日産科学振興財団研究報告書

27（2003）

超高密度メディア視聴覚情報が脳深部活性に及ぼす影響の検討
Effect of audio-visual information through high definition media on theactivity of deep brain structure
研究代表者

ＡＴＲ人間情報科学研究所 招聘研究員
大橋 力
ATR Human Information Science Research Laboratories
Invited Researcher, Tsutomu OOHASHI

和文アブストラクト
本研究では、超高密度メディアによって呈示される映像音響情報のなかでも特に聴覚情報に着目して、その高密度複雑性成分が脳深部を活性化するメカニズムについて総合的な検討をおこなった。その結果、可聴域をこえる超高周波成分は、脳内の情動系あるいは感性系の神経ネットワークに作用し、快適性の増進や刺激受容行動の促進といったポジティブな心理的行動的効果を発揮することを明らかにした。さらに超高周波成分の信号強度と発揮される効果の間には、何らかの非線形な構造が存在することが示された。これらの成果は、次世代メディアの発展方向を模索する上で、有用な情報を提供するものと期待される。

Abstract
We have studied the neuronal mechanism of the hypersonic effect, that isaudio-visual information with high-density and complex structure activateddeep-brain structure, using multidisciplinary approach. We revealed thatthe inaudible high-frequency component of sounds activates reward-generatingneuronal circuit, and thus introduces positive psychological and behavioral
effects. In addition, such effects did not linearly increase as the intensityof the high-frequency component increased. These findings may provide usefulinformation for the development of multimedia technology in the nextgeneration.

１．研究目的

報を、さまざまな度合いで切り捨て単純化するメディアによって提供される人工的な視聴ことによってつくられることが一般的である。

覚情報は、技術的あるいは経済的な制約により、 その結果、「ポケモン事件」で典型的にみられ人類が進化の過程で慣れ親しんできた自然環るように、自然の環境情報から大きく離れた信境のもつ極めて高密度複雑性の視聴覚信号情号構造をもつ人工的な視聴覚情報が、人間にさ1

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まざまな負の影響をおよぼす危険性が無視で限が 100kHz を超える超広帯域の周波数特性をきないものになりつつある。今後、高速大容量安定して確保するシステムを開発した。これら

通信技術や高密度映像音響記録再生技術に支を用いてバイチャンネル再生系を構成し、生理えられたメディアの発展していくべき方向性的評価、心理的評価、行動的評価に使用可能なを探る上で、人間と適合性の高い視聴覚情報をシステムを確立した（図１）。

明らかにし科学的裏付けをもった指針をもつことが重要と考えられる。
こうした問題意識のもと、私たちは先に、可聴域上限をこえ非定常な超高周波成分を豊富に含む音が、脳深部を活性化するとともに快適

図１性を向上させ、刺激受容行動を促進する効果を

2.2

実験系のブロックダイアグラム

音響信号の物理構造特性の分析もつことを発見し、ハイパーソニック・エフェ

非定常成分を含んだ様々な音響信号の特性クト(HSE)として報告してきた。またフラクタを解析するために、最大エントロピー・スペク

ル構造をもち視力限界をこえる超高精細視覚

トルアレイ法を開発した。この手法は、まず音情報が、脳深部の活性と平行する脳波アルファ信号の時系列データを高速サンプリングによ波を増強することを明らかにした。

り A/D 変換した後、多数の短い時間領域に分割

本研究では、意識で明示的に捉えることが難してスペクトルを求め、３次元アレイ状に配列しいがゆえに従来型メディアで捨象されるこし、その変化を視覚的に精密観察可能にするもとの多かった顕著な高密度性、複雑性、変容性のである。スペクトル同定に最大エントロピーの信号成分を豊富に含んだ視聴覚情報が人間法を使用することにより、きわめて短い時間領に及ぼす影響について、多次元指標をもちいた域から、安定したスペクトルを得ることができ総合的検討をおこなうことを目的とする。

る。これによって、これまで広く用いられてきた高速フーリエ変換法と比較して、ミクロな時２．研究経過

間領域で複雑に変容する音信号の視覚化を飛2.1 実験系の確立

躍的に高い解像度で行うことが可能になった。

HSE を確実に誘起する実験系を確立するため

2.3

HSE 発現を担う神経ネットワークの同定に、熱帯雨林の自然環境音、様々な民族楽器音、脳全体を対象として高い空間解像度で断層

人間の音楽音声、電子楽器音、金属撥音など、画像化することが可能なポジトロン断層撮像

可聴域上限を超える超高周波成分を豊富に含法をもちいて、超高周波成分を豊富に含む音をむさまざまな音源を超広帯域収録してパッケ聴くとき、同じ音から超高周波成分のみを取りージ化し、多種類の実験に供することを可能に除いた音を聴くとき、暗騒音のみのベースライした。また高速標本化１ビット量子化音響信号ンの３つの条件で脳血流を測定した。得られた記録方式を基本として、量子化ノイズを低減さデータについて主成分分析を応用したネットせるための改良をくわえた方式をもちいて、上ワーク解析を適用することにより、互いに相関2

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して変化する時空間パターンを抽出し、HSE のジェクション法を応用して、50kHz 以上の周波発生にかかわる神経ネットワークの全体像の数特性をもった音響信号と HDTV フォーマット描出を試みた。の映像信号を呈示するシステムの開発をおこ

2.4

ない、パイロット実験を実施した。

超高周波成分の信号強度の違いによる生理・心理・行動反応の検討
３．研究成果HSE をメディア視聴覚情報環境の改善に応用

3.1

する場合に重要性の高い検討課題のひとつと環境音の信号特性して、可聴域上限をこえる超高周波成分のパワ開発した最大エントロピー・スペクトルアレーを変化させて呈示した場合の影響があげら

イ手法をもちいて、都市の屋外環境音、農村のれる。そこで、超高周波成分を豊富に含む音源

環境音、熱帯雨林の環境音の信号構造の特性をを、原音のまま呈示する条件、22kHz 以下の可分析した（図３）。

聴域成分を一定にして超高周波成分のみをプ

都市

農村

熱帯森林

リアンプで 6dB と 12dB との 2 段階に増強して再生する呈示条件を設定して検討した（図２）。

図３

環境音の分析結果

その結果、都市の屋外環境音は著しく低密度（低周波）領域に偏っており、またトラック通図２

過音のような突発性の不連続な轟音以外は時呈示試料のパワースペクトル

これら３つの条件下で、被験者にもっとも快間的な変化がきわめて乏しいのに対して、農村適な音量レベルを設定させる最適音量調整法

あるいは熱帯雨林の環境音は人間の可聴域上をもちいた行動的評価、質問紙による心理的評

限の 20kHz を遙かに超え、農村の環境音では価、脳波アルファ波をもちいた生理的評価を実50kHz、熱帯雨林の環境音では 100kHz に達し、施した。

また時間的にも連続的に豊かで複雑な変化を2.5示すことが明らかとなった。

磁気共鳴機能画像法をもちいた視聴覚メ

3.2

ディア評価法の開発

HSE を担う神経ネットワーク

磁気共鳴機能画像法は、脳全体を対象として互いに独立してふるまう２つのネットワー

高い空間解像度と時間分解能で神経活動を観クが描出された。第一は、両側の一次聴覚野を察することが可能である。しかしその一方で、含み、可聴音が存在するときに強い活性を示す、高レベルの騒音を発生するとともに、強い磁気聴覚神経系の機能ネットワークである。第二は、を用いるために通常の映像音響呈示装置を用視床、視床下部および上部脳幹を中心として前いることができない。そこで非磁性のセラミッ頭前野や帯状回前部におよび、超高周波成分をク振動体をもちいたヘッドフォンやリアプロ含むときに最大、可聴域音のみの場合に最小の3日産科学振興財団研究報告書

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ノーマライズドα波ポテンシャル活性を示すことから、情動系あるいは感性系のネットワークと考えられる（図５）。

1.1
P<.05

1.00.90.8
原音

図７
図５3.3

+6dB

+12dB

超高周波成分の信号強度の違いと脳波アルファ波

HSE を担う情動系（感性系）神経ネットワーク

４．今後の課題と発展

超高周波成分の信号強度の違いによる影本研究では、HSE を安定して確保する手法を響
被験者が調整した最適聴取音量の平均値を、開発するとともに、生理・心理・行動の多元的呈示条件別に平均した結果を図６に示す。+6dB評価をもちいることにより超高密度メディアと+12dB では原音に比べて聴取音量が有意なによる聴覚情報が人間の情動や感性系を司る増大を示した。また、+6dB では+12dB よりも聴神経系に作用することを高い信頼性のもとに取音量がやや増大する傾向を示した。

示した。今後、空間解像度と時間分解能が優れ最適聴取音量た磁気共鳴機能画像法をもちいることによりP<.0570

視聴覚情報の協調的作用について明らかにすn.s.

P<.05

ることをめざす。これらの成果により、超高密度メディアが人間の健康にとって安全かつ快適な方向に進むべきうえで必要な客観的指標))qeAL(Bd(68
原音+6dBを提供することが期待される。

+12dB

図６ 超高周波成分の信号強度の違いと最適聴取音量５．論文リスト

心理的評価では、主観的印象として、HFC を増強した音は、原音に較べて自然性に富み全体

1. Yagi R et al., Auditory Display for Deep Brain

により好ましく快適な音として感受されるこActivation: Hypersonic Effect. The 8th Internationalとが、統計的有意に示された。また全体に+6dB

Conference on Auditory Display, pp. 248-253 (2002)

がもっともポジティブな音として判断され、

2. 八木ら、ハイパーソニック・サウンドの呈示+12dB が+6dB と原音との間に位置していた。

条件が音の受容行動に及ぼす影響、日本音響学会
春季大会論文集 721-722 (2003)

各条件下での脳波アルファ波ポテンシャルを図７に示す。行動的評価、心理的評価と同様

3. 本田ら、ポジトロン断層画像法によるハイパに、原音に較べ HFC を増強した条件下ではα波ーソニック・エフェクトの神経生理学的検討、日パワーの増強が観察され、+6dB で最大を示し

本音響学会春季大会論文集 727-728 (2003)

た。
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