疲労と絆の可視化・強化技術：頭脳パフォーマンスと健康を両立するeスポーツ科学の社会実装

筑波大学 体育系助教 松井 崇

2023年11月14日

新技術の概要
新技術の概要eスポーツに代表されるような現代人のサイバー空間における頭脳活動時には、疲労と孤独がつきまとう。本技術では、頭脳活動時に自覚しにくい認知疲労やチームワークについて、心拍数、瞳孔径、表情などに代表される非侵襲測定が可能な生体情報をもとに可視化し、即時フィードバックすることで、調整・強化することを可能にする。
従来技術・競合技術との比較大がかりな装置を必要とせず、自然な頭脳活動時の疲労と絆・チームワークの即時評価が可能である。加えて、それらの状態をマルチモーダルにアバターやデバイスを通じてフィードバックし、疲労の自覚やその共有による絆の調整を実現するのは他に類をみない。

自己紹介
動物運動モデルの一例

筑波大学体育系 助教運動による脳疲労の仕組みと予防策

松井 崇

全柔連科学研究部

柔道のハイパフォーマンスと教育的意義

SIRC スポーツIT分野長
講道館での研究合宿型授業

eスポーツ科学のオンライン実験風景

eスポーツの身体性と教育･福祉的意義

自己紹介

松井 崇
健幸ライフスタイル開発研究センター

副センター長

老若男女の健幸スポーツライフ創成eスポーツ：プロの例

日経クロストレンド
2022.08.22

https://xtrend.nikkei.com/atcl/contents/watch/00013/01941「スポーツなの？所詮ゲームでしょ。」
5eスポーツ：スポーツ大会の例
茨城国体2019

2021年
Tokyo2020に合わせてオンライン開催
2023年
シンガポールでオフライン大会開催

BCNR 2019.10.07

https://www.bcnretail.com/market/detail/20191007_139993.html

アジア大会 since 2018

東洋経済ONLINE 2018.07.30
https://toyokeizai.net/articles/-/230557

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eスポーツ：スポーツ大会の例
2021年
Tokyo2020に合わせてオンライン開催
2023年
シンガポールでオフライン大会開催
レガッタ【SNS】Baro Hyun no LinkedIn: #olympic #esports

オリンピック E スポーツ シリーズ 予選 4 決勝

【SNS】Baro Hyun no LinkedIn: #olympic #esports

https://sailranks.com/v/regattas/9278

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eスポーツ：スポーツ大会の例
2021年
Tokyo2020に合わせてオンライン開催
2023年
シンガポールでオフライン大会開催
レガッタ

オリンピック E スポーツ シリーズ 予選 4 決勝

https://sailranks.com/v/regattas/9278

Game Spark 2023.06.26

https://olympics.com/ja/esports/olympic-esports-series/baseball8

eスポーツ：高校生の例
高校生eスポーツ甲子園

eスポーツ部（京都西山高校）

https://kyotonishiyama.ed.jp/category/club/bunka/esports/

テレ東リリ速 2019.08.15
https://www.tv-tokyo.co.jp/information/2019/08/15/216746.html「目標のためとはいえ、ゲームのやり過ぎが心配。。」
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eスポーツ：インクルーシブスポーツとしての活用例
お年寄りの例

身体の不自由な子ども達の例「孫との対戦に向けて練習する！」「（難病のため）毎日できることが減ってしまうが、eスポーツではできることが増えていくのが嬉しい」【日本作業療法士協会】https://www.jaot.or.jp/ot_job/to_live/detail/1/「これなら意義深いかも！」10孤独は健康を脅かす主要なリスクのひとつ
寿命への影響度

孤独感・孤立
孤独
喫煙
過度の飲酒
運動不足
肥満

（Holt-Lunstadら、Plos Med、2010）

eスポーツってなに？
eスポーツ：ビデオゲームを使った対戦をスポーツ競技として捉える際の名称（日本eスポーツ連合）

そもそもスポーツってなに？
スポーツの４要素

身体性
遊戯性
日常生活とは異なる意味 連関をもつ特殊な情況の中で（遊戯性）、人為的な 規則にもとづき（組織性）、他人との競争や自然との対決を含んだ（競争性）、身体的活動（身体性） である（樋口、1987）。

競争性
組織性

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eスポーツの身体性：1人プレーと対戦プレーの差

１人プレー

２人プレー

２人プレー

１人プレー

2人での対戦プレーは1人プレーに比べ、心拍を高鳴らせ、絆ホルモンの分泌を促す。
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eスポーツの身体性：1人プレーと対戦プレーの差
オフラインプレー

2人での対戦プレーは1人プレーに比べ、心拍を高鳴らせ、絆ホルモンの分泌を促す。
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eスポーツの身体性：1人プレーと対戦プレーの差
オンラインプレー

2人での対戦プレーは1人プレーに比べ、心拍を高鳴らせ、絆ホルモンの分泌を促す。
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eスポーツの身体性：1人プレーと対戦プレーの差
絆ホルモン・オキシトシン
１人プレー#*

２人プレー

2人での対戦プレーは1人プレーに比べ、心拍を高鳴らせ、絆ホルモンの分泌を促す。
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eスポーツの身体性：オフライン対戦とオンライン対戦の差
共感性の形成に重要な「絆ホルモン・オキシトシン」

母子の愛着形成

柔術の稽古
オンラインで対戦できるのがeスポーツのいいところ。でも、、スポーツ的効果が半減してしまう。
オフライン対戦は絆形成を促進する！
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eスポーツの身体性：高齢者の運動効果を増強する
ストループ
不一致課題反応時間

eスポーツ向上Δ Response time (ms)＋低下認知機能運動

400200** P < 0.050-200-400-600-800

運動 +
運動群 +
脳トレ eスポーツ群

eスポーツのオフラインプレーが習慣的な運動の認知機能への効果を促進する。
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発明の技術内容：絆とチームワークの検知と調整

相手の表情、心拍数を見ながらオンラインプレー→ 生理・心理項目を同期解析（特願2023-181096）
19絆とチームワークの評価・フィードバック・調整システム（特願2023-181096）

eスポーツはもちろん、オフィスや教室、イベント会場、車内など、応用性が高い。
一緒に開発・実装しませんか！？
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絆とチームワークの評価・フィードバック・調整システム（特願2023-181096）

eスポーツはもちろん、オフィスや教室、イベント会場、車内など、応用性が高い。
一緒に開発・実装しませんか！？
21絆とチームワークの評価・フィードバック・調整システム（特願2023-181096）

eスポーツはもちろん、オフィスや教室、イベント会場、車内など、応用性が高い。
一緒に開発・実装しませんか！？
22絆とチームワークの評価・フィードバック・調整システム【pioneer】
https://jpn.pioneer/ja/corp/sustainability/csv/（特願2023-181096）

eスポーツはもちろん、オフィスや教室、イベント会場、車内など、応用性が高い。
一緒に開発・実装しませんか！？
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表情と心拍数の視覚フィードバックを用いたオンライン対戦

相手の表情、心拍数を見ながらオンラインプレー→ 生理・心理項目を同期解析（特願2022-173185）
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表情と心拍数の触覚フィードバックを用いたオンライン対戦

相手の表情、心拍数を感じながらオンラインプレー→ 生理・心理項目を同期解析（特願2022-173185）
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発明の技術内容：オンラインでの絆形成促進システム

視覚提示遠隔身体性コミュニケーションを具現化する次世代eスポーツ
開発した新プラットフォームとプレーヤーの視線オキシトシン分泌と社会的存在感の促進

社会的信号（表情と心拍数）の視覚・触覚相互伝達を実現するプラットフォームがオキシトシン分泌を通じて、eスポーツのオンラインプレー時の互いの社会的存在感や共存感を高める。
（特願2022-173185）
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eスポーツ：やり過ぎをどう防ぐか？
eスポーツは適度に取り組めば絆や夢の形成、脳トレ効果など良いところがいっぱい。でも、、、
https://www.afpbb.com/articles/-/3305630

https://www.afpbb.com/articles/-/3305630

やり過ぎによる不健康問題は解決すべき課題だ。。

なぜやり過ぎてしまうのか？それは、「疲労」を感じにくいからなのだ！
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運動時の疲労の仕組み

運動時の疲労：必要な力を発揮できなくなった状態
中枢（脳）疲労末梢（筋）疲労

脳グリコーゲンの減少

筋グリコーゲンの枯渇

生体の防御機構

克服すべき憎いもの

松井崇（柔道選手時代）
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運動時の疲労の仕組み

運動時の疲労：必要な力を発揮できなくなった状態

中枢要因
脳内モノアミン
特にセロトニンの増加

低血糖
末梢要因

生体の防御機構

筋・肝グリコーゲンの枯渇

体温・脳温の上昇

脳の低酸素

克服すべき憎いもの

血中遊離トリプトファン/BCAA比の上昇

松井

脱水症状
崇（柔道選手時代）

活動筋の酸素需要量増加(Matsui ら, 2021; 2019; 2017;など; Secher et al., 2006; Alonso et al., 2004; Newsholme et al., 1992）30

運動時の疲労の仕組み

運動時の疲労：必要な力を発揮できなくなった状態

統合要因

脳グリコーゲンの減少

中枢要因
脳内モノアミン
特にセロトニンの増加

低血糖
末梢要因

生体の防御機構

筋・肝グリコーゲンの枯渇

体温・脳温の上昇

脳の低酸素

克服すべき憎いもの

血中遊離トリプトファン/BCAA比の上昇

松井

脱水症状
崇（柔道選手時代）

活動筋の酸素需要量増加(Matsui ら, 2021; 2019; 2017;など; Secher et al., 2006; Alonso et al., 2004; Newsholme et al., 1992）31

疲労：それは過活動を防ぐ生体防御機構
走運動

柔道（Dantasら、2014）

運動時の疲労感は血中乳酸とともに、運動強度や時間の増加に伴って高まる。
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eスポーツ時は疲労を自覚できない！？
プレー

２時間時点で疲労感は上昇しないものの、認知疲労は発生している。疲労感と実際の疲労の乖離が生じうる。

n = 15*: p < 0.05 vs pre33

脳疲労の自覚を助ける特許技術：脳の窓としての「目」
プレー(Pfefferら、2022)（特願2022-178233）(Matsuiら、Neuroscience 2022)
34脳疲労の自覚を助ける特許技術：脳の窓としての「目」(Matsuiら、Neuroscience、2022)

eスポーツ時の認知疲労に気付くためには、疲労感は頼りにならない！
オフィスも同じでは！？
35フィジカル世界とサイバー空間を行き来するeスポーツ
アバター

アバター

サイバー空間フィジカル世界

プレーヤー

プレーヤー

生理的・社会的信号

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フィジカル世界とサイバー空間を行き来するeスポーツ
アバター

アバター

サイバー空間フィジカル世界

プレーヤー

プレーヤー

生理的・社会的信号（特願2022-178233）
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発明の技術内容：認知疲労の検知と調整システム
システムの構成

認知疲労検知装置

請求項１、２•••

測定データから、頭脳活動（VDT作業）による認知疲労が発生していな
い時点の瞳孔径を取得して基準値とする。
基準値取得後のVDT作業中の測定データから、ある時刻の瞳孔径、又は、所定期間の瞳孔径の平均値を、判定用測定値として得る。
判定用測定値と基準値との乖離に基づいて認知疲労の発生を判定する。

請求項９
•

瞳孔径検出

38

アバターの動作等（ポインターカーソル、キーボード動作等含む）を介して認知疲労を通知する。

発明の技術内容：認知疲労の検知と調整システム
認知疲労検出フロー

判定周期は、例
えば、１～５分

基準値取得用期
間は、活動開始から５～６０分
間

対象者の頭脳活動（ゲームプレー等）を止めることなく検出可能⇒本発明のポイント

請求項１
請求項２

所定条件は、例
えば、基準値よりも０．１ｍｍ以上の縮小、又は、基準値よりも３％以上の縮小⇒今後最適化

実用化に向けた技術的課題と今後の対応計画＜課題①：既存技術との疲労検知精度の比較＞
本願は、フリッカーテストや先行特許と比較して、初期測定や専用機器を不要とすることが優位性のひとつである。しかし、疲労の検知精度が先行技術と比較して優れているかどうかは必ずしも明らかでない。今後、これらを直接比較し、精度向上を進める。（ただし、手軽さなど機能面では明らかに優れている）

先行技術例

本発明実験

＜課題②：認知疲労フィードバック方法＞
検知した認知疲労を単に通知するのではなく、例えば、アバター等の動き（動きの速度等）を通じて認知疲労の自覚を促し、長時間の低質な頭脳活動を自然に抑止できるシステ
ムを開発する。これは、例えば、eスポーツのタイトルやツールのメーカーとの連携によって推進する。
例えば、アバターの動作が鈍くなる

実用化に向けた技術的課題と今後の対応計画＜現時点で可能：若齢成人の絆やチームワーク、認知疲労の検知＞
例えば、eスポーツのプレー時に生じるような若齢成人の絆やチームワーク、そして、認知疲労の検知は、一般プレーヤーでもプロレベルのプレーヤーでも現時点で可能である。

＜課題③：高齢者、障がい者、子ども等へ適用＞
若齢成人の取り組みをもとに、様々な対象者における認知疲労判定基準を確立し、五感を通じた有効なフィードバック技術を開発する。これは、既知の人間医工学の専門家との連携によって推進する。
【日本作業療法士協会】https://www.jaot.or.jp/ot_job/to_live/detail/1/

若齢成人の例

お年寄りの例

身体の不自由な子供の例【トビー・テクノロジー株式会社】https://premium.ipros.jp/tobiipro/product/detail/2000655376/＜課題④：オフィス、ドライブ、VR等の実社会へ適用＞

運転やオフィス、店舗、VRなど、ディスプレーに拘らない実社会で同様に適用可能なシステム開発を、自動車、IT、オフィ
ス家具、空調、ハウスメーカー等との連携で目指す。

【トビー・テクノロジー株式会社】https://news.cision.com/tobii-ab/i/tobii-pro-vr-analytics-pilot-scenario-heat-maps-,c2420389

技術移転活動の現状と計画＜日本eスポーツの国際競技力向上に産学官連携で貢献＞「eスポーツ」に関し、政府が五輪での採用を見据え、研究や情報収集、医科学支援に乗り出す。
【Game*Spark】https://www.gamespark.jp/article/2023/06/26/131523.html
発明者の松井は、政府のスポーツ政策推進協議会バーチャルスポーツ分科会員として、ハイパフォーマンスと健康を両立するeスポーツライフを本願を通じて推進する。
具現化に向けたIT、情報機器メーカーとの産学連携を鋭意検討中である。

→これをモデルケースとして、カジュアルプレーヤーや教育場面への適用を目指す。
連携先例）PC・ゲームメーカー、家具メーカー、食品メーカー

技術移転活動の現状と計画＜運転・頭脳労働時の絆やチームワーク、認知疲労を検知・予防し、運転の楽しさと安全に貢献＞【トビー・テクノロジー株式会社】https://premium.ipros.jp/tobiipro/product/detail/2000655376/

運転や頭脳労働時の認知疲労を鋭敏に検知し、質の低い運転や作業を抑止するように導くことは、楽しさと安全を両立に向けた世界的課題である。
この点について、自動車メーカーやIT、情報系企業との共同研究によるアプローチを推進したい。
また、認知疲労を防ぐ空調や食品・飲料についても、メーカー各社と開発できると期待している。

→これをモデルケースとして、オフィス・店舗等のディスプレーを用いない現代人の頭脳活動への適用を目指す。
連携先例）自動車メーカー、ホームメーカー、空調メーカー、食品メーカー

活力と絆を育む豊かなeスポーツライフを創成する産学官連携
eスポーツ効果を促進する運動開発

eスポーツ向けスポーツ栄養・休養戦略の開発
チームワーク・絆の評価

教育・福祉的eスポーツプログラムの開発

次世代eスポーツ用具の開発

eスポーツの身体性とインクルーシブ性
eスポーツ【 &GP 】https://www.goodspress.jp/news/292367/2/

低身体性

高高

インクルーシブ性

低【日本作業療法士協会】https://www.jaot.or.jp/ot_job/to_live/detail/1/【FUMIKODA】https://fumikoda.jp/blogs/journal/170629-icaros【KADOKAWA ASCII】https://ascii.jp/elem/000/001/585/1585956/

eスポーツはフィジカルスポーツ以上に、一言で言い切れないほど幅広い。その身体性とインクルーシブ性はトレードオフの関係にあると言える。それぞれの良さを活かして健幸を生み出す臨機応変な取り組みが重要となるだろう。

eスポーツ科学の四大原則：運動・栄養・休養・絆
高質睡眠

高質栄養

絆

（持久力、認知機能、ストレス耐性）

パフォーマンスレベル「ハイパフォーマンス」
高持久力

適度な身体運動高認知

高ストレス耐性 高意欲

超回復
ベースライン

スポーツ科学で引き出す

超回復
現代社会に蔓延る「活力低下」

低持久力

いびき・無呼吸 ブルーライト

運動過不足

孤独

ジャンクフード

低質睡眠

低認知

低ストレス耐性 低意欲

嬉しい、楽しい、美味しい、気持ちいいといった内発的動機に基づいて行動変容することで、結果的にハイパフォーマンスと健康を手にしているという世界を一緒に作りましょう！

シンギュラリティ後の世界にもスポーツを身体が滅びても脳や機械として社会参加する時代の到来が予測されている【Knowledge】
https://knowledge.insead.edu/leadership-organisations/why-ais-video-game-supremacy-matters-managers【Baylor Scott & White】
https://www.bswhealth.com/locations/plano-hospital/
orthopedics/complex-joint-and-musculoskeletal-tumor-program

そのような世界でも人間が人間らしく“Well-being”な状態でいるためにスポーツは役立つはずだ
eスポーツはその有力な手段の１つとして開発・研究する価値がある

本技術に関する知的財産権• 発明の名称：判定装置、選択装置、判定システム、判定方法、選択方法及びプログラム• 出願番号：特願2023-181096• 出願人：国立大学法人筑波大学• 発明者：松井崇、ハサンモダル、マックスウェール ウェスト ケナード、廣川暢一、土橋 祥平

本技術に関する知的財産権• 発明の名称：仮想空間制御装置およびプログラム• 出願番号 ：特願2022-173185• 出願人：国立大学法人筑波大学• 発明者：廣川暢一、松井 崇、ハサンモダル、
マックスウェール ウェスト ケナード、吉武誠司、髙橋史穏、松岡弘樹

本技術に関する知的財産権• 発明の名称：認知疲労検知方法、認知疲労検知装置、認知疲労検知システム及びプログラム• 出願番号 ：特願2022-178233• 出願人：国立大学法人筑波大学• 発明者：松井 崇、吉武誠司、高橋史穏、松岡弘樹

新技術のまとめ新技術の特徴• 認知疲労のシンプルで実装しやすい検出方法• 多人数による協働時の絆とチームワークのシンプルで実装しやすい検出方法• 疲労と絆のフィードバックによるチームワークの調整方法想定される用途• 頭脳活動による過労、依存、プレゼンティーズムを防止する一過性疲労検知
システム（例：ディスプレーやPCへの実装、専用機器の開発）• eスポーツ練習の質を担保するフィードバックシステム（例：ディスプレーやPCへの実装、専用機器の開発）• 車内、オフィス、教室、高齢者施設、病院、オンライン会議、メタバースなどあらゆる人間行動場面の絆とチームワークの検知・フィードバック・調整（孤独を解消に向けたコミュニケーション促進システム。身体性豊かなオンライン環境・サイバー空間・メタバースの構築システム。）

ご興味がございましたら「筑波大 松井研」で検索を！
つくばセンタービルco-en（つくば駅徒歩３分）

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お問い合わせ先
筑波大学産学連携企画課
ＴＥＬ : 029－859 － 1659
ＦＡＸ : 029－859 － 1693
e-mail : event-sanren@un.tsukuba.ac.jp