立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第31号) 2022

［ 研究助成 (A) ］

校正された種々のホワイトノイズが立位姿勢制御の向上に及ぼす効果に関する研究
Effects of calibrated and various white noises on improving postural fluctuations
2211022研究代表者

広島市立大学
大学院情報科学研究科准教授

常盤達司

ように知覚できる音，頭外定位音) を使用した[研 究 の 目 的]

りすることで立位姿勢制御を向上させる新たな本研究の目的は，ホワイトノイズが立位姿勢音刺激を提案できる可能性がある。

制御に及ぼす効果を調査することである。立位

そこで，本研究助成での目標を，校正された姿勢に対する制御機能の低下は，例えば「めま種々のホワイトノイズが立位姿勢制御の向上にい」や「ふらつき」などの平行機能障害を引き及ぼす効果の検証とした。

起こし，特に高齢者に顕著である。また，高齢[研究の内容，実験方法]

者の平行機能障害は，転倒などによる寝たきりに直結するので，現在の超高齢化社会において，健康寿命を延ばす上で社会問題になっている。

1．実験環境並びに音の事前校正

立位姿勢の制御には，視覚，前庭覚，下肢体重心動揺の計測には，我々の研究グループで性感覚が関与している。我々はこれまで，(a)開発された計測システムを用いた。正三角形の閉眼により視覚情報を遮断し，(b) 立位下に鉄板の各頂点にロードセル (AND 社) を固定

ラバー (クッション) を設置することで下肢体し た。ロ ー ド セ ル の 出 力 電 圧 を AD 変 換 器

性感覚情報を攪乱した状態で，前庭覚情報と立(NI 社) 経由で計測・制御用 PC (EPSON 社)

位姿勢とが 1 対 1 の関係になる計測環境での立に取り込んだ。計測はサンプリング周波数 100

位姿勢制御に着目し研究を続けてきた。主な成Hz とし，Visual Studio を用いて計測した。計果の 1 つとして，被験者にホワイトノイズを呈測されたデータを MATLAB にてオフライン示し閉眼・ラバー上で立位姿勢を保持させた条で解析した。

件下で，姿勢制御の評価指標の 1 つである重心

呈示音は，可聴域 (20 kHz 以下) のすべて動揺の軌跡長が有意に減少することを見出した。の周波数成分を一様に含んだ音 (ホワイトノイ

この効果を正しく検証するためには，呈示音ズ) と し，以 下 3 つ，a) 左 右 同 相，b) 左 右を校正する必要がある。つまり，音を高精度に逆相，c) 左右無相関の音源を MATLAB で作作成しても，パソコンのサウンドカードやヘッ成した。音像頭内定位音源は，先に挙げた左右ドホンの性能限界などが原因で所望の周波数特無相関の音源を用いた。本助成にて購入したダ性や音圧の呈示が不十分である場合がある。さミ ー ヘ ッ ド (サ ザ ン 音 響) の 前 50 cm に ス

らに，呈示するホワイトノイズとして，左右のピーカー 1 台を置き，ホワイトノイズを呈示し耳に呈示する音の位相差を変えたり，ダミーた際にダミーヘッドに内蔵されている左右のマヘッドで事前に収音した音 (音源が頭外にあるイクから収音した音を音像頭外定位音源として― 1 ―立石科学技術振興財団使用した。これらの音は，ダミーヘッドを用いた。実験終了後，各条件での音の印象を調べるて事前に校正した。計測例として，左右無相関ためにアンケートを実施した。の音源の校正結果を図 1 に示す。振幅結果，周波数結果より，構築した実験環境は所望の特性を有する音を呈示可能であることを確認した。
ダミーヘッドにヘッドホン (SONY 社) を装着し，呈示音が音圧約 70 dB SPL になるように実験 PC と再生ソフトの音量を調整した。

図2

実験の概略図(左) 振幅特性，(右) 周波数特性

図13．実験結果の解析・考察

左右無相関音の特性調査結果

3. 1

2．実験内容実験条件 A における重心動揺

ロードセルの電圧値から MATLAB を用い本実験は，広島市立大学の倫理審査会の承認て重心動揺軌跡を算出した。重心動揺の総軌跡を受け，書面により同意が得られた健常成人に長，外周面積，矩形面積，周波数成分に着目し対して行われた。

解析を行った。さらに，重心動揺軌跡の周波数

実験条件 A は被験者 11 名 (男性 7 名，女性解析を行い，従来研究で着目されていた 1.04 名，22.2±1.27 歳) で，「開眼・無音」と「閉Hz 以下の周波数パワー値の平均値を算出した。

眼・同相」，「閉眼・逆相」，「閉眼・無相関」の被験者毎に生活環境が異なり，開眼時の重心4 条件，実験条件 B は被験者 5 名 (男性 2 名，動揺の程度が異なるので，被験者毎に「開眼・女性 3 名，22.2±0.4 歳) で，「開眼・無音」と無音」条件 5 試行の平均値を用いて他条件の計「閉眼・頭外定位音源」，「閉眼・頭内定位音源」

測値を正規化し，平均を算出した。の 3 条件とした。実験条件 A，実験条件 B は算出された総軌跡長，外周面積，矩形面積の連続せず別日に実施した。いずれの条件でも平均と標準偏差をそれぞれ図 3 に示す。いずれ「開眼・無音」の計測値は被験者毎の計測値を正規化するために使用された。
開眼条件では，図 2(a) に示すように，両足のつま先と踵を閉じ，約 5 m 前方に配置した
直径 8.5 cm の赤い円の固視点を注視するよう被験者に指示した。音刺激条件では，図 2(b)に示すように，フォームラバー (ANIMA 社)の上でつま先を 30 度開き，閉眼でヘッドホンから音を呈示した。いずれの条件でもヘッドホンを装着し，重心動揺計の上で立位姿勢を保持するように指示した。1 条件 30 秒間とし，各 5回ずつ 1 分間の休憩を挟んでランダムに実施し― 2 ―

図3重心動揺の総軌跡長 (左上)，外周面積 (右上)，矩形面積 (左下) の解析結果

Tateisi Science and Technology Foundationす。○ 印 の 中 の ア ル フ ァ ベ ッ ト は 被 験 者 IDの項目でも有意差は認められなかった。
聴覚 (3 種類の音刺激) を要因とした 3 群以(A-K) を表す。

上の対応があるフリードマン検定にて，統計解析を行った。結果を表 1 に示す。いずれの項目
でも群間の平均値に有意な差は認められなかった (p>0.05)。
表1P値

各項目における検定結果

総軌跡長外周面積

矩形面積

周波数0.560.100.800.70

各条件における周波数解析結果の一部拡大図を図 4 に示す。横軸は周波数，縦軸は前後 5 点

図5

無相関の音と F 値の関係

(周波数分解能 0.033 Hz) の周波数パワー値の移動平均を示す。図中の〇，×，■はそれぞれ，アンケート項目「非常に弱い⇔非常に強い」同相，逆相，無相関の結果を示す。各音刺激にという音の印象と F 値の間で順位相関を求め

より，重心動揺の周波数成分は 1.0 Hz 以下でる と 正 の 相 関 が 認 め ら れ た (R=0.744，p<増大し，1.0 Hz に近いほど減少する傾向が明

0.00864)。この結果は，3 種類の音刺激を与えらかとなった。

たときの重心動揺の平均値に差があるほど (F値が大きい)，呈示された音を弱く感じていることを示す。
3. 2

実験条件 B における重心動揺頭外定位音と頭内定位音が重心動揺に与える影響について調査した。
実験条件 A と同様，「開眼・無音」条件の総軌跡長で各条件の総軌跡長を正規化し，閉眼・頭内定位音条件と，閉眼・頭外定位音条件の二条件に対して 2 群の対応のあるノンパラメト
図4

重心動揺軌跡の周波数解析

リック検定であるウィルコクソン符号付き順位

下肢体性感覚情報が撹乱され，視覚フィード検定をおこなった。結果を図 6 に示す。

バック制御に頼ることができない閉眼条件では，結果より，頭内定位音と頭外定位音に有意差

音刺激により前庭器官が刺激され，前庭系が姿は見られなかった (p>0.3)。むしろ，頭外定勢制御を安定な方向に遷移させていると考えら

位音を用いた方が重心動揺の軌跡長が長くなるれている。一方で，今回呈示した，同相，逆相， という当初の予想とは真逆の結果となった。主無相関の音は重心動揺軌跡長に与える影響に有な原因として，今回の実験条件ではどちらも意差が認められなかった。

ヘッドホンから音を呈示しているので，頭外定次に，音の印象測定のアンケート結果の一例

位音を呈示しても，頭の動揺に応じて定位されを図 5 に示す。縦軸は「閉眼・無相関」条件にた音源の位置も動くため，被験者が認識できる対する統計処理の結果 (F 値)，横軸は形容詞

音源の位置を重心動揺の目標位置 (よりどこ句 1 対，「音に対する印象」の評価項目に対しろ) として利用することができなかったことがて，被験者 11 名が回答した音刺激の印象を示考えられる。

― 3 ―立石科学技術振興財団入) が観測される問題があり，複数の被験者での統計解析をおこなうことができなかった。

図6

3. 3

頭内定位音，頭外定位音と重心動揺の総軌跡長の関係
図7

立位姿勢制御時の脳血流の変化

脳血流計を用いた計測例

立位姿勢制御時の脳血流の変化を計測するた[今後の研究の方向，課題]

めに，光トポグラフィー (ETG-4000，日立)
を 用 い て 実 験 を 行 っ た。両 側 頭 部 に 4x4 の本研究では，音呈示方法としてヘッドホンかフォルダを配置し，左右各 8 個の照射・検出プらの呈示に限定して研究を進めてきたが，固定ローブを (8+8)×2=計 32 個装着した。
音刺激の有無にかかわらず，被験者にヘッドホンを装着し，立位姿勢を保持するように指示

スピーカーからの呈示など，他の呈示方法での効果を調査予定である。

した。計測では各刺激条件を安静条件の前後に立位姿勢制御時の脳血流の変化を計測した結設定し，連続して各 30 秒間，計 1 分 30 秒の計果，立位姿勢の動揺に由来するアーティファク測を 5 回実施した。条件は，安静条件：開眼ラトが混入することが分かった。実験条件を新たバー無しの状態。刺激条件：閉眼，ラバー上にに検討したり，脳血流以外の脳機能計測手法をて約 70 dB SPL の左右無相関のホワイトノイ検討したりすることで立位姿勢制御時の脳情報ズを呈示とした。閉眼時には，つま先を 30 度処理の解明に努める。

開くよう指示した。開眼時には，つま先を閉じ，被験者に約 2 メートル離れた赤い丸を注視してもらった。

[成果の発表，論文等］[ 1 ] 津崎星，常盤達司，“左右に回転する指向性ス

計測結果の一例を図 7 に示す。画像の左側がピーカーから呈示された音が重心動揺に及ぼす効果左半球を表す。図中の片側 12 個の四角枠は，に関する研究，”日本生体医工学会 東海支部 若手

側頭葉に配置した検出プローブにて観測されたヘモグロビンの時間変化を表している。酸素化研究者発表会 2021，2021 年 12 月 11 日．
[2]

福田素大，常盤達司，福田浩士，“頭の傾きにより調整された音が重心動揺に及ぼす効果に関する研

ヘモグロビン，脱酸素化ヘモグロビン，それら究，”第 44 回日本生体医工学会 中国四国支部大会，の総和の変化をそれぞれ，赤線，青線，緑線でⅢ-2，2021 年 11 月 6 日．

示した。図中の数字はプローブ番号を示している。

[3]

福田素大，長谷弘美，常盤達司，“視覚と下肢体性感覚を遮断・攪乱した条件下における音刺激が重心動揺軽減に及ぼす影響，”生体医工学シンポジウ

条件間や立位姿勢の動揺時に頭がふらつくことによる脳血流の変化 (アーティファクトの混― 4 ―ム 2021，1A-06，2021 年 9 月 17 日．