技術紹介「におい」に対する顔表情反応の分析～臭気官能試験への可能性検討～
知惠賢二郎 *1
Chie Kenjiro

島津賢三郎 *2

渡辺達也 *3

Shimazu Kenzaburo

Watanabe Tatsuya

駒井章治 *4

Komai Shoji「におい」は多種多様な揮発性の化学物質であり、それぞれ違った構造をもつ。地球上には約 40 万種類（1）の「におい分子」があり、人間はそのうち数千種の「におい」を嗅ぎ分けることができると言われている 。
「におい」の嗅ぎ分け、例えば人間が「におい」を認識した時には、その「においの質」により快適や不快となり、時には環境問題ともなる。本稿では、「におい」による顔表情反応をセンサー等で捉え、「におい」の種類等を簡便に判別できる簡易で客観的な指標作りの可能性を探った結果を紹介する。
キーワード：におい、官能試験、臭気指数、臭気強度、快・不快度、臭気濃度、顔表情変化、眼輪筋電位、頭部加速度、頭部ジャイロ、k 平均法、状態抽出（クラスタリング）、サポートベクターマシン試験を実施しているが、時間や人員を要する点が1. はじめに課題となっている。本稿では臭気官能試験の概要

一昔前は「におい」は感性の領域に限定され「かと、人間が「におい」を感じた時の表情反応から、ぐわしい」「くさい」と表現されるのみがほとんど臭気識別が可能か検討した結果を述べる。

であった。しかし、近年は悪臭対策に代表される

2. 「におい」と官能試験

ように、規制基準や脱臭効率等に際して「数値化」2.1 化学物質と「におい」しなければならない機会が多い。
「数値化」には人間の嗅覚、すなわち鼻を用いて「におい」を数値化

人間の嗅覚器が「におい」物質に反応するまでする嗅覚測定法（臭気官能試験）がある。臭気官能は、主に 1. 物質の気化、2. 鼻腔への到達、3. 鼻腔試験は「人間の感覚」を用いるためトレーサビリ粘液への溶け込みと輸送、4.「におい」受容体でのティの観点で不利になりがちであるが、日本も含識別、の 4 段階が必要である。その後、「におい」

め世界の国々において広く使われている。これは受容体での情報が大脳に到達し、人間は「におい「におい」が感覚に依存する点が大きいからであの質」や強度を判断できる。
「においの質」と化学物る。当社でも臭気調査の一手法として、臭気官能質の関係は完全には解明されていないが、経験的びこう*1：計測事業部 企画管理部 ソリューションエンジニアリンググループ課長 博士（理学） 環境計量士 一般計量士*2：計測事業部 化学・環境部 福浦グループ 課長 作業環境測定士*3：計測事業部 化学・環境部 福浦グループ 環境計量士 一般計量士 臭気判定士*4：東京国際工科専門職大学 工科学部 情報工学科 教授 （元奈良先端科学技術大学院大学）—

22—

（1）に表 1 ～表 3 が知られている 。

2.2 臭気官能試験「におい」物質は濃度によって「においの質」が変「におい」の測定方法は図 1 に示すように、2 つふんわるものがある、例えば糞 便臭の代表例「スカの方法に大別できる。1 つはその「におい」を構成

トール」は濃度が濃いと多くの人が嫌う悪臭であする化学物質に着目し、ガスクロマトグラフィーるが、薄くなると必ずしも悪臭ではなく、香水のなどの分析機器で化学物質の濃度（ppm）を測定す構成成分として用いられている成分である。まる成分濃度表示法である。もう 1 つは人間の嗅覚た、大会で優勝した時に嗅いでいた「におい」なを用いて「におい」を数値化する嗅覚測定法であひも（2）ど、良い記憶に紐づけられている「におい」は不快る 。になりにくいという特徴もある。

嗅覚測定法は、臭気官能試験法とも呼ばれ、人間の鼻を用いて臭気を測定・数値化する方法であ
表1

表2

官能基と「においの質」の関係

官能基以外の特徴と「においの質」の関係

表 3 「においの質」と化学物質の関係—

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図 1 「におい」の測定方法
る。悪臭防止法が制定された昭和 46 年（1971 年）

環境問題においては、「におい」の「強さ」より「不当時は、信頼できる嗅覚測定法が存在しなかった快性」が重要という意見がある。このような観点ため、硫化水素など悪臭物質の濃度（ppm）を測定から使われているのが「快・不快度表示法」である。

する「成分濃度表示法」が採用されたが、平成 7 年

この方法は、「におい」の快・不快度に着目して表 5（1995 年）に嗅覚測定法である三点比較式臭袋法のカテゴリーにより数値化する方法である。日本が悪臭防止法に追加された。嗅覚測定法はいくつでは「9 段階快・不快度表示法」が使われており、かの方法があるが、本稿では当社業務で使用する環境問題における「におい」の数値化方法として、3 種類の嗅覚測定法について説明する。3 種類の測被害の実態を表しやすいという観点で、重要な評定法は「におい」の強度に着目した「臭気強度表示価尺度である。

法」、「におい」の快・不快度に着目した「快・不快表5度表示法」、「におい」が無臭になるまでの希釈倍数

9 段階快・不快度表示法のカテゴリー（3）を測定する「臭気濃度表示法」である 。
臭気強度表示法は「臭気の強さ」に着目して数値化する方法であり、6 段階臭気強度表示法が広く使われている。においを嗅ぐ人（パネル）を数名ににおいを嗅いでもらい、その時に感じた強さの程度を表 4 に示されたカテゴリーで答える。具体的には、強く感じたら、「4」と答え、弱く感じるようであれば、「2」と答える。
表46 段階臭気強度表示法のカテゴリー

最後に、人間の鼻を用いる測定尺度として使われているのが「臭気濃度」である。臭気濃度とは、その臭気を無臭空気で希釈する際、何倍に希釈するとにおわなくなるかを求めるものであり、無臭となった時の希釈倍数が臭気濃度で表される。例
えば、臭気濃度 5000 の臭気とは、その臭気を無臭空気で 5000 倍に希釈した時、人間が「におい」を—24—感じなくなることを意味する。また、この臭気濃度は予想どおり（フェニルエチルアルコール、メ度を「Y（臭気指数）= 10 × log X（臭気濃度）」で対数

チルシクロペンテノンは快適、イソ吉草酸は不変換したものが臭気指数であり、騒音におけるデ快）の結果、臭気濃度は 130 ～ 160 を示し、「におシベル表示と同様に人間の感覚に近い尺度であいの有無」や、快適・不快を明確に判別可能である。臭気強度および快・不快度表示法は「においのることがわかった。

程度」を判断する指標であるのに対し、この臭気濃（4）3.2 眼鏡型計測デバイスによる表情変化反応の度尺度は「においの有無」を判断する指標である 。

検討

3. 表情変化反応の取得

まず、ジンズホールディングス社製の眼鏡型計

3.1 「におい」試薬の選定

測デバイス JINS MEME ES を用い、頭部加速度、表情変化反応を採取するにあたり、試験方法は頭部ジャイロ（傾き）、眼輪筋電位（EOG）につい嗅覚測定法（臭気官能試験法）をベースとした。選て、「におい」に対する反応パターンを取得した。

定理由として、目的が官能試験への適用検討であ「におい」の呈示方法は官能試験方法に準拠し、「にること、これまでの官能試験データベースと検証おい」を呈示するタイミング、長さはランダムとが容易であること、試験方法が公定法であることし、「におい」を 3 回呈示した。試験状況を図 2、試が挙げられる。
「におい」試薬は嗅覚検査に用いられる「T&T オルファクトメーター基準臭」を選定し、具体的には表 6 に示すフェニルエチルアルコール、メチルシクロペンテノン、イソ吉草酸の官能情報を分析した。
3 種類の「におい」試薬について、6 段階臭気強度表示法、9 段階快・不快度表示法、臭気濃度を分析した。分析結果を表 7 に示す。
パネル 5 人による官能試験から、表 7 に示す性図2状を把握できた。臭気強度は 1.5 ～ 3.3、快・不快表6試験状況（黒い眼鏡が眼鏡型計測デバイス JINS MEME ES）

試験に用いた「におい」試薬

表 7 「におい」試薬分析結果（パネル 5 人による）—25—

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験結果を図 3 ～図 8 に示す。

は、実験室で試験を行ったために刺激呈示や計測眼鏡型計測デバイスを用いた計測（図 3 ～図 8）の一連作業が人為的となり、頭部固定的反応を誘の評価方法は、「におい」呈示の有無、すなわち赤導してしまったことが原因と考えられる。眼輪筋色の線（左側のオンセットと右側のオフセット）エ電位は、瞬目反応や眼球運動を観測するもので、リア内外でスペクトルに違いがあるかになる。

「におい」呈示有無による違いをスペクトル波形か

図 3、図 4 および図 5 では、被検者の頭部の運動ら判断する。図 7 および図 8 から、計測スペクトにさほど違いが見られないことがわかる。これ

ルには若干の違いが見られたが、刺激との関連を

図3メチルシクロペンテノンによる加速度センサー結果

図4

図5

イソ吉草酸による加速度センサー結果

メチルシクロペンテノンによる頭部傾き結果
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図6

図7

イソ吉草酸による頭部傾き結果

メチルシクロペンテノンによる眼輪筋電位（EOG）結果

図8

イソ吉草酸による眼輪筋電位（EOG）結果

推定することは今回のデータからは困難であっ3.3 動画解析による表情変化反応の検討た。これらを防ぐために、頭部運動同様に被検者

眼鏡型計測デバイスによる計測では、「におい」に対して自然に振る舞うよう指示することや、被による何らかの顔表情変化があることは確認され検者に実験者の動作や刺激呈示のタイミング等がたが、明確な関連を推定することができなかった。

見えないセットアップを行い、自発行動が誘発されそのため、動画撮影とパターン解析による手法をる環境のセットアップが必要であると考えられる。

用いて、「におい」と顔表情変化の関係を検証した。

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試験方法は眼鏡型計測デバイス時と同様に、椅ラッキングし、左右の目尻の中点を中心として目子に着座した状態で嗅覚刺激を臭気官能試験に準尻が平行を保つように映像の傾きを補正した。映拠し呈示した。試薬は 3 種類（フェニルエチルア

像の観察から特に目の周辺について変動が大きくルコール、メチルシクロペンテノン、イソ吉草酸）見られたことから、目の近辺の映像を切り出したとし、被験者には「におい」のオンセット情報は与（横 185 ピクセル、縦 90 ピクセル）。続いて勾配方えず、「におい」を感じた場合にボタンを素早く押向ヒストグラム（HOG）特徴を計算し、表情をベクすよう指示した。
「におい」によるパターン取得状トル情報とした。

況を図 9 に示す。

得られた特徴量をもとに、表情の状態を指定数顔表情変化に関する情報を得るため、図 10 の（今回の場合は 20 個）のクラスタ情報で表す手法

ように表情変化の特徴抽出を行った。まず撮影時を試みた。具体的には、HOG 特徴ベクトルを非負間を通じて形状や映りが変動しにくい目尻をト値行列因子分解で間接的に直行化したのち、各時刻における特徴ベクトルの得点を k 平均法（非階層型クラスタリングのアルゴリズム。クラスタの平均を用い、与えられたクラスタ数に分類する手法）の 1 つである k-means++ を用いて図 11 のように 20 クラスタに分割した。
図 11 における黄色位置は各「におい」の種類に対応し、上から刺激 A（フェニルエチルアルコール）、刺激 B（メチルシクロペンテノン）、刺激 C（イソ吉草酸）、刺激 D（空気）であり、それぞれの呈示タイミングは黄色の幅エリアとなる。下部は

図9

図 1020 クラスタの情報である。

パターン取得状況

勾配方向ヒストグラム（HOG）特徴の計算概要（※各セルにベクトル情報を割り当てる）
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28—

図 11

k-means++ を用いた 20 クラスタ分割結果を評価した。評価結果を表 8 に示す。

次に抽出した表情の状態に含まれるクラスタ情報について、サポートベクターマシン（SVM）を用

SVM による判別はいずれの評価項目もチャンいて評価した。SVM 概略は、教師あり学習（正解スレベル（ランダムに回答して得られる正答率）をがわかっている情報を用いて解析する）モデルの上回り、目の周囲の変化に、「におい」の判別に関1 つであり、分類や回帰に適用できる手法である。

係する情報が含まれていることが示唆された。
「に入力情報として刺激開始呈示直後 3 秒間におけるおい」種類区別は正答率 50％と高い成功率ではな

クラスタ情報を用い、3 項目（「においの有無」の区いが、一定の情報を含んでいると考えられる。

別、「におい」種類の区別、不快な「におい」の区別）

表8

SVM による評価項目と正答率、チャンスレベル—

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4. まとめ

参考文献

本研究の結果から、表情変化反応には、「にお（1） 斉藤、井濃、綾部：嗅覚概論 においの評価のい」の判別に関係する情報が含まれていることが基礎、公益社団法人におい・かおり環境協会、わかった。眼鏡型計測デバイスによる座標情報だ

pp.26-31、pp.45-49

けでは、「におい」判別は難しいが、パターン解析（2） 公益社団法人におい・かおり環境協会：シリー手法を用いることで、「においの有無」や「におい」

ズ「悪臭に関わる苦情への対応」、pp.13-20

種類区別を高正答率で判断できた。なお、今回用（3） 静岡県環境保全協会：環境保全ハンドブック

いた k-means++ は 2007 年に設計されたアルゴリズ

2011、pp.654-686

ムであり、AI 技術等は含んでいない。最新の AI（4） 公益社団法人におい・かおり環境協会：気体技術を組み合わせることで、さらなる高精度・高排 出 口 に お け る 臭 気 指 数 規 制 マ ニ ュ ア ル、機能化が期待される。また、濃度依存や複合臭のpp.91-92

確認は行わなかったが、多くのデータを取得・検証することで官能試験に替わる、臭気判定の一手法となることが期待される。

計測事業部 企画管理部
ソリューションエンジニアリング
グループ 課長博士（理学） 環境計量士
一般計量士計測事業部 化学・環境部
福浦グループ 課長
作業環境測定士

島津賢三郎

知惠賢二郎

TEL. 045-791-3518
FAX. 045-791-3541

TEL. 045-791-3516
FAX. 045-791-3541

計測事業部 化学・環境部
福浦グループ
環境計量士 一般計量士
臭気判定士

東京国際工科専門職大学工科学部 情報工学科教授

渡辺 達也

駒井 章治

TEL. 045-791-3516
FAX. 045-791-3541

TEL. 03-3344-5555—30—