(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元視空間認知課題を表示するディスプレイと、
前記三次元視空間認知課題の回答を入力する回答入力装置と、
被験者に装着する脳波計とを備え、
前記三次元視空間認知課題を出題してから一定時間の間、前記脳波計が検出する部位のうち、後頭部視覚野、頭頂葉、前頭高次運動野のいずれかで検出したγ帯域の脳波活動強度を記録し、その最大値と、予め実験により定めた運転能力との関係式により、被験者の運転能力を判定するようにしたことを特徴とする自動車運転能力判定装置。
【請求項２】
複数の実験対象者に対し、前記γ帯域の最大脳波活動強度を計測するとともに、単位時間当たり所定の視界開放率で提示する映像を開放／遮断し、ステアリング操作量や車両横位置変動幅の標準偏差が増大し始める臨界視界開放率で、自動車運転シミュレータによる仮想運転を行わせ、ステアリング操作量や車両横位置変動幅の標準偏差を個別に求め、前記γ帯域の最大脳波活動強度と、前記臨界視界開放率でのステアリング操作量や車両横位置変動幅の標準偏差に基づいて、前記関係式を定めたことを特徴とする請求項１に記載の自動車運転能力判定装置。
【請求項３】
複数の実験対象者に対し、前記γ帯域の最大脳波活動強度を計測するとともに、単位時間当たり所定の視界開放率で提示する映像を開放／遮断し、ステアリング操作量や車両横位置変動幅の標準偏差が増大し始める臨界視界開放率で、自動車運転シミュレータによる仮想運転を行わせ、ステアリング操作量や車両横位置変動幅の標準偏差が増大し始める臨界視界開放率を個別に求め、前記γ帯域の最大脳波活動強度と前記臨界視界開放率との関係に基づいて、前記関係式を定めたことを特徴とする請求項１に記載の自動車運転能力判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、運転免許教習の受講者、高齢者、事故多発者などを対象に、自動車運転能力を客観的に判定するための自動車運転能力判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特許文献１、２に開示されるような運転シミュレータを用いた自動車運転能力判定装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１９６５７号公報
【特許文献２】特開２０１３−０８３８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
運転シミュレータは、基本的にディスプレイ上に仮想の運転空間を再現し、ハンドル、ブレーキ、アクセルなどの運転操作の的確性や、事故回避能力といったものを判定するものである。
しかし、こうした運転シミュレータは、多額な設備投資を必要とし、テストに時間を要する。しかも、運転シミュレータによる運転能力の計測は、ステアリング、アクセル、ブレーキなどの操作を計測すること自体が目的となっており、課せられた仮想的な運転状況に対して、安全運転の遂行に大きく関わる認知能力や集中力等の適性能力を客観的に評価することは困難である。
また、運転キャリアに大きく左右されるため、実際の運転時、大雨や、雪、霧さらにはトンネルなど、前方視界が急激に悪化したとき、どの程度の対応能力があるかについて、その優劣や衰えを正確に判定することはできなかった。
【０００５】
一方、ドライバーの視認行動の計測として、アイカメラ等を使った方法が考えられるが、視線がある場所にあったとしても、必ずしもそこの情報を処理しているとは限らず、“意識のわき見”といわれるような「見ているけど見えていない」という状態や、ハンドル操作にともなう車両の進行方向や道路との位置関係の変化の予測など、行動に現れない心的な処理を計測することは不可能であった。
【０００６】
実際の交通事故の原因は、信号無視、漫然運転、脇見運転、動静不注視、安全不確認等、運転者の注意散漫が大きな割合を占めており、運転キャリアの有無に直接関わりなく、認知能力や集中力の低下などがその大きな要因と考えられている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ドライブシミュレータを使用することなく、三次元立体形状を認知する際の脳波を計測することにより、低コストな設備で、しかも、短時間のテストにより、自動車運転能力や適性を正確に判定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の自動車運転能力判定装置においては、三次元視空間認知課題を表示するディスプレイと、三次元視空間認知課題の回答を入力する回答入力装置と、被験者に装着する脳波計とを備え、三次元視空間認知課題を出題してから一定時間の間、脳波計が検出する部位のうち、後頭部視覚野、頭頂葉、前頭高次運動野のいずれかで検出したγ帯域(３０Ｈｚ前後)の脳波活動強度を記録し、その最大値と、予め実験により定めた運転能力との関係式により、被験者の運転能力を判定するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、実車での運転や自動車運転シミュレータを使用することなく、脳波の計測だけで、視界が阻害されたときの対応能力などの自動車運転能力を客観的に判定でき、個人の認知的な特性に合わせた安全運転の指導や、免許返納促進などに利用することができる。また、道路環境が悪化した場合の運転者の挙動を、危険な運転状況にさらすことなく予測できるので、運転支援システムや道路環境の設計などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、三次元視空間認知課題の一例を示す図である。
【図２】図２は、三次元視空間認知課題を出題してからの後頭部(後頭部視覚野)と頭頂部(頭頂葉、前頭高次運動野)における脳波の計測結果を示す図である。
【図３】図３は、視界開放率を説明する図である。
【図４】図４は、視界開放率(横軸)毎の車両横位置変動幅の標準偏差(縦軸  単位はｍ)を計測結果を示す図である。
【図５】図５は、三次元視空間認知課題を出題した際、脳波計のうち頭頂部に位置する電極(Ｐ３位置)における脳活動強度の計測結果を示す図である。
【図６】図６は、三次元視空間認知課題を出題したときの前頭部γ帯域の最大脳波活動強度(ｄＢ)と、視界開放率を臨界視界開放率以下となる６０％としたときの車両横位置の標準偏差との関係を示す図である。
【図７】図７は、三次元視空間認知課題を出題したときの前頭部γ帯域の最大脳波活動強度と、臨界視界開放率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１２】
本実施例では、自動車運転シミュレータを用いることなく、市販のパーソナルコンピュータ等を用いて、ディスプレイ上に三次元視空間認知課題を出題し、被験者が回答を終了するまで、被験者に装着した脳波計の出力を記録、分析する。
【００１３】
具体的には、パーソナルコンピュータ上で、検査スタートボタンを押すと、解析装置から三次元視空間認知課題が出題され、被験者は解答入力装置を介して時間内に解答を行う。
ここで、三次元視空間認知課題は、例えば、図１に示すように、ディスプレイに２個の立体画像を表示し、両者が同一の立体を示すものであるか否かを回答するものである。
被験者がこのような三次元視空間認知課題に回答するためには、一方の立体画像を三次元空間で仮想的に回転させ(Mental rotation)、両者が回転対称の関係にあるか否か判断する必要がある。
なお、三次元視空間認知課題としては、３つ以上の立体画像の中から、同一の立体を示す組み合わせを選択するものも好適であり、とくに、両者の間の回転角度が６０°以上になるものを用いた課題に対する脳活動が、後述する運転能力との相関性が高い。
【００１４】
このように、立体画像を仮想的に三次元空間で回転させる際、活発に活動する脳の領域は、後頭部視覚野、頭頂葉、前頭高次運動野といわれている。これらの部位は、それぞれ視覚的に提示された刺激の形の処理、三次元の物体を仮想的に(心の中で)操作する処理、自らの運動を計画・制御する処理等を司ることが認知脳科学的な研究で明らかにされている。脳内におけるこうした処理は、いずれも視覚的に認知される道路状況を理解し、悪化した視界の中での自らの位置や方向を予測して、次の運転操作を計画・制御するために必要とされる部位である。
【００１５】
三次元視空間認知課題を出題してからの後頭部(後頭部視覚野)と頭頂部(頭頂葉、前頭高次運動野)における脳波の計測結果は、図２のとおりである。
この図から分かるように、後頭部(図２上)、頭頂部(図２下)とも、３０Ｈｚを中心としたγ帯域で、脳の活動強度が明確に増加しているのが分かる。
【００１６】
一方、自動車を安全に運転するためには、視覚により運転環境の変化を正確に認知する能力が求められている。こうした運転環境認知能力は、天候、昼夜、速度により影響を受け、視界が阻害されたときに、蛇行などのふらつきとなって現れ、事故の原因となる。
例えば、ワイパを最速モードで作動させても、十分な視界を確保できないような雨量の場合、ワイパが１往復する時間に対し、視界が確保される時間は、２０％程度に相当するが、これを視界開放率と定義すると、この視界開放率２０％前後では、多くの運転者でふらつき率が上昇し、場合によっては車線を逸脱しかねない限界値に達している。
【００１７】
そこで、複数の実験対象者に対し、運転シミュレータが提示する画像表示を一定比率で遮ったとき、ふらつきがどの程度発生するかを調べた。
ここで、例えば、図３に示すように、２秒を１周期、すなわち単位時間として、１６００ｍｓは、自動車運転シミュレータによる映像を提示し、残りの４００ｍｓは、自動車運転シミュレータによる運転環境の映像を遮断して、白、グレーあるいは黒一色の画面とした場合、視界開放率は８０％となる。同様に、自動車運転シミュレータによる映像提示時間が１２００ｍｓ、遮断時間が８００ｍｓであるとすれば、視界開放率は６０％となる。
なお、視界開放率は２０％、集中豪雨時にワイパを最速モードで作動させた状態にほぼ匹敵するものである。
【００１８】
なお、この実施例では、視界開放／遮断を行う単位時間を２秒とした。この単位時間は、短すぎると、視界開放率を小さくしても、残像により映像情報の変化が取得されるため、運転ディマンドを高めることができない。一方、単位時間を長くすぎると、視界開放率を小さくした場合、次の視界開放まで運転環境の変化が大きすぎて、遮断時間が１.２秒を超えると、いかに優れた運転者でも、次に運転環境が提示された瞬間、大きくふらついてしまい、運転能力が低い者との判別ができなくなってしまう。
この観点で、単位時間は１.２秒から４秒の範囲、好ましくは２秒程度とする。
【００１９】
視界開放率を順次減少させていくと、被験者は、視界開放時の視覚情報に対する注意力、集中力を高め、視界遮断時の間、遮断直前の運転状態を記憶し、次の視界開放時に再現するという、運転時における視覚情報取得要求、いわゆる運転ディマンドが高くなっていく。
運転ディマンドに応じた運転タスクの作業成績を評価するため、実験対象者１８名(平均年齢２３.１歳、男性１６名、女性２名)に対し、視界開放率毎に、車速、車両横位置(センターラインからの距離)の変動幅、ステアリング操作量、車間距離の推移を分析した。特定の視界開放率における走行安定性を評価するため、走行区間におけるそれぞれの標準偏差を各指標に基づいて算出した。
【００２０】
図４は、そのうち、視界開放率(横軸)毎の車両横位置変動幅の標準偏差(縦軸  単位はｍ)を示す。特に、視界開放率６０％と８０％の間で、いわゆるふらつき率が上昇し始めていることが確認できる。そして、ワイパを最速モードで作動させても、十分な視界を確保できないような雨量に相当する視界開放率２０％前後では、すべての実験対象者でふらつき率が上昇し、実験対象者によっては車線を逸脱しかねない限界値に達している。
【００２１】
この結果から分かるように、あるグループでは、視界開放率が６０％に到るまで、両横位置変動幅の標準偏差が０.４ｍ弱を維持し、視界開放率が低下するにつれ、両横位置の標準偏差が増加している。
他のグループでは、視界開放率が７０％を下回った付近で、両横位置変動幅の標準偏差が０.４ｍ強から上昇し始め、最初のグループと比較して上昇率も高い。
【００２２】
視界遮断により発生するふらつきは、視界遮断の間、直前の映像情報を正確に保持することができず、映像情報が得られないことの不安や、次に提示される映像情報に驚いて、ステアリング操作が不安定になったことによるものと考えることができる。
すなわち、ふらつき率が上昇し始める視界開放率が低いほど、視覚情報に対する注意力、集中力が高く、認知情報処理能力の配分を優先的に視覚情報に配分し、豪雨等で視界が遮られたときでも、直前の映像情報を正確に保持していることを意味する。そこで、視界開放率とふらつき率との関係をホッケースティック回帰法(一連のデータのうちのどこかに変曲点があって、それよりも大きい場合と小さい場合とで、線形回帰の傾きが異なる場合に、それぞれの傾きと変曲点を推定する方法)を用いることで、個人毎にふらつき率が上昇し始める視界開放率、すなわち、臨界視界開放率を特定すると、臨界視界開放率が低いほど、高い運転ディマンドに対応できる優れた運転能力を備えた者と評価することができる。
【００２３】
一方、実験対象者の一人に対し、前述の三次元視空間認知課題を出題した際、脳波計のうち頭頂部に位置する電極(Ｐ３位置)における脳活動強度の計測結果を図５に示す。
なお、図５は、計測された脳波信号を、認知課題呈示の前後数百ミリ秒の時間窓で切り出し、短時間ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)あるいはウェーブレット変換を用いて時間周波数表現に変換し、時間周波数表現に変換された前頭部の脳波信号のうち、γ帯域(３０Ｈｚ前後)の信号パワーを抽出したものである。横軸は、三次元視空間認知課題を提示してからの時間(ｍｓ)であり、縦軸は、脳活動強度計測値の周波数(Ｈｚ)であり、出題後７００ｍｓ前後から１０００ｍｓ(１秒)にかけて、前頭部γ帯域(３０Ｈｚ前後)の脳波活動強度が最高レベルに達している。
【００２４】
前述のように視界開放率とふらつき率を計測した実験対象者すべてに対し、三次元視空間認知課題を出題したときの前頭部γ帯域の最大脳波活動強度(ｄＢ)を計測し、視界開放率を、ほぼすべての実験対象者にとって臨界視界開放率以下となる６０％としたときの車両横位置の標準偏差との関係を図６に示す。
ここで、相関係数(corr coef)は、ピアソンの積率相関係数を指し、認知課題遂行中のγ帯域脳活動強度(最大値)と、臨界視界開放率の間にどの程度線形な関係があるのか、その強さを示す指標であり、一般に相関係数「−０.７５５」は強い負の相関にあることを示している。すなわち、認知課題遂行中のγ帯域脳活動パワーが大きな人は、自動車運転課題での横方向ふらつきが小さいことを裏付けている。
【００２５】
また、pの値は、まったく相関のない２種類のデータに相関解析を行った場合、偶然、相関係数が得られる確率を表しており、通常、ｐ＜０.０５あるいはｐ＜０.０１の場合に「その相関係数は統計的に有意(偶然でない)」と見なされる。今回の結果は、ｐ＝０.０００２であり、０.０１より十分小さく、二つのデータの間に有意な相関関係があることが裏付けられている。
【００２６】
同様に、三次元視空間認知課題を出題したときの前頭部γ帯域の最大脳波活動強度と、臨界視界開放率との関係を図７に示す。この場合、相関係数(corr coef)は、「−０.６２５」、ｐ＝０.０４であり、やはり強い負の相関にあることが分かる。このことは、後頭部で計測したγ帯域脳活動強度についても同様のことがいえる。
【００２７】
なお、三次元視空間認知課題を出題したときの前頭部γ帯域の脳波活動強度と、三次元視空間認知課題を出題したときの反応時間、正答率と、臨界視界開放率との関係についても同様に分析したが、相関係数(corr coef)は、前者で「−０.０６５」、後者で「−０.０３１」となり、有意な相関関係は認められなかった。
【００２８】
以上の結果から、より多くの実験対象者に対し、例えば、視界開放率６０％等、臨界視界開放率以下となる視界開放率でのふらつき率、あるいは、臨界視界開放率を計測し、三次元視空間認知課題を出題したときの前頭部γ帯域の脳波活動強度との関係を最小二乗法などを用いて、関係式(一次関数あるいはさらに高次の関数)を求めることで、被験者が、三次元視空間認知課題を出題したときの前頭部γ帯域の脳波活動強度を計測するだけで、強い相関関係をもって運転能力を推定できることが裏付けられる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、実車での運転や自動車運転シミュレータを使用することなく、脳波の計測だけで、視界が阻害されたときの対応能力など、自動車運転能力を客観的に判定できるので、交通安全対策を推進するための基礎データを収集する手段として、広く採用されることが期待される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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