パフォーマンスを改善する方法及び装置

本発明は一般に、パフォーマンスを改善する方法及び装置に関する。

トレーニング方法またはプログラムは、数多くの活動におけるパフォーマンスの改善に使用される。こうした活動には、器材を使用する個人の運動活動(たとえばスローイング、重量挙げなど)あるいは器材を使用しない個人の運動活動(たとえば、ランニング、跳躍、水泳など)、チームでの運動活動(たとえば、野球、サッカーなど)、精神的活動(たとえば、IQテスト、想起、暗算、雑学ゲームなど)、または情緒的活動(たとえば、演劇、発表、コンテストなど)がある。

通常、個人は一定の距離または一定量をこなすことによって訓練を受ける。たとえば、水泳者は100メートルを泳ぎ、走者は1マイルを走り、重量挙げ選手は250ポンドをベンチプレスし、数学者は100題の計算を行い、発表者は一定期間の間逆境に直面して最高の感情状態を維持することができる。個人は一定の距離を反復し、または一定の分量を繰り返し行って、一定の距離の移動または一定数の問題の暗算を終えるのに要する時間を短縮し、あるいは物理的かつ/または精神的活動中の感情状態を得ようと試みる。

特開平9−75491号公報

特公平7−38885号公報

本発明は、不連続変数(たとえば、一定の目標、一定の繰り返し)ではなく、連続変数(たとえば、段階的な距離、継続時間、重量の変化度)に基づいた訓練方法を提供する。

個人は、あるレベルのパフォーマンス(エネルギ、推力、速度、精神的作業など)を実現するために、常に課題である時間など連続変数(実際は不連続でもよいがその場合は一定でない変数)の長さにわたり訓練される。個人は、ランニング及び水泳などの活動ではより短期間の連続変数、たとえば時間で、同じレベルのパフォーマンスを実現することが徐々にできるようになり、重量挙げの繰り返しなど活動の間の休憩時間を短縮しても同じレベルのパフォーマンスを実現することができるようになり、またはある題数の計算問題を解くなど同じ活動をより短時間で行うことができるようになる。

最終的には、パフォーマンスを改善するこの新規の方法に適用される原理は、「Raniere’s Maximal Efficiency Principle(商標)」または「Raniere’s Law(商標)」であると考えられるが、訓練に使用される特性または変数が最適かつ連続的に取り組む課題である。たとえば走者にとって、パフォーマンス改善目標がより長距離を走ることであれば、走者は距離に連続的に挑戦する(たとえば、最近走った最長距離を打破しようと試みる)。同様に、パフォーマンス改善目標がより速い速度であれば、(たとえば、トレッドミル上で)速度に連続的に挑戦する。パフォーマンス改善目標が、ある距離にわたる速度(すなわち、一定時間にわたる速度)であれば、(たとえばトレッドミル上で)一定速度で時間の長さに連続的に挑戦する。

本発明の第1の全般的態様では、 その上で走者が走ることができるベルトを備えたトレッドミル装置と、 前記走者の初期物理パラメータを収集するセンサと、 コンピュータ、データ獲得システム、メモリ・デバイスおよびタイマを備え、前記トレッドミル装置の前記ベルトの速度を制御することができ、前記センサから前記走者の前記初期物理パラメータを獲得することができ、前記タイマで経過時間を測定することができる制御システムと、 を備えていてインターネットに接続可能であるパフォーマンス・システムを用いるパフォーマンス改善方法であって、前記パフォーマンス改善方法は、 前記走者を前記トレッドミル装置上において訓練するとともに、前記制御システムを用いて前記トレッドミル装置の前記ベルトの初期速度を設定して前記トレッドミル装置の稼働を開始する第1のステップと、 前記制御システムにより、前記走者の物理的パラメータの初期測定を行い、その物理的パラメータの初期測定値と所与の関数とを用い、前記物理的パラメータの初期測定値の±2%を以て許容誤差の範囲を決定する第2のステップと、 前記制御システムを用いて、前記トレッドミル装置の前記ベルトの速度を上げることを繰返し行い、かつ、前記走者の物理パラメータを測定し、測定された前記走者の物理パラメータが、前記許容誤差の範囲を外れるまでこれを行う第3のステップと、 前記第3のステップにおいて測定された前記走者の物理パラメータが、前記許容誤差の範囲を外れた時、前記制御システムが、前記トレッドミルの前記ベルトの速度を、その時点における効率点として決定し、それをメモリ・デバイスに記憶し、かつ、前記トレッドミル装置を停止させ、前記効率点が決定されたときに経過時間が記録される第4のステップとを含み、 前記走者の物理的パラメータは、前記ベルトの速度が上昇しても適応状態では激しく変動しない前記走者の物理的パラメータの値であるか、または前記ベルトの速度が上昇すると適応状態ではこれに比例して変化する前記走者の物理的パラメータの値の変化率であり、 前記パフォーマンス・システムを用いて前記各ステップを繰り返すことにより、前記走者の効率点を増大させるパフォーマンス改善方法を提供する。

一実施形態においては、前記走者の物理パラメータは、心拍数、ランニングの足の回転数、呼吸数、血圧、心拍の強さ、および、身体の酸素量であるVO₂からなる群から選択される。

一実施形態においては、前記メモリ・デバイスからの情報およびデータを表示するための表示装置をさらに含み、また、前記メモリ・デバイスからプリンタまたはリモート・コンピュータに情報およびデータを伝送するための出力ポートをさらに含む。また、オペレータがコマンドを制御システムに入力できるようにするための入力デバイスをさらに含み、前記入力デバイスは、キーボード、マウス、マイクロフォン、光動作センサ、およびキーパッドからなる群から選択される。

一実施形態においては、前記物理パラメータは、ランニングの足の回転数、歩幅、蹴力、筋肉収縮速度、筋肉収縮プロフィール、筋肉収縮力、電磁的活性プロフィール、化学的活性プロフィール、体温、および血圧からなる群から選択される、請求項1に記載のパフォーマンス改善方法。

本発明の上記以外の特徴及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の特徴は、例示の目的で選択し、添付の図面で示した本発明の特定の実施形態の詳細な説明から最もよく理解されるであろう。

本発明の範囲内の特定の運動(ランニング)パフォーマンス・システムを示す斜視図である。

本発明の範囲内の、物理パラメータ対このパフォーマンス・システム(トレッドミル)の速度パラメータを示す概略的グラフである。

本発明の範囲内の、回転数対このパフォーマンス・システム(トレッドミル)の速度パラメータを示す概略的グラフである。

本発明の範囲内の、物理パラメータ対所与の速度での時間の長さを示すグラフである。

本発明の範囲内の、ランニングに関する特定の実施形態についての効率的速度点の決定を示す概略図である。

本発明の範囲内の、ランニングに関する特定の実施形態について、走者が適応状態のままである時間の長さの決定を示す概略図である。

本発明による方法及び装置で使用されるパフォーマンス・システムを示す全般的な図である。

本発明の幾つかの特定の実施形態を図で示し詳細に説明するが、理解されるように、後記特許請求の範囲から逸脱することなく、一般化及び多様な変更並びに修正を加えることが可能である。本発明の範囲は、構成要素の数、その材料、形状、相対的配置構成などに決して限定されるものではない。本発明の幾つかの特徴を添付の図面に詳細に示す。図面では、同様の参照番号は図面を通して同様の要素を指す。図面は本発明の実施形態を示すものであるが、図面は必ずしも原寸に比例していない。

以下は、本発明に関する用語の定義である。 コンピュータ:算術演算及び/または数の比較を直接的または間接的に行う任意のデバイス 変数:仮定的または実際に時間とともに変化することができる測定可能な任意の量、質、または特性 対象:少なくとも1つの測定可能な量、質、または特性を有する任意のもの 特性:特定の対象に関連する測定可能な量、質、または特性 パラメータ:基準として使用される任意の特性 パフォーマンス:特定要因の条件下で対象にもたらされた効果の測定値 活動:パフォーマンスが得られるもの全て 訓練:パフォーマンスに影響を与えるために使用される刺激 訓練可能:訓練によって影響をうけること

図6は、本発明の方法及び装置の双方で使用されるパフォーマンス・システム全体を概略的に示す全般的な図である。対象18はシステム10と対話する。システム10は、訓練システム、測定システム、またはパフォーマンス・システムと多様に呼ばれている。対象18と訓練システム10の間には対話または通信3が存在する。対象18は、訓練システム10に少なくとも1つのパラメータ34を送信する。その少なくとも1つのパラメータ34が測定される。

訓練システム10は次に対象18にシステム・パラメータ4を返す。システム・パラメータ4が制御される。訓練システム10は、入力7と出力6の両方を有する。対象18は単に訓練可能なエンティティであればよい。訓練可能な対象18の一例は、エンティティへの外部環境の影響に何らかの方法で応答し、またはそれを測定し、次いで対象18がこうした外部環境からの影響の蓄積の記憶を維持する何らかの能力を有するエンティティである。したがって対象18は、個人、ランニング・チームなど人間のチームまたはグループ、動物、動物のグループ、セル・オートマタ(cellular automata)、セル・オートマタのグループ、ウイルス・プログラム、微生物培養、細菌、植物、一片の材料、コンピュータ・プログラム、及びデータなどでもよい。

図1は、本発明の1つの特定のパフォーマンス・システム10を示す斜視図であり、この場合は走者用に使用される。パフォーマンス・システム10は、トレッドミル装置12及び制御システム14を備える。

パフォーマンス・システム10は、任意に選択でき、とりわけ、階段昇降機、自転車、サイクリングマシン、水泳プール、重量上げ装置、他の有酸素運動用デバイス、またはコンピュータ学習システム、感情誘発システム、精神的パフォーマンス・システムなど感情あるいは精神的練習用デバイス、及びバイオフィードバック・マシンでもよい。

トレッドミル装置は、その上で対象18が走ることができるベルト16を備える。トレッドミル装置12は、トレッドミル装置12の支持部22上に取り付けられたインターフェース・デバイス20も備える。制御システム14は、とりわけ、コンピュータ24、データ獲得システム26、メモリ・デバイス28、表示デバイス32、及び出力ポート30を備えることができる。

対象18の少なくとも1つの物理、感情、または精神パラメータ34が少なくとも1つのセンサ36によって収集される。少なくとも1つの物理、感情、または精神パラメータ34は、任意の適した測定値(たとえば、ランニングの足の回転数、歩幅、蹴力(stride strike force)、筋肉収縮速度、筋肉収縮プロフィール、筋肉収縮力、体温、発生熱、血圧心拍数、心拍の強さ、呼吸数、VO₂、発汗率、代謝率、血流、呼吸速度、呼吸の長さ、呼吸量、血圧、VO₂、3ずつ逆に正確に数える能力など)を含むことができる。精神及び感情パラメータ全てが物理パラメータ34によって測定可能であると考えることができる。測定とは、五感のうちの少なくとも1つで相違を「感知」することである。したがって、感情的思考の全てまたは他のパラメータ34が測定されるには、物理信号(たとえば五感の1つによって「感知された」信号)に変形可能であることが必要である。

ケーブル38は、少なくとも1つのセンサ36をインターフェース・デバイス20に接続する。ケーブル40は、インターフェース・デバイス20を制御システム14に接続する。

この実施形態では、コンピュータ24はデータ獲得システム26を制御し、データ獲得システム26は物理パラメータ34を少なくとも1つのセンサ36からケーブル38、インターフェース・デバイス20、及びケーブル40を介して獲得する。コンピュータ24は、ケーブル42を介して速度コマンド(すなわちシステム・パラメータ)を送信してトレッドミル装置12上のベルト16の速度を制御することができる。コンピュータ24は、物理パラメータ34及びトレッドミルの速度66(図2A)データをメモリ・デバイス28に格納する。

オペレータは、キーボード44、マウス46、キーパッド48、音声認識システム(図示せず)など、任意の適した入力デバイスによって入力コマンドをコンピュータ24に送信することができる。インターフェース・デバイス20は、とりわけ、表示画面50及び複数のボタン52を備えることができる。ボタン52によって、対象18がコマンドを制御システム14に入力することができるようになる。

表示画面50は、トレッドミルの速度66(図2A)及び物理パラメータ34などの情報を対象18に表示する。表示デバイス32はさらに、情報(たとえばトレッドミルの速度66(図2A)、物理パラメータ34、図表、グラフなど)を表示する。

ケーブル54は、出力ポート30をリモート・コンピュータ56に接続する。制御システム14のコンピュータ24は、データをメモリ・デバイス28からリモート・コンピュータ56に送信することができる。ケーブル58は出力ポート30をプリンタ60に接続することができる。コンピュータ24は、データをメモリ・デバイス28からプリンタ60に送信することができる。プリンタ60は、データのハード・コピー62を印刷してオペレータに提供する。ケーブル58のいずれかの代わりに、システムは、無線技術(たとえば、無線周波数、赤外線、音響など)を介してデータを伝送することができる。

図2Aは、パラメータ34対トレッドミルの速度66のグラフを示す。上述のように、パラメータ34は物理、感情、または精神パラメータでもよいが、対象18の任意の適した測定値(たとえば、心拍数、足の回転数、呼吸数、血圧、VO₂など)を含むことができる。回転数は、それぞれ対象18の足64A、64Bが1分当たりにトレッドミル12のベルト16を蹴る回数である。VO₂は、対象18の身体の酸素量である。図2Aのグラフは、トレッドミルの速度66を上げて、心拍数など物理パラメータ34を測定しているところを示す。この例では、トレッドミルの速度66が速くなるに従って、心拍数が適応状態68でトレッドミルの速度とともに概ね線形に(許容範囲内で)変化している。

図2Aで示すように、適応状態68は、物理パラメータ34が所与の関数の許容範囲を超えて著しく変動しない値である。関数の許容範囲は、たとえば時間の関数、または任意の1つまたは複数のパラメータでもよい。適応状態68では、対象18が過剰なストレスを感じることなくトレッドミルの速度66に適応している。

トレッドミルの速度66が速くなると、効率点70に到達する。トレッドミルの速度66が効率点70を超えて上昇すると、物理パラメータ34(たとえば心拍数など)がグラフの線72に沿って著しく変化する。対象18の身体及び/または身体から測定される感情及び精神は、効率点70を超えたところで、もはや追加のストレスに適応することができず、非効率状態に入り、物理パラメータ34が以前と異なって変化する(たとえば変化がより速くなったり遅くなったりする)ようになる。

対象18が訓練を受けるに従って、効率点70C及び70D(図2A)で示したように、効率点70がますます速い速度に移動する。したがって、図2Aの場合、効率点70は、適応状態が維持されるトレッドミルの速度の最高値である。

図2Bは、この場合は足の回転数であるパラメータ34をトレッドミルの速度66に対して比較したグラフを示す。この場合、回転数は、一定の所定の許容範囲内でトレッドミルの速度66に比例して変化する。一定の回転数で効率点70に到達する。回転数は、効率点70を超えると、トレッドミルの速度66に比例しなくなる。すなわち、トレッドミルの速度66と比較して回転速度が加速または減速される。しかし、この方法で訓練が続けられると、効率点70がさらなる新しい効率点70C、70Dまで上げられる。

図3は、パラメータ34対時間74を示すグラフである。この例では、トレッドミルの速度66が、対象18を運動させるための一定速度で維持されている。「T」で示した時間にわたり、呼吸数などの物理パラメータ34は、所定の関数の許容範囲内で概ね線形のままである。この適応状態68Aで、対象18の身体は、時間74にわたり運動のストレスに適応している。

時間が長くなると効率点70Aに到達する。この効率点70Aを超えて運動すると、物理パラメータ34がグラフの線72Aに沿って著しく変化する。効率点70Aを越えると、対象18はもはやストレスに適応することができず、非効率状態に入り、物理パラメータ34が著しく変化するようになる。そのときはトレッドミルの速度がグラフを左右する(すなわち、非効率点が機械のパラメータの変動によって移動し、対象18はストレスのレベルに実質的に適応することができず、機械の変動により大きく反応するようになる)。

許容範囲を十分に大きく設定することによって、ときに非効率的状態が単に活動を継続することができない状態になる可能性があることを留意されたい。これは、(走者が立ち止まらなければならないなど)ランニングまたは(バーベルが持ち上げられないなど)重量挙げの訓練でよくあることである。

対象18が訓練を受けて能力を高めるに従って、効率点70Aが、効率点70E及び70Fで示したように、この場合はますます長い時間74に移動する(すなわち、パラメータのグラフに沿って、ある方向に移動する)。

物理パラメータ34が著しくまたは顕著に変化する場合、物理パラメータ34は一貫性がなくなり、または実質的に一貫性がなくなる。物理パラメータ34が依然として一貫性があり、または実質的に一貫性があるようにするには、物理パラメータ34が、一定の事前定義のできる限りパラメータの変動に関連した(関数の)許容範囲内に継続的に存在しなければならない。測定される物理パラメータ34によって、事前定義の許容範囲が変わる。たとえば、許容範囲を物理パラメータ34の値の+/−2%に設定することができる。したがって、上述の例では、物理パラメータ34が値の+/−2%内にある限り、対象18は適応状態68内にある。

こうした許容範囲は時間の関数でもよい。代替実施形態では、訓練は、対象が適応状態68内にある時間を短縮することでもよい。たとえば重量挙げでは、重量挙げのセットの間に身体が必要とする休息及び回復期の時間が連続的な訓練を通して短縮される。

図4は、トレッドミルの速度66の効率点70を決定する概略図である。ステップ78で、走者など対象18がトレッドミル装置12のベルト16上に配置される。ステップ80で、トレッドミルの初期速度66Bが設定される。ステップ82で、最初の物理パラメータ34(たとえば、心拍数、回転数、呼吸数、VO₂など)の測定が行われる。ステップ84で、トレッドミルの速度66を上げる。ステップ86で、制御システム14のデータ獲得システム26で現在の物理パラメータ34Bが測定される。

ステップ88で、制御システム14は、現在の物理パラメータ34Bが許容関数または変化率の外にあるかどうかを判断する。コンピュータ24は、この判断を行うことができる。現在の物理パラメータ34Bが許容関数の外でない場合、方法はステップ84に戻り、トレッドミルの速度66がさらに上げられる。現在の物理パラメータ34Bが許容関数の外である場合、次いで方法はステップ90に続く。

ステップ90で、制御システム14は効率的速度点92を記録し、その効率的速度点92をメモリ・デバイス28に格納する。効率的速度点92は、図2Aで示した効率点70に相当するトレッドミルの速度66である。方法はステップ94に続く。ステップ94で、トレッドミル装置12を停止することができ、対象18は走るのを止める。効率点は単に基準点である。

図5は、走者18が適応状態68Aのままである時間74の長さを決定する概略図である。ステップ96で、走者がトレッドミル装置12上に配置される。ステップ98で、トレッドミルの速度66が、ステップ90(図4)で決定された効率的速度点92またはその付近に設定される。ステップ100で、制御システム14が最初の物理パラメータ34Cを測定する。ステップ102で、制御システム14はタイマ104を開始して経過時間を測定する。

ステップ106で、タイマ104及びトレッドミル装置12が継続的に稼動する。ステップ108で、現在の物理パラメータ34Dが制御システム14によって測定される。ステップ110で、制御システム14は、現在の物理パラメータ34Dが許容関数の外にあるかどうかを判断する。制御システム14のコンピュータ24は、許容関数と現在の物理パラメータ34Dを比較することによってこの判断を行う。現在の物理パラメータ34Dが許容関数の外でない場合、方法はステップ106に戻り、タイマ104が継続的に稼動する。現在の物理パラメータ34Dが許容関数の外である場合、次いで方法はステップ112に続く。

ステップ112で、制御システム14はタイマ104を停止し、図3で示したように対象18が適応状態68Aのままである時間の長さTを記録する。やはり非効率性が疲労状態で生じることがあり、対象18によって信号が出される可能性があることを留意されたい。

対象18は、図5のステップ96から112の繰り返しによってさらに訓練を受けることができる。ある期間が経過すると、対象18は期間を延長して特定レベルのパフォーマンスをもたらすことができるようになる。対象18が訓練を受けて能力を高めるに従って、効率点74E及び70F(図3)で示したように、効率点70Aがますます長い時間74に移動する。対象18は、非効率的状態でより長い距離を走り、全体として距離を延ばすことができる。これは、非常にゆるい開放的な許容関数を使用して試験することができる。あるいは、対象18はやはり訓練を受けて能力を高めることができるが、特定の活動では効率点70Aに到達する時間74の長さを短縮してもよい。たとえば、(特定の重量で20回繰り返すなど)重量挙げでは、本発明の使用により効率点70Aが短縮される。

上記の本発明によるパフォーマンス改善のための訓練プログラムでは、多様な運動、ランニング活動での人間のパフォーマンスの改善のための方法及び装置について記載したが、本発明の訓練プログラムは、動物(たとえば競走馬、競走犬、パフォーマンス犬など)、ウィルス、セル・オートマタなど、人間以外の対象18のための訓練及びパフォーマンス改善、並びに、他の物理、感情、または精神領域の改善にも有用であることが当業者には明らかであろう。

本発明の実施形態の他の例は、数学の計算を行う人間である対象18のためのものである。この実施形態では、数学の計算とは、人が数学の計算の足し算を行うことでもよい。特定の目標は、たとえば、対象18が100題の足し算をできるだけ早くやろうと試みることでもよい。この実施形態の測定システム10は、所与の(すなわちランニングの実施形態のトレッドミルの速度に類似した)速度で一回に1題ずつ出題されて対象18によって計算される計算問題が表示される練習用機械でもよい。

対象18に計算問題を出題する速度は、対象18が次の計算問題が表示される前にその計算問題を答えることができなくなるまで加速される。一例として、対象18の効率点が1秒当たり1題であり、失敗するまでに10題だけ答えることができることが判明した場合、対象18はその速度で訓練を受ける。次いで対象18は、対象18が解き終えた計算問題の合計数を増やすこと(たとえば15題、25題、50題など)ができるような速度で訓練される。たとえば、対象18が1秒当たり1題の速度で100題の計算問題を行うことができるようになってから、新しい効率点が位置付けられる。したがって、たとえば1秒当たり0.75題の速度で訓練が行われる。

上述の実施形態での数学者と同様に、たとえば、重量挙げ選手もこの方法をある期間にわたって使用すると、重量挙げの繰り返しの間の時間を短縮することができる。したがって重量挙げ選手は、訓練の結果として持ち上げる重量を増加するのではなく、訓練中に同じ重量を連続的に繰り返し持ち上げる時間の合計及びその間隔を短くすることができる。

本発明の実施形態の他の例では、微生物が厳しい環境要因に対して耐性を持つようにする最適な訓練を可能にする。微生物培養物(すなわち対象18)は、培養物の大量死に大きい変化が生じるまで厳しさのレベルを徐々に上げた環境要因にさらされる。効率点70は、培養物が最適に適応するこの点である。その後に生成される微生物培養物は、培養物が実質的に影響を受けなくなるまで効率点70で環境要因にさらされる。新しい効率点70は、現在の影響と元の効率グラフの比較によって見つけられる。新しい効率点70に到達するまで厳しい環境要因の量を増加することによって、新しいグラフが拡張される。培養物が適応しなくなるまで、または培養物が所望レベルの適応性に達するまで、このプロセスが繰り返される。

本発明の以上の記載は、図示及び説明のために提示したものである。本発明を網羅したものでも、開示した正確な形態に限定するものでもなく、上記の教示に照らして多くの変更形態及び変形形態が可能である。たとえば、測定データ(たとえば物理パラメータ34、速度、時間など)を(たとえば手動、図表、クリップボードなど)任意の適切な手段で記録することができる。当業者には明らかな、こうした変更形態及び変形形態は、頭記の特許請求の範囲に記載したように、本発明の範囲内に包含されるものとする。