脳波計も頭皮に電極を当てる櫛形電極が必要であるため、長時間の装着には耐えられませんでした。さらに、多くのウエアラブル脳波センサには多数のケーブルが接続され装着には負荷がかかるため、例えば、心地の良い睡眠を得ながら脳波を計測したり、子どもの脳波を手軽に計測したりするのは極めて困難でした。そこで、誰でも・どのような状態でも脳波計測を行うため、装着者に負担の少ない脳波計の開発を行う必要がありました。

【本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)】

 本研究で開発した脳波センサにより、これまで以上に脳波測定が簡易になることで、多くの脳波データを取得することが可能となり、脳と個人の状態との因果関係を解明する一助となると考えられます。
 さらに今回、睡眠中の脳波を非常に手軽に計測できることが確認されました。今後、家庭内で得られるデータを基に、心地よい眠りを得られる環境を整え生活習慣病、認知症を予防するといった、睡眠と脳との関係についての研究を一層深めることも期待できます。
 また、本COIプログラムは社会実装をひとつの目的としており、脳マネジメントの方法の一事例として、将来的には家庭で脳波を測定し、その結果をもとに測定した個人の状態を分析し、個人の状態に応じた活性化手段を用いて、個の潜在能力を常に発揮できるシステムの実現を目指しています(図3)。

【特記事項】

大阪大学COI拠点は、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)センター・オブ・イノベーション(COI)プログラムによる支援により、金沢大学、パナソニック(株)、(株)カネカ、日本メクトロン(株)など17機関、27企業と共同で研究を進めています。
【プロジェクトリーダー】パナソニック(株)フェロー上野山雄
【研究リーダー】大阪大学産業科学研究所 教授 松本和彦

【参考URL】

大阪大学 産業科学研究所 先進電子デバイス研究分野
http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/organization/sec/sec_04/

関谷研究室サイト
http://www.eco.sanken.osaka-u.ac.jp/

大阪大学 センター・オブ・イノベーション(COI)研究推進機構
http://www.eco.sanken.osaka-u.ac.jp/

国立研究開発法人科学技術振興機構 イノベーション拠点推進部 COIグループ
http://www.eco.sanken.osaka-u.ac.jp/

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冷却シートを額に貼る感覚で睡眠の質が計測可能に ―脳波もインターネットでリアルタイムにモニターできる時代に―

平成28年8月17日

冷却シートを額に貼る感覚で睡眠の質が計測可能に
―脳波もインターネットでリアルタイムにモニターできる時代に―

分野: 工学系/生命科学・医学系

キーワード: 脳マネジメント、睡眠向上、有機回路シート、パッチ式センサ

《研究成果のポイント》

◆ 冷却シートを額に貼るような感覚で装着できるパッチ式脳波センサを開発。リアルタイムに脳状態を可視化し、手軽に睡眠中の脳波を計測する事に成功。
◆ これまでの睡眠脳波計は専門技師による有線電極の装着が必要なため、家庭で装着するのは困難で、さらに電線があるため寝返りなどの行動が制限された。
◆ 今後、睡眠の質と生活習慣病との関係性を明らかにし、手軽な脳波計測による新たな価値創造を期待。

【概要】

 大阪大学産業科学研究所関谷研究室を中心とした医脳理工連携プロジェクトチームは、冷却シートを額に貼るような感覚で、容易に装着することができ、リアルタイムに脳状態を可視化できる、パッチ式脳波センサを開発しました。
 この度、谷池雅子教授(大阪大学大学院連合小児発達学研究科)、加藤隆史講師(大阪大学大学院歯学研究科)との共同研究により、この手のひらサイズのパッチ式脳波センサを額に貼り付けて睡眠を取るだけで、大型の医療機器と同じ計測精度で、睡眠中の脳波をワイヤレス計測できることが確認されました。具体的には、深い睡眠の際に見られる2Hz以下の遅い脳波(徐波)も検出され、負担が少なく測定できる本センサの有効性が示されました(図1、2)。

参考図

図1 パッチ式脳波センサを装着して脳波を計測
負担なく睡眠中の脳波が計測できることから、睡眠の質の評価が可能と期待されています。

参考図

図2 パッチ式脳波センサで取得した成人男性の睡眠脳波の一例。
深い睡眠時に見られる2Hz以下の遅い波(徐波)を示している。

 本センサは睡眠中の脳波のみならず、電子体温計のように毎日の脳の活動を手軽に家庭内で計測でき、睡眠の質の測定が出来る可能性があるだけでなく、毎日手軽に計ることで、認知症を含む脳関連疾病の早期発見につながることが期待されています。さらに脳の活動の計測を通して要介護者の見守りセンサ、運転者の急な不調に対応したクルマの自動運転/手動運転の切り替え、子供の集中力から好きな科目の同定、言葉の話せない赤ちゃんの好みのおむつ開発まで、広範な応用範囲が期待できます。
 これらの実現により、新しい生体情報が社会生活に加わることになります。モノのインターネット(IoT)社会への転換期にある現代において、脳も“手軽に”インターネットにつながった意義は大きく、今後、大きな波及効果が期待されます。
 本研究は、脳マネジメントにより常に潜在力(個人の持つ最大能力)を発揮できる“スーパー日本人”の実現を目指す、大阪大学センター・オブイノベーション(COI)拠点のプロジェクトの一環として行われました(図3)。

参考図

図3 大阪大学COI拠点が目指す10年後の社会

【研究の背景】

 大阪大学COI拠点では、産学連携アンダーワンルーフのもと、医学・脳科学・理学・工学が連携(医脳理工連携)して、脳機能の解明を行い、人間の状態(感情やストレスの状態)との因果関係を明らかにする研究を行っています。これらの情報を基に、人間の各状態に応じた活性化の手法を開発し、社会に提供する脳マネジメントシステムの研究開発を進めています。
 脳マネジメントシステムは状態を検知し、活性化手段を提供し、活性化状態を評価し、さらなる活性化につなげるというサイクルを繰り返しますが、状態を検知する手段として脳波を測定することが極めて重要な課題です。ところが従来の医療用脳波計は、頭部全体に複数の電極を有線で装着し、導電ゲルを頭皮に塗布する手法がとられるため、装着者への負担が大きく、また、既存のウエアラブル脳波計も頭皮に電極を当てる櫛形電極が必要であるため、長時間の装着には耐えられませんでした。さらに、多くのウエアラブル脳波センサには多数のケーブルが接続され装着には負荷がかかるため、例えば、心地の良い睡眠を得ながら脳波を計測したり、子どもの脳波を手軽に計測したりするのは極めて困難でした。そこで、誰でも・どのような状態でも脳波計測を行うため、装着者に負担の少ない脳波計の開発を行う必要がありました。

【本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)】

 本研究で開発した脳波センサにより、これまで以上に脳波測定が簡易になることで、多くの脳波データを取得することが可能となり、脳と個人の状態との因果関係を解明する一助となると考えられます。
 さらに今回、睡眠中の脳波を非常に手軽に計測できることが確認されました。今後、家庭内で得られるデータを基に、心地よい眠りを得られる環境を整え生活習慣病、認知症を予防するといった、睡眠と脳との関係についての研究を一層深めることも期待できます。
 また、本COIプログラムは社会実装をひとつの目的としており、脳マネジメントの方法の一事例として、将来的には家庭で脳波を測定し、その結果をもとに測定した個人の状態を分析し、個人の状態に応じた活性化手段を用いて、個の潜在能力を常に発揮できるシステムの実現を目指しています(図3)。

【特記事項】

大阪大学COI拠点は、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)センター・オブ・イノベーション(COI)プログラムによる支援により、金沢大学、パナソニック(株)、(株)カネカ、日本メクトロン(株)など17機関、27企業と共同で研究を進めています。
【プロジェクトリーダー】パナソニック(株)フェロー上野山雄
【研究リーダー】大阪大学産業科学研究所 教授 松本和彦

【参考URL】

大阪大学 産業科学研究所 先進電子デバイス研究分野
http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/organization/sec/sec_04/

関谷研究室サイト
http://www.eco.sanken.osaka-u.ac.jp/

大阪大学 センター・オブ・イノベーション(COI)研究推進機構
http://www.eco.sanken.osaka-u.ac.jp/

国立研究開発法人科学技術振興機構 イノベーション拠点推進部 COIグループ
http://www.eco.sanken.osaka-u.ac.jp/