音声のカオス論的指数値の特性と応用可能性	

監視通信領域	
○佐藤清 、及川太、及川健太郎、塩見格一	

研究の動機 	・２００２年８月：在来線で貨物列車が逆走（広島駅）	
・２００３年３月：新幹線で停止位置不良（岡山駅）	

居眠り	

指差喚呼確認の音声を用いた心身状態モニタリング？	
音声を用いた従来の人間特性評価手法	
・周波数特性等から性別・年齢・心身状態等の評価	

緊張の評価は可能	

・発話の特徴等から出身地・年齢・生活環境等の評価	
・聞き取りによる発音・発声技術（滑舌）の評価	

電子航法研究所の音声解析技術を使えないか？	
→音声をカオス論的に解析して得られる指数値	
＝Cerebral Exponent Macro（CEM） 	

CEMと心身状態との関係確認実験	
・２００４年〜２００８年	
鉄道総合技術研究所と電子航法研究所との共同研究	
長時間実験を５つ＝朗読音声と想起喚呼音声	
・室内実験：徹夜実験（２名）、列車シミュレータ実験Ⅰ（１２名）	
・３睡眠条件での列車シミュレータ実験Ⅱ（４名）	
・実車実験：Ⅰ（２０名）、Ⅱ（２０名） 	
短時間実験を５つ＝想起喚呼音声	
・暗算実験（３条件と４条件）、DS実験（発声条件と負荷）	
・実車実験：Ⅲ、バンク状曲線部、３速度条件（１２名）	
現場調査（８名）＝想起喚呼音声	
・列車運転士の運転情報と喚呼CEMおよび心拍数	

朗読時音声と覚醒水準との関係確認実験	
①被験者＝体育学系の大学生等１２名	
②５日間＝３日間訓練、実験２日間（1日目9:00〜2日目14:00）	

肉体的・精神的疲労	＋単調作業	＋サーカディアンリズム	

眠気のピークが早朝になるように設計	

③馴染みのある昔話の朗読カード５種類を継続	

実験の結果	
午前	

20時〜	

早朝	

運動後相関：フリッカー値（0.81）、心拍数（0.76）	

覚醒水準評価の可能性	

パラメータを固定	作業時音声と覚醒水準との関係確認実験	 
①125km/hまではハンドル操作な	しで走行可能なコース	
②速度60、80、100、120km/h	
③看板位置で発声する（想起喚呼）	
④運送会社のドライバー12名	

看板（４箇所）	実験の結果		

高厦←覚
醒
度→
低厦

速度が高いほど心拍数は高くなり、CEMは低下に転じる	可能性がある。	
→注意が作業に集中した結果	

まとめ１	
①朗読ＣＥＭと覚醒水準	
長くて読みにくい文章であっても、かなりひどく疲労した状態であれば、覚醒水準の低下度評価への応用可能性	

(1)朗読課題を文章として読めない人がたくさん現れた	(2)フリッカー値との相関係数が小さくなった	
朗読ＣＥＭの基本的な性質を知る必要性を感じた	

低	覚	
醒	状	
態	

②作業時ＣＥＭと覚醒水準	
緊張状態では、高覚醒状態であっても指数値が小さくなることから、作業時のＣＥＭ単独での評価できない。→作業負担評価は難しい	試作した朗読課題	
幅広い年齢でのCEMと人間の特性との関係→ひらがな	課題	

課題内容	

読み方	

１	

１文字表示	

1文字	２	

５文字表示・「あいうえお」等順配列	 基準	連続	

３	５文字表示・「あいうえお」等順配列	

1文字	

４	５文字表示・「おえういあ」等逆配列	
読みにくい	

連続	５	５文字表示・「おえういあ」等逆配列	

1文字	６	５文字表示・「はれいのく」等無作為配列	

1文字	

７	８	

文章（有意味課題）	
５文字表示・「あかさたな」等母音毎配列	

文章として	テンポよく	読める	

連続	

2008年に作成	

実験の概要	
実験時間：30分以内／人	
作業姿勢：椅座位	
測定項目：脈拍、朗読音声、体調等の質問紙	
対象者：	
小学生高学年女子 ４６名
中高校生男女 ２２６名
・共学校 男111名	
女113名
・男子校 101名	
・女子校 122名	
大学生女子 ５１名	
高齢者男女 ２３５名
・男性 119名	
・女性 116名	

CEMに対する性と薬の影響	

健常群	

服薬群	

健常群では性差が大きいが、服薬群では性差が小さくなっている。	
男性（青）では低下し、女性（赤）ではやや増加しています。	

子音（課題２）のCEM	
・児童学科の生徒	
・読み聞かせのため発声の訓練	

・舌をよく使う、唇をよく動かす子音が大きい。	
・鼻から息を抜きながら発声する子音が小さい。	

子音（課題２）のCEM	加齢による機能低下の影響か？	

母音（課題８）のCEM	

大学生と高齢女性はレベルは違うが、傾向はよく似ている。
高齢男性も傾向は似ているが「ｏ」が小さかった。	

中高一貫校（３校）の結果	

中学校	

高等学校	

男女とも、中高とも、男子校や女子校より共学校（実線）が低くなっている。	
生活環境の影響？	

情動と心拍数の関係	

テ	ン	
ポ	よ	
く	
読	め	る	

基	準	の	課	題	読	み	に	く	い	

心拍数は、緊張しても楽しくて興奮しても、平常な状態よりも高まる。このときの覚醒水準は高い。	

情動と朗読CEMとの関係	

テ	ン	
ポ	よ	
く	
読	め	る	

基	準	の	課	題	読	み	に	く	い	

音声は、緊張しているときには弱く、楽しくて興奮しているときには強くなる。覚醒水準はどちらも高い。	

実験の結果		

高厦
←
覚
醒
度→低厦

まとめ２（ＣＥＭを変化させる要因）	
①母音や子音の影響	 →発声技術評価	
②生活環境の影響	

→生活環境の評価	

③薬剤服用の影響	
→覚醒水準や薬の副作用（低覚醒状態）評価	
④課題内容の影響	

→情動反応評価	
判定基準	
（心拍数等との総合的評価）	

⑤性や年齢の影響	

評価尺度	
朗読課題	

朗読課題等作成の基本的考え方	
①被験者が慣れ易い・・・フリッカー値測定装置（フリッカーテスター）は、数回の練習でこつをつかめる。	
②被験者が読みやすい（意識せずに読める）・・・フリッカーテ
スターは、慣れると、測定しているという意識がなくなる。	
③短時間で朗読できる・・・フリッカーテスターは、1度の測定に60秒近くかかる。	
④誰でも読める・・・フリッカーテスターは、視機能異常がなければ、誰でも使える。	

実験の概要	
目的：眠気に影響を及ぼしにくい課題を探す	
＜予備実験１＞	
暗算課題：３条件（易しい、普通、難しい）	
実験時間：１条件につき１０分	
被験者数：男性６名	
測定項目：質問紙（眠気）、フリッカー値、脈拍数、音声等	
朗読課題：３種類	
＜予備実験２＞	
暗算課題：３条件（易しい、普通、難しい）	
実験時間：１条件につき１０分	
被験者数：１２名（男女学生各６名）	
測定項目：質問紙（眠気）、フリッカー値、脈拍数、音声等	
朗読課題：３種類	

予備実験１で用いた朗読課題	
①昔話（長く読みにくい）	
「昔々、兎と亀の競争では、兎は山の麓に着く前に休んだので、亀に負けてしまいました。」などの文章を読む。	
②母音（5文字 10個）	
「あかさたな」〜「ほもよろを」までを、1回に5文字ずつ連続で読む。	
③いろは歌（約12文字 4個）	「ん」を除く「いろは47文字」を等分したものを、連続で読む。	
※「いろはにほへとちりぬるを」「わかよたれそつねならむ」	
「うゐのおくやまけふこえて」「あさきゆめみしゑひもせす」	

予備実験１の結果	

昔話（長く読みにくい）や母音では易しい課題で眠気が取れ、昔話ではその傾向が強かった。	

予備実験２で用いた朗読課題	①昔話（短く読みやすい）	
「昔々、兎と亀は、山の麓を目指して、競争をしました。」などの文章を読む。	
②数字（想起）	
「１」〜「５」までの数字を、「１」が提示されたら「これはいちです」と読む。ほかも同じ。	
③いろは歌（約12文字 4個）	「ん」を除く「いろは47文字」を等分したものを、連続で読む。	
※「いろはにほへとちりぬるを」「わかよたれそつねならむ」	
「うゐのおくやまけふこえて」「あさきゆめみしゑひもせす」	

予備実験２の結果	すべて同じ結果になった。→文章でも読み易くすることで、また、想起課題でも使える可能性があることがわかった。	

CEMに対する抗ヒスタミン剤	服用の影響を知るための実験	実験の概要	
目的：CEMと抗ヒスタミン剤服用量との関係を知る	
使用薬剤：ジフェンヒドラミン塩酸塩錠（10mg/錠）
常用量：最大１回３錠、１日３回
特徴：中枢へ移行し易い
副作用：眠気、倦怠感（抑制）、口渇、動悸（昂進）など	
服薬条件：4条件（０錠、１錠、２錠、３錠）	
実験日：週1回（休日の翌日）	
実験時間：9時30分〜17時30分	
被験者：実験関係者４名	
測定項目：質問紙（眠気、疲労感）、フリッカー値、脈拍数、	音声（回答時、朗読時）、作業成績等	
実験の流れ：出勤→朝食→服薬前測定→服薬→３０分毎に測定	→終了	

実験の様子	

装置配置状況	

暗算作業中	

フリッカー値測定中	

質問紙チェック中	

暗算課題	

朗読課題	

測定項目の経時変化	の時刻での作業時にエラーが激増し作業時のCEMは急激な低下を示し、眠気は激増し、フリッカー値は大きな低下を示している。	

各指標の平均レベル	

眠気尺度との相関関係	
0錠	

1錠	

2錠	

3錠	

CFF

-0.36

-0.88

-0.90

-0.91

HR-0.90

-0.75

-0.86

-0.76

朗読CEM

0.00

0.23

0.19

-0.21

回答CEM

-0.04

-0.43

-0.55

-0.70

・CFFは服用時に高い負の相関関係がみられた。	
・HRは服用の有無に関わらず高い負の相関関係がみられた。	
・朗読CEMは３錠の時に負の相関関係がみられた。	
・回答CEMは２錠以上で統計的に有意な負の相関関係がみられた。	

まとめ	
①CEMの平均レベルが服薬条件と一致	
②朗読CEMは感度が低い	
③回答CEM（作業中のCEM）は低覚醒状態評価に有効	

作業中の音声は、	・航空管制業務や運転作業時等の「ねむけ」検知	
・薬剤の副作用としての中枢抑制度評価等	への応用が可能と考えられた。	
朗読CEM（評価尺度）の感度向上	ご清聴ありがとうございました。