平成２８年度研究調査プロジェクト(H2757)

眼球停留電位と反応時間を用いた認知機能評価
大阪工業大学
大須賀 美恵子・鎌倉快之
朝飛 拳悟（H28年度修士学生）

背景
高齢者のアクセル・ブレーキの踏み間違え事故

認知機能低下危険事象の発見の遅れ
判断の遅れ・誤り
操作の遅れ・誤り発見，判断，操作の各フェーズの衰えを分離して評価
適切なトレーニングや運転支援技術を提供

眼球停留関連電位（Eye-Fixation-Related Potentials）
刺激提示

眼球停留（EF）

眼球運動
視線移動

刺激評価
認知過程

ＥＦＲＰ
（眼球停留関連電位）

P3

反応賦活

反応

ボタン押し反応EF潜時
P3潜時
EFからの反応時間
刺激提示からの反応時間

[1]

既存研究

鎌倉ら[2]：

ギオルゲ[3]：

結果
認知負担↑：P3潜時↑

反応時間↑

結果
反応負担↑：P3潜時→反応時間↑

ドライバに必要な発見，判断，操作の過程の評価

仮説の検証仮説
認知負担↑：P3潜時↑ 反応時間↑
反応負担↑：P3潜時→ 反応時間↑加齢効果：P3潜時↑ 反応時間↑

既存研究を基に若年者（6名）と高齢者（10名）で目を動かさない条件下実験
若年者と高齢者ともに仮説を支持する結果が得られた
加齢効果による延長も確認できた
この実験は大阪工業大学ライフサイエンス実験倫理委員会の審査を経て実施した(2015-4-1)

目的
運転を模した主課題＋目を動かさないと判別できない副次課題
副次課題に対するEF潜時とEFRP のP3 と反応時間を用いる

個人ごとの認知機能評価• MMSE（Mini Mental State Examination）• 失敗傾向質問紙：山田（1999）

方法
実験参加者

• 若年者男性6名（21歳～23歳）• 高齢者男性28名（66～81歳）女性5名（66～75歳）計33名

計測装置• 多用途生体アンプ(Polymate, デジテックス研究所)• 電極帽(Electro-cap社)• 銀塩化銀小型皿電極（日本光電)

計測• 電極位置（脳波）：国際10-20法で19点, 両耳朶，リファレンス：Cz,アース：額• 電極位置（眼電）：垂直：利き目上下，水平：左右こめかみ• 時定数：3秒，サンプリング周波数：1000Hz
この実験は大阪工業大学ライフサイエンス実験倫理委員会の審査を経て実施した(2016-33-2)

実験システム
135°
1.3m

実験風景

実験システムの構成• 42型ディスプレイ3枚と自動車シート，ステアリン
グを用いて実験システムを構成• 三車線中の中央車線からはずれないように運転する
模擬運転課題と副次課題を課した．

実験動画

位置：上 25 cm：左右 80 cm
視野角： 76°
刺激角： 1.0°
Target：Non-Target＝2：8

認知負担

oddball課題
高頻度刺激と低頻度刺激が提示される中で，低頻度刺激に注意を向けて反応させるものである．

TargetNon-Target

反応負担

位置：上 25 cm：左右 80 cm
視野角： 76°
刺激角： 1.0°

サイモン効果刺激のある側面に基づき決められた反応をするように求められた場合，刺激の無視すべき別の側面により反応が促進されたり妨害されたりする現象
Straight課題

Cross課題• 脳波データのリファレンスを両耳朶結合に変更• バターワースフィルタを用いてノイズを除去

脳波波形 [μV]

解析手順• 眼電図より瞬目を取り除いた垂直成分と水平成分を合成したベクトルのノルムの差分波形から眼球運動停留時点を求めトリガとした• トリガ前300 ～後2200 ms の脳波の切りだし• Target で正反応が得られた試行のみを対象に，反応水準(Straight,Cross)ごとに加算平均• 8Hzのローパスフィルタ

脳波波形 [μV]• 独立成分分析(Independent ComponentAnalysis：以下ICA)を用いて，眼球運動関連アーティファクト除去

脳波波形 [μV]• 電源ノイズ，基線変動，高周波ノイズ

結果
正解数

加齢効果

Time [s]**Straight Cross
若年者

Straight Cross
高齢者**＜0.01

結果
反応時間

反応負担↑
仮説を支持
加齢効果

Time [s]****Straight Cross
若年者Straight Cross
高齢者**＜0.01

結果
EF潜時

加齢効果

Time [s]**Straight Cross

Non Straight Cross Non
TargetTarget若年者

高齢者**＜0.01

結果
P3成分
若年者
2020― Straight― Cross― Non-TirgetPz

1050-5-1000.5Time [s]― Straight― Cross― Non-Tirget

Pz

15

EFRP波形 [μV]15

EFRP波形 [μV]高齢者

11050-5-1000.5Time [s]1結果
頭皮上分布（若年者）
Straight

0.23 s0.42 sPz

1050-5Cross

0.44 s11.51515

EFRP波形 [μV]Pz

EFRP波形 [μV]0.24 s00.511.5Time [s]21050-500.5Time [s]2結果
頭皮上分布（高齢者）
Straight

0.45 s0.27 s1050-5Cross

0.48 s1515EFRP波形 [μV]Pz

EFRP波形 [μV]0.26 s1050-500.5

11.5Time [s]200.51Time [s]

1.52

結果
P3潜時

加齢効果

Time [s]

**

反応負担↑
仮説を支持

Straight Cross
若年者

Straight Cross
高齢者**＜0.01個人ごとの評価（EFRP）
失敗傾向質問紙に2名不備
高齢者20名での解析
個人ごとの誤答数
EF潜時
P3潜時
P3ピークから操作までの時間―

若年者の平均これらのstraight，Cross条件の全8指標をそれぞれ Z－Score化
クラスター分析により4群に分けた

クラスター分析での群分け
A

Cr-誤答数B

St-誤答数
210Cr-EF潜時

St-EF潜時-1Cr-誤答数
10Cr-EF潜時-2St-P3潜時

Cr-P3潜時

Cr-反応時間

Cr-反応時間D

St-誤答数
2St-P3潜時

Cr-P3潜時

St-反応時間

Cr-誤答数

St-反応時間

Cr-誤答数

St-誤答数
21Cr-EF潜時

0-11
St-EF潜時

Cr-EF潜時-2Cr-P3潜時

Cr-反応時間

St-EF潜時-1-2C

St-誤答数
20-1St-EF潜時-2St-P3潜時

St-反応時間

Cr-P3潜時

Cr-反応時間

St-P3潜時

St-反応時間

クラスター分析での群分け

D

高齢者
Cr-誤答数Cr-EF潜時

若年者
St-誤答数

Cr-誤答数
2110-1St-EF潜時

Cr-EF潜時-2Cr-P3潜時

Cr-反応時間

St-誤答数

20-1St-EF潜時-2St-P3潜時

St-反応時間

Cr-P3潜時

Cr-反応時間

若年者と大きくは変わらない
加齢効果がさほど大きくない

St-P3潜時

St-反応時間

クラスター分析での群分け

A

Cr-誤答数

St-誤答数
21Cr-EF潜時

0-1St-EF潜時-2Cr-P3潜時

Cr-反応時間

St-P3潜時

St-反応時間

発見の遅れが想定される眼球運動のトレーニング
車の左右，後方の歩行者や他車などへの注意喚起

クラスター分析での群分け

B

Cr-誤答数

St-誤答数
210

Cr-EF潜時-1St-EF潜時-2Cr-P3潜時

St-P3潜時

Cr-反応時間

St-反応時間

判断の遅れが想定される
認知的なトレーニング
危険判断の支援が有効クラスター分析での群分け

C

Cr-誤答数

St-誤答数
21Cr-EF潜時

0-1St-EF潜時-2Cr-P3潜時

Cr-反応時間

St-P3潜時

St-反応時間

慌てやすく操作ミスが多いこと想定される
落ち着いた判断をさせるトレーニング
誤操作を防ぐ支援が必要

個人ごとの評価（MMSEと失敗傾向質問紙）
各群のMMSE，失敗傾向質問紙の得点の傾向を調べた

失敗傾向質問紙

アクションスリップ
認知の狭小化
衝動的失敗

評価者の自己評価であり得点の絶対値は若年者よりも低い場合が多い
3項目の得点を個人の中で規格化
参加者間でZ-scoreクラスター分析での群分け

A

Cr-誤答数

アクションスリップ
2St-誤答数
2

1

10

Cr-EF潜時-10St-EF潜時-1-2-2MMSE

認知の狭小化Cr-P3潜時

St-P3潜時

Cr-反応時間

St-反応時間

衝動的失敗

一つのことに集中すると周りが見えない傾向がある
発見が遅れる原因となっている可能性が伺えるクラスター分析での群分け

B

Cr-誤答数

アクションスリップ
2St-誤答数
2

1

1Cr-EF潜時

00St-EF潜時-1-1-2-2MMSE

認知の狭小化Cr-P3潜時

Cr-反応時間

St-P3潜時

St-反応時間明らかな傾向がない

衝動的失敗

クラスター分析での群分け

C

Cr-誤答数

アクションスリップ
2St-誤答数
2

1

1Cr-EF潜時

00St-EF潜時-1-1-2-2MMSE

認知の狭小化Cr-P3潜時

Cr-反応時間

St-P3潜時

St-反応時間

衝動的失敗

認知症傾向がまったくない
アクションスリップ（一人は衝動的失敗も）が相対的に高い
認知過程の衰えが見られないのに誤答が多い

まとめ• EFRPを用いた認知機能評価を行い，眼球運動停留潜時，P3潜時，反応時間を用いて，発見，判断，操作の3つのフェーズの衰えを分離して評価できる可能性を示した．
• 個人ごとの評価では，対象者20名という少ない人数の結果
ではあるが，質問紙による失敗傾向の自己評価と矛盾のない結果が得られた．
• 個人ごとに適切なトレーニングや支援技術の提供を行うための評価指標として利用できると考えられる．