Contents
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191
192
193
194
195
196
197
198
199

Introduction
高次脳機能計測
高次感性計測を用いた製品評価・開発
脳波による香り感性診断に関する研究
脳波のフラクタル解析を用いた多機能電話の操作性評価に関する研究
衣服着衣時の感性計測に関する研究
超可聴帯域の音再生に関する感性計測
脳波解析に基づいた超可聴音源の感性計測
脳計測による咀嚼効果の定量化
脳波のフラクタル解析に基づいた飲料の感性
マウステープによる集中度への効果
脳波のカオス・フラクタル性に基づいた認知状態・脳機能計測

近赤外分光法を用いた脳機能計測
食事摂取時における生体信号のカオス・フラクタル解析
アフェクティブロボットの実現を目指したBCI技術に関する研究
ブレインアフェクティブインターフェースを用いた車椅子制御に関する研究
スマートセンシングを用いた感性計測装置に関する研究
紙面が感性に与える影響に関する研究
脳波のフラクタル解析を用いた味覚の感性評価に関する研究
脳波のフラクタル性に基づいた木製パズル組み立て時の感性評価

生体情報解析
フラクタルを用いた肌表面形状の定量的評価手法

フラクタル次元を指標とした疲労度の定量化
心電図逆問題に関する研究
カオス・フラクタル理論に基づいた新規バイオアッセイ技術

カオス・フラクタル応用研究
フラクタル画像符号化
カオスニューラルネットワークによる環境時系列の学習・予測

研究成果に関する新聞記事
研究成果に関する雑誌資料
研究成果に関する教材資料
研究成果に関する特許資料
研究成果に関するＴＶ取材
研究成果に関するラジオ出演
研究成果に関するWebの記事
大学広報誌「VOS」にいがた創業アワード優秀賞
文部科学大臣表彰 科学技術賞
長岡イノベーションアワード2019 イノベーションアワード受賞
これまでの主な受賞
北海道医療大学との学術交流協定
夢ナビライブ2012
大学HPの「研究室紹介ビデオ」に出演
書籍紹介
指導教員紹介・AccessIntroduction
産業革命以来，人類を取り巻く科学技術の進歩により高度な物質開発システムが生産され，その結果大量生産大量消費型産業社会が創り出され，多くの人々がその技術革新の恩恵に浴してきた．しかしながら，直面するエネルギー・環境問題の克服と共に，成熟した安全・安心・快適な持続型社会を実現するため，“脳機能ダイナミズムの解明（自然科学）”と“感性豊かで快適な持続可能社会（人文社会科学）”の有機的融合技術の創造は，21世紀の科学者が取り組むべき重要な異分野融合型研究課題の1つである．さらに，ここ10年来，
感性と工学における創造性の密接な関係が注目され，独創力を醸成する工学教育の実現に向けて，有識者の間で熱心に論じられるようになった．すなわち，豊かな感性に根差した統合力を育んだ実践的技術研究者の育成が，21世紀を支える創造的技術フロンティアの開拓にとって極めて重要で必要不可欠であり，感覚的認識力を研鑽する大学教育が渇望されている．しかしながら，豊かな感性を刺激する工業製品を創出するための基盤技術確立に関しては，まだまだ船出の途についたばかりであり，グローバル化に埋没しない新規付加価値を創製するために産業社会的から渇望されているにも拘わらず，まだまだ萌芽的段階にあるのが実情である．
一方，自然や生体にみられる複雑系の理解に向けられたカオス・フラクタル理論は，気象学者Lorenzや計算数学者Mandelbrot等の多くの先駆者による萌芽以来，非線形物理学のみならず，物性，生命，地球環境に至る学際的な分野において30余年に亘り，国内外で多くの先駆的な研究者により精力的に研究されており，基礎科学や実践的工学の分野で多く技術を具現化し結実してきた．特に，生体現象に係る複雑性をカオス・フ
ラクタル理論でとらえることにより特徴量を抽出し，計測や制御に適用することは，ブレインマシンインターフェースや未来の技術であるアフェクティブインターフェースの具現化技術として注目されており，ロボット制御のみならず医用・介護・福祉に対する基盤技術としても非常に興味深い先端的研究課題である．また，最近の生体計測機器の技術革新に伴い，より高精度に，より簡便に生体情報が計測可能となり，このような生体のもつ高度・高次機
能に学び，それを工学的に模倣・具現化するバイオミメティクス，バイオメカトロニクス等々に関連した融合分野へのチャレンジもこれからの21世紀を担う研究者に託された重要な研究課題である．
上述のような観点から，当研究室では，カオス・フラクタル理論を基軸とし，情報数理工学や感性情報工学の技術基盤や周辺理論を創生すると共に，そのような技術に基づいた開発研究を推進している．また，感性計測においては，生体信号，特に，脳波と近赤外分光計測信号をカオス・フラクタル解析することにより，ヒトの感性を客観的に定量的に計測する新規手法の紹介を通じて，その背景にあるカオス・フラクタル理論を系統的に体系化し，感性を付加価値とした製品開発に向けた基盤技術の創生に挑戦している．

カオス・フラクタル情報数理工学研究室 研究基軸
感性計測

感性情報工学

ブレインアフェクティブ
インターフェース

ニューラル
ネットワークフラクタル
符号化

生体情報分析

情報数理工学 カオス・フラクタル工学

バイオアッセイカオス時系列学習・予測・認識
3

高次脳機能計測
ヒトの脳は数百億個もの神経細胞から構成されている．これらの神経細胞全体は複雑なネットワー
クを構成しており，思考・感情・その他複雑な精神活動を統制する役割を担っている．
ヒト が 持つ 脳機 能を 解明す ることは ， 人 類 の“Final Frontiers”であるといわれており，国内外の多くの研究者が取り組んでいるテーマである．
本研究室では，生体信号が有するカオス・フラク
タル性に基づいた脳機能計測手法を提案しており，
新 規 な 脳 機 能 計 測 技 術 や BCI （ Brain
Computer Interface）技術を研究している．

１

2

3

4

5

6

１．ウェアラブル光トポグラフィ装置：
WOT-220／（株）日立製作所

２．光トポグラフィ装置：
LABNIRS(ラボニルス)／島津製作所（株）

３．小型二足歩行ロボット:
左…Robovie-nano（ロボビー・ナノ）
右…Robovie-X（ロボビー・エックス）／Vstone(株)４．車輪型プラットフォームロボット:
Robovie-R3(ロボビーアールスリー）／Vstone(株)５．ワイヤレス生体計測装置：
PolymateMini108／（株）ミユキ技研

６．大型二足歩行ロボット(指可動型):
Vstone Tichno（ヴイストンティクノ）／Vstone(株)4高次感性計測を用いた製品評価・開発

研究の意義・目的
研究背景・目的
現在，産業の生産拠点が外国に転移しつつある．それに伴い，国内の技術が流出し，従来の価値軸（価格，性能，信頼性）では，海外製製品との優位性に欠けてきている．そこで，第4の価値軸としての感性価値が注目され，消費者の感性に訴えかけるようなものづくりが国内外で精力的に取り組まれている．

新規性
感性の計測には，SD法（Semantic Differential Method）やモニターアンケートが主に用いられる．しかし，これらの計測法では，「評価語が曖昧な概念」，「対象者の主観に強く依存する」，「言葉で表現できない
感性は評価不能」，「製品使用時の感性は評価困難」といった問題がある．その問題を解決するために，脳波のフラクタル次元値を特徴量とした感性フラクタル次元解析手法 （EFAM：Emotion Fractal Analysis
Method）を製品使用時の脳波に適用することにより，製品使用時の感性を定量的且つ客観的に評価する．
【特許】
特許第3933568号，脳機能計測装置，発明者：中川匡弘
特許第4590555号，感性状態判別方法及び装置，発明者：中川匡弘

Keywords
脳波，フラクタル次元，分散のスケーリング特性を用いたフラクタル次元推定（SPV：Scalling Property of
Variance ） ， 感 性 フ ラ ク タ ル 次 元 解 析 手 法 （ EFAM ） ， 独 立 成 分 分 析 （ ICA ： Independent
Component Analysis ），多変量解析
57～60,62～66,69～73,75,78,87 ページに関連記事あり手法
解析手法
フラクタル性の指標： 1.分散のスケーリング特性を用いたフラクタル次元推定手法（SPV）
2.相関次元（ゼロクロスポイント法）
感性フラクタル次元解析手法，独立成分分析，多変量解析，等々．

成果1（テニスラケット）
テニスラケット5本に対し，打球時の脳波に対して，フラクタル次元推定，感性フラクタル次元解析手法を適用した．打球は5秒に1球づつとし，被験者はテニス上級者（テニスクラブコーチ）である．図3の棒グラフはサンプルごとに感性解析結果の平均値を算出したもので，感性解析結果と主観評価（折れ線グラフ）との間に0.58の相関係数が確認された．主観評価は，数字が大きいほど使いやすい（打ち心地が良い）という評価法である．また，感性解析結果を目的変数とし，ラケットのパラメータを説明変数とした結果の例を図4に示し，実験に協力していただいた被験者全員について纏めたものを表1に示す．表1より，多くの被験者がSW（スイングウェイト）が軽いラケットを好む傾向が見出され，長時間プレイしても体への負担が少ないラケットが好まれる結果となった．
手首に装着した体動センサのフラクタル次元値Dの2からの差|D-2|を図5に示す．図3の感性解析結果と照らし合わせると，各センサのフラクタル次元が2に近いほど，感性解析結果，主観評価値が高いという傾向が多くの被験者で見出された．フラクタル次元Dが2になるということは，信号の周波数領域で“1/f揺らぎ”の特性を有することと等価である．本実験の結果を踏まえ，テニスラケットの振動に“1/f揺らぎ”の特性（D=2）を持たせるために，振動の主成分が150[Hz] となるよう設計されたものがV-CON X18/X21である（図6）．
本研究により，第5回モノづくり連携大賞を受賞した．
59,62～65,71～74,87,92,106,165ページに関連記事あり

5脳波測定装置（Polymate AP1532NS ）球出し機
被験者の様子
体動センサ
被験者の立ち位置

打球音記録装置

体動センサ装着時の様子

図1 実験の様子

図2 打球の様子

60

SW：＜1％

重量：42％

4.5

3.5

アンケートの得点

44

0.8

33

0.6

2.5
0.4

22

0.2

アンケートの得点

1.0 1

評価値

1.2

50

55

相関係数
相関係数 0.583124
0.58

No.1
No.1

No.2
No.2

No.3
No.3
No.4
ラケットの種類
ラケットNo.

20
10

-20

-30
RA:ラケットのフレームの硬さを表す量
SW:スウィングウェイト

1

No.5

30

-10
バランス：40％

1.5

0.0

RA：17％ 40

偏回帰係数

1.4

重量 バランス RA
説明変数

SW

(b)各パラメータが正負にはたらく割合

0.18

5

0.16

4.5

0.14

4

4

フラクタル次元

アンケートの得点

3.5
3
0.08

3

2.5
0.06

2

0.04

0

2

1.5

0.02

No.1

No.1

No.2

No.2

No.3

No.3

ラケットの種類

No.4

No.4

No.5

No.5

ラケット No.

図5 体感センサ（手首）のフラクタル次元値1

表1 全被験者多変量解析結果（目的変数：感性解析結果「快」）

5

0.12
0.1

図4 多変量解析結果の例（目的変数：感性解析結果「快」）1

アンケートの得点

フラクタル次元値 体動（手首） |D-2|

図3 「快」についての感性解析結果

被験者

重量

バランス

SW

RA

A

-78.05-76.09

-0.08

32.13

B

-32.55-32.17

0.80

12.65

C

51.63

49.92

-0.78

-21.22

D

72.23

70.60

-0.96

-30.42E-14.07-14.37

-0.26

6.55

F

16.31

15.72

-0.11

-5.74

G

-6.90

-6.64

0.99

3.02

H

21.73

21.17

-0.64

-9.78

6

図6 V-CON X18/21

成果2（トニックシャンプー）現在のシャンプー市場では，メントールを中心とした清涼剤を配合することで，爽快感，清涼感を訴求した爽快系シャンプーの市場が存在しており，根強い支持のあるカテゴリとなっている．その中でもサンスタートニックシャンプー（図7）は1968年に発売され，今なお販売されているロングセラーブランドである．
清涼剤としてメントールが配合された爽快系シャンプーの爽快感を客観的に評価するため，感性フラクタル次元解
析手法を適用した．図8は，シャンプーの主要成分が同一で，清涼剤（メントール）の配合量を変化させた時の感性解析結果と主観評価値（それぞれ爽快感）を表している（被験者8名の平均値）．その結果，メントー
ルの配合濃度に依存して爽快感が高まっていることが明らかとなった．また，感性解析結果と主観評価の間には，0.99と非常に強い相関関係が認められた．図9は，上記技術を用いて改良前製品と改良新製品を比較した結果である．改良新製品が処方改良によって，より高い爽快感を実現していることが示された．
59～61,64～66,68～70,74,75,92ページに関連記事あり

爽快感
1.0

図7 サンスタートニックシャンプー
サンスタートニックシャンプー スカルプタイプ
高 0.8
←

←
4 高

相関係数：0.99

主
観
評
2 価
値

感
0.6
性
出
力 0.4
値

3

1 低
→

低 0.2
→

感
性 0.6
出
力
値
0.4
（
爽
快
感 0.2

0.0

0
A:0.0%

B:0.5%

C:1.0%

D:1.5%

E:2.5%

メントール配合量

）
→
低

←
高 0.8

5

0

改良前

改良後

図9 製品系での評価（爽快感）

図8 メントール配合シャンプーの感性評価（ 感性出力値
主観評価値）

7

成果3（電車でGO!）（1） 感性解析の応用として，当研究室ではロボットの制御や絵画等を見た時の感性計測に取り組んでいる．
さらに，ゲームプレイ時の人間の感性の変動についての研究も行っている．具体的には株式会社タイトーより発売
されている『電車でGO!』プレイ時の感性を計測し，電車発着時等における人間が抱く緊張感や走行時から停車
等のアナウンスが入った時の感性の変動を解析している．
（2） 図10は，実際にゲームをプレイした際の感性解析結果である．本実験では，「安静」，「楽しい」，「緊張」の3状態の感性解析を試みた．

ゲーム開始
ゲーム開始直後に被験者が知らせ灯確認ミスにより減点を受けていた．その直後「緊張」の感性が上昇した．

通常走行
発車から通常走行に移ると「安静」の感性が上昇し，停車表示のアナウンスが出るまでそれを維持していた．

駅へ進入
停車表示から駅へ進入する課程で「緊張」の感性が急激に上昇し，緩やかに減少した．

オーバーラン
電車の停止位置を超え，オーバーランによる減点を受け，ATSにより強制的に電車は停止した．被験者は緊張の感性が上昇した後，ゲームが終了したことにより気が楽になったのか“楽しい”の感性が上昇した．

図10 電車でGO!（R）（株式会社 TAITO）

採点
ゲームオーバーの画面が出始めてから，「緊張」状態から「安静」状態へと遷移し，採点が始まると再度“緊張”が高まるという結果を得た．このように，EFAMを用いた感性解析によりゲームプレイ時の感性の変動をみることが可能である．これを応用することにより車の運転時にドライバーの緊張状態等を計測することで，休憩や注意喚起を促すことで安全な運転環境を構築することが期待されている．

1

感性出力

0.75

安静
楽しい
緊張

0.5

0.25

時間[sec]
0
0

20

40

60
時間 [time]

80

100

120

時間[sec]

図11 感性解析結果（電車でGO!プレイ時）

8成果4（ヒヤリハット解析）
自動車事故の原因の７割はドライバーの判断ミスや注意不足によるものである．自動車の運転時において，急な飛び出しや悪天候での物体の誤認等によるドライバーのヒヤリハット（焦り，緊張，驚き等を含んだ統合的な感性）を検出できれば，自動車事故を効果的に防止できると考えられる．EFAMを用いて，ヒヤリハット動画（自動車技術会のデータベース）を見ているときの感性を計測し，ヒヤリハットの検出を試みた．
１）図12は，道路の左側から自転車が寄ってくる動画を見ているときの感性計測結果である．動画を再生してから10秒の時点(ピンク色の線)では自転車を確認しているが，この後自転車が寄ってきて，自動車は安全のために停車した．その間，ヒヤリハットの感性は大きく上昇し，停車後も持続している事がみてとれる．
２）図13は，物影からの自転車の急な飛び出しが起こったケースについて１）と同様の解析を行った結果である．
動画開始後10秒の時点ではまだ安静の感性が優位に現れているが，その後自転車が急に車の前に飛び出してきたときには，ヒヤリハットの感性が急激に上昇していることがみてとれる．
動画スタート1

自動車停止

Output

0.8

閉眼
安静区間

0.6
0.4

安静
ヒヤリハット

0.2
0
0

10

20

30
Time[sec]

40

50

60

図12 自転車が寄ってくる動画の感性解析結果

物陰から自転車が急に飛び出してくる

道路左側の自転車がゆっくりと寄ってくる

動画スタート1

Output

0.8

閉眼
安静区間

0.6
0.4

安静
ヒヤリハット

0.2
0
0

10

20

30
Time[sec]

40

50

60

図13 自転車が飛び出してくる動画の感性解析結果

9脳波による香り感性診断に関する研究
研究の意義・目的
研究背景・目的
香りを嗅いで，落ち着いたり，スッキリしたり，幸せな気分になったりしたことはないだろうか．近年，香りを追及した柔軟剤や入浴剤などの商品が市場に出回り，日常生活で香りを楽しむ女性も増えている．
そこで，本研究室では独自の解析手法である感性フラクタル次元解析手法を工業的に応用し，「香り」に基づいて消費者の感性に訴えかけるような新たな商品価値の提案を行っている．
今回は，ユニ・チャーム株式会社との共同研究により，女性がパンティライナーに求める香りと，その香りと感性との関連性を調査する．ただ香りの嗜好性が良いというだけでなく，商品に求められる感性を引き起こす香りを選ぶことを目的とする．
新規性
脳波計測に基づいた「香り」と「感性」の関連性の定量評価

手法
解析手法
脳波のフラクタル性の指標：SPV（Scalling Property of Variance）
感性の定量化手法：EFAM（Emotion Fractal Analysis Method）

成果
図1に，10種の感性に対して「パンティライナーの香りとして好きな香り」への影響度を重回帰分析により分析した結果を示す．この分析により，消費者がパンティライナーに求める感性は，「豪華な」「やさしい」「爽快感」であることが明らかになった．4種類の香りサンプルの中からこれら3種の感性を想起させるような香りはどれかを選定するため，
EFAM感性出力値で重み付けした結果を図2に示す．これより，商品イメージと合致した香りの選択を可能にした.
（図3）73,74,76,79,80,87,92,108,109,121,126ページに関連記事あり
0.5

目的変数：EFAM「商品の香りとして最も好きな香り」
説明変数： EFAM 「感性」

好 0.4
き
へ 0.3
の 0.2
影 0.1
響
度 0

リラックス
和らぐ

1.5

サンプルA
サンプルB
サンプルC
サンプルD

幸せ

1

清潔な

0.5
0

-0.1

豪
華
な

や
さ
し
い

爽
快
感

清
潔
な

幸
せ

リ
ラ
ッ
ク
ス

和
ら
ぐ

と
き
め
き

か
わ
い
い

元
気
な

図1 パンティライナーに求められる感性の主要素

かわいい
元気な

爽快
感
やさしい

ときめき

豪華な

図2 加重平均値によるレーダーチャート

香りサンプルA

香りサンプルB

香りサンプルD

爽やかなグリーンの香り贅沢な
イランイランの香り

やさしい
ローズの香り図3 商品化された香り付きパンティライナー

今後の展開「香り」と「感性」との関連性をより具体的に検討していくことが必要である．今後，「感性価値」を商品開発における新たな価値軸として，様々な商品の香り開発に応用していくことが期待される．

10

11

12

2011年第13回日本感性工学会大会においてユニ・チャーム株式会社の土
生知恵美様が本研究室との共同研究の成果を発表し、「日本感性工学会
優秀発表賞」を受賞しました。
「脳波による香り感性診断（2）―パンティライナーに求められる香りとは―」
土生知恵美、山元ひろみ、宮澤清（ユニ・チャーム（株））
佐瀬巧、中川匡弘（長岡技術科学大学）
13脳波のフラクタル解析を用いた
多機能電話の操作性評価に関する研究
研究の意義・目的
研究背景・目的
現在，平成20年6月から聴覚に障害がある方の運転免許取得が可能となったことにより聴覚障害者の高速道路利用が増加し，そして高速道路の非常電話機の利用機会も増加している．しかし現在の非常電話
機を聴覚障害者が利用する場合，受話器による音声通話が困難であり非常通報用押しボタンでの通報も反応が無い仕様のため，道路管制センターへ通報が行えたか確認出来ないなど聴覚障害者にとって利用しづ
らいものとなっている．そのため新たに会話の不自由な利用者のためタッチパネルによる双方向文字通信機能を搭載した非常電話機が開発された．そこで本研究では，開発機が現行機と同等の操作感といえるか，定
量的評価方法としてヒトの脳波を測定し，感性フラクタル次元解析手法を用いて非常電話機の使用感を評価する．また，問題点として挙がったタッチパネル部分の表記に改良を加え，再度評価を行った．

新規性
非常電話機の操作感を感性フラクタル次元解析手法を用いることでリアルタイムかつ定量的に評価する．

Keywords
脳波，フラクタル次元，感性評価

手法
解析手法
脳波のフラクタル性の指標：SPV（Scalling Property of Variance）
感性の定量化手法：EFAM（Emotion Fractal Analysis Method）

成果
非常電話機使用時の感性評価値を図1に示す．このグラフから，聴覚障害者は開発機のほうが不快でなく，また多少のストレスを感じていることがわかる．被験者全体としては使用感に殆ど差がないと感じていることがわかる．ここでタッ
チパネル部分に操作の際紛らわしい表記があったため改良し，再度評価を行った．
表1に改良前後の感性評価結果を示す．改良前は紛らわしさがあり不快感が多く出力されていたが，改良後は全体として不快が軽減されていることが明らかになった．

今後の展開
今後は，製品の具体的な改善点を見出せることを利用し更に使用しやすい非常用電話機を検討していく．
77,78,92,123-127ページに関連記事あり

表1 非常電話機改良時の感性評価比較
快適感
感性出力値
平均

不快感

ストレス感

全体
平均

聴覚
障害者
平均

全体
平均

聴覚
障害者
平均

全体
平均

聴覚
障害者
平均

改良前

0.6

0.7

0.3

0.2

0.1

0.0

改良後

0.65

0.53

0.19

0.37

0.16

0.10

図1 非常電話機使用時の感性評価(快，不快，ストレス)14

衣服着衣時の感性計測に関する研究

研究の意義・目的
研究背景・目的
感性とはヒトが物事を心に深く感じ取る精神活動であり，脳の活動状態と密接に関わっていると考えられ，
脳の活動状態は脳波の特徴によって定量化することが可能である．そのため，ヒトの脳波を解析することによりヒトの感性を定量化することができると考えられる．そこで本研究では，定量的評価方法として，ヒトの脳波を測定し，感性フラクタル次元解析手法を用いて，ストループ試験中に無着衣から着衣時の着心地を感性
フラクタル次元解析手法により評価する．具体的には，3種類の素材（「ソフィスタ」，「コットン」，「ポリエステル」）の衣服（デザインは全て同一のもの）の着心地を「安心感」，「軽快感」，「清涼感」，「ストレス」の4感性で定量的に評価．

新規性
無着衣時と着衣時の着心地を感性フラクタル次元解析手法を用いることで評価し，各感性とストループ試
験のスコアとの相関関係を定量的に評価することが可能である．

Keywords
脳波，フラクタル次元，感性評価，ストループ試験

手法
解析手法
脳波のフラクタル性の指標：SPV（Scalling Property of Variance）
感性の定量化手法：EFAM（Emotion Fractal Analysis Method）

成果
各素材着用時の感性評価値を図1に示す．このグラフから，ソフィスタは清涼感が上がり，ストレスが下がる素材
であり，他の2種類の素材はソフィスタと逆の傾向を有する素材であることがわかる．
表1に，ストループ試験のスコアと感性出力の相関係数を示す．ソフィスタの場合，ストループ試験のスコアと感性出力の相関係数は，清涼感，ストレスのそれぞれに対し，0.76，-0.82 となっており，感性出力とストループ試験のスコアの間にそれぞれ正と負の相関関係があることが示唆された．

今後の展開
今後は，服のフラクタル次元と被験者の肌のフラクタル次元の関連性を検討していく．
57,92ページに関連記事あり
安心感

ストレス

Sophista
CottonPolyester
無着衣

軽快感

表1 無着衣でのストループ試験から着衣時のストループ試験のスコアと感性の相関係数
感性

安心感

軽快感

清涼感

ストレス

Sophista

0.37

-0.54

0.76

-0.82

Cotton0.21-0.0820.057-0.093Polyester

0.13

0.14

0.17

-0.33

服

清涼感

図1 ストループ試験中の感性状態の計測結果

15超可聴帯域の音再生に関する感性計測
研究の意義・目的
研究背景・目的
可超周波数帯域を超えた音が人体に対して良い影響を及ぼすことを確認することを目的とし研究を行った．
生楽器の曲の聴取時は，40kHz程度の音を再現可能な「凛舟」では「快」が増加し，「不快」が減少した．
一方，打ち込みの曲では，「怒り」が増加し，「喜び」が減少した．これらから，生楽器の曲には高周波成分の音が多く含まれており，高周波成分の再生能力が高い「凛舟」を使用することで，人体に心地よさを与えたと考えられる．また，被験者の曲の好みによる音源の違いが，感性に大きな影響を及ぼす可能性が考えられる．超高周波成分の音は，負の感情を和らげる効果があり，従来のスピーカとは異なる横波生成型
スピーカの「凛舟」は，その音を生成できると報告されている．本研究では，脳の活動の状態を脳波によって測定し，音楽を聴取時の感性を解析することにより「凛舟」と縦波生成型スピーカとの比較を試みた．

新規性
可聴周波数を超えた音刺激が，ヒトの感性（快適（心地よさ），不快，喜び，怒り）にどのように影響するかについて，脳波の複雑性をフラクタルでとらえることにより明らかにした．

Keywords
超可聴帯域刺激，脳波，フラクタル，感性手法
解析手法
脳波を多チャンネル計測することにより，そのフラクタル次元の時空間的特徴をクラスタリングすることにより，音刺激がヒトの感性に及ぼす影響を定量化した．

成果
生楽器の曲では「快（心地よさ）」の感性変動率が30[%]程度増加し，「不快」の感性変動率が2[%]および50[%]程度減少した．これより，高周波成分の音を多く含む生楽器の曲では，超可聴帯域を再生可能な再生機器である「凛舟」を使用することで，人体に心地よい影響を与えることができることが，脳活動のフラクタル性に基づき明らかにされた．

今後の展開
医用・福祉への応用に向けて，臨床実験を重ねるとともに，普及に向けた改良を進める．
85,86ページに関連記事あり

図1ジェム・インパクト社の「凛舟」(横波スピーカ)

図2 超可聴帯域の音再生に関する感性計測のようす

図3 感性変動率の平均と中央値「安静」と「その他の感性」の識別

16

第2回健康科学ビジネスベストセレクションズ（製品・サービス部
門）に、日比野音療研究所との共同研究の成果である振動・音響発生装置「凛舟」が入選しました。

17

脳波解析に基づいた超可聴音源の感性計測研究の意義・目的
研究背景・目的
一般的にヒトの可聴帯域は20kHzの周波数までと報告されているが，近年可聴帯域を超える周波数帯の音も含む「ハイレゾリューションサウンド」が普及しつつあり，ヒトの脳活動に影響を及ぼす可能性が確認されている．
圧縮音源に対して，超可聴音源がヒトの感情にどのような効果をもたらすかを目的とし，研究を行った．脳波信号を感性解析することにより，快や安心といった正の感情の喚起に加え，不快や不安といった負の感情を和らげる効果を確認することを目的とする．

新規性
可聴帯域以上の周波数を含む曲を聴取時に，ヒトの感性に対してどのような影響を及ぼすかについて，脳波のフラクタル性に着目して明らかにした．

Keywords
超可聴音源，脳波，フラクタル，感性解析

手法
解析手法
脳波のフラクタル性に着目し，複雑性の指標となるフラクタル次元値を算出する。それらを特徴量として，線形分離することにより，時々刻々としたヒトの感性を定量化する．

成果
曲１を聴取時は，「快」と「安心」の感性変動率が23.0[%]，194.6[%]増加し，「不快」と｢不安｣の感性
変動率が42.2[%]，29.2[%]減少した．また，曲2を聴取時は「快」と「安心」が35.4[%]，15.2[%]増加
し，「不快」が108.5[%]減少した．これより，可聴帯域以上の周波数成分の音を含む曲は，従来の圧縮音源に比べて「快」や「安心」といったポジティブな感性をより喚起し，ネガティブな感性を和らげる効果があると明らかに
された．

今後の展開
主流になりつつある高齢者への音楽療法の有効性を示すことを目指す．
86,87,93ページに関連記事あり

図2 研究成果により開発された製品
NW-ZX2 (SONY)

図1 超可聴音源聴取時の感性変動率
引用元

http://www.sony.jp/walkman/

図３ 開発の際に使用した機器18脳計測による咀嚼効果の定量化

研究の意義・目的
研究背景・目的咀嚼は歯や顎を動かす単純な随意運動ではなく，脳において高度な統合機能が関与して成立する運動であるといわれている．また，咀嚼による2次的な作用として，脳の活性化や咀嚼中に生じる顎口腔感覚による脳内快感物質分泌による安全感や多幸感の喚起などの統合的作用も発揮する．つまり，咀嚼は，単に口腔内における消化作用のみならず，脳機能・脳活動においても広範な作用を持っていることが知られている．
本研究では，ガムを咀嚼することがヒトの集中力にどのような効果があるのかについて，脳波計測による実験，
およびフラクタル解析に基づき検討を行った．実験タスクとして，集中力がベースとなっている4つのタスク（記憶力，計算力，即応力，論理力）を取り上げた．また，『集中』の評価には，脳波のフラクタル性をに基づいた感性解析手法を用いた．なお，独立成分分析によって咀嚼による筋電の除去を行った．

新規性
咀嚼の効果を脳の活動状態をフラクタルでとらえることにより，客観的に定量化することに初めて成功した．

Keywords
咀嚼，集中力，脳波，フラクタル，感性解析手法手法脳波と咀嚼に伴う筋電信号を同時に計測し，独立成分分析により，筋電信号を除去した後，脳波信号を解析し，そのフラクタル的動態から，感性を計測する．

成果
咀嚼していない状態を基準とした場合，ガム咀嚼時には『集中』が約38%程度上昇することが示された．『集中』の感性変動率にのみ注目をした場合の分布の平均値を，全体，性別，ガム摂取頻度別に解析した結果を示す．縦軸は感性変動率（平均値）であり，横軸は解析対象の種類である．男性，女性については，4つのタスクの解析結果を平均した場合，およそ38[%]程度と全体での解析結果とほぼ同レベルとなる．このことから，
ガム咀嚼による集中への効果は，性別で大きな差はないと考えられる．しかし，ガムを摂取する頻度別みた場合
では，ガムを毎日摂取する人に比べて，ガムを普段摂取しない人の方が，『集中』の感性変動率は約2.78倍大きくなるという結果となった．これは，ガムを普段あまり摂取しない人にとっては，ガム咀嚼行為自体が脳への刺激となって，集中について大きく影響すると推測できる．

今後の展開
認知症の予防の効果の臨床実験や食育への展開も視野に入れ研究を進める．
81,82,92ページに関連記事あり

図1 実験に用いたガム

図2感性変動率の平均値（全体，性別，ガム摂取頻度別）

19

脳波のフラクタル解析に基づいた飲料の感性研究の意義・目的
研究背景・目的近年, 技術の進歩により, 従来の価値軸(性能, 信頼性, 価格)では製品の価値の違いが生まれにくくなっていることから, 新たな第4の価値軸として, 消費者の感性に働きかける感性価値を商品に付加しようという動きが広まっている. 食品においても同様に, 人の嗜好など食に対する感性を定量化し評価する研究が行われている.本研究では, 飲料の香りを嗅ぐ, 飲料を飲むという2つのタスクを課しているときの脳波を計測し解析を行うことで, 飲料の香りや味が人の感性にどのような影響を与えているのかを定量的に評価することを目的とする.

新規性
飲料の香りを嗅ぐ・飲料を飲むことによる感性への影響を, 脳の活動状態をフラクタルでとらえることにより, 客観的に定量化することに成功した.

Keywords
脳波, フラクタル, 感性手法
解析手法
紅茶,緑茶,水の3種類の飲料に対して, 飲料の香り嗅いだ時, 飲料を飲んだ時の脳波とその動作に伴う筋電信号を同時に測定し, 独立成分分析により, 筋電信号を除去した後, 脳波信号を解析し, そのフラクタル的動態から感性を計測する.

成果
水を飲んでいるときを基準とし, 緑茶と紅茶に対して感性の変動率を調査した結果, 紅茶は緑茶に比べて香りを嗅いだ時, 飲んだ時に, ときめきの感性を強く感じていることが分かった.
また, 香りを嗅いでいるときの脳波をフラクタル次元を用いて観察したところ, 紅茶の香りを嗅いでいるときは, 緑茶の香りを嗅いでいるときより脳波のフラクタル次元が高くなっていることが分かった.

今後の展開
感性価値を付加させた飲料開発への応用を目指し, 年齢や性別による違いに関して臨床実験を重ねるなど改良をすすめる.

図1 ときめき感の感性変動率の比較

図2 香りタスク時の脳の各部位のフラクタル次元

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2015年第10回日本感性工学会春季大会において研究成果について発表をした本研究室の学生が「日本感性工学会優秀発表賞」を受賞しました。
「脳波のフラクタル解析に基づいた飲料の感性評価法」
高橋広樹、多田周作、ウォンキンイン、中川匡弘（長岡技術科学大学）、
岡田和也（キリン株式会社 技術統括部）、
栗原信、戸倉藍（キリン株式会社 飲料技術研究所）

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マウステープによる集中度への効果

研究の意義・目的
研究背景・目的ヒトが考えるときの動作の一つとして口や唇に手を当てることがあることに注目し、唇にマウステープを横向きに貼るというX型マウステープの集中度への効果について研究を行う。
マウステープの有無の状態を比較し、集中力の度合いを定量的に評価することを目的として研究を行った．

新規性
マウステープの有無により、ヒトの集中力に対してどのような変化を及ぼすのかを脳波解析により定量的に評価した．

Keywords
マウステープ，脳波，フラクタル，感性解析

手法
解析手法
計測した脳波信号をフラクタル解析し、タスク前の学習データを機械学習し、タスクのデータを識別器にかけること
で、感性を定量化する。また、マウステープの有無を相対的に比較するために、感性変動率の値を求める．

成果
今回、計算のタスクとして記憶力・計算力・即応力・論理力の4種類の計算問題を行った．
その結果マウステープを装着すると、未装着の場合と比較により記憶力・計算力・論理力の3つのタスクで集中度の感性変動率の値が増加した．
記憶力が11.6％、計算力が3.4％、論理力が1.0％上昇するという結果となり、マウステープを装着することによって集中度の増加が明らかにされた．

今後の展開
普段から装着している被験者とそうでない被験者で集中力への効果の差異を示す．
90,92ページに関連記事あり

図1 マウステープ装着時と未装着時の脳波の違い

25研究成果により開発された商品
マウステープ

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脳波のカオス・フラクタル性に基づいた認知状態・脳機能計測研究の意義・目的
研究背景・目的
ヒトが問題解決を行う過程では，解を出す瞬間が存在する．この解を認知した状態の脳活動を計測する方法として，脳磁計による計測が行われてきた．しかし，従来使用されてきた脳磁計では神経細胞の種類や数に条件があるため，計測できる部位や空間分解能が限定される．そこで本研究では高サンプリング周波数を有する脳波計による脳電位を計測し，脳波の複雑さをフラクタル次元で定量化することによって，認知状態の定量化，及び脳内の賦活状態を解析した．具体的には，脳波計測時には推論が必要なゲーム（洞察ありゲーム）と推論が必要ないゲーム（洞察なしゲーム）を行ってもらうことによって，フラクタル解析での差異を検証した．

新規性
ヒトのひらめきに係る脳波の複雑性の定量化を実現し，数mSの時間分解で計測することに成功した．

Keywords
認知，脳波，フラクタル，ひらめき

手法
解析手法
多Chの電極により，脳波を計測し，フラクタル次元の変動を解析することにより，ひらめきの動態を定量的に検知した．さらに，新規な３次元動的フラクタル逆推定法により，ｍ秒単位で時々刻々と変化するひらめきに
係る活動部位を可視化した．

成果
認知状態の定量化では洞察ありゲームを行うと認知状態が比較的長く持続することが確認できた．賦活状態の結果では，帯状回前部において洞察ゲームをした方が，賦活状態が高くなる傾向が見られた．これらの結果より，脳波をフラクタル解析することによって，人の認知状態を計測できる可能性が示唆された．本研究により，ヒトのひらめきが，脳波の複雑性の同期現象として説明され，その動態の特徴から，時々刻々と変動する認知状態の計測手法に，新しい手法を確立することに成功した．

今後の展開

ヒトのひらめき（Aha体験）を定量的に計測する手法を確立することにより，想像力の誘発を可能とする装置や高齢化社会に向けた福祉支援装置等の開発に向けた展開が期待される．
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図1 感性解析結果
横軸時間で，左の枠は安静状態，
右の枠はひらめきの瞬間を表す．上図は洞察有りで，下図は洞察無しの場合である．

図2 ３次元フラクタル逆推定例●印のサイズは，フラクタル次元の値に比例する．

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近赤外分光法を用いた脳機能計測研究の意義・目的
研究背景・目的
近赤外分光法（NIRS:Near Infra-Red Spectroscopy）を用いた脳機能計測は，分光学的な手法を用いて生体内のヘモグロビンを算出する．1990年半ばに近赤外計測のセンサを多チャンネル化し，計測結果を1秒に1枚以上で画像表示することを実現した装置の登場，そしてNIRS計測装置は脳機能研究の現場に急速に普及した．
新規性

NIRS計測装置には，計測原理から生じる光路長由来の問題がある．その問題を解決するために光路長に無影響な相互相関係数を特徴量とした感性近赤外光解析法（ENIAS:Emotion Near. Infrared-rays
Analysis System）を用いて感性を定量的かつ客観的に評価する．

Keywords
近赤外光，NIRS，脳活動計測，脳機能マッピング，相互相関係数，ENIAS

手法
解析手法
図1の計測原理で計測されるNIRS装置の各チャンネル
計測値の相互相関係数Ci , jを算出する（次式）

Ci , j 

照射光量I0xi (t )d i x j (t )d j

 xi (t )di 

2

 x j (t )d j 

ヒト脳へのLambert-Beer則の適用
検出光量I

30mm
2

xi (t ) , x j (t ) : ヘモグロビンの濃度変化信号
di , d j : 近赤外光の光路長（未知数）x(t ) : 信号 x(t ) の時間平均
光路長の影響がない相互相関係数 Ci , j を特徴量としてパターン分類技術を援用し感性状態を判別する．図2に
ENIASとEFAM ，ESAMの感性認識率の比較を示す．
平均感性認識率はENIASが最も高い結果となった．
59,67,69,75,102,103,106,107,110,166ページに関連記事あり

頭皮
頭蓋骨

C,d
脳賦活
計測値 ΔC d

20～25mm
大脳皮質= (C’ – C)dC’ : 脳賦活後のヘモグロビンの濃度
C : 脳賦活前のヘモグロビンの濃度
d : 近赤外光の光路長（未知数）※計測値に光路長がかかってることが問題

図1 NIRS計測原理

ESAM: 脳 波 の 周 波 数 ス ペ ク ト ル を用いた，感情の認識手法
EFAM: 脳波信号のフラクタル次元を用いた，感情の認識手法
ENIAS: 血中ヘモグロビン量を用いた，感情の認識手法※EFAM, ENIASは本研究室が開発した手法

図2 ENIAS計測の成果

30

食事摂取時における生体信号のカオス・フラクタル解析
研究の意義・目的
研究背景・目的
安心・安全な社会の実現に向けて，自動車・ドライバーの安全性の向上が求められている．運転中のドライ
バーの脇見や飲酒運転などを検出することができれば，事故を未然に防ぐことができると考えられる．本研究では，脳波のカオス・フラクタル性に注目し，ドライバーの感性状態を推定する．

新規性
従来の手法では，摂取時の身体反応が酷似しているアルコール摂取時と香辛料摂取時の分離を行うことが困難であったが，脳波及び心電信号のカオス・フラクタル性に着目することで，アルコール摂取時の状態と香辛料摂取時の状態を分離することが可能になった．

Keywords
脳波，心電信号（ECG） ， Lyapunov指数，フラクタル次元手法
解析手法
心電信号のカオス性の指標：Lyapunov指数（Sano-Sawadaの方法）
脳波のフラクタル性の指標：相関次元（ゼロクロスポイント法）

成果
カオス性を表す指標である最大Lyapunov指数に注目すると，アルコールを摂取した場合には，香辛料を摂取した場合と比較して，Lyapunov指数が急激に上昇することがわかる（表1）．
フラクタル性の指標となる相関次元の時間平均に注目すると，香辛料摂取後では40分後には相関次元が増加するのに対し，アルコール摂取後の場合は，摂取後は常に減少していくことが確認できる．この性質から，相関次元の経時的な変化を見ることで香辛料とアルコールの判別を行うことが可能であることが示唆された （図1, 表2）．

今後の展開
被験者数・実験回数を増加させ，カオス・フラクタル性の変動の個人差・被験者間の差異を調査する．
これにより，実用的なアルコール摂取状態の検出方法を検討していく．
表1 飲食物摂取前後の最大Lyapunov指数

1.004

摂取前

摂取後

香辛料

24.3

34.0

アルコール

15.5

64.7

1.000
0.996

香辛料摂取
摂取前 5分後 40分後

1.004

アルコール摂取1.000

表2 相関次元平均値の経時変化

香辛料摂取後アルコール摂取後

5分後

40分後

減少

増加
減少

0.996

摂取前
5分後
40分後
0
1
2
3
4
図1 相関次元の経時変化（摂取前の値で正規化）

31アフェクティブロボットの実現を目指した
BCI技術に関する研究
研究の意義・目的
研究背景・目的
近年，ロボット制御技術の発展に伴い，人間に近い動作を行うことができるヒューマノイドロボットが数多く誕生している．また，複雑かつ精密な制御を実現するために，操縦者の意図した動作を的確に伝達するためのインターフェイスの実現が求められている．我々は感性フラクタル次元感性解析手法（EFAM）を用いたBCI（Brain
Computer Interface）技術を利用して，ヒトの脳波を用いてロボットを制御する事に成功している．本研究では，手足が不自由な方の支援や，高齢化社会における介護支援等の応用を目的としている．

新規性
本研究では脳波のフラクタル性に着目した感性フラクタル次元感性解析手法（EFAM）を用いてヒトの意思情報（主に動作指令）と感性情報（嬉しい，悲しい，etc）を取得する．これにより，ロボットの手足の制御に加えて，ヒトの感性に応じた制御を実現する事ができる．

Keywords
BCI， 脳波（EEG），フラクタル次元，BAI（Brain Affective Interface）

手法
解析手法
脳波の解析には，フラクタル性の指標であるフラクタル次元を利用し，フラクタル次元の算出手法として，分散のスケーリング特性に基づいたフラクタル次元推定手法（SPV）を用いた．また，感性の解析手法としては，EFAM（Emotion Fractal Analysis Method）を用いた．

成果
被験者が 右手動作・左手動作 とイメージすることによって，ロボットの各腕を制御する事に成功している．また，喜び・怒りのイメージと連動して，ロボットに対応する動作をさせるように制御する事にも成功した．

今後の展開
被験者数・実験回数を増加させ，フラクタル性の変動の個人差・被験者間の差異を調査する．これにより，実用的なBCI技術を検討していく．
57,59,61,62,65,67,73,76～78,83,128ページに関連記事あり

Robovie-Ｘ
Robovie-nano
Robovie-R3
感性による
Robovie-R3の操作

Tichno“AVIOS”
32

ブレインアフェクティブインターフェースを用いた車椅子制御に関する研究
研究の意義・目的
研究背景・目的
近年，BCI（Brain Computer Interface）は人間の運動器官（手，足など）を利用しないインターフェー
スとして注目されている．さらに本研究室では，感性情報を計測する手法であるEFAMを援用して，意思情報（動作指令など）と感性情報を統合した，BAI（Brain Affective Interface）を提案している．これらを，高齢者や身体が不自由な方のためのインターフェースとして利用することは，QoL（Quality of Life）の向上にも繋がると考えられる．

新規性
従来研究として，ブラインド信号分離や空間-周波数フィルタなどを用いた車椅子制御がある．ただし，このシス
テムでは1週間程度のトレーニングが必要である．本研究では脳波のフラクタル次元を特徴量として用いることでヒトの意思情報を取得し，車椅子の制御を行う．

Keywords
BCI， 脳波（EEG），フラクタル次元，BAI

手法
解析手法
脳波の解析には，フラクタル性の指標であるフラクタル次元を利用し，フラクタル次元の算出手法として，分散のスケーリング特性に基づいたSPV（Scalling Property of Variance）を用いた．また，感性の解析手法として
は，EFAM（Emotion Fractal Analysis Method）を用いた．

成果
廊下の十字路を (1)直進 (2)右折 (3)左折 することを想定し，図1のようなコースを作成して動作実験を行った．図2に，車椅子の移動軌跡を示す．水色の丸がスタート地点，赤丸がゴール地点であり，緑色の線が車椅子が通った経路である．どの場合でも，直進，右折，左折を適切に行えている．
66,69,73～75,107,110,164,166ページに関連記事あり

今後の展開
感性情報を車椅子の制御に反映させ，人に優しいイン
ターフェースの構築を目指す．例えば，焦り，緊張を感じているときは減速し，安心・安全な制御を実現する．また，環境とのインタラクションを考慮し，スロープや路面状況に応じた対応を実現する．

(1)前進

(2)右折

(3)左折

株式会社 今仙技術研究所
電動車椅子 MS EMC-130

図1 実験用コース（テープが目印）

図2 車椅子移動軌跡33

スマートセンシングを用いた感性計測装置に関する研究
研究の意義・目的
研究背景・目的
近年脳活動の解析に利用される計測方法は、主に脳波計測と、近赤外分光法によるヘモダイナミズムの計測の２つである．しかし脳波計測は不均一容積導体による信号拡散のために空間分解能が低く、 また電磁ノイズに大きな影響を受ける．近赤外分光法は脳活動後の二次的反応を計測するため時間分解能が低い．双方の同時計測により両計測方法の短所を補完しながら解析を行う試みがなされているが、多くの場合同時計測用の装置は大型で大重量となるので日常環境下での利用に適さない．そこで本研究では小型・軽量の光電融合型スマー
トセンシング装置の開発を行った．

新規性
簡便な脳活動計測技術を確立することで、日常生活下において装着者の感性を解析し、心地よさを追及した機器の自動制御が可能となる．

Keywords
脳波，ヘモダイナミズム，光電融合型スマートセンシング

手法
解析手法
生体信号の解析には，フラクタル性の指標であるフラクタル次元を利用し，フラクタル次元の算出手法として，分散のスケーリング特性に基づいたSPV（Scalling Property of Variance）を用いた．また，感性の解析手法
としては，EFAM（Emotion Fractal Analysis Method）を用いた．

成果1（光電融合型感性計測システムの開発） 脳波（電気）とヘモダイナミズム（光）を同時にマルチフラクタル解析することにより、それぞれ単独の場合に比して認識率の向上が認められたことから、光電融合型センシングの優位性を確認した。
 高い計測精度を有する機器を導入する事によって、詳細な脳活動データを取得可能とした。（脳波計測には
小 型 の 脳 波 計 測 装 置 （ AP108 ミ ユ キ 技 研 ） を 新 た に 導 入 し 、 ま た 、 小 型 近 赤 外 分 光 計 測 装 置（HOT121B、日立製作所）を活用した。）
 スマートセンシングを実現するため所有する知財（US Patent US 8571646 B2「EMOTIONAL STATEDETERMINING APPARATUS」、特許第5448199号「感性状態判定装置」）を実施し、マルチフラクタル
解析を適用することにより、より少ないチャンネルで高精度な感性計測用スマートセンサーを実現した。
 計測箇所は前頭部のみとし、脳波・ヘモダイナミズムは4chの計測、計測装置からデータ処理を行うコンピュータ
へのデータ転送は一部Bluetoothによる無線データ送受信が可能である。
本計測装置を用いて感性計測を実施した結果、研究開発目標段階では、安静、集中、怒り、喜び、の４感性に対し、それぞれ100、98.4、70.0、86.8%の感性認識（被験者1人）であったのに対し、成人被験者20名に対して、平均して73～99%程度の高い感性認識率が得られた。このことは、本システムが汎用的であり、且つ、高い信頼性を有していることを示している。

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図1 開発した光電融合型感性計測システム

成果2（感性計測を容易にするヘッドバンド・ヘッドギア開発）
キーエンス社の3Dプリンタを用いて、図2に示すようなヘッドバンド・ヘッドギアを作成した。これをアクティブニューロウ
エア（Active Neuro-Ware）と呼ぶ。
 本ヘッドギアは前頭部に電極を配置し、電極から脳波を計測する。
 脳波を処理し、コンピュータに脳波データを無線にて送信するためのLSI基盤がフレームサイドのポケットに収納されており、ヘッドギアにハードウェアが搭載された一体型となっている。
 さらに、脳波を解析処理するコンピュータを小型のタブレットに置き換えることで、装置全体の小型化・軽量化が同時に達成された。
 脳波の計測箇所にはドライ型のアクティブ電極を用いることにより、ノンペーストを実現した。これにより、計測準備に要する時間が大幅に短縮され、計測時の被験者の不快感を軽減する事に成功した。
91～94ページに関連記事あり

図2 アクティブニューロウェア

今後の展開
このようなスマートセンサーが今後ニューロマーケティングにおいて広く活用されると期待され、引き続き精力的な開発が渇望される。また、産業界へのこのような先端技術の普及が性能・価格・品質に継ぐ第4の価値としての感性価値を有し、グローバル化に埋没しない高い競争力を備えた高付加価値な商品の開発を牽引し、モノづくりにイノベーションをもたらすことを期待する。

35

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システムコントロールフェア2015/計測展2015TOKYOテクニカルアカデミー
研究発表コンテストにおいて本研究室の学生の発表が「優秀賞」をいただきました。

「光電融合型スマートセンシングを用いたBAI技術の開発」
長岡技術科学大学 工学部
カオス・フラクタル情報数理工学研究室37

紙面が感性に与える影響に関する研究
研究の意義・目的
研究背景・目的
手書きが学習や記憶の定着に効果的であることが数多くの研究結果により報告されている．書く行為は，脳幹の網様体賦活系(RAS)にある多くの細胞を刺激する．RASは脳が処理しなければならないあらゆるものの中で，その瞬間に積極的に注意を向けているものを，より重要視するフィルターとして働く．つまり，手書き時には人の集中力が向上することが確認されている．本研究では人の問題解答時において人の集中力を定量化し，集中力が最も向上する紙面状態(紙面の色，平滑度，厚さ)を明らかにすることを目的としている．

新規性
問題解答時に人の集中力が向上する紙面状態(色，平滑度，坪量≒厚さ)について明らかにした．

Keywords
紙，書き心地, 脳波, フラクタル, 感性解析

手法
解析手法
脳波のフラクタル性を基に複雑性の指標となるフラクタル次元値を算出する．それを特徴量として，線形分離する
ことにより，時々刻々変化する人の感性を定量化する．

成果
実験は全部で4回行った．
1回目の実験では紙面の色に着目し，結果として青色の用紙が白色の用紙と比較して約9%集中力を向上させることが判明した．
2回目の実験では紙面の平滑度(滑らかさ)に着目し，適度にザラザラした紙面が集中力を約25%向上させることが判明した．
3回目の実験では紙の密度に着目し，密度が低い(≒紙が厚い)紙面が集中力を約7.5%向上させる事が判明した．
4回目の実験では紙の厚みと色の2点に着目し，厚みのある紙面が集中力を向上させることが判明した．
計4回の実験結果より、表面にある程度凹凸があり，青色で密度の高い(紙が厚い)用紙が手書き計算解答時の集中力を向上させることが分かった．
96,97,167~171ページに関連記事あり

今後の展開
・坪量をパラメータとして考慮した時の結果について検討
・全4回の結果を基に学習ノートとして発売予定．

記憶力図1 紙面の色による集中力の感性変動率

計算力

論理力

図2 用紙ブルーにおける記憶，計算，論理力タスクのフラクタル次元トポグラフィ表示 (被験者間平均)

38

39

40

脳波のフラクタル解析を用いた
味覚の感性評価に関する研究
研究の意義・目的
研究背景・目的
食品とは栄養素を取得し，生命を維持する目的を達成する為に摂取する．その際においしさが重要であり，おいしさを構成する要因として味が最も重要だと考えられている．味を評価する手法として味覚センサーなどが開発されているが，味覚と官能評価との相関性が低いという問題点がある．現在脳波を利用した感性解析を用いてシャンプーの爽快感やテニスラケットの打球感を定量化し，製品開発が進められている．本研究では，脳波のフラクタル解析を用いてヒトの味覚感性(美味しさ，高級感，満足感)を定量化することを目的としている．

新規性
食品開発におけるSD法や味覚センサーなどに代わる官能評価手法の提案．

Keywords
食品，味覚，官能評価，脳波, フラクタル, 感性解析

手法
解析手法
脳波のフラクタル性を基に複雑性の指標となるフラクタル次元値を算出する．それを特徴量として，線形分離することにより，時々刻々変化する人の感性を定量化する．

成果
被検者45名(男性学生15名・男性社会人15名・女性社会人15名)を対象に実験を行った．実験内容としては
食事の一連の過程(見る，食べる，浸る)での美味しさ・高級感・満足感の感性を測定した．摂取対象物はサンプルA(チョコ生地がコーティングされており，しっとりとした食感)とサンプルB(クッキーとビスケットのザクザクとした食感)である． 全被験者の総合評価値(各感性の感性変動率の平均値)はサンプルAがサンプルBに比べて，美味しさは2.47%優位，高級感は2.27%優位，満足感は4.97%劣位な結果となった．また，被験者の属性ごとに感性誘発傾向が異なることから，感性解析が製品開発における顧客ターゲットの明確化に有効であることを確認できた．
84ページに関連記事あり

今後の展開

総合評価値（%）

・アイトラッカーを用いた商品のパッケージ評価
・食事時間帯の違いによる感性誘発傾向の調査
・アンケート結果との比較検討

20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20

美味しさ、高級感はサンプルAがサンプルBに劣る

2.47

：平均値
：中央値

20代男性
学生

2.27

20代男性
社会人

-4.97

美味しさ

高級感

20代女性
社会人

満足感

図1 総合評価値(各感性の感性変動率の平均値)

図2 20代男性学生の感性誘発傾向

41脳波のフラクタル性に基づいた木製パズル組み立て時の感性評価
研究の意義・目的
研究背景・目的
高齢化社会における認知症予防の対策として，動物によって癒しを与えてストレスを減らすことや，読書や運動といった趣味によって楽しさや心地良さを感じることなど，感情を刺激する方法が挙げられる．
本研究では，木製パズル組み立て時における感性計測を取り上げ，脳波のフラクタル性に基づいた感性計
測の観点からそれぞれの特徴を定量化することを試みる．とりわけ，福祉関係への展開を見据えて，65歳から80歳の高齢者を被験者とし，組み立て時における幸福感の感性計測を行い，組み立て作業がヒトの感性にどの程度影響を与えるのかを定量化することを目的とする．

新規性
木製パズルの組み立てにより，約0.338 の幸福感の上昇が認められた．

Keywords
脳波，フラクタル，感性，時空間特性，木製パズル，幸福感

手法
解析手法
脳波のフラクタル性を基に複雑性の指標となるフラクタル次元値を算出する．それを特徴量として，線形分離する
ことにより，時々刻々変化する人の感性を定量化する．

成果
木製パズルの組み立てが高齢者の幸福感に及ぼす効果を脳波のフラクタル性に基づいた解析を行った．
その結果，被験者に亘り効果の大小は認められたが，５名の被験者に対して，優位水準５％検定を施した結果，
幸福感の上昇が認められた．このことから，このような木製パズルの組み立てが，高齢者の脳活動を活性化し，認知能力の低下を抑制する効果が期待される．この点については，今後の更なる研究が期待されるところであり，より幅広い世代，性差，年代毎の特徴ついての分析・調査が挙げられる．

今後の展開
・坪量をパラメータとして考慮した時の結果について検討
・全4回の結果を基に学習ノートとして発売予定．

表1 各被験者の幸福感の時間平均値

被験者
1

<幸福感>

2

0.484463

0.071211

4

0.2110350.72848

0.1966842
図1 各被験者に対する幸福感の時間平均値

43

44

45

46

47

48

49

生体情報解析
生体信号には，揺らぎがあることが古くから知られている．揺らぎ成分には，生体活動の本質に関わる情報が含まれているのではないかと期待されている．

揺らぎ成分は，決定論的なダイナミクスによって生じるカオス成分と，フラクタル的に振舞う確率論
的な成分の2種類から構成され，それぞれ，カオス
解析，フラクタル解析によって定量的に評価可能
である．

2
１
3

4

5

1. 疲労度計測のための筋電図計測

2. 筋音計MPS110 ／（株）メディセンス

4. アイトラッカー
Tobiiグラスアイトラッカー／
トビー・テクノロジー・ジャパン(株)6

3. ３D超音波診断装置:
SONOS-7500 ／PHILIPS（株）
5. モーションキャプチャによる動作確認 6. データグローブによる手指の曲げ動作の計測

50

フラクタルを用いた肌表面形状の定量的評価手法
研究の意義・目的
研究背景・目的
我々は視覚から肌表面の特徴を明確に捉えることが出来るが，人間の視覚による評価は独自の価値観で行われる主観的・定性的なもので，肌表面の状態を共通の考えで知るには適切なものとはいえない．一方定量評価への試みは既に粗さパラメータ等の評価手法が提案されているが，従来の研究では美容技士など肌評価の専門家による主観評価に依存してしまう．
上記を鑑み本研究では，肌の美しさ等の視覚的特性の客観的な評価を実現することで特定の個人の評価に依らない定量的な評価手法を提案する．

新規性
肌表面のキメ細かさを定量化するためにフラクタル次元を使用した．フラクタル次元を用いて評価することで，主観評価との相関について，他のパラメータ（標準偏差，Rmr）よりも高い相関が得られた．

Keywords
フラクタル次元，エントロピー，多変量解析
92ページに関連記事あり手法
解析手法
標準偏差を用いたBox-counting法（ボックス数の計算に標準偏差を用いて解析精度・速度の向上を実現した手法）

成果1
主観評価・被験者年齢と肌のフラクタル次元の関係（図2，図3）【対主観評価】主観評価が粗い（視認できるスケールでの凹凸が多い）場合，次元が低くなる．
【対年齢】肌表面の複雑性が加齢によって損なわれる為，全体として加齢と共に次元は低くなる．
多変量解析によるパラメータ評価（図4）
主観評価値を目標値とした場合，各係数は表1のようになった．主観評価値に対して，フラクタル次元やエント
ロピーは，粗さパラメータ（Rmr）の約200倍，との寄与の高さから，フラクタル次元やエントロピーなどの定量的な値が，ヒトの主観を加味した評価値であることがいえる．

今後の展開
実際に肌の評価に用いられる各評価手法との比較検討
表1 主観評価値を目標値とした場合の多変量解析の各パラメータの係数

係数

フラクタル次元

エントロピー

標準偏差

粗さパラメータ(Rmr)

年齢

-5.02

5.22

-1.27

-0.03

0.06

51

図1 フラクタル次元の度数分布

図2 主観評価との関係
主観評価値は，5人の化粧品技術者
による肌画像の評価の平均で，1が滑らかで，50が粗い肌となるよう評価したもの．

図3 被験者年齢との関係
各世代が均等になるようにサンプルした248名分の被験者の肌画像に対し，求めたフラクタル次元を世代別にまとめたもの．

図4 主観評価へ寄与するパラメータの割合
多変量解析により主観評価を各パラメー
タの和で推定した際の各パラメータの寄与．

52

2.68
A
B
C

2.66

フラクタル次元
Dim

2.64
2.62
2.6
2.58
2.56
2.54

1朝 1昼 1夕 2朝 2昼 2夕 3朝 3昼 3夕 4朝 4昼 4夕 5朝 5昼 5夕timeline
図5 フラクタル次元の経時変化 （被験者3名（A-C），5日間・3時間帯表示）

成果2
フラクタル次元の経時変化（図5）
朝昼夕方の3つの時間帯にフラクタル次元を計測した．被験者は3名で，各時間帯で被験者間の次元値の大小関係は，ほぼ維持されていた．

平成18年10月16日
化学工業日報

平成20年9月4日
新潟日報

53

フラクタル次元を指標とした疲労度の定量化

研究の意義・目的
研究背景・目的
最近，健康志向の高まりから，定期的な運動をする人が増加している．適度な運動は，新陳代謝の活性化や，メンタル面でのリフレッシュなど，健康を維持する上で重要な要素である．しかし，過度の運動は逆効果であり，適切な運動負荷の下で効果的な運動を行うことが望ましいとされている．適切な運動負荷を推定するためには，疲労度の定量的な把握が必要である．従来手法としては，筋電信号の平均周波数を指標とする手法が挙げられるが，推定精度が低い等の問題もある．本研究では，筋電信号のフラクタル性に基づいて疲労度の定量化を行う．これにより，従来よりも高い推定精度を実現することが可能となった．

新規性
生体信号にはフラクタル性があることが古くから報告されており，筋電信号もフラクタル性を有する．そこで，フラクタル次元を疲労度の指標とすることで，より高い推定精度を実現する．

Keywords
EMG，フラクタル次元手法
解析手法
標準偏差を用いたフラクタル次元推定手法
Improved Description of Skin Smoothness by Applying Fractal Geometry and ISO
parameters
Koji Mizukoshi, Midori Oyobikawa, Katsuo Matsumoto, Yasutaka Kurita and M.Nakagawa
Paper Issue of IFSCC(Integration of Cosmetic Science)(Osaka), 18A-28,pp.1-10

成果
上腕屈伸運動をしている場合のフラクタル次元の経時変化を図1に示す．横軸に実験時間，縦軸はフラクタル次元を示している．赤丸は腕を上げようとしている1秒間の平均，緑丸は腕を下げようとしている時の平均，青の実線はこれらの平均を示している．これを見ると，負荷をかけたタスク時には赤のプロット，緑のプロットがはっきりと分かれており，下降傾向を示していることがわかる．
一方，負荷がない場合には両者が混ざっており次元値に変化がないことがわかる．これにより，上腕への負荷の状況や，筋肉の疲労過程をフラクタル次元によって定量的に把握することが可能となる（図2）．
運動中のフラクタル次元変化についてより細かく考察する．図2に，図1の30～60秒区間の拡大図を示す．図下部の矩形波は，腕の上下に対応している．平均周波数を用いる従来手法とフラクタル次元解析手法を比較す
ると，フラクタル次元を用いた場合の方がより明確に運動状態に追従していることがわかる．定量的には，運動状態を表す矩形波との相関係数を求めると，フラクタル次元解析の場合は，0.62となり，平均周波数の場合の0.35より高い値となる．このことから，フラクタル次元解析を用いることで，運動の状態をより忠実に把握することが可能である（図2）．

今後の展開
計測の被験者の数を増加させたり，あるいは，運動の種類や，負荷の部位を変更するなどして，フラクタル次元の経時変化の傾向を把握する．また，筋音図などの他の生体信号の情報も用いることで，疲労度計測の推定
精度の向上を目指す．

54

1.25

○上げる際の平均○下げる際の平均
―2秒平均

1.2

1.15
約32Nの筋力低下

負荷なし

負荷あり

1.1
30

60

90

120 150 180 210 240 270

図1 上腕屈伸運動時のフラクタル次元の経時変化

1.26

75
―フラクタル次元―平均周波数（従来の指標）

1.24

65

1.22
フラクタル次元

55

1.18

50

1.16

45

1.14

40
上腕の上げ下げタイミング

平均周波数 [Hz]

60

1.20

1.12

70

35

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
相関係数 0.62

測定時間 [sec]相関係数 0.35

図2 図1の30～60秒区間の拡大図

55

心電図逆問題に関する研究

研究の意義・目的
研究背景・目的
日本人の3大死因として，ガン，心疾患，脳血管疾患が挙げられ，全死因の半分以上を占めている（図1）．
これらの疾患による死亡を防ぐには，早期の発見・予防が重要な鍵となる．本研究では，心電図逆問題を取り扱う．心電図逆問題とは，体表面電位から心臓内部の電気現象を推定するという逆問題である．心電図逆問
題では，心臓内の局所的な電気現象を逆推定できるので，大域的な診断しかできない心電図計測の欠点を補うことが可能である．

新規性

ガン

従来の手法では，逆問題を一意に解くために，有限要素解析のための胸部モデルのメッシュに制約を設けることが不可避であった．このため，心臓内のメッシュが不自然なものとなり，良好な解析を行うことができな
かった．本研究では，制約条件を課すことなく，遺伝的アルゴリズムを利用することで逆問題を解く．そのため，胸部を自然に表現できるように
自由にメッシュを作成することで，より現実的な解を求めることが可能になった．

Keywords
心電図逆問題，有限要素法，遺伝的アルゴリズム

34万人
18万人
12万人

心疾患
脳血管疾患
肺炎
その他

図1 平成21年度 死亡原因別 死亡数（厚生労働省 http://www.mhlw.go.jp/）

手法
解析手法
心臓内の信号源の定式化：等価的な分極ベクトルの時間微分（心電双極子と呼ぶ）
心電双極子：位置 ( x, y, z ) ，モーメント ( Px , Py , Pz ) の計6成分を持つ
体表面の電位解析：有限要素法（心臓・肺・その他の支持組織毎に導電率を設定したモデル：図3）
逆問題の解法：体表面電位を最も良く表現できる心電双極子を遺伝的アルゴリズムによって探索する．

成果
・

・

【既知の心電双極子軌道への適用】位置（x, y, z），モーメント(Px ,Py ,Pz )の計6成分を，図2の赤線のように設定し，その時の体表面電位を有限要素法でシミュレーションし，それに対して本手法を適用した．結果は，図2の青丸であり，定性的に良く符合しており，本手法で十分に逆推定が行えることが示唆された．
・【実際の心電図への適用】健康な20代男性の心電図波形を元に，本手法を適用し，心電双極子の逆推定を行った．次ページの図4に位置（x, y, z）の逆推定結果を示す．通常の心電図波形において見出すことができる
心室の興奮を表す波（図4中のQRS波）に対応して，逆推定された心電双極子の位置が上下方向に大きく変動していることがみてとれる．以上から，本手法によって心臓内の電気現象を逆推定することが可能である．

今後の展開
今後は，多数の被験者のデータに本手法を適用し，個人差や日内変動などを調査していく．また，超音波計測装置を用いて，心臓や肺などの臓器形状を精密に求め，有限要素モデルを改善していく．

56

x[mm]

200



150



0

0 0
-20-20-40-400 0

Residual
Residual
error
error

40

50

20020
0

30
30 10

40
40 20

30
30 10

40
40 20

50
50 30

30
30 10

40 40
20

50 50
30

0.05

10 10

20020
0















 


 


 





30
20
10
0
0


 10


 20


 30

40

50

20 20

30 30

40 40

50 50

 
 

40   50 

50
50 30




50

 

θ [rad]

10 10

z[mm]
z[mm]

0 0
0 0

30

φ [rad]

0
-20
-40
20 20
0

Residual
error

y[mm]
y[mm]

100

10 10

10010050 50

20|P| [mAmm]

0 0

y[mm]

150150

z[mm]

x[mm]
x[mm]

20020010 

40   50 
30 30
20 20
10 10
0 0
400 0 10 10time[sec]

0.050.05

0 0 図2 既知の心電双極子軌道の逆推定 ( 赤：設定値 ，青：逆推定結果 )0 0
10 10 20 20 30 30 40 40

time[sec]time[sec]

心臓 0.10 [S/m]z [mm]

肺 0.04 [S/m]z [mm]y [mm]y [mm]

x [mm]

支持組織
0.21[ S/m ]x [mm]

三角柱双一次要素による有限要素分割

各組織の導電率：S. Rush et al., ”Resistivity of body tissues at low frequency,” Circ. Res. 12, pp.40-50 (1963)

図3 有限要素モデル

z [mm]
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80

z [mm]
S

-10

300

0

250

50

200

100

150

-20

100

200
250

Q

-30

3

100

[mV]

150
200
250
x [mm]




20

40

60

80

100

V

R

y [mm]

0.5

0.6

R

2.5

-40

50
0

300


 ch1





150

x [mm]

t
[sec]

2
1.5
1
0.5
0

Q

-0.5

y [mm]





-1
0

0.1

0.2

S

0.3

0.4






0.7

t [sec]

図4 実際の心電図データに対する心電双極子逆推定結果

57

2007年6月21日
第25回日本シミュレーション学会大会で行った研究発表が奨励賞を受賞しました。
「有限要素法を用いた心電双極子逆推定」
臼井秀行、中川匡弘（長岡技術科学大学）、

58

カオス・フラクタル理論に基づいた
新規バイオアッセイ技術
研究の意義・目的
研究背景・目的
近年，有害物質を含む生活排水や工場排水の流出，さらに，テロによる水質汚染の危険性から，ダムや水道局等において，バイオアッセイ等による水質管理の徹底が必要とされている．バイオアッセイとは，生物の変化を指標とした環境評価技術のことであり，生物センサを用いることから，未知の有害物質に対しても評価が可能という利点を有する．ただし，生物に対する致命的な影響の発現による評価を行う場合，致死量以下の環境負荷の毒性評価が困難であるという問題点が挙げられる．

新規性
野口・中川らは，水槽内の魚の泳動軌跡を抽出し，泳動軌跡がカオス・フラクタル性を有することを確認した．さらに，生体情報のカオス・フラクタル性を評価の指標とすることによって，従来法では困難であった，微量の環境負荷による生物の致死量以下の毒性評価が可能であることを見出した．
また，早川・中川らは，魚の活動電位がフラクタル性を有することを示し，活動電位のフラクタル次元を評価の指標に用いることで，毒性に対してより感度の高いバイオアッセイ技術を確立した．

Keywords
魚の活動電位，魚の泳動軌跡，フラクタル次元手法
解析手法
魚の泳動軌跡のカオス性を定量化するために，Sano，Sawadaによって提案されたJacobi行列推定に基づいた
Lyapunov指数推定手法を用いた．また，魚の泳動軌跡のフラクタル性の指標となる自己Affineフラクタル次元については，Nakagawaによって提案された臨界指数法（CEM：Critical Exponent Method）を用いた．
さらに，魚の活動電位の自己Affineフラクタル次元の算出には，分散のスケーリング特性に基づいたフラクタル次元推定手法（SPV）を用いた．

成果1（泳動軌跡のカオス・フラクタル解析）
Maximum Lyapunov Exponents[bit/sec]

泳動軌跡の計測は図1のように2台のカメラを用いて行 っ た ． 軌 跡 の x, y, z 座 標 そ れ ぞ れ に つ い て 最 大Lyapunov指数を求めた結果，図2に示すように負荷濃度に依らず常に正で，負荷濃度に比例して大きくなる
傾向が得られた．即ち，環境負荷の上昇によって，元々微弱だったカオス強度が上昇すると考えられる．また，
CEMによる自己Affineフラクタル次元の推定値も，負荷濃度に比例して大きくなる傾向がみてとれる．
Light source

1.5
1.0
0.5

x

Ave.

y aixsz axis

Ave.

1.5
1.0
0.5
0.0
-0.001

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

環境負荷濃度に対する最大Lyapunov指数の変化

0.000

0.001

2.5
2.0
1.5

x0.002axis

0.003 z axis
0.004 Ave.0.005
y axisConcentration [%]x axisExperimental Tank
1200×600×600mm

図1 泳動軌跡の計測環境

x axis2.0

0.0-0.001

Fractal Dimensionsyz axisConcentration [%]Fishz
CCD Video Camera
DCR-PC300K
SONY

2.0

y aixs

2.5

2.5

Maximum Lyapunov Exponents[bit/sec]

Sodium hypo-chlorite
NaClO (Alkalinity)

2.5

Maximum Lyapunov Exponents[bit/sec]

x axisy aixsz axis

Ave.

2.0

1.5

1.0
0.5

1.0
-0.001

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

Concentration [%]0.0-0.001

環境負荷濃度に対する自己Affine次元推定値の変化

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

Concentration [%]図2 泳動軌跡のカオス・フラクタル特性59成果2（魚の活動電位のフラクタル性と環境負荷濃度の関係）
魚の活動電位の計測は図3のように水槽中に8つの電極を配置して行った．魚の活動電位とは，魚のエラ蓋等に由来して水中に発生する電位である．図3中の電極のうち，Refはリファレンスを，Eはアースをそれぞれ表している．Ch1～6は，計測電極である．それぞれの電極は生体信号増幅器（MEG-6116）に接続されており，サンプリング周波数128Hzで計測を行った．
図4は，環境負荷濃度を総水量に対して0.001%（体積比）ずつ濃くしていったときの各Chの自己Affineフラクタル次元を表しており，図5はCh1～6の平均を示している．このときの環境負荷濃度は，生物が生存できるよう，
極めて微量となるように設定した．図4より，全てのChにおいて，程度に差は見られるものの，環境負荷濃度とフラクタル次元値が比例する傾向があることがみてとれる．これらの平均をとった場合，図5に示すように，環境負荷
濃度とフラクタル次元値の間には0.956という高い相関関係があることが見出された．即ち，計測されたフラクタル次元値から環境負荷濃度を推定することが可能であり，これにより，極めて微量で生物の致死量以下の環境負荷を検出することが可能であると考えられる．
58,98,99ページに関連記事あり
1.8

MEG-6116M（NIHON KOHDEN）

E

Ref

Fish

Ch1

Ch2

Ch3
Ch4
Ch6

■ ：Ave.
・・・：回帰直線

1.6
1.5
1.4
傾き：0.050[1/10-3 %]相関係数：0.965
平均標準偏差：0.034

1.3
1.2
-1

0

1

2

3

4

5

Concentration [10-3%]

図3 活動電位の計測環境

図5 活動電位の自己Affineフラクタル次元

2.0
1.8

2.0
Ch1

1.8

1.6

1.6

1.4

1.4

1.2
Fractal Dimensions

Ch5

Experimental Tank
300×250×100mm

1.7

Fractal Dimensions

Sodium hypo-chlorite
NaClO (Alkalinity)

0

2

4

2.0
1.8

1.2

Ch3

1.8
1.6

1.4

1.4
0

2

4

2.0
1.8

1.2

2

4

2

4

2

4

Ch4

0

2.0
Ch5

1.8

1.6

1.6

1.4

1.4

1.2

0

2.0

1.6
1.2

Ch2

0

2

4

1.2

Ch6

0

Concentration [10-3%]

図4 各Chの自己Affineフラクタル次元60カオス・フラクタル応用研究【カオス】
気象学者のEdward N. Lorenzは気象現象のシミュレー
ションの中で，結果が初期値に鋭敏に依存するシステムを発見した（1960年代）．このシステムは比較的少数自由度の非線形微分方程式で表わされているのに対し，その挙動は非常に複雑なものであった．この発見によって，微分方程式のような決定論的な規則で表わされる現象であっても，カオス性を有する系の場合には予測が困難であるということが明らかにされた．
Lorenzが発見した現象は，変数の挙動がシミュレーションの初期条件に鋭敏に依存する傾向があったため，このような性質
は初期値鋭敏性と呼ばれるようになった．また，初期値鋭敏性からもわかるように，僅かな攪乱が指数関数的に増加するため，長期予測不能性も併せ持つことになる．このような初期値
鋭敏性や長期予測不能性を総じてカオス性と呼び，複雑な挙動を示すシステム（人工物・自然現象問わず）の研究でカオス理論は注目されている．

Mandelbrot集合

Koch曲線

自然界におけるフラクタルの例

樹木

墨流し

雲の輪郭

【フラクタル】
フラクタルであるとは，自己相似性を持つことであり，部分が全体の相似形になっているということである．数学の分野では，
自己相似な図形は，Koch曲線やMandelbrot集合などが有名である．
フラクタル性を特徴づける量としては，フラクタル次元があり，通常は自然数で表わされる次元を一般化して非整数にまで拡張したものである．例えば，2次元平面におけるKoch曲線の場合，フラクタル次元値は log4/log3≒1.26となり，1次元の直線よりも複雑であるということが分かる．
自然界におけるフラクタルの例としては，樹木の幹や枝の構造
や，墨流し，雲の形状などが挙げられる．これらは，全体の形状と部分の形状の間に相似関係を有している．CGの分野
では，フラクタル性を取り入れることによって，より自然な映像を実現することに成功した例も多い．
自己相似性に類似した性質として，自己アフィン性という性質がある．自己アフィン性を特徴付ける量はHurst指数である
が，これはフラクタル次元と密接な関係がある．自己アフィン性を有する生体信号としては，脳波，筋電図，音声などが挙げられる．生体信号におけるフラクタル性は，カオス性と並んで，生体の重要な性質であるといわれている．

61

フラクタル画像符号化研究の意義・目的
研究背景・目的
Jacquinにより提案された濃淡画像に対するフラクタル符号化は，井田・駄竹らが提案した平均値分離法によってブロックひずみの低減および復号の高速化が図られた．近年，古沢・中川らは，マルチドメインを用いた符号化を提案し，従来手法よりも高い近似が得られることを示し，大槻，中川らはブロック領域分割法を提案し符号化性能を向上させるなど，フラクタル符号化の符号化性能の改善が検討されてきた．ドメインを複数用意するマルチドメインフラクタル符号化においては，ドメイン重畳数増加により近似誤差を減少させ，従来のフラクタル符号化にあった非可逆性を改善できる可能性が示されており，本研究では，マルチドメインフラクタル符号化を用いて画像の可逆符号化を試みる．

新規性
従来のフラクタル符号化では困難であった可逆符号化を実現し，画像符号化におけるフラクタル理論の有効性を確認した．

Keywords
フラクタル符号化，画像圧縮，自己相似性

レンジブロック
原画像分割・平均値保存
分散低

分散高

Dkl

Rij

ドメインブロック
相似性探索

平均値に置き換え（シェードブロック）

座標記録（エッジブロック）

図1 フラクタル符号化の基本原理

s （空間的縮小変換）
 （等長変換） ij （スケール変換）
縮小して
置き換え

Rij  αij   s( Dkl )  Dave  Rave

フラクタル符号化の基本原理
画像を重なりの無いレンジブロックに分割し，ブロック平均値を保存する．分散が低くブロック平均値のみで原画像を十分近似できるならばシェードブロックとして置き換え，分散が高く近似が不十分ならばレンジブロックを最も近似できるドメインブロックを探索する．ドメインブロックからレンジブロックへの近似は，縮小変換，等長変換，スケール変換の3つで構成される．
マルチドメイン手法の場合，ドメインブロックを複数用意し，成分の重複を防ぐため，直交化を行う．そして，直交化された複数のドメインを足し合わせて1つのドメインを作成し，レンジブロックを近似する．マルチドメイン手法を用いて可逆圧縮を実現する為に，図2のような逆行列型の可逆保証を導入する．16画素で構成されるレンジブ
ロックを16次元のベクトルとして考え，直交化したドメインブロックを16枚重ねる．加えて，小川・中川らは，ドメイ
ンブロック行列が正則である場合にレンジブロックの可逆が保証されることを示した．

62

図2 逆行列型可逆保証
原画像
レンジブロック
抽出

平均値算出・保存
ブロック分割画像補間処理
平均値画像作成

1次画像からドメインブロック抽出

m=1

スケーリング係数 
近似誤差 Em 導出

ドメイン追加m=m+1
Yes

m  M max

Em  0No

FICを用いて
1次画像作成・保存

平均値分離法

Yes
次の
ドメインへ

No
行列式より
係数 算出ハイブリッド型マルチドメイン手法
図3 ハイブリッド型マルチドメイン手法

成果
コラージュ定理より示されるフラクタル画像符号化の非可逆性を，マルチドメイン手法の適用および最適位置探索
手法と逆行列型可逆保証を併用することで改善し，フラクタル符号化の手法を用いて可逆な符号化が可能であることを確認した．さらに，符号化性能の向上に関しては，探索ステップを増やし符号化を効率的に行えるドメイン
位置探索により符号化性能を改善した．これによりフラクタル可逆符号化に成功し，さらに効率的な可逆符号化手法を提案した．
98,99ページに関連記事あり

今後の展開

今後は，符号化効率の向上のために，1次画像符号化へのブロック領域分割適用や，スケーリング係数量子化精度のブロック毎切り替えなどの適用を行う．また，視覚・感性の観点からの画像評価を導入し，視覚・感性の両面からフラクタル符号化の優位性の検証などを行っていく．

63

標準画像に対する符合化例
画像符号化の評価に一般的に用いられる標準画像のGirl,Lenna（図4,図5）に対して，フラクタル符号化を行った例を示す．ここでは，マルチドメイン可逆フラクタル符号化をMDFIC，通常のフラクタル符号化をFICと呼ぶ．

標準画像Girl
256×256[pixels]
8 [bits]
グレースケール

図4 標準画像GirlGirl (MDFIC)
可逆6.01[bits/pixels]

Lenna (MDFIC)
可逆6.38[bits/pixels]

標準画像Lenna
256×256[pixels]
8 [bits]
グレースケール

図5 標準画像Lenna

Girl (FIC)
PSNR= 31.73 [dB]
0.53[bits/pixels]

Lenna (FIC)
PSNR=28.54 [dB]
0.58[bits/pixels]

Girl (JPEG)PSNR= 32.76 [dB]
0.50[bits/pixels]

Lenna (JPEG)PSNR=28.81 [dB]
0.50[bits/pixels]

Girlの符号化結果について画質の評価指標であるPSNRについては，JPEGと比べてフラクタ
ル符号化は劣るが，図4中の赤枠の領域に注目すると，JPEG
では非常にブロックノイズが目立つのに対し，フラクタル符号化は誤差がランダムであるので，特徴的なノイズが低減され，視覚的に誤差が目立ちにくくなる．

Lennaの符号化結果について画質の評価指標であるPSNRではフラクタル符号化は若干劣る
が，図5中の青枠の領域に注目すると，フラクタル符号化はブ
ロックノイズが目立たないことに加えて，斜めのエッジ成分に対しても極端な劣化が起こらないことを確認できる．

復号については，
エッジブロックの置き換えを繰り返していくことで可能となる．

復号1回目

復号3回目

復号10回目64

カオスニューラルネットワークによる
環境時系列の学習・予測研究の意義・目的
研究背景・目的
気象現象・生体信号などに代表される，カオス性を有する時系列は初期値鋭敏性のために本質的に長期的な予測を行うことは不可能である．しかし，カオス時系列を出来得る限り長期に渡り高精度で予測を行うという試みは従前より行われている．本研究では，カオスニューラルネットワークを用いることで，カ
オス性を有する時系列の学習・予測を行うことを目的とする．
新規性
従来のカオスニューラルネットワーク（Aihara,1988）においては，カオス性の制御が困難であり，また，
ニューロン出力の分布に偏りがあった．本研究では，活性化関数として周期関数を用いたカオスニューラ
ルネットワーク（Nakagawa,1995）を用い，時系列予測を行う．このカオスニューラルネットワークはカ
オス性の制御が容易であり，さらに，ニューロン出力の分布に対称性があることから，より効果的なカオス
時系列の学習・予測を行うことができる．
特許第5023325号，リカレントニュートラルネットワークを用いた不規則時系列データの学習・予測方法，
発明者：中川匡弘

Keywords
リカレントニューラルネットワーク，周期カオスニューロン，時系列予測

周期型カオスニューロン （Periodic Chaos Neuron : PCN）
第L層についてN  L1  1

 piL  ：内部状態

 piL  n  1  k piL  n   wij L  n s piL1 n   i L  n s piL ：出力

j 0

 1

s piL  n   f  piL  n   sin piL  n  2  n k ：記憶定数 ：カオス制御パラメータwij L  ：結合荷重

i L ：しきい値※更新は誤差逆伝搬法に基づく

tt

図1 カオスニューラル
ネットワーク65

研究の意義・目的
ネットワーク構成と学習・予測
ネットワーク構成は図1のようになっており，3層のJordan型リカレントニューラルネットワークである．ネットワークの学習は誤差逆伝搬法によって行われるため，まず，学習区間から，取り出したパターンを入力層の前半部分に入力し，そのパターンに続く時系列を，教師信号として入力層の後半部分に入力し，学習を行う．そして，複数のパターンについて，出力と教師信号の差が0になるように学習を繰り返し行う．
予測の際には，ネットワークの前半部に時系列を入力し，また，後半部分には入力層に直接0データを入力することによって，それに続く部分の予測を行う．

成果
図2に，カオスリカレントニューラルネットワーク（CRNN）を用いた予測結果を示す．積雪量時系列においては，
トレンド成分は主にカオス性を有し，揺らぎ成分はフラクタル的に振舞う確率論的性質を持つことから，トレンド成
分と揺らぎ成分に分離してそれぞれ別のネットワークを用いて予測を行うことで，積雪量の高精度な予測を実現することができた．具体的な予測精度としては，1か月先の予測誤差が±7 [cm]程度となった．
58,98,99ページに関連記事あり

今後の展開
今後は，さらなる予測精度の向上に努めるとともに，カオス性を有する予測不能な時系列のうち，風力・風向や電力需要といった，発電や省エネ技術の応用に活用できそうな研究を行っていく．

160
RNN

Snow Depth [cm]

CRNN

120

各ネットワークの予測値

Practical value
トレンド＋揺らぎ

ネットワークへの入力値
80

40

0
12/14

12/28

1/11

1/25

2/8

2/22

3/8

3/22

Date
図2 2005年2月に対する予測結果

66

研究成果に関する新聞記事

平成16年8月19日
日刊工業新聞（全国版）（3ページに関連研究記事）

平成18年6月27日
日刊工業新聞（全国版）（13ページに関連研究記事）

平成18年9月22日
日刊工業新聞（全国版）（13,30ページに関連研究記事）

67平成17年10月31日
日刊工業新聞（全国版）（55ページに関連研究記事）

平成19年11月15日
日刊工業新聞（全国版）（49ページに関連研究記事）

平成20年9月12日
日刊工業新聞（全国版）（3ページに関連研究記事）

68平成20年5月15日
日刊工業新聞（全国版）（3ページに関連研究記事）

平成20年11月21日
日刊工業新聞（全国版）（28,30ページに関連研究記事）

平成21年11月13日
日刊工業新聞（全国版）（3～5,30ページに関連研究記事）

69平成21年4月3日
新潟日報（3～5ページに関連研究記事）

平成21年4月9日
日刊工業新聞（全国版）（27ページに関連研究記事）

平成21年3月10日
日刊工業新聞（全国版）（3～5ページに関連研究記事）

70平成21年5月20日
日経流通新聞（5ページに関連研究記事）

平成21年4月18日
新潟日報（30ページに関連研究記事）

71平成21年7月20日
日刊工業新聞（30ページに関連研究記事）
平成21年3月20日
日刊工業新聞（全国版）（3ページに関連研究記事）

平成21年5月28日
新潟日報（3～5ページに関連研究記事）

72

平成21年8月8日
新潟日報（3~5ページに関連研究記事）

73平成21年7月11日
新潟日報（夕刊）（3~5ページに関連研究記事）

平成21年9月26日
長岡新聞（3~5ページに関連研究記事）

74平成22年1月9日
読売新聞（3~5,30ページに関連研究記事）

75平成22年3月23日
日刊工業新聞（全国版）（31ページに関連研究記事）

平成22年10月6日
日経産業新聞（3～5ページに関連研究記事）

76平成22年8月23日
日刊工業新聞（全国版）（28,30ページに関連研究記事）

平成22年10月15日
日刊工業新聞（30ページに関連研究記事）

77平成22年9月27日
化学工業日報（3～5ページに関連研究記事）

平成22年6月23日
日刊工業新聞（全国版）

78

平成22年9月28日
日刊工業新聞（3,28,31ページに関連研究記事）

平成22年10月22日
薬事日報（3～5ページに関連研究記事）

79平成22年10月28日
新潟日報（3～13,28~31ページに関連研究記事）

80平成22年11月1日
新潟日報

平成22年11月9日
日刊工業新聞（3～5ページに関連研究記事）

81平成22年11月9日
日刊工業新聞（3～5ページに関連研究記事）

82平成22年11月18日
長岡新聞（3～5,30ページ関連研究記事）

平成23年1月1日
長岡新聞（3～5,30,31ページ関連研究記事）

平成23年8月9日
日刊工業新聞（8ページに関連研究記事）

83平成23年3月9日
日刊工業新聞（31ページに関連研究記事）

平成23年3月15日
日刊工業新聞（3～5ページに関連研究記事）

平成22年11月25日
日刊工業新聞（3～5ページに関連研究記事）

平成24年9月21日
化学日報（8ページに関連研究記事）

84平成23年9月17日
紀伊民報（3～5ページに関連研究記事）

平成23年9月20日
日刊工業新聞（28,31ページに関連研究記事）

85平成24年9月24日
流通ジャーナル（8ページに関連研究記事）

平成23年5月19日
新潟日報（30ページに関連研究記事）

86平成24年4月10日
新潟日報（12ページに関連研究記事）

平成23年12月23日
朝日新聞（30ページに関連研究記事）

87平成24年7月6日
日本金融新聞(全国版)（3～5,30ページに関連研究記事）

平成24年8月3日
日刊工業新聞（12ページに関連研究記事）

88平成24年10月8日
週刊粧業（8ページに関連研究記事）

平成24年9月26日
石鹸日用品新報（8ページに関連研究記事）

平成23年8月22日
読売新聞（8ページに関連研究記事）

89平成24年10月1日
日本粧業新聞（8ページに関連研究記事）

平成24年10月15日
東京石鹸商報（8ページに関連研究記事）

平成24年10月29日
日用品化粧品新聞（8ページに関連研究記事）

90平成25年7月22日
日刊工業日報（17ページに関連研究記事）

平成25年5月28日
日刊工業新聞91平成25年8月28日
新潟日報（17ページに関連研究記事）

92平成25年8月30日
日刊工業日報平成26年2月2日
朝日新聞（30ページに関連研究記事）

93平成25年12月15日
新潟日報（39ページに関連研究記事）

94平成26年8月5日
読売新聞（14ページに関連研究記事）

平成26年8月9日
日本経済新聞（14ページに関連研究記事）

95平成26年8月31日
新潟日報（14ページに関連研究記事）

平成26年10月31日
朝日新聞（16ページに関連研究記事）

96平成27年4月23日
朝日新聞（3~5,8,16ページに関連研究記事）

平成27年6月8日
金融経済新聞97平成27年6月5日
フジサンケイビジネスアイ

98平成27年9月18日
フジサンケイビジネスアイ

99

平成27年11月12日
日本経済新聞（23ページに関連研究記事）
平成27年11月18日
毎日新聞（23ページに関連研究記事）

平成27年12月3日
新潟日報（23ページに関連研究記事）

平成27年12月1日
ラベル新聞（23ページに関連研究記事）

100平成28年3月1日
新潟日報（32ページに関連研究記事）

平成28年6月11日
新潟日報

平成28年6月30日
毎日新聞（32ページに関連研究記事）

平成28年6月22日
新潟日報（32ページに関連研究記事）

101平成28年12月6日
新潟日報

平成29年1月3日
新潟日報（「ふむふむJ」新年特別号）（3~5, 8,12～14,16,17,23,29,32,41ページに関連研究記事）

102平成28年1月10日
新潟日報・夕刊（16ページに関連研究記事）

平成29年1月15日
新潟日報（32ページに関連研究記事）

103平成29年1月25日
日本経済新聞（32ページに関連研究記事）

平成29年2月1日
日経産業新聞（32ページに関連研究記事）

104平成29年4月21日
科学新聞

平成29年5月11日
長岡新聞

平成29年5月23日
日経産業新聞105

平成30年1月11日
日本経済新聞（36ページに関連研究記事）

平成30年1月11日
新潟日報（36ページに関連研究記事）

平成30年1月16日
日刊工業新聞（36ページに関連研究記事）

平成30年1月12日
毎日新聞（36ページに関連研究記事）
平成30年1月24日
読売新聞（36ページに関連研究記事）

106平成30年9月16日
読売新聞（36ページに関連研究記事）

平成30年9月15日
新潟日報（36ページに関連研究記事）

平成30年11月6日
朝日新聞（36ページに関連研究記事）
平成30年9月27日
読売KODOMO新聞（36ページに関連研究記事）

107平成30年12月20日
長岡新聞

108

令和元年11月10日
無料月刊ビジネス紙ビズリンク

109

令和元年12月24日
日刊工業新聞令和元年12月12日
化学工業日報令和3年4月6日
日刊工業新聞110令和3年7月20日
長岡新聞

令和4年2月8日
日刊工業新聞111

令和4年2月28日
日刊工業新聞112

研究成果に関する雑誌記事
平成18年5月29日
電気機械工業会 解説記事
（49,50,52,55,56ページに関連研究記事）113

114

平成19年1月1日
行動人1月2月合併号

115平成19年3月1日
行動人3月号116平成20年5月
日経マイクロデバイス(28ページに関連研究記事)

117

118

平成22年7月1日
トランジスタ技術7月号

119

120

平成19年8月1日
e-コロンブス8月号（ 28ページに関連研究記事）

平成21年10月1日
JST News（3～5ページに関連研究記事）

121平成23年10月10日
日経ビジネス（28,31ページに関連研究記事）

122平成25年8月15日
産学官連携ジャーナル（8ページに関連研究記事）

123

124

平成24年6月15日
SELF BRAND（28,31ページに関連研究記事）

125平成28年10月20日
研究開発リーダー

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

平成30年2月28日
AROMA RESEARCH（8ページに関連研究記事）

136

137

平成30年10月1日
電子情報通信学会誌（12ページに関連研究記事）

138

139

140

141

142

研究成果に関する教材資料

平成26年4月1日
明治図書出版発行学習教材「よくわかる国語の学習1」「よくわかる国語の学習3」（30ページに関連研究記事）

143研究成果に関する特許資料
01

02

03
01 特許第3933568号『脳機能計測装置』
発明者：中川匡弘

02 特許第4590555号『感性状態判別方法及び装置』
発明者：中川匡弘

03 特許第4994260号『学習効果判定装置』
発明者：中川匡弘

144

04

05

06

04 特許第5023325号『リカレントニューラルネット
ワークを用いた不規則時系列
データの学習・予測方法』
発明者：中川匡弘

05 特許第5071850号『認知状態判定装置』
発明者：中川匡弘, 畑田敏雄

06 US特許 US 8571646 B2『Emotional State
Determining Apparatus』(感性状態判別方法及び装置)
発明者：中川匡弘

145

07

08

09
07 特許第5403575号『環境負荷濃度変化判定装置』
発明者：中川匡弘

08 特許第5411653号『眠気判定装置』
発明者：宮城大輔,塚原金二,
中川匡弘

09 特許第5448199号『感性状態判定装置』
発明者：中川匡弘

146

10

11

12
10 特許第5806472号『脳波測定用器具及び脳波の測定方法』
発明者：川副智行,寺本裕美,
中川匡弘

11 特許第6203554号『感性状態判定装置及び感性状態判定用コンピュータ
プログラム』
発明者：中川匡弘,大橋正,篠崎亮,神保直樹

12 特許第6329431号『洞察力発揮状態判定装置及び洞察力発揮状態判定方法』
発明者：中川匡弘,島田悟，
揖斐拓人,角田拓也,
能西豊茂,本井俊博

147研究成果に関するTV取材

新潟一番
放送日 ：2006年 7月20日 16：50～19：00
放送局 ：TeNYテレビ新潟

先端技術の紹介として，本研究室の脳直結型
ロボット制御システムがとりあげられました．

脳波でのロボット制御を生放送で実演を行いました．

148

長岡市市政100周年記念事業産業・
ロボット展
放送日 ：2006年 11月22日
放送局 ：TeNYテレビ新潟

長岡市の地域産業と，先端産業の一つとして本研究室が出展をし，次世代ロボットを展示・紹介しました．

念じるだけで動くロボットを体験してもらい，本研究室の技術・魅力を体感していただきました．

149

アインシュタインの眼
放送日 ：2009年 5月6日 19：00～19：44 BS-hi
再放送 ：2009年 5月8日 8：15～9：00、5月10日 12：00～12：44 BS-hi
追加放送：2009年7月1日 19：00～19：44 BS-hi
放送局 ：NHKアインシュタインの眼 海外放送
番組名 ：Beyond The Naked Eye
放送日 ：2009年6月7日 日本時間6：10～4時間おきに計6回放送
放送局 ：NHKワールドTV

プロのマジシャンのマジックを見たときに現れる感性（驚き，喜び）を計測しました．

本研究室による感性計測により，観客の驚きの直後に，マジシャンの喜びが現れるという結果が得られました．

マジシャンの方と学生が複雑な作業を行ったときの脳の賦活状況をNIRS装置で計測したところ，マジシャンの方は複雑な作業をしているにも関わらず，平常時とほぼ同様な状態であることがわかりました．

本研究室では，脳波からリアルタイムで感性を計測するシステムを開発しました．このシステムを用い，様々な場面での感性情報を定量化する
ことに取り組んでいます．

150

新潟一番
放送日 ：2009年 7月24日 15：55～19：00
放送局 ：TeNYテレビ新潟

脳波でのロボット制御，フラクタル理論を用いた肌のキメ細かさの測定を生放送で体験していただきました．

世界初の技術である，人の感性でロボットを制御する技術の実演を行いました．

脳波の感性解析が商品開発に応用されていることを知っていただきました．

151

大木&青木がドッキドキ!!仰天パニックシアター3 まさかの瞬間ビビる60連発!!
放送日 ：2010年 1月12日 19：00～20：54
放送局 ：テレビ東京

NIRS計測による感性計測法ENIASを用いて，驚きの感性を計測しました．

仰天映像を見たときにどのくらい驚いているのかを定量的に評価しました．

152

イブニング王国！（街ネタハンターコーナー）
放送日 ：2010年 3月16日 16：53～17：50
放送局 ：BSN新潟放送※3月20日・21日に新潟県立自然科学館で行われた「美・メイク展」の宣伝番組

美・メイク展では，肌のキメ細かさを測る肌状態計測装置の他に，アフェクティブロボットの実演も行いました．

美・メイク展で出展した，肌状態計測装置を体験していただきました．

153

おはよう日本
放送日 ：2010年 5月9日
放送局 ：NHK

脳波を暮らしに生かすというテーマで，ブレイン
アフェクティブインターフェースを用いた車椅子制御を実演しました．

脳波から感性を読み取ることで，心で思っただけで車椅子の制御を行うことができます．

154

FNNスーパーニュース
放送日 ：2010年 5月13日 16：53～19：00
放送局 ：NST新潟総合テレビ

BCIで制御するロボットや車椅子の実演を行いました．

また，本研究室の感性計測技術を製品評価に
フィードバックして開発された製品も紹介されました．

155

テクノ探検隊
放送日 ：2010年 7月12日
再放送 ：2010年 7月14日、7月16日、7月19日、7月21日、7月23日、7月26日
放送局 ：NCT長岡ケーブルテレビ

カオス・フラクタル理論や研究内容，成果を紹介しました．

実際に脳波でロボット，車いすを動かし，本研究室の技術を体験していただきました．この場合では「喜び」を想起すると前進し，「怒り」を想起すると車いすが停止します．

フラクタル理論を用いた肌のキメ細やかさの測定も体験していただきました．

156

ズームインSUPER
放送日 ：2010年 10月28日 5：20～8：00
放送局 ：日本テレビ

本研究室の感性計測技術を用いて，ハロウィーンの仮装をしたときの「恥ずかしさ」や「嬉しさ」を計測しました．

計測の結果，「恥ずかしい」の感性だけでなく，「嬉しい」の感性が現れる場合もあることがわか
りました．

157

爆笑問題のニッポンの教養
放送日 ：2011年 3月1日 22：55～23：24
放送局 ：NHK （NHKオンデマンドでも配信）

番組では，爆笑問題のお二人と先生の対談や感性計測，車椅子制御等を行いました．

アフェクティブロボットのAVIOSも出演しました．

脳波で制御する車椅子や，アフェクティブロボットのAVIOSも紹介されました．他にも，田中さんの好き嫌い計測や，喜怒哀楽計測，
AVIOSとのじゃんけんなども実演しました．

158

未来コーナル大学
放送日 ：2011年 11月26日 16：00～17：25
放送局 ：関西テレビ放送AVIOSとのじゃんけん対決を実演しました.
AVIOSは脳波から相手の出す手を予想して,それに対応した手を出します.

脳波から感性を読み取って操作する車椅子の実演を行いました.

159みんなで作る百科辞典！ゆるペディア
放送日 ：2011年 12月29日 23：40～0：40
放送局 ：TBSテレビ

脳波でモノを動かすことのできる一例として,脳波で制御できる車椅子の実演を行いました.

脳波を解析し, その特徴量を抽出することで車椅子の制御が可能になります.

160

週刊BS-TBS報道部
放送日 ：2013年 10月6日
放送局 ：BS-TBS

週刊BS－TBSでイノベーションジャパン2013（東京ビッグサイト）での展示内容が紹介されました．

大学並びに企業とのマッチングに関するレポートが紹介されました．

イノベーションジャパンを通じて企業との産学連携につながった事例の紹介を行いました．

161

まちなかキャンパス
放送日 ：2014年 3月14日
放送局 ：NCT長岡ケーブルテレビ

先端感性シミュレーション工学寄附講座の報告会が開催されました．

脳波のフラクタル性についての解説と脳波のフラク
タル性から感性の検出手法について解説

光感性計測のデモが紹介されました．

３Dテレビ視聴時の感性計測事例が紹介されました．

162

Nスタにいがた
放送日 ：2014年 9月30日 17：30～18：15
放送局 ：BSN新潟放送

一般的なスピーカーでは再生できない高周波の音を発する音響機器「凜舟」が、番組内で紹介されました．

桐を材料にした帆の部分が振動することで高周波まで再生できます．

一般的なハイレゾスピーカーよりも「凜舟」のほうが心地よく感じることができます．

163

ほっと11・木
放送日 ：2014年 10月16日
放送局 ：NCT長岡ケーブルテレビ

10月定例記者会見の様子です．

ハイレゾでは、通常の音源と比べて「快感」と「安心感」は増加し，「不快感」と「不安感」は減少するという研究結果を紹介しました．

ハイレゾリューションサウンド（ハイレゾ）についての研究成果について発表しました．

ハイレゾサウンドの研究は今後も音響産業界において多くの可能性を伸ばしていきます．

164おはよう日本
放送日 ：2014年 11月28日 4：30～8：00
放送局 ：NHK

ハイレゾ音源はCDなどに比べて原音（マスターテープの音質）に近く，より臨場感を感じることができます．

人間の耳では聞こえない高音域まで再生することで，心地よさを体で受けることができ，脳のリラックス効果
や心地よさの誘発が期待できるのです．

165

ほっと11
放送日 ：2015年 6月2日
放送局 ：NCT長岡ケーブルテレビ

本学主催で開催されたイベント「ロボットにふれて、未来を語ろう」の様子が放映されました．
本研究室も参加しました．

「脳波で動くロボット」を来場者の方に実際に体験していただいているところです．

166

みんなのニュース
放送日 ：2015年 11月30日 18：15～19：00
放送局 ：NST新潟総合テレビ

BA合同会社との共同研究により商品開発
したマウステープが2015年12月から発売になります．

口にマウステープを貼った時には，貼らない時と比較して集中力がアップしていることが実験の結果で証明されました．

ガムを噛んでいる時に集中力が大幅にアップするという研究結果も紹介されました．

167

新潟一番
放送日 ：2016年 3月25日 15：50～16：53
放送局 ：TeNYテレビ新潟

本研究室の研究の要となる「カオス・フラクタル理論」についての紹介をしていただきました．

実際に脳波を計測しながら3種類の飲み物を飲んでいただき、「快」「不快」が数値となって表れる様子を体験していただきました．

アンケートでは汲み取れない感情を脳波解析を使ってリアルタイムに知ることが出来る技術を本研究室は持っています．

168

みんなのニュース
放送日 ：2016年 12月14日
放送局 ：NST新潟総合テレビ

株式会社第四銀行が主催する「にいがた創業アワード」において優秀賞を受賞しました．
表彰式の様子が放映されました．

ゆうなび
放送日 ：2016年 12月20日
放送局 ：BSN新潟放送「にいがた創業アワード」とは第四銀行が地方創生に資する創業者や創業予定者を対象として事業モデルを公募し、優れた取り組みを表彰するものです．

169

ゆうなび
放送日 ：2017年 7月21日 18：15～18：59
放送局 ：BSN新潟放送

8月のオープンキャンパスの特集の中で研究室の活動を取り上げて頂きました．オープンキャンパスでは当研究室では脳波でロボットを動かす体験を用意しています．実際に脳波を計ってロボットを動かしているところです．

目に見えない脳波を、数値化・可視化することで物を動かせるようになるという研究内容を紹介しました．

170

AbemaPrime（池澤あやかの“イケ変”見つけた コーナー）
放送日 ：2017年 9月11日 21時～23時
放送局 ：Abema TV

本研究室の研究の成果である、じゃんけんに絶対負けないロボット「AVIOS」を取り上げていただきました．

「グー」、「チョキ」、「パー」それぞれを出す時の脳波には違いがあり、その違いを読み取って
AVIOSはじゃんけんをしているのです．

脳波を使った研究が今後医療福祉の現場で役立てることが出来るよう日々研究を行っています．

171

にいがたLive! ナマ+トク
放送日 ：2018年 11月14日 9時55分～10時30分（生放送）
放送局 ：UX新潟テレビ21

本研究室と大手製紙会社との共同開発で発売した「集中力UPドリルノート」について取り上げていただきました．

ざらつきがあり高密度の紙が学習効果を高める
のに効果的であり、特に青色の紙は集中力が高まるという研究結果が出ました．

リポーターの方に実際にノートに文字を書いて体験していただきました．

172

にいがたLive! ナマ+トク
放送日 ：2018年 12月11日 9時55分～10時30分（生放送）
放送局 ：UX新潟テレビ21

普段実験を行っている実験室にお越しいただ
き、脳波の測定を経験していただきました．

企業との共同研究の成果で開発された「集中力をアップさせる効果」が期待できる商品（ガム・マウステープ・ドリルノート）です。

脳波の研究は、より多くの人々の暮らしを良くすることに繋がります。

173

研究成果に関するラジオ出演

長岡ひとまちアオーレ+1～アオラジ～
放送日 ：2015年 5月30日
放送局 ：FM新潟

本学主催で開催されたイベント「ロボットにふれて、未来を語ろう」の会場での公開収録でした．
中川匡弘教授が本研究室で行っている研究について語り
ました．

174

研究成果に関するWebの記事
平成24年3月1日
DELL Website

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176

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178

平成24年6月15日
SELF BRAND Web版
（31ページに関連研究記事）

179平成24年6月15日
SELF BRAND Web版
（3~5ページに関連研究記事）

180平成24年6月15日
SELF BRAND Web版
（28,31ページに関連研究記事）

181平成30年9月21日
FNNプライムオンニュース（36ページに関連研究記事）

182

183

184

185

186

大学広報誌「VOS」
VOS

平成25年6月発行
VOS 177号

187

188

VOS

平成28年11月発行
VOS 196号

189

VOS

平成29年6月発行
VOS 200号

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にいがた創業アワード優秀賞
2016年12月2日
地方創生に資する創業者や創業予定者を対象とした事業モデルのうち、優れた取り組みを表彰する「にいがた創業アワード」において、株式会社
TOFFEE※の業績「感性計測サービス」が優秀賞を受賞いたしました。
※中川先生が代表取締役を務める大学発ベンチャー企業

191

文部科学大臣表彰 科学技術賞
2017年4月19日
平成29年度科学技術分野の文部科学大臣表彰のうち、科学技術の振興に寄与する活動を行った者に贈られる科学技術賞（科学技術振興部門）にて、中川先生の業績「カオス及びフラクタル理論に基づいた感性計測技術の振興」が受賞いたしました。

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長岡イノベーションアワード2019
イノベーションアワード受賞
2018年12月26日
イノベーションによる地域社会への貢献を称える「長岡イノベーションア
ワード」 を、株式会社TOFFEE※が受賞いたしました。
※中川先生が代表取締役を務める大学発ベンチャー企業

193これまでの主な受賞

平成22年11月1日
第63回新潟日報文化賞（産業技術部門）「カオス・フラクタル理論に基づいた感性・脳機能計測技術の創成と実践」（株）新潟日報社

平成19年6月21日
奨励賞「有限要素法を用いた心電双極子逆推定」（一社）日本シミュレーション学会

平成22年11月10日
第5回モノづくり連携大賞特別賞「快適な打球感を追求した感性志向型テニスラケットの開発」（株）日刊工業新聞社

平成24年8月30日
第13回日本感性工学会大会
優秀発表賞「脳波による香り感性診断」（一社）日本感性工学会

平成27年12月4日
システムコントロールフェア2015/計測展2015TOKYO
テクニカルアカデミー研究発表コンテスト
優秀賞 「光電融合型スマートセンシングを用いたBAI技術の開発」（一社）日本電気工業会、（一社）日本電気制御機器工業会、（一社）日本電気計測器工業会

平成28年3月26日
第10回日本感性工学会春季大会
優秀発表賞「脳波のフラクタル解析に基づいた飲料の感性評価」（一社）日本感性工学会

平成28年3月22日
第2回健康科学ビジネスベストセレクションズ
製品・サービス部門入選「不眠・うつ・不治の病に寄り添う音と振動の発生装置」
健康科学ビジネス推進機構

194

北海道医療大学との学術交流協定

2014年11月27日
学校法人東日本学園北海道医療大学と研究交流に関する協定を締結しました．

2014年12月12日
北海道医療大学との包括協定を締結しました．

195

夢ナビライブ2012

講義ライブにて「カオス・フラクタル理論でヒトのココロを読み取れる！？」の講義を行いました

平成24年7月14日
夢ナビライブ2012 (東京ビッグサイト)

196

大学HPの「研究室紹介ビデオ」に出演

撮影風景

197

書籍紹介

中川 匡弘 単著
「Chaos and Fractals
in Engineering」
World Scientific,Inc.
1999

中川 匡弘 単著
「液晶相転移（分子論的アプローチ）」
Springer-Verlag，2002

中川 匡弘 単著
「カオス・フラクタル感性情報工学」
日刊工業新聞社，2010

中川 匡弘 分担「次世代ヒューマンインタフェース
開発最前線」
第5章第3節 脳ダイナミズムのカオス・フラクタ
ル性に基づいたBCI制御 p.355-382
NTS出版，2013

中川 匡弘 分担
「顧客も気づいていない
将来ニーズの発掘と新製品開発への活用」
第2章第4節第4項 脳波のフラクタル解析に基づいた感性
製品開発 p.187-190
技術情報協会，2013

中川 匡弘 分担
「官能評価活用ノウハウ・
感覚の定量化・数値化手法」
第9章第5節 脳波のフラクタ
ル解析による咀嚼効果の評価
p.304-309
技術情報協会, 2014.6

中川 匡弘 分担「五感インターフェース
技術と製品開発 事例集」
第6章第1節 脳波のフラク
タル解析p.195-200
技術情報協会,2016.12

中川 匡弘 分担
「製品開発のための生体情報の計測手法と活用ノウハウ」
第4章第1節 脳波のフラクタル性を用いた客観的な感性評価と製品開発への応用p.127-148
情報機構, 2017.3

中川 匡弘 分担「生体情報センシングとヘルスケア
への最新応用」
第12章第1節 脳波のフラクタル
解析に基づいた超可聴帯域のサウンドに対する感性計測
p.449-463
技術情報協会, 2017.6

中川 匡弘 分担「IoHを指向する感情・思考センシン
グ技術」
第Ⅱ編第12章 近赤外分光法による光感性計測 p.179-191
第Ⅱ編第13章 脳波のフラクタル解析を用いた嗅覚・味覚の感性評価
p.192-207
シーエムシー出版, 2019.8

中川 匡弘 分担「ストレス・疲労のセンシングとその評価技術」
第6章第2節 感性フラクタル次元
解析手法（EFAM）を用いた
快・不快感の判定 p.225-234
技術情報協会, 2019.10

中川 匡弘 分担
「化粧品における感性価値創造使用感評価と処方設計-」第14章 皮膚の表面形状の解析 p.153-169
シーエムシー出版, 2020.1

中川 匡弘 分担「生体情報による感情の可視化
技術」
第9章第3節 脳波のフラクタル性に基づいた飲料の嗅覚・味覚の感性評価 p.193-206
技術情報協会, 2020.4

中川 匡弘 分担「生体情報センシングと人の状態推定への応用」
第5章第6節 脳波のフラクタル解析と感性計測 p.493-509
技術情報協会, 2020.7

中川 匡弘 分担「ヒトの感性に寄り添った製品開発とその計測、評価技術」
第2章第3節 脳波のフラクタル性に基づいた木製パズル組み立て時の感性評価
p.111-120
技術情報協会, 2021.11

198

指導教員紹介・Accessカオス・フラクタル情報数理工学研究室
指導教員 中川匡弘 教授
1982年4月 長岡技術科学大学 工学部 助手
1988年3月～1989 年1月 文部科学省甲種在外研究員（Strathclyde Univ. 数学科，連合王国）
1989年4月 長岡技術科学大学 工学部 助教授
2001年6月 長岡技術科学大学 工学部 教授
2004年4月 国立大学法人長岡技術科学大学 電気系 教授
2005年4月 国立大学法人長岡技術科学大学
情報処理センター長 CIO補佐 (至 現在）
2015年4月 国立大学法人長岡技術科学大学 技術研究院
技術科学イノベーション専攻 教授 （至 現在）
2016年4月 大学発ベンチャーとして「株式会社TOFFEE」を設立
同社の代表取締役となる （至 現在）〒940-2188
新潟県長岡市上富岡町1603-1
国立大学法人 長岡技術科学大学
カオス・フラクタル情報数理工学研究室

Masahiro Nakagawa

Chaos&Fractals Informatics Lab
Nagaoka University of Technology
1603-1 Kamitomioka, Nagaoka-shi, Niigata, 940-2188 Japan

本資料および研究室に関する公開情報及びお問合せ先
URL： http://pelican.nagaokaut.ac.jp/
E-mail： webmaster@pelican.nagaokaut.ac.jp
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