情報処理学会研究報告
IPSJ SIG Technical Report

タスク実行時の解答方法の違いによる脳血流への影響調査
東隆弘 1

吉田香 1

概要： 近年，ながら作業が普及したことにより，BGM などの作業環境が作業に及ぼす影響を調査する研究が数多く行われている．本研究の最終的な目的は，脳血流計を用いて作業中の BGM が作業中のストレスに与える影響を調査することである．しかし，与えられた作業への解答方法自体が脳血流に影響することが考えられる．そのため，本稿では，作業への解答方法の違いが脳血流に与える影響を調査し，今後実施予定の実験に適した解答方法を検討した結果を報告する．本実験では，脳血流を用いた RLS 値を算出してストレス評価を行う．検討した解答方法は，タイピン
グ，口頭，筆記の 3 種類である．実験の結果，いずれの解答方法でも RLS 値には有意差がみられなかった．このことから，タスク実行時の解答方法は，本実験で検討した 3 種類のいずれでもよいと結論付けた．
キーワード：2160101 感性情報処理，2160302 学習支援，2090405 脳・神経系

Study of the Effect on Cerebral Blood Flowby Different Response Manners during Task Execution
TAKAHIRO HIGASHI†1

KAORI YOSHIDA†1

Abstract: The purpose of our study is to investigate the effects of background music on stress during work using a cerebral
blood flow meter. In recent years, many studies have been conducted to investigate the effects of the work environment, such as
background music. However, the manner of responding to a given task itself may affect cerebral blood flow. Therefore, this paper
reports the results of an investigation of the effects of different manners of responding to tasks on cerebral blood flow and a studyof suitable response manners for future experiments. In this experiment, stress is evaluated by calculating RLS values using a
concentration of hemoglobin levels. Three response manners were investigated: typing, oral, and written. The experimental
results showed no significant differences in the RLS values for any response manners. From this result, we concluded that any of
the three response manners during task execution could be used in this experiment.
Keywords: 2160101 Kansei information processing, 2090405 Brains/nervous systems, 2160302 Learning support

1. はじめに
近年，端末やネットワークの普及により音楽や動画等のが報告されている．また，東出ら[3]により，楽曲の歌い手のキーの高さがストレスに影響を及ぼす可能性があることが報告されている．

視聴が日常的に行われるようになった．これにより，何らこれらの研究では，ストレスの評価手法としてアンケー

かの作業を音楽や動画を視聴しながら行う「ながら作業」

トが用いられることが多いが，被験者の主観的な評価に加が一般的になりつつある．ながら作業に焦点を当てた研究

え生体反応など客観的なストレス評価手法も採用することは過去にも数多く行われてきた．例えば，異なる音楽環境が望ましいと考える．そこで，本研究では，客観的な評価下で文章課題への影響を調査した研究では，音楽に歌詞が手法のひとつとして，脳血流の測定を行いストレスの評価含まれている場合に課題の誤答率が増加したことが示されを行う．ている[1]．このように特定環境下で何らかの作業を行わせさらに，永盛ら[4]によると，作業中の動作が脳血流に影る研究は，環境による作業の効率や正確さへの影響を調査

響を与える可能性を考慮し，被験者の動作を最小限に抑えするものが多い．

るよう，実験中の作業の遂行方法を調整している．これは，一方で，作業には少なからず心理的ストレスがかかるた被験者の動作が脳血流に影響を与える可能性を示唆していめ，作業中のストレスに着目した研究も存在する．すなわ

る．そこで，本研究では，作業の遂行方法によって脳血流ち，音楽などの聴覚刺激が作業中のストレスにどのような値に差が表れるかについて実験を行い評価することを目的影響を与えるか調査を行ったものである．例えば，合掌らとする．

[2]により，作業の合間の休憩時間中に音楽を聴取することによるストレスの影響を調査し，休憩中の音楽聴取によって身体的な疲労やストレスが緩和される可能性があること

2. ストレス評価法
本実験では，脳血流測定のために近赤外線分光法 (NIRS)を用いる． NIRS は，3cm 感覚で頭部に発光器と受光器を1 九州工業大学
Kyushu Institute of Technology

配置することで，脳活動の変化を部位ごとに非侵襲的に観測する技術である．NIRS で用いられる近赤外線は，人体ⓒ2023 Information Processing Society of Japan1

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組織を透過する一方で血中のヘモグロビンには吸収されるという性質を持つ．この近赤外光の減衰量によって脳活動を可視化する[5]．
生体反応を用いてストレスを評価する手法は複数存在する．その代表的な手法のひとつとして挙げられるのが，唾液を用いる手法である．野村ら[6]の精神作業時における生理的なストレスを評価した研究や，加藤ら[7]の急性ストレス下による唾液成分の変化に関する研究にあるように，唾液中の成分を分析することでストレスの指標とする．唾液
を採取する際に一般的に多く用いられる方法は，綿を被験図1

者に咀嚼させるというものや，唾液を直接ストローなどにFigure 1

計算問題の出題形式

Format of calculation questions.

よって採取するというものである[8]．いずれの手法についても，唾液を採取されること自体や採取されている段階での不快感などがストレスに影響する可能性が考えられる．

計算問題への解答方法は以下の 3 種類である．
1)

タイピングによる解答

また，実験中にストレス値を得るには，実験を中断して複タイピングによる解答方法では，キーボードのキーを押数回唾液採取を行う必要があり，実験の遂行の阻害や被験下させる．ディスプレイに表示された解の候補が，左から者への負担となりかねない．

順にそれぞれ，“A”，“S”，“D”のキーに対応しており，正唾液によるストレス評価手法に対して，NIRS によるスしい解に対応したものを押下させる．図 2 の例で説明する

トレス評価手法は，機器を頭部に装着すること自体の不快と，計算式の答えである 48 を解答する場合，左に位置して感はあるが，実験を中断せずにリアルタイムでストレス評いるため“A”を押下して解答する．また，この解答方法

価に用いるデータを取り続けることができる．そのため，

では 1 問解答するごとに Enter キーを押下することで次のより精度の高いストレス値が得られる可能性がある．また，問題が表示される．この操作は，タイピングによる解答時

唾液の成分解析については専門の施設などに依頼を行う場のみ被験者に行わせる．以下に示す他の解答方法では実験合もあるが，NIRS データは個人でも分析を行うことがで者が Enter キーを押下して次の問題を表示する．そのため，きる．以上の点から，NIRS によるストレス評価の有用性

Enter キーは右手で，それ以外のキーは左手で押下するようがあると考え，本研究で採用することとした．

指示する．

3. 実験方法

2)

3.1 実験概要させる．

脳血流の測定には NeU 社の WOT-HS [5]を用いる．
WOT-HS のチャンネル数は 34 である．ストレス値の計算方法は後述する．
本実験では，被験者にタスクとして計算問題を提示し，口頭による解答
口頭による解答方法では，計算問題の答えを口頭で解答

3)

筆記による解答
筆記による解答方法では，計算問題の答えを紙面に書くことで解答させる．筆記用具の種類については特に指定は行わない．

タイピング・口頭・筆記の 3 種類の解答方法でタスク実行させる．計算問題は 2 桁＋2 桁の加算とし，ディスプレイ今回は実験手法としてブロックデザインを採用した．ブ

上部に計算式，下部にその解の候補を表示する．計算問題

ロックデザインとは，図 2 に示すように，同一刺激（タスの出題形式を図 1 に示す．

ク）と休憩（レスト）を複数回繰り返し行う実験手法であ解の候補は田邊ら[9]の研究を参考に，以下の 3 項目のいずれかのパターンで提示する．

る．本実験におけるタスクとは，計算問題のことである．
タスク時間を 30 秒，レストは 30 秒とした．レストの間，

「解」,「解+10」,「解+20」

被験者には目を閉じるよう指示した．タスク・レストの切「解-10」,「解」,「解-10」

り替わり時には，あらかじめタイマーで設定したベルを鳴「解-20」,「解-10」,「解」

らし，合図を行った．

ⓒ2023 Information Processing Society of Japan2

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表 1
Table 1

回答方法
タイピング
口頭筆記

図2

ブロックデザイン

Figure 2

回数
1回目
2回目
1回目
2回目
1回目
2回目

被験者1
-0.352-0.358-0.384-0.606-0.318-0.463

被験者2
0.138
0.247
-0.807-0.120-0.082-0.040RLS 値
RLS value.

被験者3
1.112
0.963
20.7020.501
0.922-5.282

被験者4
0.392-1.020-0.568
1.520
0.370
0.278

被験者5
1.853
1.557
1.130
-0.385
0.083
3.071

被験者6
-0.744-0.852-1.400-0.966-0.731
0.239

Block design.
表 1 の結果から，被験者毎の分布を視覚化するため作成

3.2 実験プロトコル

した箱ひげ図を図 3 に示す． 左の図が 1 回目，右の図が 2

今回の実験プロトコルを以下に示す．

回目の結果である．

(1) 脳血流計を装着する．
(2) 実験の内容を説明する．
(3) ブロックデザインでの課題遂行に慣れてもらうため，各解答方法の練習を行う．
(4) 目を閉じて安静（レスト）にしてもらい，1 分間その状態でデータを記録する．
(5) 一連の流れとして，30 秒間の 2 桁同士の加算（タスク）と 30 秒間のレストを，3 回繰り返し行う．加算は 3 種類の解答方法で解答してもらうため，この一連の流れを解答方法別に 3 回行う．
(6) ア ン ケ ー ト に 解 答 さ せ て 終 了 す る ． ア ン ケ ー ト はVisual Analogue Scale(VAS)法を用いて感性評価を行うものであり，実験中のストレスの度合いやタスク内図 3

容の好みについて解答してもらう．

Figure 3

RLS 値の箱ひげ図
Box plot of RLS values.

解答方法によって RLS 値に有意な差があるかについて，4. 実験結果

フリードマン検定を行った．帰無仮説は「有意な差はない」

実験によって得られたオキシヘモグロビン (oxyHb) のであり，有意水準は 0.05 とした．検定の結果，p 値は 1 回データから，右偏指数 (RLS) を算出した．RLS は脳血流目では 0.22，2 回目では 0.31 となり，帰無仮説が採択されによってストレスを数値化する際に用いられる値で，ストた．

レスによる心拍変動と有意な相関関係が認められている[10]．RLS の算出方法を式(1)に示す．RLS 値は，正の値を5. おわりに示すほどストレスに脆弱な状態であることを表し，負の値

今回の実験の目的は，被験者に行ってもらうタスク内容が，であればストレスに対して強靭であることを表す．

RLS 値に影響を及ぼすといえるか調査することであった．
平均値の結果を見る限りでは有意差があるとは言えず，いRLS = (右⊿oxyHb - 左⊿oxyHb) /(右⊿oxyHb + 左⊿oxyHb)

ずれの解答方法を用いても結果に影響を与えないと考えら(1)れる．また，図 3 の箱ひげ図から，筆記による解答方法で得られた RLS 値のばらつきがその他の解答方法より小さ

ただし，⊿oxyHb はタスク前 10 秒間に対するタスク開始

い．そのため，筆記による解答は個人差が比較的反映され後 30 秒間の oxyHb の平均変化である．小山内らの研究をにくい傾向にある可能性がある．これは，今後実施予定の参考に，右前頭葉を ch10-18，左前頭葉を ch19-25 とした[11]．

実験を行う際に，環境によるストレスへの影響を見やすく

今回の実験では，図 2 中の 2，3 ブロック目による結果を 1すると考えられるため，解答方法を選択する際のひとつの回目，4，5 ブロック目を 2 回目として RLS 値を算出した．

指標となる可能性がある．なお，外れ値については現段階

被験者は 20 代男性 5 人，20 代女性 1 人の計 6 人であっでは具体的な原因を明らかにできておらず，計測の際の異た．各解答方法の被験者ごとの RLS 値を表 1 に示す．

ⓒ2023 Information Processing Society of Japan

常値が関係しているという推測の域を出ない．

3

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参考文献
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