立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第29号) 2020

[ 研究助成 (C) ]脳・自律神経活動に基づいたバーチャルリアリティを用いた体性痛緩和システムの開発
Development of somatic pain relief system using virtual reality
based on central nervous and autonomic nerves
2197002

研究代表者

兵庫県立大学大学院
応用情報科学研究科

博士後期課程

笠井亮

佑

出した。

[研 究 の 目 的][研究の内容，成果]

厚生労働省の報告では，医療現場において痛みに対する新たな対策が社会的課題であると示〈方法〉している。
現在，痛みに対する治療には主に鎮痛薬が用

被験者は，健常成人 22 名 (平均年齢 21.2±いられるが，病状による疼痛や術後痛，医療行0.85 歳，男性 11 名，女性 11 名) とした。被験為による注射や内視鏡等の処置において痛みを者に対して事前に実験の趣旨を説明し，書面に伴う場面が多く存在し，副作用やコストが問題より参加の同意を得た。東京工科大学研究倫理である。痛みの生体反応評価としては，身体的委員会の承認を得た。

反応と心理的反応の両方を統合的に検討する必VR デバイスとして HTC VIVE (HTC 社製)要があり，心理主観的体性痛知覚反応と生理学を用いた。VR 映像は，The International Af-的神経反応の統合的相互関連性について評価すfective Picture System における快・不快の感ることが重要となる。

情を引き起こすと予想できる画像を参考に VR

近年では仮想現実 (Virtual reality：VR) の映像を 30 種類選定した。さらに，被験者 22 名

医療応用に関する研究がなされている。しかし，に 30 種類の映像をモニター視聴してもらい，

VR 環境下における生体への影響に関する研究映像に対するアンケートを実施した。各映像にが注目されているが，体性痛感度との関係性について，「楽しさ」「幸福」「興味」「満足」「驚ついては明らかになっていない。

き」「恐 怖」「嫌 悪」「怒 り」「悲 し み」「不 安」

さらに，VR 環境下での体性痛感度の変化に伴う脳中枢神経・自律神経活動の影響については国内外において系統的に行われた研究は例がない。そこで，本研究では，人間の脳及び自律神経活動の影響評価に基づいた VR を用いた体性痛緩和システムを開発することを目的に，VR 映像を用いることで体性痛軽減を行うことが可能であるかを定量的に評価した。さらにそれに伴う脳中枢神経活動及び自律神経活動を抽― 1 ―

図1使用した各種 VR 映像

立石科学技術振興財団助成研究成果集(第29号) 2020と 感 じ た 程 度 を，「そ う 感 じ た (4 点)」か ら「そう感じなかった (1 点)」までの 4 段階で回答してもらい点数化した。点数化の結果から，安静映像・不快映像・快映像を各 3 種類，計 9映像選定した。
VR 映像非視聴を「非視聴」，VR 安静映像視聴を「安静セッション」，VR 不快映像視聴を「不快セッション」，VR 快映像視聴を「快セッション」とした。VR デバイス装着時の様子を

図4

図 2 に示す。

選択的神経刺激電流波形

選択的体性神経電流刺激は，Pain Vision PS-ト法を用いた VR 映像主観評価質問紙を作成し2100 ® (NIPRO 社 製) を 用 い た。最 小 感 知 電た。快 情 動 項 目 は「楽 し さ」
「幸 福」「興 味」

流値及び痛み対応電流値を測定し，個体差や測「満足」とし快情動項目主観評価得点を算出し定条件のばらつきを消去する目的で，最小感知た。また，不快情動項目は「驚き」「恐怖」「嫌電流値及び痛み対応電流値から，痛み度を算出

悪」「怒り」「悲しみ」「不安」とし不快情動項した。図 3 に最小感知電流値と痛み対応電流を目主観評価得点を算出した。

示し，図 4 に選択的神経刺激電流波形を示す。

脈波計測には光電式指尖容積脈波計バック

痛みに対する主観的評価としてリッカート法

ス・ディテクター (CCI 社製) を用いた。各タを用いた痛み主観評価質問紙を作成した。痛みスク実施時の 1 周期の波形成分から取得した各主観評価質問紙の評価項目は「痛みを感じやす特徴点の最大振幅値及び脈波長の変動を解析対かった」から「痛みを感じにくかった」までの象とし，自律神経評価を行った。

7 段階とした。

脳波計は MUSE BRAIN SYSTEM ® (デジタVR 映像に対する主観的評価としてリッカールメディック社製) を用いた。測定した脳波はフ ー リ エ 解 析 を 行 い，各 周 波 数 帯 域 (θ 波：4-7 Hz，α 波：8-13 Hz，β 波：20-25 Hz) におけるパワースペクトル値を求め，各周波数帯域の出現率を算出した。
はじめに実験環境に慣れるために無負荷状態
を 1 分間行い，次に十字マーク注視及び安静閉眼を 3 分間実施した。次に，非視聴セッション
として十字マーク注視を 3 分間，安静閉眼を 3

図2

VR デバイス装着時分間実施した。非視聴セッションの最小感知電流値及び痛み対応電流値を測定し，コントロールとした。その後，安静セッション，不快セッション，快セッションをランダムに実施した。
各 VR 映像視聴時間は 3 分間とし，映像提示開始から 60 秒後に電流刺激を開始し，各 VR 映像視聴時における最小感知電流及び痛み対応電流値を測定した。各 VR 映像視聴後には 3 分間

図3

最小感知電流値と痛み対応電流値の安静閉眼を実施した。これを 1 セッションと― 2 ―立石科学技術振興財団助成研究成果集(第29号) 2020

し，計 3 セッション実施した。測定終了後に痛安静セッション，快セッション時の快情動項目

み主観評価質問紙及び VR 映像主観評価質問紙

評価得点は，安静セッション，快セッション時に回答してもらい実験終了とした。の不快情動項目評価得点と比較して，有意に高値を示した。
図 8 に脈波最大振幅相対値の平均値を示す。

〈結果〉
図 5 に痛み度の平均値を示す。不快セッショ

不快セッション時の脈波最大振幅相対値は，非ン，快セッション時の痛み度は，非視聴時の痛視聴，安静セッション，快セッション時の脈波み度と比較して有意に高値を示した。

最大振幅相対値と比較して，有意に低値を示し

図 6 に痛み主観評価得点の平均値を示す。安た。また，快セッション時の脈波最大振幅相対静セッション，不快セッション，快セッション

値は，安静セッション時の脈波最大振幅相対値

時の痛み主観評価得点は，非視聴時の痛み主観と比較して有意に低値を示した。

評価得点と比較して，有意に低値を示した。不図 9 に脈波長相対値の平均値を示す。安静

快セッション，快セッション時の痛み主観評価

セッション時の脈波長相対値は，非視聴時の脈得点は，安静セッション時の痛み主観評価得点と比較して，有意に低値を示した。
図 7 に情動項目評価得点の平均値示す。快セッション時の快情動項目評価得点は，安静セッション，不快セッション時の快情動項目評価得点と比較して，有意に高値を示した。不快セッション時の不快情動項目評価得点は，安静セッション，快セッション時の不快情動項目評価得点と比較して，有意に高値を示した。また，

図5

各タスクの痛み度

図 6 各タスクの痛み主観評価得点

図7各タスクの VR 映像情動評価得点

図8

各タスクの脈波最大振幅相対値

図9― 3 ―各タスクの脈波長相対値

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助成研究成果集(第29号) 2020

〈考察〉

波長相対値と比較して有意に高値を示した。
図 10 に θ 波出現率の平均値を示す。各タス

不快及び快映像視聴により，痛み度，痛み主クにおける θ 波出現率に有意な差は認められな観評価得点が低値を示した。末梢血管におけるかった。

交感神経活動が優位に反応し，安静映像時では，

図 11 に α 波出現率の平均値を示す。不快中枢領域における交感神経活動が減弱した。θ

セッション時の α 波出現率は，非視聴，安静波出現率は各タスクにおいて有意な差は認めらセッション，快セッション時の α 波出現率とれなかった。α 波出現率は不快映像視聴時に低比較して，有意に低値を示した。

値を示し，β 波出現率は不快及び快映像視聴時

図 12 に β 波出現率の平均値を示す。縦軸にに高値を示した。不快及び快映像視聴時は，β 波出現率を示し，横軸に各タスクを示す。不VR 映像没入感覚による痛みへの注意散漫効果

快セッション，快セッション時の β 波出現率は， 及び，不快または快情動負荷が生じ，ストレス非視聴，安静セッション時の β 波出現率と比較

認識による下行性疼痛抑制効果が発生し，痛みして，有意に高値を示した。

度及び痛み主観評価得点が低値を示したと考えられる。VR 映像視聴による没入感覚及び不快情動ストレス，快情動ストレス負荷は，体表面に起因する体性痛の軽減に有用である可能性が示唆された。
[今後の研究の方向，課題]
VR 映像視聴により体性痛を軽減できる可能

図 10 各タスクの θ 波出現率性が示唆された。一方，VR 映像の種類により，体性痛の軽減効果に差異が生じることを認め，不快感情に関連した映像，快感情に関連した映像により，体性痛が軽減することを認めた。今後は，ユーザーの性格調査，気分やストレス状態等のユーザー背景を含めた追加検討を行うことで，体性痛軽減により適した VR 映像の特徴点を抽出していく。

図 11 各タスクの α 波出現率
[成果の発表，論文等]〈学術論文 (査読あり)〉1)

笠井亮佑，伊藤奈々，島峰徹也，上條史記，加納敬，荻野稔，日向奈惠，田仲浩平，篠原一彦，水野(松本) 由子：バーチャルリアリティを用いた体性痛緩和に向けた体表面知覚電流と自律神経活動の評
価 日本医工学治療学会論文誌，Vol. 32, No. 3, 2020.
(in press)2)

笠井亮佑，伊藤奈々，島峰徹也，上條史記，加納敬，荻野稔，日向奈惠，田仲浩平，篠原一彦，水野(松本) 由子：体表面知覚神経電流刺激を用いた

図 12 各タスクの β 波出現率― 4 ―

立石科学技術振興財団

VR 環境における体表面知覚感度の評価と脳波成助成研究成果集(第29号) 2020

田仲浩平，篠原一彦，水野(松本) 由子：Pain Vi-分の比較，電気学会論文誌 C，Vol. 140, No. 8, pp.

sion を用いた VR 環境における体表面感知電流閾値

979 - 989, 2020. (in press)の 影 響，第 58 回 日 本 生 体 医 工 学 会 大 会，沖 縄，〈学会発表〉
1)2019 年 6 月 6 日

笠井亮佑，伊藤奈々，上條史記，加納敬，荻野稔，

3)

笠井亮佑，伊藤奈々，島峰徹也，上條史記，加納

田仲浩平，篠原一彦，水野(松本) 由子：低周波電敬，荻野稔，日向奈惠，武田朴，篠原一彦，田仲浩

流刺激を用いた VR 環境での体表面知覚電流閾値と平，水野(松本) 由子：体表面知覚神経電流刺激を指尖容積脈波の評価，第 63 回システム制御情報学用いたバーチャルリアリティ環境における体性知覚会研究発表講演会，大阪，2019 年 5 月 22 日

感度と脳中枢神経活動の評価，生体医工学シンポジ2)

笠井亮佑，伊藤奈々，上條史記，加納敬，荻野稔，― 5 ―ウム 2019，徳島，2019 年 9 月 6 日