第 23 回 一般社団法人 日本光脳機能イメージング学会
オンライン学術集会「fNIRS 技術の未来」
開催日時
2021 年 7 月 17 日（土）10 時 00 分～17 時 15 分
参加費
一般 4,000 円， 学生 2,000 円

第 23 回大会長: 山田 亨（産業技術総合研究所)

理事長： 渡辺 英寿（厚生労働省)

副理事長（事務局代表） ： 酒谷 薫 （東京大学)
問合せ先（E-Mail）: jofbis@gmail.com

本プログラム（PDF 版）の利用方法
本プログラムは、各演題名にリンクが設定されています。
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第 23 回 日本光脳機能イメージング学会 オンライン学術集会「fNIRS 技術の未来」(メインルーム)
10：00-10：10 開会あいさつ

理事長

渡辺英寿

10：10-11：00 大会長講演

座長：渡辺英寿 厚生労働省「fNIRS 技術の現在」
山田 亨
11：00-12：00

産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門

教育講演・ワークショップ

座長：山田幸生

電気情報大学「手軽に fNIRS データ解析：Open PoTATo」
川口拓之

産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門（11：30-12：00
12：00-13：00

ワークショップ）

企業によるランチョンセミナー
各社

5 分報告、3 分質疑

5 社発表後

質問時間を設けます(株)スペクトラテック・(株)フィジオテック・アーカイブティップス(株)(株)島津製作所・富士フイルムヘルスケア(株)13：00-15：30

招待講演

座長：山田 亨産業技術総合研究所

１）拡散光トモグラフィ法による脳機能研究
山下宙人

国際電気通信基礎技術研究所 脳情報解析研究所
理化学研究所

革新知能統合研究センター

２）硬膜下に埋植可能なフレキシブル多機能センサを用いた病態性脳活動計測の試み
井上貴雄

山口大学 医学部 先進温度神経生物学講座

３）脳損傷後の機能回復と神経可塑性：サル脳損傷モデルを用いた研究
肥後範行 産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門
ニューロリハビリテーション研究グループ
15：30-15：40

休憩（ポスタールームへの移動手順の説明）(各ポスタールーム)
15：40-17：10

ポスター発表(メインルーム)
17：10-17：15

閉会あいさつ
終了

副理事長

酒谷

薫

一般演題 ポスター発表
１）

加算平均手法との比較による fNIRS 解析における GLM 法の有効性評価
ビー・アール・システムズ株式会社、株式会社 スペクトラテック
大山哲司、川口文男

２）

近赤外光による閉眼時眼位と瞳孔径の計測法の開発
関西医科大学生理学講座
宮内哲，川上彰，小寺正敏，兵頭政春，堀田健仁，今渕貴志，
プリマ・オキ・ディッキ

３）

高齢カタトニアの症状変化による前頭機能の変化
1) 信州大学医学部附属病院

精神科、2) 信州大学医学部精神医学教室

3)あづみ野メンタルクリニック、
4) 信州大学医学部附属病院

臨床検査部

バイオバンク信州

中村敏範 1)、篠山大明 2)、鬼頭恆 3)、黒岩直美 4)、萩原徹也 2)、
鷲塚伸介 2)４）

血流動態関数の差を考慮した母子間 fNIRS 同時計測データ解析*1: 慶應義塾大学 グローバルリサーチインスティテュート
*2: 慶應義塾大学 文学部
森本智志*1、皆川泰代*2

５）

脳 NIRS 信号の拍動成分の解析法
東海大学 理系教育センター（情報教育センター）、東海大学医療技術短期大学
看護学科、東海大学 医学部 看護学科、
東海大学医学部

内科学系（神経内科）

栗田太作、灰田宗孝、沓澤智子、瀧澤俊也
６）

健常者における心理社会的ストレス反応と個人特性の関係
株式会社ファンケル １）
山岡香央１）

７）-NIRS を用いた研究-、慶應義塾大学 ２）

魚津伸夫１）

由井慶１）

星野英一２）

立位姿勢制御時の脳活動計測～oxyHb 値と deoxyHb 値の変化について～
東京都立大学 人間健康科学研究科 理学療法科学域
熊井 健、酒井 克也、後藤 圭介、森川 健史、柴田

恵一郎、池田由美

８）

抑制課題と音楽二重課題時における前頭前野の賦活状態について健常成人を対象とした fNIRS による検討
1)木沢記念病院・中部療護センター、
2) 岐阜大学大学院医学系研究科脳病態解析学
奥村由香 1)、松本 淳 1)、澤村彰吾 2)、矢野大仁 1)2)、池亀由香 1)、
槇林 優 1)篠田 淳 1)2)

９）

早産児における経時的脳循環代謝指標と短期予後との関連
東京医科大学

小児科・思春期科学分野

奈良 昇乃助、羽生 直史、前田 朋子、西袋 麻里亜、西端 みどり、菅波 佑介
１０） 乳児における音楽テンポ変化の知覚
芝浦工業大学大学院―機能的近赤外分光法による検討―

理工学研究科大貫絢加１１） fNIRS における脳活動の空間的拡がりを考慮した多重比較補正法の提案
芝浦工業大学 大学院

理工学研究科藤田麻瑚
１２） 自己選択により実行したワーキングメモリ課題に伴う前頭極の活動
芝浦工業大学大学院

理工学研究科佐藤大樹
１３） EEG-fNIRS 縦断計測による早産児の脳発達1 名古屋大学大学院医学系研究科小児科、2 東京大学大学院教育学研究科
3 名古屋大学医学部附属病院総合周産期母子医療センター新生児部門
4 名古屋大学大学院医学系研究科障害児（者）医療学寄附講座
白木杏奈 1、城所博之 1、渡辺はま 2、多賀厳太郎 2、光松孝真 1、
隈井すみれ 1、鈴井良輔 1、澤村文 1、川口将宏 1、鈴木健史 1、牧祐輝 1、
山本啓之 1、中田智 1、佐藤義朗 3、早川昌弘 3、夏目淳 1, 4１４） 共同作業時の記銘に関わる神経機構*1: 慶應義塾大学 グローバルリサーチインスティテュート
*2: 慶應義塾大学文学部
星野英一*1、徐鳴鏑*1、森本智志*1、皆川泰代*2１５） 骨盤底筋随意収縮時の脳活動
東京都立大学

健康福祉学部

神尾博代、池田由美、来間弘展

理学療法学科fNIRS 技術の現在
産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門

山田 亨

1977 年の Jöbsis の論文[1]に始まる機能的近赤外分光計測(fNIRS)は、非侵襲・低拘束な脳活動計測技術として、現在まで、光源/検出素子、信号検出技術、データ解析技術、小型化などの面で多くの試みと改善がなされ、人間研究分野を中心に応用領域は広がりを見せている。しかし私見ながら筆者は、現在の一般ユーザー向けの機器には幾つかの未解決の本質的課題があると考えている。本会では、それらの課題と応用上の影響を概観し、改善のための諸提案にも触れた上で、共に fNIRS 技術の未来を考えてみたい。
fNIRS の存在意義である非侵襲・低拘束での探索的計測を行う上で、特に重要な課題は 1) プローブ揺動による信号変動、2) 皮膚血流変化の影響、3) チャンネル密度の低さ、4) 毛髪量による雑音格差、と考えられる。
【プローブ揺動による信号変動】は、ごく短時間のスパイクやその前後のベースラインの変動となって現れるため容易に識別可能である。これらを検出・除去し、データ補間する手法[2]や偏光を用いて光学的に除去する技
術[R(14)]、さらには揺動を原理的に最小化するプローブ設計の試みなどがある。
【皮膚血流変化の影響】は、正常な生理現象に起因するため如何なる計測データにも確実に内在する。その影
響による信号変動は特定の脳機能領野に限らず遍在することが多く、その性質を利用して主成分分析[R(29)]や独立成分分析[R(42)]が有効な場合がある。近距離に増設したプローブで皮膚由来の信号変動を同時計測
して成分除去する手法[R(6,21,22,34-37,39)]や、皮膚血流と脳活動血流でのオキシ、デオキシヘモグロビン間の相関の違いを用いて成分分離する手法[R(18,43)]も提案されている。
【チャンネル密度の低さ】は、計測対象であるヒト脳の機能局在が大きく見積もっても 10-15mm 単位であるのに対して装置のチャンネル間隔が 30mm であるために、隙間に位置する脳活動の信号見落としを招く。チャンネル
間隔を高めるために従来の正方格子状のプローブ配置を二重格子にする手法[3]や、照射/検出を兼ねるプローブを三角格子状に配置する手法[4]が現在までに提案されている。
【毛髪量による雑音格差】は、毛髪で受光量が乏しいチャンネルで、装置検出回路の電圧レンジに合うように微弱信号を初段増幅するために検出雑音比の増大が生じ、統計検定の困難などをもたらす。全チャンネルの受光量が等しくなるように照射光量や受光効率を制御する方法が提案されている[5]。
提案技術の中にはデータ解析段階で実施可能なものも多数あり、本会の教育講演で紹介する Open PoTATo は
そのための簡便なツールを提供できる。また装置改善を前提とする手法では今後も企業の尽力をお願いしたい。
上記課題を克服した fNIRS 技術をユーザーに届けることができれば、本会の招待講演で示される分野を含めて、より広い領域で簡便に信頼性の高い fNIRS が利用される未来があると、筆者は期待している。

引用文献[1] Jöbsis F F, Science, 4323 (198), 12654-7 (1977). [2] Chiarelli A M, et al., Neuroimage 112, 128–137 (2015).
[3] Yamamoto T, et al., Phys. Med. Biol., 47, 3429-40 (2002). [4] Yamada T, et al., Sci. Reports, 8, 11941 (2018).
[5] Yamada T, et al., Proc. of SPIE, 10051, 1005118, (2017).
[R(n)] Yamada T, J. Rehabil. Neurosci., 19, 10-21 (2019). n はこの総説における引用文献番号を示す。

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研究目的用 functional NIRS 装置のご紹介
株式会社スペクトラテック
www.spectratech.co.jp
弊 社 で は 脳 科 学 の 研 究 者 向 け に 、 前 頭 部 専 用 の Spectratech OEG-16H 、 全 頭 対 応 型 のSpectratech OEG-17APD、臨床研究向けの医療機器 Spectratech OEG-17ME を取り揃えています。
いずれの機種も外乱ノイズ除去に定評のある弊社独自技術のスペクトラム拡散(CDMA)光変復調技術、センサー先端には SNR(信号対雑音比)を飛躍的に高める同じく弊社独自技術のITO(Indium Tin Oxide)膜を使った ITO-Shield 技術を採用し高品質の測定を可能にしています。
加えてｆNIRS の国際規格 IEC80601-2-71 に従った国際標準ファントムにて性能確認がされており信頼性が担保されています。さらに医療機器の基礎安全基準 IEC60601-1 に準拠あるいは適合しており十分な安全が確保されています。安心してご利用いただけます。
機種

用途

Spectratech OEG-16H

研究目的用

Spectratech OEG-17APD

Spectratech OEG-17ME

研究目的用

臨床研究用
医療機器

測定部位

前頭部専用

前頭部、側頭部、同左

頭頂部、後頭部
計測 Ch 数

１６ｃｈ

１７～５７ｃｈ

１７～５１ｃｈ

測定項目

オキシヘモグロビン変化

同左

同左

デオキシヘモグロビン変化
トータルヘモグロビン変化

サンプリング速度

0.65 秒または 0.081 秒

同左

同左

皮膚血流除去機能

標準装備

同左

―――

パソコンとの接続

USB2.0LAN（Wi-Fi 付）

LAN

外部トリガー入力

2 系統

同左

同左

汎用アナログ入力

―――

３系統

同左

ランチョンセミナー企業紹介
株式会社島津製作所
題目 「fNIRS 研究の共創、協働への取組紹介」
演者 島津製作所分析計測事業部バイオ臨床ビジネスユニット 四方田聡
島津製作所の共創、協業へのあらたな取組の発信拠点としてヘルスケア R&D センタ
ーを京都本社に開設しました。fNIRS 専用ラボでは生体計測、解析技術の新たなアイデアの創出やソリューションをユーザと共創していきます。fNIRS 研究の現在の協業の成果もあわせて紹介いたします。

タイトル：

拡散光トモグラフィ法による脳機能研究

演者名： 山下宙人 1)2)
1) ATR 脳情報解析研究所、2)理化学研究所革新知能統合研究センター
E-mail: oyamashi@atr.jp
我々のこころ・意識がどのように生み出されているのか？我々はどのように外界を認識、行動を行っているのか？脳を計測することによるその謎に迫ろうとするのが神経科学であり、その一分野が脳機能研究である。ヒトを対象にした脳機能研究では、fMRI や脳波や脳磁図、fNIRS などの非侵襲計測法を用いて、課題中の脳活動を計測し、その活動がどこでどのようなタイミングで起こっているかを特徴づける。fNIRS は赤ちゃんから大人まで被験者を限定しない簡便な脳計測法としてヒト脳機能研究に活用され、多くの研究成果が報告されてきた。しかし、fNIRS データをそのまま用いた分析法（トポグラフィ法）では、
脳解剖上の位置が正確にわからず、光路長の不定性のため定量的解析が難しいなど、問題点も指摘されている。拡散光トモグラフィ法は、fNIRS データと計算アルゴリズムを用いて脳内活動を 3 次元画像再構成する方法であり、fNIRS の技術的問題点を解決する方法として研究が進んできた。2001 年に Bluestone らが初めて 3 次元画像再構成に成功し、2014
年には ワシントン大学の Culver らが 1000 チャネル以上からなる大規模な計測系を用いて大脳皮質の 3 分の 2 の領域を画像化可能な拡散光トモグラフィ法を発表した。著者らのグループでは 2010 年以来、独自の画像再構成アルゴリズム・階層ベイズ画像再構成アルゴリ
ズムを用いた拡散光トモグラフィ法の研究を行ってきた。2012 年にスパース推定の技術を導入することによりプローブ間隔 18 ミリよりも小さい 10 ミリ離れた２つの吸収体を分離できることを示した([1])。その後、ヒト脳活動推定用にアルゴリズムを拡張([2])し、運
動課題時の活動局在解析において既存法のミニマムノルム法よりも擬陽性が少ないこと([3][4])、安静時の脳機能結合解析においてラン間再現性および fMRI 機能結合との類似度が高いことを示した ([5])。本講演では、拡散光トモグラフィ法の基本的なアイデアと、
我々のグループが行った階層ベイズ画像再構成アルゴリズムを用いた一連の研究について
紹介する。
参考文献
[1]

T. Shimokawa et al., Opt. Express, vol. 20, no. 18, pp. 20427–46.

[2]

T. Shimokawa et al., Biomed. Opt. Express, vol. 4, no. 11, pp. 2411–32.

[3]

O. Yamashita et al., J. Adv. Comput. Intell. Intell. Informatics, vol. 18,

no. 6, pp. 1451–1455, 2014.
[4]

O. Yamashita et al., Neuroimage, vol. 135, pp. 287–299, Jul. 2016.

[5]

T. Aihara et al., Front. Neurosci.,14,32, 2020.

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脳損傷後の機能回復と神経可塑性:
肥後範⾏

産業技術総合研究所

サル脳損傷モデルを⽤いた研究

⼈間情報インタラクション研究部⾨

ニューロリハビリテーション研究グループ
成熟した脳において神経細胞がその機能や構造を変える「可塑性」と呼ばれる性質が、脳損傷後に⽣じる機能的回復の背景となっていると考えられている。可塑性を最⼤化することにより脳損傷後の機能回復を促進する試みが“ニューロリ
ハビリテーション”である。ただし、現状ではどのような変化が⽣じれば機能回復が促進するのかに関する具体的なメカニズムは充分に明らかになっていない。
我々はヒトと同じ霊⻑類に属し、ヒトに近い体格と脳構造を持つサルをモデル動物とし、⼈為的な脳損傷を作成した後の機能回復過程で⽣じる神経の可塑的変化を調べてきた。脳からの運動出⼒をになう出⼒線維が⾛⾏し脳卒中の好発部位である内包後脚を梗塞後、対側の上肢に運動⿇痺が⽣じ、その後運動機能の回復が⾒られた。fNIRS を⽤いて把握課題遂⾏中のサルの脳活動を計測したところ、梗塞前は運動出⼒に関わる第⼀次運動野の特異的活動が⾒られたのに対し、運動機能回復時には運動前野腹側部の活動が梗塞前よりも上昇していた。興味深いことに、梗塞の⽐較的⼩さい個体では梗塞半球の運動前野腹側部の活動が上昇したのに対し、梗塞が⼤きい個体では対側半球運動前野腹側部の活動が上昇した。この領域の活動を機能回復時に抑制すると運動障害が再発したことか
ら、活動上昇と機能回復との因果関係が⽰唆された。運動機能回復にともなう脳活動変化のモニタリングに fNIRS が有効であると考えられる。

加算平均手法との比較による fNIRS 解析における GLM 法の有効性評価
大山哲司 ビー・アール・システムズ（株）

川口文男 （株）スペクトラテック

fNIRS データの統計処理において、国内では主にタスク前後の値を内挿してベースライン処理を行う加算平均手法が用いられている一方、欧米では fMRI/SPM の流れを汲む GLM (general linear models) 法が用いられている。本研
究では例題測定データに対し加算平均手法と、Homer２[1]の GLM 法による処理を行い、両者の結果を、統計的手法で比較評価する。Hb 値導出のための OD、 MBLL（modified beer lambert law）計算は各解析ツールにより吸光係数、DPF 等が異なるため、両者ともに Homer2 のフィルター処理後の Hb 値 (HbO, HbD) を用いた。なお、タスクの加算平均には BrainAnalyzer（BRSystems）を用いた。
解析には FingerTapping 時の左右側頭、運動野付近を OEG17（スペクトラテック社）3x4W で測定した。(左手
10 秒タスク、20 秒レスト、右手 10 秒タスクの繰り返し、被験者、年齢:71,左利き)。GLM では Homer2 のmodified gamma function(Default 値)を HRF へ適用。加算平均処理は Pre：5s/Recovery：10s/Post：
5s とした。
下表に各計測チャンネルの、加算平均手法による平均値と、GLM によるベータ値の一例を示している。
本例では、β値、加算平均値の増減の傾向は同じだが、β値の変位が比較的顕著に表れている。
(HbO)
チャネル(OEG17 3x4W)

左脳
10

9

右脳

8

7

6

5

4

3

13

14

15

11

12

8

9

10

-0.0151-0.0740.07690.124

0.0626

0.909

0.823

0.065

0.0956

0.279

0.161

0.0993

左タッピング-0.0881 -0.0402

0.226

0.196

β値(1.0e-05)
右タッピング-0.0941 -0.0726

0.09780.0925-0.364-0.3330.0077-0.0209

0.0357

0.533

0.622

0.117

0.0493-0.0499 -0.0345

0.127

加算平均値

左タッピング-0.0207 -0.0095

0.06370.0558-0.0623 -0.0473

0.03050.04120.014

0.22970.21980.00650.02120.04460.01780.0184mMmm

右タッピング-0.0432 -0.0285

0.08550.0689-0.0952 -0.0891 -0.0042 -0.0046 -0.0022

0.298

0.316

0.03690.00410.073

0.08110.0398

下図は task-related component 図。横軸はサンプル数で 2740 データ（計測時間：
2740x0.082=224[sec]）task-related component
0.4
0.35

0.3
0.25

0.2
0.15

0.1
0.05

1
60
119
178
237
296
355
414
473
532
591
650
709
768
827
886
945
1004
1063
1122
1181
1240
1299
1358
1417
1476
1535
1594
1653
1712
1771
1830
1889
1948
2007
2066
2125
2184
2243
2302
2361
2420
2479
2538
2597
2656
2715

0

以下のように両者をそのアルゴリズムから比較すると GLM 法が加算平均法に比べて論理的と考えられます。
加算平均手法：タスク前後でベースライン処理を行うため、ベースライン処理時の Pre/Recover/Post の設定時間に依存して波形は変化し。特にタスク終了後の脳賦活はタスクにより異なるため Recover の設定が難しい。
GLM 法：タスク時の脳賦活は、baseline, residual 脳賦活に関係なく線形で寄与するとの仮定に基づいている。
一般線形モデルの式：𝑌 = 𝑋 ∙ 𝛽 + 𝜖

ベータ値：𝛽 = (𝑋 𝑇 ∙ 𝑋)−1 ∙ 𝑋 𝑇 ∙ 𝑌により活動を求める。

（𝑌は測定された信号値、𝑋はデザインマトリクス、 𝛽は重み係数、𝜖は測定誤差）。𝑋の作成時に用いる HRF 関数が結果に影響するが GLM function に拠りベースライン処理は考慮され、タスク終了後の脳賦活も HRF に反映できる。
今後、様々な実験デザイン(BlockDesign,EventRelated)で多数の被験者の測定を行い、両者を比較検証したい。
今回の測定にあたり OEG17(3x4W)を東海大灰田先生、栗田先生からお借りしました。感謝申し上げます。
[1] https://homer-fnirs.org/[2] Pinti, Frontieres,Jan.2019, Vol.12 505[3] Huppert, Neurophotonics,Jan-Mar 2016 Vol.3

閉眼時瞳孔径と眼位の計測法の開発

端に左眼を押し当てて室内光を遮断して撮影した。眼位は開眼している右眼で PC 画面上の左・中央・右に○宮内 哲（関西医科大学医学部生理学講座）
川上 彰（情報通信研究機構）

ある固視点を見ることにより変えた。瞳孔径は右眼の小寺 正敏（大阪工業大学工学部）

前に可視光源を置く，あるいは右眼を遮光用の布で覆兵頭 政春（金沢大学工学部）

うことにより変えた。画像は MATLAB でノイズ低減・

堀田 健仁，今渕 貴志，プリマ・オキ・ディッキ

コントラスト強調の画像処理を行った。

（岩手県立大学ソフトウェア情報学部）

結果
近赤外光源が OFF で通常の室内光下では，開眼時の瞳孔径は交感神経系と副交感神経系，及び青斑核の瞳孔は黒く映る（Fig. 1a）。光源を ON にすると，近赤活動を鋭敏に反映する (Yüzgeç et al. 2018)。またレム

外光が口蓋→上顎洞→網膜→硝子体→水晶体→瞳孔→

睡眠及び閉眼時の眼位は，夢及び視覚イメージと眼球角膜を透過し，瞳孔は白く映る（Fig. 1b）。この状態で運動との関連を調べる上で重要な指標となる。しかし閉眼すると眼瞼によって像は不鮮明になるが，眼瞼上ヒトの閉眼・睡眠時の眼位と瞳孔径を非侵襲的に計測からも瞳孔を確認できた（Fig. 1c）。右眼で PC 画面上する方法はない。すなわち，眼電図で眼球運動の方向の左（Fig. 2a）・中央（Fig. 2b）・右（Fig. 2c）の固視点と大きさは測れるが，交流増幅なので眼位は測れない。

を見た場合は，眼位に対応した画像が得られた。右眼

サーチコイル法で閉眼時眼位は計測できるが，点眼麻を遮光布で覆い散瞳した場合と（Fig. 3a），右眼の前に酔下で 20-30 分が限度である。アイトラッカーは開眼

可視光光源を置いて縮瞳した場合も（Fig. 3b），それぞ

時眼位と瞳孔径は計測できるが，閉眼時は測れない。

れ瞳孔のサイズに応じた像が得られた。

それ故ヒトの閉眼・睡眠時の眼位と瞳孔径に関する知考察

見は極めて少ない。われわれは，近赤外光源を口腔内

近赤外光は，
角膜側ではなく，網膜側から入るため，に入れ，生体内を透過して瞳孔から出てくる近赤外光

水晶体での集光作用による網膜損傷の可能性は非常にをカメラで撮影することにより，閉眼時の眼位と瞳孔低い。両眼の瞳孔径と眼位は，輻輳成分を除けば等し径を計測する方法を考案した（特許出願済）。

くなるので，遠距離の指標を見ている一方の眼の眼位

方法と瞳孔径を教師信号にし，閉眼した眼の画像との間で被験者 健康成人 1 名。

機械学習を行うことにより，閉眼時及び睡眠時の瞳孔

手続き 近赤外 LED 光源（波長 850 nm）を被験者

径と眼位の計測が可能になると考える。

の口腔に入れ，近赤外光領域に感度を持つ高感度カメ

引用文献

ラ（Baumer HXG20NIR, Germany）に取り付けた筒の先

Yüzgeç, Ö. et al. (2018). Current Biology, 28, 392-400.

a

b

c

Fig. 1 開眼時と閉眼時の瞳孔像
a: 近赤外光源 OFF, 室内光下，開眼
b: 近赤外光源 ON, 暗室下，開眼
c: 近赤外光源 ON, 暗室下，閉眼b, c の下部の光は上顎洞→頬を通過した光
scale bar=10mm

a

b

c

Fig. 2 眼位による瞳孔像の違い
眼位が左（a），中央（b），右（c）の場合の眼Fig. 2 右眼でPC 画面上の左(a)・中央瞼上の瞳孔の投影像 scale bar=10mm(b)・右 (c)の固視点を見た場合の閉眼ab

している左眼の画像
Fig. 3 瞳孔径による瞳孔像の違い
散瞳時（a）と縮瞳時（b）の眼瞼上の瞳孔の投影像 scale bar=10mm

高齢カタトニアの症状変遷に伴う脳機能の変化
中村敏範 1）、篠山大明 2）、鬼頭恆 3）、黒岩直美 4）、萩原徹也 2）、鷲塚伸介 2）
1）
3）

信州大学医学部附属病院 精神科 2）信州大学医学部精神医学教室

あづみ野メンタルクリニック 4）信州大学医学部附属病院 臨床検査部 バイオバンク信州【背景・目的】カタトニアは昏迷、拒絶、興奮など様々な精神症状を不規則に繰り返す症候群であり、統合失調症のほか多くの精神疾患や身体疾患を含む複数の状況下で起こりうる。精神症状の易変性や安定した姿勢を保持できない、
指示が入りにくいことから、特に重症例での神経画像研究は難しい。先行研究ではカタトニア症状が消退した患者に対して SPECT や fMRI を用いたものが多く、前頭領域や運動領域での変化が報告されている。我々は近赤外線スペクトロスコピィ (NIRS) を用いてカタトニア症状出現時と消失時の脳機能の変化を安静時機能的結合の安定性 (RSFC) で評価した。
【方法】
対象は 50 歳以上のカタトニア患者 10 名、男性 2 名、女性 8 名、年齢は平均 64.5 歳であった。疾患は統合失調症 4 名、双極性障害 1 名、うつ病 5 名であった。カタトニアの診断は DSM5 及び Bush Francis Catatonia Rating
Scale Screening Instrument (BFCSI) 双方の基準を満たすものとした。カタトニアの重症度は Bush Francis
Catatonia Rating Scale (BFCRS) で評価した。研究開始時の BFCRS は平均 16.9 であり、カタトニア消失時の
BFCSI は全員 0 であった。カタトニア症状出現時、消失時ともに検査時は 5 分間安静を保ち、カタトニア消失時
は閉眼、開眼を指示しそれぞれ測定した。得られたデータのうち 0.009-0.08Hz の範囲内の信号のみを解析に用い、oxy-Hb の濃度変化を順位相関係数として定義された RSFC を、関心領域間の左右のチャンネルペアで解析した。
【結果】
前頭領域ではカタトニア出現時は消失時の閉眼での測定と比較して RSFC は有意に低かった（p=0.047）。運動
領域では出現時と消失時で有意な差を認めなかった。統合失調症とうつ病でサブグループ解析を行ったところ、統合失調症では有意差は認めなかった。うつ病は前頭領域ではカタトニア出現時は消失時の閉眼での測定と比較して RSFC は有意に低く（p=0.043）。運動領域ではカタトニア出現時は消失時の開眼での測定と比較してRSFC は有意に高かった（p=0.043）。
【考察】
カタトニア患者に対する先行研究では SPECT を用いて前頭と側頭の脳血流量の低灌流を認めたものや、静止状態で気分障害患者は前頭皮質の機能的結合が減少したこと、統合失調症患者の認知機能に関係する機能的結合の異常により前頭皮質などの皮質領域間の結合性が低下した報告がある。本研究では特にうつ病患者のカタトニアで先行研究と一致した結果が得られた。運動領域でもカタトニアの静止状態で補足運動野が高灌流であったとの報告があり今回の結果もそれに矛盾しない。画像検査に困難が伴うカタトニア患者の症状増悪時、消退時の脳機能の評価が NIRS を用いることで可能となり、今後臨床応用につながることが期待される。

血流動態関数の差を考慮した母子間同時計測データ解析
森本 智志*1，皆川 泰代*2
*1: 慶應義塾大学 グローバルリサーチインスティテュート
【背景】*2: 慶慶應義塾大学 文学部

fNIRS による hyperscanning は比較的少ない拘束環境下で複数人間の脳活動を計測できる手法のひとつである．

これまで相関分析や wavelet coherence(WC)などによる同期評価が行われてきた．しかしこれらの手法は脳内の血流ダイナミクス
が同一であることを暗に仮定しているため，例えばダイナミクスが明に異なる乳幼児の脳と成人の脳の間の同期活動は正確に評価できないと考えられる．そこで我々は血流ダイナミクスの違いによる影響を除外するため，同期評価の前処理として白色化[1]を行う
手法を提案し，シミュレーション実験でその有効性の検証を行った．

【方法】 fNIRS における脳活動信号は神経活動のイベントに対して血流動態応答関数（hemodynamic response function;HRF）を畳み込むモデルで近似される．まず，サンプリング周波数 10 Hz のランダムな同期または非同期（相関係数の絶対値が0.05 以下）の神経活動イベントに少量の正規ノイズを加えた 5 分の時系列に対し，乳児と成人の HRF をそれぞれ畳み込むことで人工的な fNIRS 信号を作成した．神経活動は先行研究に従い 2 秒の長さとし，5 分の時間中に 40 回の頻度とした．乳児と成人を模擬した信号に対してそれぞれ次数 100（10 秒）の AR モデルに基づくフィルタを適用して白色化し，成人の信号同士または成人と乳児信号の組み合わせについて WC を算出した．これらの操作を 1000 回繰り返し，同期条件と非同期条件，白色化あり条件となし
条件の組み合わせについて周波数帯域ごとに WC の時間平均値を求めた．

【結果・考察】 白色化をしない場合の同期条件における WC の時間平均値は，成人同士の場合およそ 0.3 Hz 以下の帯域で理想値の 1 を示した一方，成人と乳児間では仮説通り信号の減退が確認された．これに対し白色化処理を適用した場合，特に0.09 Hz 以下の帯域においてほぼ理想値に近い信号の回復が確認された．これらの結果から，提案手法が脳のダイナミクスが異なる二者間の同期脳活動評価に有効であることが示された．白色化処理は血流応答の時間的特性と fNIRS のサンプリング周波数によって生じる type-I error を減らす効果が報告されている[2]．また，周波数帯域ごとのベースラインの推定が正規ノイズ信号だけから可能となるため，データの欠損により pseudo-pair による permutation test が行いにくいデータセットでも有意な活動区間の推定を行えるメリットもある．以上のことから本提案手法により，乳児と成人間の相互作用の研究の更なる発展が期待される．

図 1. 成人と乳児間の wavelet coherence に対する白色化の効果．a)白色化を行わなかった場合と b)行った場合について，周波数帯域ごとの平均値を示す．青と赤はそれぞれ同期条件と非同期条件に対応する．エラーバーは標準偏差を表す.

[1] Barker, Aarabi, & Huppert. (2013).Biomedical optics express, 4(8), 1366-1379.
[2] Santosa et al. (2017). Journal of Biomedical Optics, 22(5), 055002.

脳 NIRS 信号の拍動成分の解析法
栗田 太作

東海大学

理系教育センター（情報教育センター）

灰田 宗孝

東海大学医療技術短期大学

沓澤 智子

東海大学

医学部

看護学科

瀧澤 俊也

東海大学

医学部

内科学系（神経内科）

看護学科【目的】近赤外分光法(NIRS)において、定性的ヘモグロビン(Hb)濃度変化を測定する修
正ビア・ランバート則(MBL)により酸素化および脱酸素化 Hb 濃度長変化(ΔHbO2、ΔHb)の経時変化である NIRS 信号が得られる。我々は、MBL により得られた脳の NIRS
信号に含まれる微弱な脈派(拍動成分)に着目している。ΔHb の拍動成分(P-ΔHb)は、PΔHbO2 と比べ検出感度や信号対雑音(S/N)比が低いため、観測することが困難であった。
P-ΔHb が観測できれば、 P-ΔHbO2 との何らかの数理モデルにより脳酸素化状態の有用な情報と成り得る可能性がある。本研究では、脳の P-ΔHb の S/N 比が向上する NIRS
データの積算アルゴリズムを考案し、吸入・静脈麻酔や脳酸素化状態を変化させ、得られた P-ΔHbO2 と P-ΔHb の動態を調査することを目的とした。
【方法】対象は雄性 Wistar rat、9-10 週齢、体重 250-300g、計 18 匹。皮膚血流の影響がなく脳内の直接的な NIRS 信号を得るため、頭皮を除去し大脳辺縁上の頭頂骨を薄く削った頭蓋半透明モデルを作製した。オプトード(光照射部と光検出部の対)の分離距離(SD)を 2.5、5.0、7.5、10.0 mm として大脳辺縁上に設置した。NIRS 信号は、血圧データと同時にサンプリング時間 5.12×10-3 sec で取得した。積算アルゴリズムは、得られた
血圧心拍波形の移動平均波形を求め、更にその微分波形に対し、拡張期から収縮期の変曲点を検出し開始点(トリガー)とした。血圧心拍波形毎のトリガーで NIRS データを 16
分間約 5000 回積算した。また、脳酸素化状態は吸入酸素濃度と呼吸器の設定を調整し変化させた。
【成績】各 SD の P-ΔHbO2 と P-ΔHb は、積算時間 16 分で評価できる S/N 比となった。
正常 O2・CO2 状態の SD 2.5-7.5 mm の P-ΔHb の時間依存性は、P-ΔHbO2 がプラス側に変化したのに対し、マイナス側（逆位相）となったが、SD 10.0 mm では認められなかった。また、吸入麻酔下の正常 O2・CO2 状態では、静脈麻酔と比べ P-ΔHb と P-ΔHbO2 との位相関係がより顕著となった。低 O2・高 CO2 状態の P-ΔHbO2 面積は、正常 O2・CO2状態と比べ増加し、P-ΔHb は P-ΔHbO2 と同位相で増加することが認められた。
【結論】ラット脳 NIRS 信号において、血圧心拍波形の微分波形を利用し 16 分間積算
することで、十分な S/N 比が得られ、P-ΔHbO2 だけでなく、P-ΔHb も観測可能となった。P-ΔHbO と P-ΔHb は、SD に依存した光路に含まれる灰白質や白質等の血管構造や血行動態を反映すると考えられた。

健常者における心理社会的ストレス反応と個人特性の関係 -fNIRS を用いた研究山岡 香央*1、魚津 伸夫*1、由井 慶*1、星野 英一*2
*1 株式会社ファンケル【背景と目的】総合研究所、*2 慶應義塾大学 グローバルリサーチインスティテュート

慢性的なストレスはうつ病や不安障害を含む様々な疾患と関連があることが報告されている (Sapolsky, 2015)。このストレス反応は、健常者間でもストレス知覚に関わる個人の特性（性格、ストレス対処法、自尊心など）によって異なる (Xin et al., 2017)。そこで、本研究では健常者を対象に
心理社会的ストレス反応に関わる脳機能活動を測定し、ストレス反応と個人特性の関係を検討した。
【方法】 参加者：健常な右利き成人男性 60 名（平均年齢 34.9±6.2 歳）が参加した。
課題：参加者は、心理社会的ストレスが負荷された状態で暗算を行うストレス条件(300 秒)、ストレスなしで暗算を行うコントロール条件(300 秒)、画面を注視するレスト条件の 3 条件(180 秒)を実施した。参加者は、レスト条件後に他 2 条件を実施するセッションを 2 回行い、主観的ストレスは visual analogue
scale と質問紙を用いて記録した。課題終了後には、個人特性を評価する質問紙を実施した。
記録と解析：課題遂行中の脳活動と心拍数を記録した。脳活動は fNIRS (OT-R40; HITACHI, Ltd., Japan)を用いて前頭部および側頭部計 52 チャンネル（以下、ch）から酸化ヘモグロビン（以下、oxy-Hb）濃度
変化量を記録した。データの前処理では、各条件の oxy-Hb 濃度変化量に対して 0.01 Hz~0.5 Hz のバンドパスフィルタを適用し、課題開始 10 秒前のデータを用いてベースライン補正を行った。心理社会的ス
トレス反応に関わる脳機能活動を検討するため、各 ch についてストレス条件－レスト条件とコントロー
ル条件－レスト条件の oxy-Hb 濃度変化量を比較した (p < .05, FDR corrected)。さらに、ストレス反応と関連が見られた ch において、ストレス条件－コントロール条件の oxy-Hb 濃度変化量と、個人特性に関わる質問紙の結果との関係について年齢と BMI を調整して多変量解析を行った（p < .05, uncorrected）。
【結果】 実験の結果、ストレスの負荷によって脳活動の変化、および心拍数と主観的ストレスの促進が見られた。脳活動に関しては、ストレス条件の方がコントロール条件よりも右半球の運動前野/補足運動
野 (ch 2)、前頭前野背外側部 (ch 13, 24)、前頭極 (ch 26)、下前頭回/三角部 (ch 13, 45 )の oxy-Hb 濃度
変化量が大きかった 。さらに、上記脳領域と個人特性の関係を検討した結果、oxy-Hb 濃度変化量が大きいほど、ストレス知覚とうつ傾向が高く、自尊心が低く、対人関係において内向的であり他者との関係を煩わしく感じるという個人特性を有することが示された。
【考察】 本研究の結果、健常者においてもストレス知覚に関わる個人特性によって、心理社会的ストレスによって生じるストレス反応は異なることが示された。特にストレスやうつ傾向、自尊心、ストレスに対する対処法、および対人関係に関わる個人的特性は、ストレス反応の強さと関連があることが示唆された。これらの結果は、健常者のストレス反応における個人特性の役割を示したものであり、ストレスに関わる疾患の発症と個人特性の関連の理解において手掛かりとなると考えられる。
【参考文献】
Sapolsky, R. M. (2015). Stress and the brain: individual variability and the inverted-U. Nat Neurosci,
18(10), 1344-1346. doi:10.1038/nn.4109
Xin, Y., Wu, J., Yao, Z., Guan, Q., Aleman, A., & Luo, Y. (2017). The relationship between personality andthe response to acute psychological stress. Sci Rep, 7(1), 16906. doi:10.1038/s41598-017-17053-2

⽴位姿勢制御時の脳活動計測
熊井健 1)、池⽥〜oxyHb 値と deoxyHb 値の変化について〜

由美 1)、酒井

1)東京都⽴⼤学⼤学院

克也 2)、後藤 圭介 1)、森川 健史 1)、柴⽥

⼈間健康科学研究科 2)千葉県⽴保健医療⼤学

恵⼀郎 1)

健康科学部【背景】姿勢制御能⼒への脳の関与について相対する報告がなされている。⼤脳の賦活が姿勢制御能⼒に関与する(Fujimoto 2018)という報告の⼀⽅で、姿勢制御は⽪質下領域の機能であるとの⾒解もあり、若年者ほど姿勢制御時に⼤脳は賦活しない(Rosso et al. 2017)という報告もある。したがって、姿勢制御能⼒には⼤脳の賦活が伴うのか、否か明らかではない。本研究では姿勢制御課題時の酸素化ヘモグロビン値(oxyHb 値)、脱酸素化ヘモグロ
ビン値(deoxyHb 値)を計測し、姿勢制御能⼒と脳活動との関連を検討した。
【⽅法】健常成⼈男性 5 名(年齢：25±5.52 歳)を対象とした。実験課題は 30 秒の安静⽴位、30 秒のバランスボード(DABADA 社)上⽴位保持、30 秒の安静⽴位からなるブロック
を 3 セット繰り返すこととし、バランスボードへの乗り降りのために 5 秒ずつ時間を設けた。課題中の背外側前頭前野(DLPFC)、補⾜運動野(SMA)、⼀次運動野(M１)の脳活動を機
能的近⾚外分光分析装置(fNIRS、FOIRE-3000、島津製作所)で計測し、安静時と課題時の後半 15 秒ずつを加算平均処理し、cohen’s d の効果量を求めた。また、姿勢制御能⼒は 3次元加速度センサー(Trigno Research+ System、Delsys 社)を第 4 腰椎と第 5 腰椎間に貼付して計測し、⼆乗平均平⽅根処理の上、積分値を算出した。
【結果】安静時と課題時の効果量は左 DLPFC (oxyHb 値：0.53±1.21、deoxyHb 値：0.97±0.96)、右 DLPFC (oxyHb 値：-0.44±2.41、deoxyHb 値：-0.82±1.8)、SMA (oxyHb
値：0.17±1.45、deoxyHb 値：1.08±1.53)、M1 (oxyHb 値：1.28±1.22、deoxyHb 値：
1.82±1.58)であった。⽮状⾯(前後)の姿勢制御能⼒が⾼い被験者は他の対象者と⽐べ
DLPFC、SMA の oxyHb 値の効果量が最も⾼く、前額⾯(左右)⽅向の姿勢制御能⼒が⾼い
被験者においても他の被験者と⽐べ DLPFC、SMA の oxyHb 値が⾼い結果を⽰した。
【まとめ】⽮状⾯および前額⾯の姿勢制御能⼒と DLPFC、SMA 領域の脳活動との関連が⽰唆された。今後被験者を増やし統計解析を進めていく。

抑制課題と音楽二重課題時における前頭前野の賦活状態について
健常成人を対象とした fNIRS による検討
奥村由香 1)、松本 淳 1)、澤村彰吾 2)、矢野大仁 1)2)、池亀由香 1)、槇林 優 1)、篠田 淳 1)2)
1)木沢記念病院・中部療護センター、2) 岐阜大学大学院医学系研究科脳病態解析学【目的】当センターは、自動車事故に起因する重症の外傷性脳損傷患者を対象として音楽療法を取り入れている。当センターの音楽療法には、音楽聴取と抑制課題の同時処理を求めるような楽器活動が含まれるが、このような音楽活動中の脳機能の賦活状態は明らかでない。
本研究では、まず健常成人を対象として、従来の抑制課題と、音楽療法の課題と類似する音
楽を聴きながら抑制課題を行う音楽二重課題を用いて機能的近赤外線分光法（fNIRS）を実施し、音楽二重課題における前頭前野の賦活状態について検討した。
【方法】対象は、年齢によって課題正答率に差が生じる可能性を考慮し、若年群 27 名（32±8歳）と高齢群 22 名（72±5 歳）とした。課題は色による Go/No-Go 課題と、親しみのあるメ
ロディを聴きながら同様の Go/No-Go 課題を行う Music 課題の 2 種類を用い、前頭部に 42チャンネルの NIRS プローブを装着し、Monden ら（2012）に準じた方法で fNIRS（SPEEDNIRS、
島津製作所）を実施した。oxy-Hb 値を指標として、各課題で有意な増加が認められるチャンネルを描出し、課題間でチャンネルごとに oxy-Hb の変化を比較した。これらの統計解析には t 検定を用い、補正前の有意水準を 0.05 とし、Holm 法による補正を行った。
【結果】課題正答率は、Go/No-Go 課題では両群に有意な差はなかったが Music 課題では若年群より高齢群が有意に低い値であった。fNIRS の oxy-Hb 値について、Go/No-Go 課題は、
若年群では外側前頭前皮質（LPFC）に位置する右側の 3 チャンネル、高齢群では LPFC に位置する右側の 2 チャンネルで有意な増加を認めた。Music 課題は、若年群では LPFC と前部前頭前野（aPFC）に位置する両側の 5 チャンネル、高齢群では LPFC と aPFC に位置する
両側の 16 チャンネルで有意な増加を認めた。Go/No-Go 課題と Music 課題の間の各チャン
ネルにおける oxy-Hb の変化の比較では両群とも統計学的な有意には至らなかったが、高齢群では Go/No-Go 課題よりも Music 課題の方が oxy-Hb の増加が大きく効果量（Cohen’s d）
が 0.5 以上であったチャンネルを 8 つ認めた。
【考察】若年群と高齢群とも活性化が示された領域は、Go/No-Go 課題では抑制に関わるとされる前頭前野の右側であったことに対し、Music 課題では前頭前野の両側となり、ワーキ
ングメモリや遂行機能に関わるとされるより前方の領域が含まれた。これらのことから、
Music 課題ではより高次の注意機能が発動された可能性が考えられた。特に高齢群では、Music 課題で課題正答率が有意に低下し、fNIRS で活性化を示したチャンネル数が明らかに増加したことから、高齢群にとって Music 課題は Go/No-Go 課題より難易度が高かったと推測され、付加したメロディは干渉刺激として作用したと考えられた。各チャンネルの oxyHb の増加は課題間では統計学的な有意な差には至らなかったが、中等度の効果量を示した
チャンネルが複数存在した。今後は NIRS 測定の特徴を考慮にいれた関心領域の設定や症例数の増加等によりさらに検討を深める必要がある。
【結語】健常成人において、音楽を聴きながら抑制課題を行う音楽二重課題では、より広く高次の注意機能に関わる脳領域が賦活される可能性が示された。

早産児における脳循環代謝指標の経時的変化と短期予後との関連
奈良 昇乃助、羽生 直史、前田 朋子、西袋 麻里亜、西端 みどり、菅波 佑介
東京医科大学

小児科・思春期科学分野

背景：近年、早産児における生後 72 時間以内の急性期の脳循環代謝指標の変化と長期予後との関連が検討されているが、直接的な関連は見出されていない。早産児は頭蓋内出血を発症しやすい急性期を過ぎても神経学的予後に影響を与える多くの合併症を併発するため、早産児合併症は急性期と神経学的予後とを結びつけるうえで無視できない交絡因子となる。
目的：生後 72 時間以内の急性期から慢性期にかけて早産児の脳循環代謝指標を経時的に追跡することで、早産児合併症が脳循環代謝指標に与える影響を包括し、脳循環代謝指標の変化と短期予後との関連について調査すること。
方法：当院の新生児集中治療室で入院治療がおこなわれた在胎 30 週未満の早産児のうち、
東京医科大学病院倫理委員会で承認された研究計画書について両親から同意を得た 20 症例を対象とした。TRS-20（浜松ホトニクス社）を児の前頭部に装着し、脳循環代謝指標として
脳 Hb 酸素飽和度（ScO2）を計測した。急性期は生後 24、48、72 時間に測定をおこない、以降は修正 37 週を迎えるまで週１回のペースで測定を続けた。入院経過中に一度でも ScO2＜
60％を示した症例を ScO2 低値群(6 例)、一度も ScO2 60％を下回らなかった症例を ScO2 正常群(14 例)として 2 群に分けた。経皮的動脈血酸素飽和度（SpO2）の管理目標値、赤血球輸血の基準は同一とした。短期予後のアウトカムとして、総入院日数、退院時の修正週数、頭蓋内出血の有無、在宅酸素療法の要否、要経管栄養日数、経管栄養離脱時の修正週数、未熟児
網膜症に対する治療の要否、修正 1 歳未満までの理学療法の開始を挙げ、2 群間で比較した。
結果：2 群間の在胎週数と出生体重、検査時の SpO2 と血中 Hb に有意差はなかった。ScO2 低
値群は ScO2 正常群に比べて、修正 1 歳未満までに運動発達の遅れがみられ、理学療法が開始された症例数が有意に多かった（ScO2 低値群：3 例、ScO2 正常群:0 例、p value＜0.05）。
その他の短期予後のアウトカムについては、2 群間に違いはなかった。
考察：2 群間の背景に違いはなかったが、短期予後に違いを認めた。一般的に管理目標値とされている SpO2 や血中 Hb は必ずしも全ての症例には当てはまらず、早産児の脳組織の適切な酸素代謝を保つために必要な SpO2 や血中 Hb は個々の症例ごとに異なる可能性がある。
結論：早産児における脳循環代謝指標の経時的変化は予後に影響する可能性がある。

乳児における⾳楽テンポ変化の知覚―機能的近⾚外分光法による検討―

⼤貫絢加 1），菅野栞 1），星野剛史 2），⼩路将徳 2），佐藤⼤樹 1）
1) 芝浦⼯業⼤学 システム理⼯学部 ⽣命科学科

2) 株式会社 NeU

⾳楽の様々な要素に対する感受性は，乳児期の早い段階で現れ，知覚能⼒の発達と⽂化的影響との相互作⽤を通じて，乳児は⾳楽の理解と認識を深めていく．⽣まれたばかりの乳児であっても，⾳楽に対する関⼼を⽰すことから，ヒトという種は，⾳楽に対して何らかの遺伝的基盤を備えていると考えることができる[1][2][3]．しかし，乳児の⾳楽知覚に関する⽣得性や発達過程についてはわかっていないことが多い．そこで本研究では，⾳楽を構成する上で重要な役割を持つ時間的要素であるテンポに着⽬し，⽣後
2 か⽉以降の乳児が⾳楽のテンポ変化を知覚しているかを確認することを⽬的とした．
⽣後 2〜5 ヶ⽉の睡眠中の乳児 42 名をコントロール群 22 名と実験群 20 名に分け，5 秒間の⾳楽刺激
呈⽰と 15 秒間の安静状態（無⾳状態）で構成される 1 試⾏を各群で 25 試⾏実施した．コントロール群
では通常⾳楽刺激 25 試⾏を実施した．⼀⽅，実験群では通常⾳楽刺激を 15 試⾏実施した後，テンポ変化させた⾳楽刺激を 5 試⾏実施，さらに通常⾳楽刺激を 5 試⾏実施することで最後の 10 試⾏ではテンポ変化を⽣じさせた．先⾏研究より[4]，新規性に対して左前頭前野の脳活動に差が⽣じることが明らかにされていることから，同部位を NIRS（超⼩型脳機能計測装置 XB-01, NeU Co., Ltd., Japan）で計測することで，乳児がテンポ変化を知覚しているか検討した．
テンポ変化前後の 10 試⾏を対象に解析を⾏ったところ，実験群ではテンポ変化前（6-15 試⾏）と⽐較してテンポ変化後（16-25 試⾏）の⾎流信号が増加する傾向が⾒られた．しかし，テンポ変化前後の変化量を算出しコントロール群と⽐較した結果では，統計的な有意差は確認できなかった．これについて，⽉齢が関係している可能性を考慮し，⽣後 3 か⽉以降の乳児に限定して再解析を⾏った結果，有意差を確認した．本結果より，⽣後 3 か⽉以上の乳児では，テンポ変化を知覚していることが⽰唆された．
[1] Draganova, R., Eswaran, H., Murphy, P., Lowery, C.L., & Preissl, H. (2007). Serial
magnetoencephalographic study of fetal and newborn auditory discriminative evoked resposes.
Early Human Development, 83, 199-207.
[2] Trehub, S. E. (2006). Infants as musical connoisseurs. In G. E. McPherson (Ed.), The child asmusician: A handbook of musical development (p. 33–49). Oxford University Press.
[3] Winkler, I., Haden, G.P., Ladining, O., Sziller, I., & Honing, H. (2009). Newborn infants detect thebeat in music. Proceeding of the National Academy of Science of the United States of America,
106, 2468-2471.
[4] Tamami Nakano, Hama Watanabe, Fumitaka Homae & Gentaro Taga, “Prefrontal Cortical
Involvement in Young Infants’ Analysis of Novelty”, Cerebral Cortex , 2009, 19, February,
pp.455–463.

fNIRS における脳活動の空間的拡がりを考慮した多重⽐較補正法の提案
藤⽥(芝浦⼯業⼤学

⿇瑚，佐藤 ⼤樹

システム理⼯学部 ⽣命科学科)

機能的近⾚外分光法(functional Near-Infrared Spectroscopy : fNIRS)は，⾮侵襲の脳機能イメージング技術であり，複数の計測点(チャンネル)において同時にヘモグロビン濃度信号を測定している．通常，脳活動の有無はチャンネル毎に統計検定を⾏い判断しているが，多数のチャンネ
ルで検定を⾏うと，偽陽性を引き起こすリスクが増⼤することが知られている．そのため，従来の研究では，Bonferroni 法や False Discovery Rate(FDR)法等の多重⽐較補正を⽤いて，この問題を解決してきた．しかし，これらの⼿法は偽陽性を避ける保守的な⽅法としては有効だが，偽陰性の確率を上げ，活動の検出⼒を低下させる懸念がある．そのため，本研究は，偽陰性を低減する新しい多重⽐較補正法を提案することを⽬的とし，その有効性を偽陽性と偽陰性の２つの⾯から評価を⾏った．
本研究で提案する⼿法では，脳が活性化すると，ある程度広がりを持って反応が起こると想定
し，２チャンネル以上の隣接した複数チャンネルに有意性が認められた場合に脳活動が⽣じていると考えた．この時，隣接した２チャンネル両⽅の有意性を条件とすると，１チャンネルあたりの有意⽔準は全体の有意⽔準を隣接チャンネルの組み合わせ数で除算した平⽅根となる．この⼿法を Multi-Point Bonferroni(MPB)法と名付けた．
実際のデータに対して，MPB 法と Bonferroni 法と FDR 法を適⽤し，⽐較検討を⾏なった．
はじめに， 65 ⼈分の安静状態データを使⽤して偽陽性に対する評価を⾏った．安静状態データに解析を⾏っても，本来活動のあるチャンネルはないはずである．しかし，多重⽐較補正を⾏わなければ，理論上 93%の確率で 1ch 以上の偽陽性が現れる．これを全体の有意⽔準を 5%に設定し，補正法毎に全体の誤検出率がどの程度になるか評価を⾏った．その結果，全ての⼿法で，全体の誤検出率を 5%未満に収められることを確認した．
次に，100 ⼈分の⾔語性ワーキングメモリ課題中のデータを使⽤して偽陰性に対する評価を⾏った．まず，適切なサンプルサイズを全データから抽出し，ワーキングメモリの負荷に応じた活動の有意差検定（t 検定）を⾏う過程を 1000 回繰り返し，有意差の検出率が８割以上のチャンネルを活動チャンネルと定義した．その後，同じ解析課程を 1000 回繰り返し，補正法毎に活動チャンネルおよびその他のチャンネルにおける検出⼒を求めた．その結果，MPB 法は，Bonferroni 法や FDR 法と⽐べて，活動チャンネルで⾼い検出⼒を得ながらも，その他のチャンネルでは FDR 法と同程度の検出⼒に抑えることが⽰された．これらの結果から，本提案の⼿法
は，fNIRS 研究において，従来法より⾼い検出⼒が得られる実⽤的な多重⽐較補正法であることを確認した．

⾃⼰選択により実⾏したワーキングメモリ課題に伴う前頭極の活動
佐藤 ⼤樹，鎌⽥ 隆史(芝浦⼯業⼤学

システム理⼯学部 ⽣命科学科)

⾃分⾃⾝で何かを選択・決定すること（⾃⼰選択）は，内発的動機付けやパフォーマン
スを向上させる効果を持つ[1]．例えば，記銘項⽬を⾃分で選択した記憶課題（⾃⼰選択条件）では, 他者から記銘項⽬を割り当てられた場合（強制選択条件）に⽐べて記憶が保持されやすいことが「⾃⼰選択効果」として知られている[2]．本研究では，⾃⼰選択効果は内発的動機付けを促すため，動機付けと認知制御の統合に関わる前頭前野[3]が関与すると考えた．この仮説を検証するため，⾃⼰選択条件下と強制選択条件下におけるワーキングメ
モリ（WM）課題中の脳活動を機能的近⾚外分光法(functional Near-Infrared Spectroscopy :fNIRS)を⽤いて計測し，⾃⼰選択条件に関与する脳部位を探索した．
インフォームドコンセントを得た⼤学⽣ 28 名（男 14，⼥ 14，平均年齢 21.6±1.3 歳)が，本実験に参加した．使⽤した課題は⾔語性 WM 課題であり，記憶する単語のカテゴリ
ー（
「動物」
「果物」
「野菜」
「スポーツ」）により 4 種類の課題セットを⽤意した．実験参加
者は，WM 課題のカテゴリーを⾃⼰選択できる⾃⼰選択条件と 実験者によって強制的に指定される強制選択条件の両⽅をランダムな順序で実施した．
⾏動データとして WM 課題の平均正答率を条件間で⽐較した結果，⾃⼰選択条件は85.4％, 強制選択条件は 82.4％の平均正答率を⽰し，⾃⼰選択条件の⽅が⾼い正答率を⽰したものの，統計的な有意差は認められなかった. ⼀⽅，fNIRS で計測した酸素化ヘモグ
ロビン（oxy-Hb）信号の変化を解析した結果，右の前頭極を中⼼とした領域で，⾃⼰選択
条件と強制選択条件の間に有意差が認められた（p<0.05, 補正あり）．この領域では，⾃⼰選択条件における oxy-Hb 信号が強制選択条件に⽐べて⼤きく増加しており，前頭極が⾃⼰選択による内発的動機づけに関与することが⽰唆された．
[1] Patall, E. A., Cooper, H., & Robinson, J. C. (2008). The effects of choice on intrinsic
motivation and related outcomes: a meta-analysis of research findings. Psychological
Bulletin, 134(2), 270–300.
[2] Perlmuter, L. C., & Monty, R. A. (1982). Contextual effects on learning and memory.
Bulletin of the Psychonomic Society, 20(6), 290–292.
[3] Botvinick, M., & Braver, T. (2015). Motivation and cognitive control: from behavior toneural mechanism. Annual Review of Psychology, 66, 83–113.

EEG-fNIRS 縦断計測による早産児の脳発達

⽩⽊杏奈 1、城所博之 1、渡辺はま 2、多賀厳太郎 2、光松孝真 1、隈井すみれ 1、鈴井良輔 1、澤村⽂ 1、
川⼝将宏 1、鈴⽊健史 1、牧祐輝 1、⼭本啓之 1、中⽥智彦 1、佐藤義朗 3、早川昌弘 3、夏⽬淳 1, 4
1

名古屋⼤学⼤学院医学系研究科⼩児科

2

東京⼤学⼤学院教育学研究科

3

名古屋⼤学医学部附属病院総合周産期⺟⼦医療センター新⽣児部⾨

4名古屋⼤学⼤学院医学系研究科障害児（者）医療学寄附講座【⽬的】近年、脳内機能的ネットワークの発⽣や発達過程と睡眠段階の関係に注⽬が集まっている。本研
究の⽬的は、脳波-機能的近⾚外分光法（EEG-fNIRS）同時測定を早産児に対して縦断的に⾏い、脳内ネットワークと睡眠段階との発達的変化の関係を明らかにすることである。
【⽅法】名古屋⼤学医学部附属病院 NICU に⼊院した 3 名の早産児に対して以下の時期に EEG-fNIRS
同時記録を⾏った。症例 1：在胎 24 週出⽣。修正 33 週、36 週、38 週、40 週、42 週、43 週に測定。症例 2：在胎 33 週出⽣。修正 33 週、35 週、37 週、39 週に測定。症例 3：在胎 34 週出⽣。修正 35 週、38
週、39 週に測定。脳波は 10-20 法に基づき 8 チャンネルのポリグラフを、NIRS 装置（ETG-100, Hitachi）のプローブは AFz, POz , C5, C6 を中⼼に前頭、後頭、左右側頭に各 2 チャンネルずつ計 8 チャンネルをそれぞれ装着した。動睡眠と静睡眠を含む 40 分以上の記録を仰臥位で⾏った。脳波、眼球運動、呼吸運
動、ビデオの所⾒から 30 秒ごとに睡眠段階を分類した。脳内ネットワークの結合強度の指標として、
functional connectivity(FC)と phase synchronization index(PSI)を以下のように算出した。FC は、NIRSで得られた酸素化ヘモグロビン（oxy-Hb）、脱酸素化ヘモグロビン（deoxy-Hb）の時系列データにバンド
パスフィルター（0.01〜0.1Hz）をかけたのち、ピアソンの相関係数を⽤いてチャンネル間での相関係数を求め、全結合の相関係数の平均値を 1 分ごとに算出し求めた。PSI は、oxy-Hb、deoxy-Hb のデータにヒルベルト変換を施して瞬時位相を求め、8 チャンネルの瞬時位相を 1 分ごとにベクトル加算し求めた。
さらに、各チャンネルの oxy-Hb の振動周期と、oxy-Hb と deoxy-Hb の位相差の時間平均である
hemoglobin phase of oxygenation and deoxygenation （hPod）を 1 分ごとに算出した。FC、PSI、振動周期、hPod の時系列と睡眠段階の推移を⽐較した。
【結果】修正 33 週の記録では FC/PSI と睡眠段階の関連は不明瞭であったが、修正 38 週以降では動睡眠で FC/PSI は⾼く、静睡眠で低かった。その変化は修正週数が増すにつれ明瞭となった。同⼀記録内での睡眠段階による FC/PSI の変化は、主に静睡眠内で緩やかに観察された。全チャンネルを平均した振動
周期は修正週数や睡眠段階によらず 0.06〜0.07Hz であった。また、全チャンネルを平均した hPod は同⼀記録内では睡眠段階の影響を受けず⼀定であったが、修正週数が進むにつれて同位相から逆位相へ移⾏し、その変化は⽣後⽇齢が若いほど顕著であった。
【考察】早産児期において、睡眠段階に応じた脳内ネットワークの変化が、脳成熟とともに明瞭化することが⽰唆された。hPod は、睡眠段階に影響を受けないが、⽣後⽇齢に応じて⼤きく変化したことから、胎内から胎外への環境変化が寄与すると考えた。さらに症例数を増やし、正常あるいは異常な脳内ネッ
トワークの発達的変化が区別できると、早産児の有⽤な予後予測の指標となる可能性がある。

共同作業時の記銘に関わる神経機構
星野英⼀*1, 徐鳴鏑*1, 森本智志*1, 皆川泰代*2*1: 慶應義塾⼤学 グローバルリサーチインスティテュート, *2: 慶應義塾⼤学⽂学部【背景】 共同作業は個⼈作業と⽐較して、問題解決などの認知処理を向上させる報告(Barron, 2000)がある⼀⽅で、記銘を阻害することが知られている(Barber et al. 2010)。しかし、このときの記銘阻害に関わる神経機構は
これまで検討されていない。本研究では、共同作業を⾏うときの記銘に関わる神経機構を明らかにすることを⽬的とする。共同作業や社会的相互作⽤中の脳活動は wavelet coherence (WTC)を⽤いて脳部位間の機能結合の検討する研究がある(e.g. Jiang et al., 2012)。本研究でも WTC を⽤いた検討を⾏う。
【⽅法】⽇常的場⾯に近い状況で共同作業を⾏うため、家具を配置し部屋をデザインするゲームを作成した。このゲームを⾏っているときの脳活動を fNIRS(Hitachi OT-R40)で計測した。ゲームは 2 ⼈ 1 組で、2 ⼈が協⼒して交替で家具を選択して配置し⼀つの部屋をデザインする COOP 条件と、1 ⼈ずつ交替で家具を選択して配置
し別々の部屋をデザインする IND 条件を⾏った。同性の 39 組(計 78 ⼈、⼥性ペア 27 組、19.8±2.0 歳)の⼤学⽣が参加した。参加者は各条件 2 セッションずつの家具配置ゲームを⾏い、その後、⾃⾝がデザインした部屋に関する再認課題を⾏った。このため、部屋のデザインを⾏っていたときが記銘に相当した。再認課題では、デザ
イン途中の画⾯のうち、いくつかの家具を実際には選択しなかった家具に置き換えた画像を呈⽰し、間違い探しをさせた。NIRS プローブの位置は社会性に関連があるとされる右前頭部及び右側頭部に装着した。解析は、記銘時の Oxy-Hb について、参加者内の全てのチャンネルの組み合わせについて WTC を算出した。家具の選択から配置までを⼀連の区間として切り出し、その区間の WTC 値(0.009-1Hz)の平均値を求めた。⼀般線形混合モ
デルを⽤いて、従属変数を記銘時の WTC 平均値、固定効果に実験条件(COOP, IND)及び再認時の正答不正答、変量効果に参加者の要因を設定し、分析した。
【結果と考察】⾏動の結果は、再認成績の dʼが統計的有意に IND 条件より COOP 条件が低かった (p<.001)。これは先⾏研究と⼀致し、本実験の共同作業では記銘阻害が起こっていたことが⽰唆される。また記銘時間と dʼの有意な相関がIND 条件のみで⾒られた(r=0.25, p=0.0285)。つまり、記銘時間が⻑くなったことで記銘が損なわれたわけではないことが⽰唆される。WTC 値を⽤いた脳機能結合は、右半球の隣接する前頭極同⼠、及び、背外側前頭前⽪質と上側頭回の結合において、条件と再認可否の間に有意な交互作⽤が⾒られ(T(69.7)=2.70, p<.01; T(60.8)=
2.89, p<.01; 共に多重補正なし)、特に、再認不正答だった記銘においては COOP 条件より IND 条件の⽅が結合が強いという効果が⾒られた(T(65.1)=2.88, p< .01, T(65.1)=2.94, p<.01)。つまり、これらの脳機能結合が弱いときに共同作業時の記銘阻害が起こりやすいことが⽰唆される。また、COOP 条件より IND 条件が強いという主効果がどちらの結合でも⾒られたが(T(61.3)=3.54, p<.001, T(70.1)= 3.30, p<.01)、不正答時より正答時に強いという主効果は後者の結合のみに⾒られた(T(70.5)=1.66, p=.1, T(69.0)=2.59, p=.012)。背外側前頭前⽪質が連想記憶の記銘に関わること(Murray and Ranganath, 2007)、上側頭回が課題に関連する事象や社会的相互作⽤によって活動し(Kincade et al., 2005)、上側頭回の活動が背外側前頭前⽪質の活動と相反する(Shulman et al.,2003)ことが分かっている。これらのことから、共同作業時の記銘阻害には背外側前頭前⽪質と上側頭回の機能結合が関わっていることが⽰唆される。共同作業時に要求される他者の⼼理を読み取ることが上側頭回を活動させ前頭部での記銘処理を阻害する可能性が考えられる。これらの結果は社会的相互作⽤中の記銘に関わる認知過程の理解を助けることになる。
Barber et al. (2010). Memory & Cognition, 38(3), 255-264.
Murray, L. J., & Ranganath, C. (2007). The Journal of neuroscience, 27(20), 5515‒5522.
Shulman et al. (2003). Journal of neurophysiology, 90(5), 3384‒3397.

⾻盤底筋随意収縮時の脳活動
神尾博代，池⽥由美，来間弘展
東京都⽴⼤学

健康福祉学部

理学療法学科【背景】
⾻盤底筋群トレーニングは腹圧性尿失禁の治療法として有効であるとされており、産前産後の尿失禁に対しても、有効性を⽀持する根拠は⼗分にあるとされている。⾻盤底筋群トレーニン
グを⾏うためには随意的に⾻盤底筋群を収縮させることが必要であるが、尿失禁などの症状がない健康な⼥性でも随意的に収縮できないことが多くある。そのため、骨盤底筋群の随意収縮が可能なものとそうでない者の脳機能の違いを明らかにすることは重要である。
【⽬的】
本研究の目的は、機能的近赤外線分光法（fNIRS）を用いて、骨盤底筋群の随意収縮が可能な者とそうでない者において、神経活動に伴う局所脳血流量変化を計測し、脳機能の違いを明らかにすることを目的とした。
【⽅法】
対象者は出産経験のない右利きの健常⼥性 8 名とした（年齢 20.7±0.7 歳、⾝⻑ 157.9±５.9cm、
体重 53.5±4.4kg）。
使⽤機器は光脳機能イメージング装置 LABNIRS（島津製作所製）を使⽤した。全頭型ホルダを使⽤し、ファイバーを 3×1 と 7×4 に配列し、50 チャンネルで測定した。プローブの位置は国際 10-20 法を⽤いて配置した。課題はブロックデザインとし、骨盤底筋群の収縮を 10 秒、弛
緩 5 秒を 3 回繰り返した後に 30 秒の休憩をいれた。これを 1 サイクルとして 5 サイクルを実施した。このサイクルを繰り返しているときの脳活動を計測した。測定項⽬は⾻盤底筋群の随意収
縮時と弛緩時の酸素化ヘモグロビン濃度（oxy-Hb）と脱酸素化ヘモグロビン（deoxy-HB）としたが、分析には oxy-Hb を脳活動の指標として⽤いた。チャンネルごとに、効果量[（課題時のoxy-Hb 平均値−安静時の oxy-Hb 平均値）/安静時の oxy-Hb 標準偏差の平均値]を算出し、課題
時における効果量を⽐較した。また、関⼼領域（⼀次運動野と補⾜運動野）の特定とチャンネル
位置の推定を⾏った。
課題の提⽰（収縮・弛緩・休息）には、外部⼊⼒⽤ソフトウエア PP2TTL(WAWON DIGITECH製)を使⽤した。
【結果と考察】随意収縮が可能な者は 3 名、随意収縮ができなかったものは 5 名であった。
機能的磁気共鳴画像（fMRI）を⽤いた研究においては、トレーニング後に随意収縮が可能になった場合、背側前帯状⽪質と補⾜運動野の活性化は減少し、内側前頭葉⽪質の不活性化の傾向がみとめられたことが報告されている。しかし、本研究では関⼼領域である補⾜運動野と⼀次運
動野の効果量から、⾻盤底筋群の随意収縮をできるかできないかによる違いは認められなかった。

モバイル型fNIRSシステム～背負えるfNIRSデバイス～

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