睡眠深度判定装置、睡眠深度维持装置以及睡眠深度判定方法

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明所涉及的睡眠深度判定装置、以及具备该睡眠深度判定装置的睡眠深度维持装置的优选实施方式，详细地进行说明。

睡眠深度维持装置1，如图1所示，具有睡眠深度判定装置2和维持控制部3，睡眠深度维持装置1例如装备于机动车等车辆中。睡眠深度维持装置1，在作为车辆的驾驶者的对象者M在驾驶过程中感到困倦而停车之后，通过睡眠深度判定装置2来判定处于了睡眠状态的对象者M的睡眠深度，并且通过维持控制部3将对象者M的睡眠深度维持在适于假寐的睡眠深度。

所谓睡眠深度以水平表示预定分级的睡眠的深度，在本实施方式中，例如从睡眠浅的水平向睡眠深的水平，分为S1、S2、S3、S4这四个等级(参照图2)。在将处于了睡眠状态的对象者M的睡眠深度维持在比最大水平的睡眠深度S4浅的中间水平的睡眠深度S2时，例如能够对对象者M提供舒适的假寐。

睡眠深度判定装置2，是利用感觉阈值来判定对象者M的睡眠深度的装置，所述感觉阈值是以预定的睡眠深度处于睡眠状态的对象者M能够感知到的最小的刺激强度。睡眠深度判定装置2将判定出的对象者M的睡眠深度输出到维持控制部3。在维持控制部3中，在判定出的睡眠深度不是想要维持的睡眠深度(例如睡眠深度S2)的情况下，对对象者M赋予唤醒刺激或催眠刺激，在睡眠深度判定装置2中再次进行睡眠深度的判定。

睡眠深度判定装置2具有睡眠深度数据库(下面记为“睡眠深度DB”)4、刺激赋予部5、感知检测部6以及睡眠深度判定部7。

睡眠深度DB4，为按对象者M来存储感觉阈值信息(参照图2)的存储部，所述感觉阈值信息是分级地设定了处于睡眠状态的对象者M的睡眠深度S1～S4和与该睡眠深度S1～S4相对应的感觉阈值T1～T4的信息。在睡眠深度DB4中存储的感觉阈值信息，是通过统计处理等而预先以实验的方式计算出的。图2所示的感觉阈值和睡眠深度之间的关系示出了：以各睡眠深度处于睡眠状态的对象者M，对于比各感觉阈值T1～T4弱的刺激强度是感知不到的(图中“没有感知”的部分)，对于在各感觉阈值T1～T4以上的刺激强度可以感知。图2中的W意味着对象者M的唤醒。

刺激赋予部5是对对象者M赋予物理刺激的部分，对对象者M赋予具有第一刺激强度T2a的第一刺激P1和具有比第一刺激强度T2a强的第二刺激强度T2b的第二刺激P2。作为刺激赋予部5，例如是利用声音赋予听觉刺激的扬声器，通过调整声音强度来改变刺激强度。扬声器被内置于例如座椅的头枕部等。

通过刺激赋予部5所赋予的第一及第二这两个刺激P1、P2，为具有与感觉阈值T2相对应的刺激强度的刺激，所述感觉阈值T2与想要维持的睡眠深度即睡眠深度S2相对应。如图2所示，一方的刺激即第一刺激P1具有比感觉阈值T2弱的刺激强度T2a，另一方的刺激即第二刺激P2具有比感觉阈值T2强的刺激强度T2b。

当满足预定的开始条件而开始进行睡眠深度的判定时，从睡眠深度判定部7向刺激赋予部5输入刺激赋予的指示信息，该刺激赋予的指示信息包括基于存储于睡眠深度DB4中的感觉阈值信息的第一刺激强度T2a以及第二刺激强度T2b的刺激强度信息。刺激赋予部5在被输入刺激赋予的指示信息时，基于刺激强度信息，以例如间隔1秒进行20次的方式以间隔t多次连续地对对象者M赋予具有第一刺激强度T2a的第一刺激P1(参照图3(a))。

刺激赋予部5，在赋予了第一刺激P1之后，基于刺激强度信息，与第一刺激同样地，以间隔t多次连续地对对象者M赋予具有第二刺激强度T2b的第二刺激P2。刺激赋予部5在赋予刺激时先赋予较弱一方的刺激，从而能够减轻由于刺激赋予对对象者M的睡眠状态的影响。刺激赋予部5，分别在赋予了第一刺激P1之后和赋予了第二刺激P2之后，向睡眠深度判定部7输出表示刺激赋予结束的结束信息。刺激赋予部5基于来自维持控制部3的指示信息对对象者M赋予上述的唤醒刺激或催眠刺激、以及后述的维持刺激等。

感知检测部6为检测被赋予了刺激的对象者M是否感知到了第一刺激P1以及第二刺激P2的部分。作为感知检测部6，例如为检测对象者M的脑波W的脑电描记器。在感知检测部6中，如图3(b)所示，检测针对由刺激赋予部5作为同一刺激而多次赋予的各刺激产生的脑波W作为脑波数据，算出对这些脑波数据进行平均(加法平均)后得到的值作为平均脑波数据(参照图3(c))。

如果平均脑波数据的振幅H设得比预定的阈值小，则感知检测部6检测为对象者M没有感知到所赋予的刺激。另一方面，如果平均脑波数据的振幅H为预定的阈值以上，则感知检测部6检测为对象者M感知到了所赋予的刺激。感知检测部6向睡眠深度判定部7输出表示有无被检测出的感知的感知信息。感知检测部6也检测在刺激赋予部5基于来自维持控制部3的指示信息而赋予了维持刺激时对象者M有无感知。

睡眠深度判定部7为如下部分：在通过感知检测部6检测出对象者M没有感知到第一刺激P1且感知到了第二刺激P2的情况下，判定对象者M的睡眠深度为与第一刺激强度T2a和第二刺激强度T2b之间的感觉阈值T2相对应的睡眠深度S2。睡眠深度判定部7，如上所述，在满足预定的开始条件而开始进行睡眠深度的判定时，访问睡眠深度DB4，基于存储的感觉阈值信息，生成包括第一刺激强度T2a以及第二刺激强度T2b的刺激强度信息在内的刺激赋予的指示信息，并向刺激赋予部5输出。

睡眠深度判定部7，在被输入了刺激赋予的指示信息之后，当被从刺激赋予部5输入表示第一以及第二刺激P1、P2的赋予结束的各结束信号、且被从感知检测部6输入表示对第一以及第二刺激P1、P2的赋予有无感知的感知信息时，判定对象者M的睡眠深度。具体而言，睡眠深度判定部7，在通过感知检测部6检测出对象者M没有感知到第一刺激P1且感知到了第二刺激P2的情况下，判定为对象者M的睡眠深度为睡眠深度S2。

睡眠深度判定部7，在通过感知检测部6检测出对象者M感知到了第一及第二这两个刺激P1、P2的情况下，判定为对象者M的睡眠深度为比睡眠深度S2更浅的睡眠深度(例如睡眠深度S1)。另外，睡眠深度判定部7，在检测出对象者M没有感知到第一及第二这两个刺激P1、P2的情况下，判定为对象者M的睡眠深度为比睡眠深度S2深的睡眠深度(例如睡眠深度S3)。睡眠深度判定部7向维持控制部3输出关于睡眠深度的判定结果。

维持控制部3为如下部分：在通过睡眠深度判定部7判定为对象者M的睡眠深度为作为中间水平的睡眠深度S2之后，进行维持控制使得在作为假寐时间预先设定的时间内对象者M的睡眠深度被维持为睡眠深度S2。维持控制部3，在通过睡眠深度判定部7判定为对象者M的睡眠深度为睡眠深度S2之后，基于睡眠深度S2下的感觉阈值来确定维持刺激的赋予条件(例如间歇地赋予比睡眠深度S2下的感觉阈值稍强的刺激)，基于该赋予条件通过刺激赋予部5以预定间隔t间歇地对对象者M赋予维持刺激P3(参照图4(a))。通过这样赋予基于感觉阈值的维持刺激P3，使得处于睡眠状态的对象者M的睡眠深度被维持为睡眠深度S2，一定范围内抑制了睡眠深度变为比睡眠深度S2深的睡眠深度S3、S4。

维持控制部3通过感知检测部6来检测在对对象者M赋予了维持刺激P3时对象者M是否感知到该维持刺激(参照图4(b))。感知检测部6，在对象者M的脑波数据(没有进行平均处理)的振幅H1为预定的阈值以上的情况下，检测为对象者M感知到了维持刺激P3。另一方面，感知检测部6，在对象者M的脑波数据(没有进行平均处理)的振幅H1小于预定的阈值的情况下(例如由图4(b)的区域N表示的脑波W的情况)，检测为对象者M没有感知到维持刺激P3。在进行这些感知检测时，不进行在睡眠深度判定装置2中进行的平均处理，直接使用检测出的脑波数据，所以感知检测的响应速度变快。

维持控制部3，在判定为对象者M的睡眠深度为睡眠深度S2而开始了维持控制之后，通过感知检测部6检测出对象者M对维持刺激P3没有了感知的情况下，判定为对象者M的睡眠深度变得比睡眠深度S2深了。维持控制部3，在判定为对象者M的睡眠深度变深了的情况下，为了使对象者M的睡眠深度变浅，以使赋予对象者M的维持刺激P3的刺激强度增加而设为维持刺激P4的方式，对赋予条件进行调整。作为赋予条件的调整方法，例如为如下方法：根据睡眠深度变深之前对象者M的睡眠状态来算出其增加量，调整赋予条件。维持控制部3通过刺激赋予部5对对象者M赋予基于调整后的赋予条件的维持刺激P4。

维持控制部3，在对对象者M赋予了基于调整后的赋予条件的维持刺激P4的情况下，也通过感知检测部6继续进行对象者M有无感知的检测。维持控制部3，在检测出对象者M感知到了基于调整后的赋予条件的维持刺激P4的情况下，使维持刺激P4的刺激强度降低而设为维持刺激P3，进行将赋予条件返回到调整前的赋予条件的处理。另一方面，维持控制部3，在检测出对象者M没有感知到基于调整后的赋予条件的维持刺激P4的情况下，以使维持刺激P4的刺激强度进一步增加的方式对赋予条件进行再次调整，重复进行刺激量的增加处理直至对象者M感知到刺激。

维持控制部3进行上述那样的维持控制直至经过预先确定的假寐时间。维持控制部3，在经过了假寐时间后，赋予一下子唤醒对象者M的强力的唤醒刺激，使对象者M从假寐状态中醒过来，结束处理。

接下来，关于上述的睡眠深度维持装置1的工作，参照图5以及图6所示的流程图进行说明。下面所示的一系列的控制处理，以预定的周期重复执行。

首先，通过刺激赋予部5以预定间隔多次对对象者M赋予第一刺激P1(S11)。当在步骤S11中连续对对象者M赋予第一刺激P1时，感知检测部6检测对象者M的各脑波W(S12)，对多个脑波数据进行平均，算出平均脑波数据(S13)。感知检测部6将计算出的平均脑波数据的振幅H与预定的阈值进行比较，如果振幅H在预定的阈值以上则检测为“有感知”，如果振幅H比预定的阈值小则检测为“没有感知”，将其作为表示对第一刺激P1有无感知的感知信息输出到睡眠深度判定部7(S14)。

接下来，通过刺激赋予部5以预定间隔多次对对象者M赋予比第一刺激P1强的第二刺激P2(S15)，与赋予了第一刺激P1时同样地，感知检测部6检测对象者M的各脑波W，算出平均脑波数据，以及输出表示对第二刺激P2有无感知的感知信息(S15～S18)。

当被从刺激赋予部5输入对第一及第二刺激P1、P2的赋予的感知信息时，睡眠深度判定部7基于被输入的感知信息，判定对象者M的睡眠深度是否为与第一刺激P1和第二刺激P2的刺激强度之间的感觉阈值相对应的睡眠深度S2(S19)。在是否为睡眠深度S2的判定中，在感知信息表示了检测出对象者M没有感知到第一刺激P1且感知到了第二刺激P2的情况下，睡眠深度判定部7判定为对象者M的睡眠深度为睡眠深度S2。

在步骤S19中判定为对象者的睡眠深度为睡眠深度S2的情况下，进入步骤S20，在预先确定的假寐时间的期间进行睡眠深度S2的维持控制(S20)。

另一方面，在步骤S19中没有判定为对象者M的睡眠深度为睡眠深度S2的情况下，进入步骤S21，睡眠深度判定部7根据对第一刺激P1及第二刺激P2的赋予的感知信息，判定对象者M的睡眠深度是否比睡眠深度S2浅。维持控制部3，在判定为对象者M的睡眠深度比睡眠深度S2浅的情况下，对对象者M赋予催眠刺激而使对象者M的睡眠深度变深(S22)，在判定为对象者M的睡眠深度比睡眠深度S2深的情况下，对对象者M赋予唤醒刺激而使对象者M的睡眠深度变浅(S23)。然后，返回步骤S11，重复执行预定的处理。

接下来，关于睡眠深度的维持控制，参照图6详细地进行说明。下面所示的维持控制，以预定的周期重复执行。

当开始睡眠深度S2的维持控制时，首先，维持控制部3基于维持刺激的赋予条件，通过刺激赋予部5对对象者M赋予维持刺激P3(S30)。在该赋予条件中，在步骤S30中所赋予的维持刺激P3成为基于睡眠深度S2下的感觉阈值的维持刺激。当在步骤S30中赋予维持刺激P3时，维持控制部3，在感知检测部6不进行平均处理地算出对象者M对维持刺激P3产生的脑波W的脑波数据，检测其振幅H1是否为预定的阈值以上(S31)。

如果在步骤S31的检测中脑波数据的振幅H1为预定的阈值以上，则维持控制部3继续通过刺激赋予部5赋予维持刺激，直至经过预先确定的假寐时间(S30～S32)。另一方面，如果在脑波数据的振幅H1比预定的阈值小，则进入步骤S33，维持控制部3以使维持刺激的刺激强度增加的方式来调整赋予条件。

维持控制部3，在步骤S33中以使维持刺激的刺激强度增加的方式调整了赋予条件之后(S33)，基于调整后的赋予条件，通过刺激赋予部5对对象者M赋予刺激强度增加后的维持刺激P4(S34)。当在步骤S34中赋予刺激强度增加后的维持刺激P4时，维持控制部3，与步骤S31同样地，在感知检测部6中算出对象者M对该维持刺激P4产生的脑波数据，检测其振幅H1是否为预定的阈值以上(S35)。

如果在步骤S35的检测中检测为脑波数据的振幅H1为预定的阈值以上，则返回步骤S1，维持控制部3继续通过刺激赋予部5赋予维持刺激P3，直至经过预先确定的假寐时间(S30～S32)。另一方面，如果脑波数据的振幅H1小于预定的阈值，则返回步骤S33，维持控制部3再次增加维持刺激的刺激强度，重复进行同样的处理，直至脑波数据的振幅H1示为预定的阈值以上。维持控制部3，在重复上述维持控制、经过了假寐时间后，赋予一下子唤醒对象者M的强力的唤醒刺激(S36)，使对象者M从假寐状态中醒过来，结束处理。

这样，在本实施方式所涉及的睡眠深度判定装置2中，在检测出对象者M没有感知到第一刺激P1的赋予且感知到了比第一刺激P1强的第二刺激P2的赋予的情况下，处于睡眠状态的对象者M能够感知到的最小的刺激强度即感觉阈值被设为处于第一刺激P1和第二刺激P2的两个刺激强度T2a、T2b之间，由此，判定为对象者M的睡眠深度为与处于两个刺激强度T2a、T2b之间的感觉阈值T2相对应的睡眠深度S2。因此，能够通过赋予第一刺激P1以及第二刺激P2这两个刺激来检测对象者对这两个刺激有无感知这样的简单的处理，判定对象者M的睡眠深度。另外，因为是检测对象者M实际上有无感知，所以即使在感觉阈值因对象者M不同而多少不同的情况下和/或在同一对象者M的感觉阈值因外部环境等而多少变化的情况下，通过使第一刺激P1和第二刺激P2的刺激强度细微增减，也能够吸收这些变化，高精度得判定对象者M的睡眠深度。

在睡眠深度DB4中预先分级设定了睡眠深度和与该睡眠深度相对应的感觉阈值，刺激赋予部5将刺激强度比以与预定水平的睡眠深度(例如睡眠深度S2)相对应的方式预先设定的预定的感觉阈值弱的刺激作为第一刺激P1赋予对象者M，并且将刺激强度比预定的感觉阈值强的刺激作为第二刺激P2赋予对象者M。在本实施方式所涉及的睡眠深度判定装置2中，利用预先设定的感觉阈值和与之相对应的睡眠深度，因此能够提高睡眠深度的判定时的响应速度。另外，因为能够减少对对象者M赋予第一刺激P1和第二刺激P2的次数，所以能够减轻刺激赋予对对象者M的睡眠深度产生的影响。

在本实施方式所涉及的睡眠深度维持装置1中，在由上述的睡眠深度判定装置2高精度地判定了睡眠深度之后，为了将睡眠深度维持在作为中间水平的睡眠深度S2，基于睡眠深度S2下的感觉阈值来确定赋予对象者M的维持刺激P3的赋予条件。因此，能够高精度地将对象者M的睡眠深度维持为睡眠深度S2。而且，在睡眠深度判定装置2中，预先分级地设定了睡眠深度和与该睡眠深度相对应的感觉阈值，所以如上述那样能响应性良好地判定睡眠深度，因此也能够响应性良好地维持对象者M的睡眠深度。另外，这样分级地进行了设定，如上述那样减少了对对象者M赋予刺激的次数，所以能够降低由于赋予刺激所导致的对象者M的睡眠深度的变化(例如唤醒等)，能够更为容易地维持对象者M的睡眠深度。

维持控制部3，通过感知检测部6检测在对对象者M赋予了维持刺激时对象者M是否感知到该维持刺激，在对象者M没有感知到维持刺激P3的情况下，以使维持刺激P3的刺激强调增加的方式调整赋予条件。因此，能够通过简单的处理将对象者M的睡眠深度继续维持为睡眠深度S2。

上述的实施方式，是表示本发明所涉及的睡眠深度判定装置2和睡眠深度维持装置1的一例。本发明所涉及的睡眠深度判定装置2和睡眠深度维持装置1不限定于这样的例子，只要不改变权利要求所记载的要旨，可以对实施方式所涉及的各装置进行变形，或者也可以适用于车辆以外的对象。例如，在上述的实施方式中，由感知检测部6基于脑波W判定了对象者M有无感知，但也可以对皮肤电位水准和/或心律变动进行检测，基于此来判定对象者M有无感知。在基于皮肤电位水准和/或心律变动等进行判定的情况下，即使不进行平均处理也能够高精度地判定睡眠深度。

另外，在上述实施方式中，作为表示睡眠的深度的水平使用睡眠深度这样的术语，但也可以使用国际上作为指标的睡眠阶段这样的术语来表达睡眠的深度。

另外，在上述实施方式中，作为刺激赋予部5所赋予的第一刺激P1以及第二刺激P2，使用了与感觉阈值T2相应的刺激强度的刺激，该感觉阈值T2与想要维持的睡眠深度即睡眠深度S2相对应，但也可以将对象者M在睡眠深度S1下也不能感知到的那样的小刺激强度的刺激作为第一刺激及第二刺激赋予对象者M，然后逐渐增强所赋予的第一及第二刺激的刺激强度。在这样的情况下，也能够通过基于分级的感觉阈值数次判定对所赋予的第一及第二刺激有无感知，从而判定对象者M的睡眠深度。

另外，在上述实施方式中，在为了以使对象者M的睡眠深度变浅的方式使赋予对象者M的维持刺激P3的刺激强度增加，维持控制部3对赋予条件进行调整时，根据睡眠深度变深前的对象者M的睡眠状态而算出了其增加量，但也可以设为：例如，睡眠深度维持装置1还具有维持时间算出部，该维持时间算出部算出通过感知检测部6检测出对象者M感知到了维持刺激的维持时间，如图7所示那样，维持控制部3在对象者M对维持刺激P5没有感知(由区域N所示的脑波W)而使维持刺激P5的刺激强度增加时，以与睡眠深度变深前的对象者M的维持时间的长度成反比例地使维持刺激P5的刺激强度增加预定量ΔP1而成为维持刺激P6的方式调整赋予条件。在该情况下，与维持时间的长度成反比例地使刺激强度增加，因此从维持刺激P5到维持刺激P6的刺激强度的增加量ΔP1，与没有维持时间时从维持刺激P7到维持刺激P5的刺激强度的增加量ΔP2相比变小。作为成反比例的维持时间和强度增加量之间的关系，例如，可以设为如图8(a)所示那样增加量相应于维持时间以二次函数的形式减小，也可以设为如图8(b)所示那样增加量相应于维持时间以一次函数的形式减小。

另外，也可以设为：睡眠深度维持装置1还具有算出维持比率的维持比率算出部，所述维持比率是指赋予对象者M的维持刺激的刺激赋予次数中的、通过感知检测部6检测出对象者M感知到了维持刺激的检测次数(脑波出现次数)的比率，如图9所示，维持控制部3在使维持刺激P5的刺激强度增加时，以使维持刺激P5的刺激强度与维持比率的大小成反比例地增加预定量ΔP3而成为维持刺激P8的方式调整赋予条件。作为成反比例的维持时间和强度增加量之间的关系，例如，可以设为如图10(a)所示那样增加量以S型(sigmoid)函数的形式减小，也可以设为如图10(b)所示那样增减量相应于维持时间以一次函数的形式减小。这样，通过与维持时间或维持比率成反比例地使维持刺激的刺激强度增加，从而能够防止如下情况：在对象M的睡眠深度变得比作为中间水平的睡眠深度S2稍许深的情况下，赋予过度增加了刺激强度的刺激而使对象者M完全醒来。由此，更加能够将对象者M的睡眠深度继续维持为睡眠深度S2等。也可以设为：在对赋予条件进行调整时，变更刺激间隔、刺激时间和/或刺激提示的占空比等刺激强度以外的要素，来调整赋予条件。

另外，在上述实施方式中，对于将睡眠深度维持装置1适用于车辆的实施方式进行了说明，但也可以将本发明所涉及的睡眠深度维持装置1适用于车辆以外的床和/或安乐椅等，用于日常工作中的放松用途，或用于警察或消防员这样的无法长时间假寐的工作中的假寐用途。

符号说明

1睡眠深度维持装置  2睡眠深度判定装置  3维持控制部

4睡眠深度DB        5刺激赋予部   6感知检测部

7睡眠深度判定部    H、H1振幅     M对象者

P1第一刺激   P2第二刺激  P3～P8维持刺激

S1、S2、S3、S4睡眠深度   T1、T2、T3、T4感觉阈值

T2a第一刺激强度   T2b第二刺激强度   W脑波