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) ］

高齢者の視機能領域の拡大を目的とした視覚トレーニングシステムの開発
Development of a visual training system to expand the visual function domain of the elderly
2201006

研究代表者

富山県立大学
工学部情報システム工学科

講 師木下史也

健忘型 MCI に対しては検出精度が高くない。

[研 究 の 目 的]

MCI から認知症への伸展率は年間 10% 前後と認知機能の低下の遅延に関しては，健常と認

低 く な い 数 値 で あ る こ と か ら も，非 健 忘 型

知 症 の 境 目 に 位 置 す る 軽 度 認 知 障 害 (MildMCI を早期発見できる検査方法を確立するこCognitive Impairment; MCI) の早期発見が重とは重要な課題である。

要 で あ る [1]。MCI は 1999 年 に 米 国 の Ron

アルツハイマー型認知症には，図形を描くのPetersen が確立した概念で「正常とはいえなが苦手になる，運転で道に迷う，車庫入れがでいが認知症ともいえないほど軽度の認知障害」きなくなるといった初期症状が，視力障害がなである [2]。MCI と診断された患者は，そのくても出現することが知られている [4]。これ後の認知症へ移行するリスクが高いことから，らの症状は視空間認知障害と呼ばれ，早期診断

MCI は認知症の前段階であると考えられていのための重要な臨床症状である。大脳皮質におる。本来 MCI は，記憶障害に重きを置いた概ける視覚情報処理には，2 つの経路が存在する念であったのだが，最近では，記憶障害を主体[5]。一つは，対象物を同定するための情報をとする「健忘型 MCI」とそれ以外の遂行，注処理する「腹側視覚路」である。腹側視覚路は意，言語，視空間認知などの障害を規定する一次視覚野から始まり側頭葉皮質を通って前頭「非健忘型 MCI」に分類されている。定義上前野に至る経路である。もう一つは，物体の位「独立して日常生活を営むこと」には支障がな置・奥行きなどの情報を処理する「背側視覚い状態であるため，その診断には「以前の本人路」である。背側視覚路も一次視覚野から始まが保っていたレベルと比較して悪化している」

るが，この視覚路は頭頂葉皮質を通って前頭前ことをよく知る人物からの聴取が必須である。

野に至る経路である。この 2 つの経路から入っ

MCI の診断において客観的認知機能検査は重た視覚情報は前頭前野で再び収束し，視覚情報要で，記憶，言語，遂行機能，視空間認知，注処理が行われる。アルツハイマー型認知症にお意など多くの認知ドメインの多面的評価が必要いては，海馬周囲の障害に加え，頭頂−後頭葉である。認知機能の評価バッテリーとしては，の血流が低下することが知られている [6]。すMontreal Cognitive Assessment 日 本 語 版

なわち，アルツハイマー型認知症にみられる頭(MoCA-J) が MCI の検出に優れているとされ，頂−後頭葉の血流低下は，背側視覚路の機能低広く普及している [3]。しかしながら，記憶に下に影響を及ぼしており，これが責任病巣とな対する負荷を利用するスクリーニングテストはり「その物が何であるかは理解できるが，正確健忘型 MCI の検出には有効であるものの，非な位置や奥行きなどの空間的情報がわからなく― 1 ―立石科学技術振興財団なる」といった臨床症状が出現すると考えられる。視空間認知障害は，アルツハイマー型認知症だけでなく，MCI にも認められる臨床症状である。そのため，視空間認知障害を定量的に評価することができれば MCI の早期発見にも有用である。そこで本研究課題では，利用者の奥行き知覚能力を定量的に評価することができる VR コンテンツの開発を行った。

図2

Vive Pro Eye の概要

119.5 Hz で両眼の視線情報を取得することが[研究の内容，成果]できる (図 2)。Vive Pro Eye から取得できる
本研究課題では，視線計測機能付き HMD で視線情報には，視線ベクトル，眼球位置，瞳孔動作する視覚トレーニングシステムの開発と，位置，瞳孔径，眼の開閉などの情報が取得でき開発した VR コンテンツを用いて健康な若年者る。

群および高齢者群を対象とした生体機能計測を行った。

本システムで取得した視線ベクトル，眼球位置，瞳孔位置の例を下記に示す。
【視線ベクトル】Vive Pro Eye では左右眼の視①線方向を，それぞれ独立した単位ベクトルで取VR コンテンツの開発開発した VR コンテンツの例を図 1 に示す。

得できる。図 3 は x 軸方向に球体オブジェク

このコンテンツは Unity を用いて開発し，球体トを移動させた際の，左右眼における視線ベクオブジェクトを VR 空間上に最大 3 つまで表示

トルの動きである。

させることができる。変更可能なパラメータは，球体オブジェクトの数，色，大きさ，速度，範囲，初期位置とした。作成した VR コンテンツ
は視線計測機能の付いた HMD から提示することによって，球体オブジェクトを注視している
図3

際の視線情報を取得できる。本研究では，視線取得した視線ベクトルの例

計測機能付き HMD として HTC 社製の Vive
Pro Eye を使用した。この HMD はアイトラッ【眼球位置】眼球位置は視線ベクトルの始点でキング世界最大手のトビー・テクノロジー社のある。Vive Pro Eye から取得できる値は，左アイトラッカーを搭載しており，時間分解能右レンズの中心から等距離の位置を原点 (0, 0,0) とする mm 単位である。図 4 は x 軸方向に球体オブジェクトを移動させた際の，左右眼における x 方向の眼球位置の動きである。

図1

開発した VR コンテンツの例

図4― 2 ―

取得した眼球位置の例

Tateisi Science and Technology Foundation【瞳孔位置】瞳孔位置はトラッキングエリア内における左右眼の位置をそれぞれ取得する。トラッキングエリアは 0-1 に正規化された二次元座 標 系 で あ る。図 5 は x 軸 方 向 に 球 体 オ ブ
ジェクトを移動させた際の，左右眼における瞳孔位置の動きである。

(a) 若年者，(b) 高齢者

図 7 瞳孔間距離データの例
図5②

取得した瞳孔位置の例

生体機能計測 Ⅰ
はじめに，予備実験として健康な若年者群と高齢者群を対象に今回開発した VR コンテンツで奥行き知覚能力を評価することが可能か検討した。被験者は若年者群 15 名と高齢者群 15 名を対象とした。予備実験では球体オブジェクトを画面中央に 1 つだけ表示し，30 秒間に 5 回(a) 若年者，(b) 高齢者の頻度で奥行き方向から手前方向へ周期的に移

図 8 パワースペクトルの例

動するように設定した (図 6)。飛び出し量については，球体オブジェクトの大きさを 1 とし行い，球体オブジェクト注視時における瞳孔間た場合で，手前位置を 1，奥行き位置を 15 と距離の時間変化 (輻輳開散運動) を特徴量とすいう値に設定した。各被験者で計測は 3 回ずつることで，利用者の奥行き知覚能力を定量評価することが可能か検討した。
取得した瞳孔間距離の時系列データの例を図7 に示す。どちらの被験者群においても球体オブジェクトが近づくにつれ，瞳孔間距離が短くなる傾向 (輻輳運動) が確認できる。次に，離散フーリエ変換を用いて時系列のピーク周波数を算出した (図 8)。その結果，すべての被験者で 5 cphm (cycle per half minute) にピークが検出されることが確認された。
③

生体機能計測 Ⅱ
次に，今回開発した VR コンテンツではパラメータを自由に設定出来るため，どのようなパ(上) 手前位置 1，(下) 奥行き位置 15

図6

予備実験用の VR コンテンツ

ラメータが最も視覚トレーニングシステムに最適か，若年健常者群 15 名を対象に実験を行っ― 3 ―立石科学技術振興財団

た。はじめに球体の数を因子とし，球体を 1 つ

今回開発した VR コンテンツは，HMD を装着

表示した場合と球体を 3 つ表示した場合で局所するだけで利用可能なため，実験スペースを省脳血流量の計測を行った。局所脳血流量の計測空間化することができる。そこで，在宅でのリには，島津製作所社製の fNIRS を使用し，前ハビリテーショントレーニングに向けた応用に頭葉と後頭葉にプローブを配置した。その結果，も取り組んでいく。

球体を 3 つ表示したパターンの方が局所脳血流量が増大することが確認された。次に，VR 空間内における 3 つの球体の配置位置が生体にどのような影響を及ぼすのかについて，重心動揺計を用いて比較を行った。この実験では，パターン 1：1 つの球体が画面内を複雑に動き回る映像，パターン 2：パターン 1 にさらに 2 つの球体を追加し，追加された球体はそれぞれ独立して画面内を動き回る映像，パターン 3；パターン 2 で追加した 2 つの球体の初期位置を遠方に配置することで，飛び出し量と奥行き量を被験者に感じにくく設定した映像，の 3 つの条
件を用いて比較を行った。コンテンツ視聴時では，すべての映像に表示されている球体を被験者が追従視することで，周辺視野の違いが体平衡機能へ及ぼす影響を調査した。その結果，追従視して球体を視聴しているにも関わらず，周辺視野領域に配置した球体の飛び出し量によっ[参考文献][1]

日本神経学会 (監)，「認知症疾患診療ガイドライン」作成委員会 (編)：認知症疾患診療ガイドライン 2017．医学書院， 2017．
[2]

R. C. Petersen, G. E. Smith, S. C. Waring, R. J.

Ivnik, E. G. Tangalos, E. Kokmen, “Mild CognitiveImpairment : Clinical Characterization and Outcome”, Archives of Neurology, 56 (3), pp. 303-308,
1999.
[ 3 ] 鈴木宏幸，安永正史，長沼 亨，藤原佳典，“認知機能の継時的変化を評価する際の日本語版
Montreal Cognitive Assessment (MoCA-J) の 有
用性 ―― MCI と軽度アルツハイマー病患者を対象とした縦断的検討”，老年精神医学雑誌，22(2), pp.
211-218, 2011.
[ 4 ] M. F. Mendez, J. L. Cummings. Dementia : A
ClinicalApproach.

3rded.,

Butterworth-Heinemann, Boston, 2003.
[ 5 ] M. A. Goodale, A. D. Milner, “Separate visual
pathwaysforperceptionandaction”,

Trens

Neurosci 15, pp. 20-25, 1992.て重心動揺に現れるパターンが変化することが[ 6 ] S. N. Thiyagesh, T. F. D Farrow, R. W. Parks, et

確認され，パターン 3 の映像で最も身体の動揺

al., “The neural basis of visuospatial perception inAlzheimerʼs disease and healthy elderly comparison

量が大きくなった。

subjects: an fMRI study”, Psychiatry Res., 172(2),pp. 109-116, 2009.

[今後の研究の方向，課題]
本研究課題では，利用者の奥行き知覚能力を定量的に評価することができる VR コンテンツの開発を行い，健康な若年者群と高齢者群を対[成果の発表，論文等]
1 ) F. Kinoshita, H. Okuno, H. Touyama, M. Takada,M. Miyao, H. Takada “Effect of Background
Element Difference on Regional Cerebral Blood

象に VR コンテンツの評価実験を行った。そのFlow While Viewing Stereoscopic Video Clips”,

結果，利用者の瞳孔間距離の時間変化を特徴量

Universal Access in Human-Computer Interaction.とすることで，奥行き知覚能力の定量評価する

Design Approaches and Supporting Technologies(UAHCI/HCII 2020), 12188, pp. 355-365, 2020.

ことが可能であった。また，球体オブジェクト2 ) F. Kinoshita, R. Ono, K. Ichikawa, K. Hirayama,

を複数表示することで，局所脳血流量が増大す

M. Takada, H. Takada, “A Study of Evaluation ofることが確認された。今後は MCI 患者の計測

Vision Training System to Prevent Mild Cognitiveを行うことで，今回開発した VR コンテンツがMCI の早期発見に有効か検討を行う。また，― 4 ―Impairment”, Published in Proceedings of 15th
International Conference on Computer Science &Education (ICCSE 2020), pp. 53-56, 2020.

Tateisi Science and Technology Foundation3)

F. Kinoshita, Honoka Okuno, Hideaki Touyama,

Development of VR Content for Quantitative Eva-Hiroki Takada, “Effect of the peripheral visual field

luation of Impaired Visuospatial Ability” Universal

elements of 3D video clips on body sway” Universal

Access in Human-Computer Interaction. Design

Access in Human-Computer Interaction. Design

Methods and User Experience (UAHCI/HCII

Methods and User Experience (UAHCI/HCII2022), in Press.

2021), 12768, pp. 394-404, 2021.
4)

F. Kinoshita, H. Takada, “A Study on the― 5 ―