第７回

日本光脳機能イメージング研究会

共催：日本生体医工学会・専門部会（医療福祉分野におけるヒューマンインターフェイス研究会）
開催日時： ２００７年７月１４日(土） １０時より１８時20分
会場： 財団法人星陵会 星陵会館
千代田区永田町 永田町下車徒歩３分

会費：

1,000 円

大会長

灰田 宗孝

世話人
会長

渡辺英寿

自治医科大学事務局長

酒谷

日本大学医学部薫

渥美義賢

国立特殊教育総合研究所

岡田英史

慶應義塾大学理工学部

加藤俊徳(株)脳の学校 (KATOBRAIN Co.,Ltd.)

灰田宗孝

東海大学医学部

福田正人

群馬大学医学部星

東京都精神医学総合研究所

詳子

宮井一郎

ボバース記念病院

山田幸生

電気通信大学（五十音順）
松田 景子

事務局

日本大学医学部

連絡先

sakatani@med.nihon-u.ac.jp、matsuda@med.nihon-u.ac.jp

後援：（株）日立メデイコ（株）島津製作所

プ
大会長挨拶

灰田宗孝

一般演題 １

座長：岡田英史ログラム
１０：００～１０：１０

加藤 俊徳（５題 各 １２分、討論５分）

１０：１０～１１：３５①近赤外拡散反射型光トポグラフィにおける表在性信号の影響とその除去○藤井麻美子

上智大学理工学部電気電子工学科②「NIRSデータの2次元グラフによる検討」○田村 博

田村ヒューマンインタフェース研究所③NIRS 軌道地図から見た脳の活性部位○田村 博

田村ヒューマンインタフェース研究所

大森 正子

神戸女子大学④Scope of resampling-based methods in fNIRS group analysis○Archana K. Singh1,2, Masako Okamoto1, Lester Clowney1, James B. Cole2 and Ippeita Dan1
1National Food Research Institute, Tsukuba, Japan 2University of Tsukuba, Japan⑤実用的なバーチャルリアリティ訓練システム実行時の脳活動計測と予備的評価○渡部直人（財）電力中央研究所地球工学研究所構造工学領域

昼食

１１：３５～１２：１５

ランチョンセミナー 座長：灰田 宗孝

１２：１５～１２：５５

休憩

１２：５５～１３：０５

講

演

座長：酒谷 薫

（2 題

各

３０分講演 １０分質疑）①精神疾患と口腔機能
日本大学

成田 紀之

１３：０５～１３：４５②スペクトラム拡散変調の生体測定への応用可能性について
株式会社スペクトラテック
大会長講演

座長：渡辺 英寿

NIRS 信号の持つ意味

大橋 三男

１３：４５～１４：２５（３０分講演 １０分質疑）灰田宗孝

１４：２５～１５：０５

休憩

１５：０５～１５：１５

一般演題 ２

座長：酒谷 薫星詳子

（１２分口演 ５分質疑）１５：１５～１６：４０①多点NIRSによる前頭前野Hb濃度絶対値計測－大型スクリーンによる視覚刺激を例として－○恒次祐子1)，朴範鎭2)，大前悦子3)，小田元樹3)，山下豊3)，宮崎良文2)
1)(独)森林総合研究所，2)千葉大学環境健康フィールド科学センター②脳血流パターンにおける音楽の時系列構造との同期現象

○岩坂正和千葉大学大学院工学研究科 、杉田克生

千葉大学教育学部③急性の中等度運動で高まる認知機能は関連脳部位の活動と連関するか：fNIRSによる局所血流応答の解析から○柳澤弘樹, 征矢英昭 (筑波大学大学院人間総合科学研究科),
岡本雅子, 檀一平太 （食品総合科学研究所）④音声の方向指示に対するボタン操作時の脳内反応～ NIRS データに対する加算平均処理○渕上美喜

大阪市立大学大学院 生活科学研究科⑤機能的近赤外分光装置(fNIRS)によるドライバの脳活動計測○長谷川 靖小島崇

日本大学大学院

生産工学研究科、綱島 均

日本大学生産工学部

日本大学大学院

生産工学研究科、丸茂 喜高

日本大学生産工学部

休憩

１６：４０～１６：５０

一般演題 ３

座長：福田正人

渥美 義賢（１２分口演 ５分質疑）１６：５０～１８：００①「競技かるたにおける選手の近赤外光による脳の反応（その１）」○津久井 勤、小林好真、雨木庄平、千代間大和、小林達郎 （以上全日本かるた協会）
武田昌一（近畿大学）、廣瀬百合子（一橋大学）、灰田宗孝（東海大 学）、
井上正雄（島津製作所）、川口文男（日立メディコ）②拡散光トモグラフィ装置を用いた未熟児頭部の in vivo 測定○福沢 遼 1)、上野 雅範 1)、大川 晋平 1)、山田 幸生 1)、日下 隆 2)、西田 智子 2)、磯部健一 2)、
谷川 ゆかり 3)、高 峰 4)、佐藤 知絵 5)、星 詳子 5)1)

電気通信大学、2)香川大学 医学部、3)産業技術総合研究所、4)天津大学、5)東京都精神医学総合研究所③重症心身障害児・者への介入に役立つNIRSの使用○平野大輔 1,2), 谷口敬道 3), 武田湖太郎 4,5), 岩崎博之 6)、滝口慎一郎 1), 関戸真理恵 1),
下泉秀夫 1), 杉原素子 3)
1)
国際医療福祉リハビリテーションセンター 重症心身障害児施設 なす療育園 、2)国際医療福祉大学大学院 医療福祉学研究科 保健医療学専攻、3)国際医療福祉大学 保健医療学部 作業療法学科、4)国際医療福祉大学病院 神経内科、5)科学技術振興機構 CREST、
6)
心身障害児総合医療療育センター④視空間情報保持を必要とする鏡映描写課題における前頭前野の賦活○篠崎 眞太郎, 小林 春美

東京電機大学理工学研究科⑤近赤外線分光法で毛細管血流以外の測定は可能なのか？
○仲本 博

川崎医科大学

医用工学システム循環器、太田茂、河野孝幸 川崎医療福祉大学 大学院 医療技術学研究科
閉会の挨拶

酒谷 薫

医療情報学専攻
１８：２０

近赤外拡散反射型光トポグラフィにおける表在性信号の影響とその除去
藤井 麻美子（上智大学理工学部）

1. 緒言
近赤外画像診断装置が多方面で注目されている。
しかし、現在の近赤外光機器ではトポグラムが得られるに過ぎず、局所脳循環変化と自立神経活動の影響を受ける皮膚循環変化とを区別することはできない。
この問題を解決するため現行装置の特性を生かした上で深さ情報を取り出すことを試み、簡単なファントム実験を行ったのでシミュレーションとあわせて報告する。アルゴリズムについては参考文
献を参照されたい。
. 実験装置10 光源 8 検出器の実験装置を時分割多重光源駆
動連続データ取得方式により実現した。すなわち、半導体レーザ(780nm)10 個を順次独立に低周波でパルス駆動する。検出器側がアバランシェフォト
ダイオードで連続受光し、16bitAD コンバータでデータ取得後、タイミングから各光源の送光を識別する。また、送信用ファイバと受信側ファイバとの間隔が 30mm と 15mm 間隔の組み合わせのデータを画像再構成に利用した（図１）。図２に送信用および受信用ファイバの配置を示す。また画像再構成で用いたボクセルの配置を示す。
3.ファントム
測定試料はポリスチレン粒子を染料の 水 溶 液 に 分散させ μa = 0.02mm-1(計測値)、μs = 1mm-1(計算値)に濃度調整した。血流変化を想定し、M：2×2×2(mm)、S:1.15×1.15×2(mm)、L：４×４×４(mm)の黒アクリル
吸収体を用意し、ファイバ面からの距離（深さ）を固定
してファントム用コンテナ内で水平移動させた。
4.実験結果
不要信号を想定した吸収体 S を表面から約 1mm の位置に設置し画面 y=0 水平面に沿って右から左に動かす。また同時に、関心信号を想定し吸収体 M
を表面から約 10mm の位置に設置し y=‑15mm に沿って左から右に移動させる。この状態を連続的に計測し、そのときの画面の 1 コマを抜き出し、図３に示す。左図(a)は 30mm 間隔の観測データから求めた源信号画像である。光源の直下にちょうど吸収体 S が位置していると見られ著しく大きな擾
乱が見られる。中央(b)図は提案法の ffilter によって深部信号のみを取り出した結果で、適切な位置と思われるところに変化が見られる。右図(c)は浅い部位の信号のみを取り出し画像化したもので、この成分が吸収体 S の影響と言ってよい。
5. 結果及び考察
1 波長の実験試作装置を製作した。提案する再構成
アルゴリズム用いることにより、深部の循環情報のみを画像化できることをファントム実験によって示した。本

Pulse
Generator+CounterfCLK=1.33kHz

PC

30

8 APD

16 bit ADC

図 1 装置構成概要

Phantom
Containeryxz
図 2 Optodeｈ配置と提案アルゴリズ
ムで用いた voxel の配置手法により元観測データを深部信号による成分と表在性成分による成分とに分離できる。大脳皮質における信号を選択的に取り出すことができるだけでなく、表在性の観測データを、臨床データの信頼度の評価に使用することもできる。
6. 参考文献[1] 遠藤怜子, 藤井麻美子, 中山淑, 脳活動画像化のための拡散反射型光 CT とその画像再構成法 ,第5 回日本光脳機能イメージング研究会抄録集, 2005［2］藤井麻美子，中山淑, 川中彰, 拡散反射型光
CT におけるアルゴリズムの検討, 生体医工学第 45
巻特別号 CD−ROMPS1-14-2,2007

(b)

(a)

10LD
(780nm)

(c)

30

30

L

S
-30
-30

45

-30
-30

45

-30
-30

45

図３ ファントム実験による画像 (a)現行法、(b)提案法：深部信号による画像 (c)提案法：表在信
号による画像: 吸収体 S をが深さ Z= -1mm で図の矢印で示す位置に、まだ吸収体 L が深さ z=-10mm で
図の矢印で示す位置にそれぞれあると考えられる結果

NIRSデータの2次元グラフによる検討
田村 博 （田村ヒューマンインタフェース研究所）
NIRS は酸化･還元ヘモグロビンの濃度変化を同時計測することを特徴としており、両者の統一的な解析法が求められている。筆者は酸化･還元ヘモグロビン濃度を XY 軸とする 2 次元平面にプロットして NIRS 軌道を描く方法を考案
し、図 1 に示すような 3 つの基本軌道を導いた。図 1a は TTL=Oxy+Deoxy=一定(0)の場合であり、ここでは Oxy とDeoxy が逆相で変化しており TTL は一定となる。これに対して図 1b は Oxy と Deoxy が同相で変化する場合で TTLの変化が速く、該当部位が活性化している。図 1c は Oxy と Deoxy が前 2 者とは異なる位相で変化しており、該当部
位の活動により Oxy の
0.04
0.014
0.03
CH1, 10-20s
消費と Deoxy の生成
0.012
0.02
0.03
0.010
0.01
が 行 わ れ た結 果 を 反
0.008
0.02
CH5, 44-47s
0.00
映していると理解され
0.006
-0.01
0.01
0.004
る。これらの軌道にそ-0.02
CH 4, 43s
0.002
0.00
-0.02
0.00
0.02
0.04
-0.03
0.000
れぞれ休止、活性、ル
Oxy
-0.01
-0.04
-0.002OXYープ軌道と命名する。
-0.04 -0.02 0.00
0.02
0.04
0.06
-0.015-0.010-0.005
0.000
0.005
OXY
0.10
0.10
縦横の尺度を等しくと
0.015
0.01
0.05
れば、休止･活性軸は
0.05
0.005
0.00
0
直交するのであるが、-0.005
0.00
-0.05
-0.01
Time
尺度が可変の場合にTIME (sec)-0.015
TIME sec.
-0.10
-0.05
42
47
52
57
62
は軸の方向が明
44
46
48
50
52
54
56
10
11
12
13
14
15
16
a) 休止軌道b) 活性軌道c) ループ軌道
確にはならない。
図 1 基本的な NIRS 軌道(060518sanoXY1547_40_80 HCII)
そこで座標軸を45°回転させて横
0.07
0.012
0.05
に休止軸、縦に活性軸をとると NIRS
0.006
軌道をより分かりやすく描くことができ
00る。この場合、
-0.05
0
0.05
5

6

Deoxy
Hb

Total Hb

Hb

Hb

DEOXY

DEOXY

4

活性軸
TTL=Oxy+Deoxy-0.05

Oxy-Deoxy

00.05 -0.025-0.006-0.015-0.005

0.005

-0.02

-0.05
休止軸
a)
休止軌道
b) 活性軌道c) ループ軌道=Oxy-Deoxy
図 2 休止・活性座標系での基本的軌道(MAKI 手処理¥モバイル 07¥TTLGraph.)となる。 図 2 は図 1の座標を変換して描いたNIRS軌道である。
軌道地図 測定チャンネル毎にこのような軌道を描き比較することにより、一つの作業中に脳のどの部位が活動し、どの部位が休止しているかを示すことができる。これを軌道地図と呼ぶ。

む す び
モバイル学会ではこの解析法用いて、ケータイ文字入力と手指の日常の動作との関連が研究されている。NIRS 軌道
および軌道地図の作成には、広く普及しているエクセルが使われる。しかし、データ量が簡単に 10M バイトを越え、グ
ラフも 30，50 枚と多くなるのでそれなりの工夫が必要である。軌道解析に興味をお持ちの方々のために講習･実習のご案内を出しているので、ご照会ください。その際、解析希望データの有無、そのチャンネル数、データ数、VB の活用経験、講習･実習に持参できるノート PC の有無、開催時期についての希望などをお聞かせください。
文 献[1] 田村､大森: NIRS 軌道からみた手・指動作と脳活動,モバイル2007 研究論文集､pp.1-6,モバイル学会(2007,5)[4] Tamura, H., Omori, M., Choui, M.: NIRS trajectories in OxyDeoxy Hb plane and the trajectory map to understandbrain activities related to human interface, pp. 994-1003,
Proc. HCII 2007/7, Springer-Verlag 2007
連絡先: 神戸市中央区港島中町6-14
ポートピアプラザC1803
Phone+FAX: 078-303-1560, tamura@mobilergo.com

光脳機能研究会 2007/7/14

NIRS 軌道地図から見た脳の活性部位
田村 博 (田村ヒューマンインタフェース研究所)
大森 正子 （神戸女子大学）
はじめに
別稿では NIRS データを平面上にプロットして、NIRS 軌道を描き、その形から酸化、脱酸化ヘモグロビ
ンの動的な変化を一体的に把握する方法を示した、また計測各チャンネルの軌道を空間的に整列した軌道地図を作成し、特定作業時の活性部位を見いだすことについて述べた。
軌道地図
先の報告[1]ではケータイ文字入力作業時の酸化･脱酸化ヘモグロビン濃度を座標軸にとった場合の軌道地図を示した。図 2 は休止・活性座標系に変換した場合の軌道地図を示している。活性軸成分(Ttl Hb)は縦軸に、休止軸成分（Oxy-Deoxy）は水平方向にとられている。右脳前頭前部には活性軸方向の軌道が見られるのに対して、左脳前頭部では、
休止軸方向の軌道変化が
LEFT
26
17
多く見られる。ケータイ文字入力作業では右脳が活発に活動し、左脳は休止状態の近いことを示唆している。
31

図 2 で水平、垂直の目盛
り線は 0.05 に対応している。
活性軸方向の変化で見ると6Ch.を除く、他のチャンネ
ルで 0.05 の枠内にとどまっている。これに対して水平方向では 10,19,28,14 などのチャンネルでは 5 目盛り
以上、その他の幾つかのチャネルでも相当な幅の変動が認められる。

図 1 計測チャンネル配置
HIRAKANA

RIGHT
8
3

0.05/Mesh

22

11

6

13

27

32

9

1
2
3
4

18

1

4

Total Hb

23

1
2
3
4

12

7

14
2

28

19

図 3 は Ch.32 の休止軸成分（ミドリ）を対し、移動平均をとって Mov. Ave（アカ）で示している。

10̲20061207̲1319̲01̲MP

1st5

図 2 ケータイ文字入力時の軌道地図 休止･活性座標
休止軸成分は、脳組織の酸素循環に関係があるとその特性の相違を考慮した分析が必要であり、今後考えられ、変動幅の他に高速･低速の変動が認められ検討したい。
る(図 3)ので、一括して休止軸成分と呼ぶのではなく、

Hb

Ｍov. Ave

Ｃh 32, Ttl

Oxy-Ｄeox

TASK

MARK

文 献

0.04
0.02
0.00
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08
-0.10

[3] 田村, 大森,丁井: NIRS 応答波形の 2 次元軌道を用いた大脳活動の理解, モバイル学会 研究報告集
vol.3, pp. 9-15, (2007/1)

10

20 TIME

図 3 活性・休止成分の時間波形
1-3 光脳機能 地図30

1[4] Tamura, H., Omori, M., Choui, M.: NIRS trajectories in
Oxy-Deoxy Hb plane and the trajectory map tounderstand brain activities related to human interface,(to be published in Proc. HCII 2007/7)
6/21/2007 13:40:43

Scope of resampling-based methods in fNIRS group analysis
Archana K. Singh1,2, Masako Okamoto1, Lester Clowney1,
James B. Cole2 and Ippeita Dan1
1National Food Research Institute, Tsukuba, Japan
2

University of Tsukuba, Japan

Functional near infrared spectroscopy (fNIRS) is an emerging non-invasive technique that allows
the monitoring of human brain activity in a natural environment. Most fNIRS group analyses
rely on the two-stage general linear model based on parametric test. This method needs certain
distributional assumptions that cannot be ascertained in fNIRS neuroimaging data, because 1) thephysiological nature of the hemodynamic signal is not yet known with certainty, 2) subjects are
few and rarely sampled at random, and 3) the assumption regarding homogeneity of varianceamong subjects is unlikely to be true even if the data are sampled from the same head location
for all subjects. In addition, the fNIRS data is spatially correlated, therefore the Bonferroni
correction tends to be too conservative and FDR control method also needs an assumption of acertain spatial correlation that is difficult to investigate.
Moreover, often fNIRS data are unbalanced, because it allows monitoring in situations
when subjects cannot be prohibited from moving (e.g. in the case of awake infants), which adds
motion-related noise. This noise needs to be removed, resulting in a different number ofobservations between channels, and between conditions.
Requiring fewer assumptions, resampling-based permutation and bootstrap tests mightrelax the assumptions of parametric model, and they can deal with any underlying spatial
correlation. We explore these methods with real, unbalanced and simulated fNIRS data andemphasize their ability to control familywise error and to strengthen inferences at the populationlevel, especially in comparison with the equivalent parametric and permutation methods.

実用的なバーチャルリアリティ訓練システム実行時の脳活動計測と予備的評価
渡部 直人 1,2， 原田 哲也 2， 永村 慎吾 2
1：（財）電力中央研究所，2：東京理科大学基礎工学部【はじめに】技術継承や安全教育、あるいは学校教育に資するため、バーチャルリアリティ（以下 VR）
技術を用いた訓練システムが各方面で開発されている．同システムの普及を図るためには、様々な観点から導入の効果を具体的に示す必要が生じている。報告者らは、VR 訓練システム実行時の生体反応を評価することが一つの手がかりになるものと考え、非侵襲かつ効率的に計測する装置としての NIRS 装置を用いて、実用的な VR 訓練システム実行時における被験者の脳機能を計測・評価した。
【訓練システム概要】今回用いた VR 訓練システム（以下 VREEDS）は、図１に示すような原子力発
電所より発生する使用済み燃料放射性輸送容器（最大直径約 2.5m・長さ約 6.0ｍ）を搭載した専用運搬
船の船倉内で、放射線計測器を用いて、同容器の定められた計測ポイント８カ所の放射線量を計測するもので現実の業務をほぼ再現している。被験者は自らの操作で計測ポイントに移動（ウォークスルー）
し、計測器先端を計測ポイントのマークに適切に当て、計測器のスケールを適切なレンジに設定するとともに、目盛りを正確に読み、なおかつ正確に 10 キー入力する必要がある。目印の少ない閉塞された空間
内で同一作業を多数回繰り返す必要があるため、レンジ切替忘れ、読取間違い、計測の飛ばし、などのヒューマンエラーの発生が想定される。
【実験方法】20 歳前後の成人男性被験者 13 名の協力により、VREEDS を連続して５周実行し（前後に閉眼安静のレスト 40sec 設定）、日立メディコ製 ETG-4000（3x5 ホルダーで 22ch）によりその際の前頭前野における oxy-Hb の変動を測定した。実験に際しては、再下段中央の照射プローブ（赤 No.12）
が国際 10-20 法の鼻根側 10%点(前頭極 Fp1 と Fp2 の中間点)に相当するよう調節した。NIRS 計測と同時にビデオ録画も行い、ヒューマンエラーの増大を図るためタイムプレッシャ（１周４分間の制限）とアラーム音を付加した。
【結果】被験者毎に５周分の oxy-Hb データから、計測のイベント前後 20sec のデータを切り出し、輸送容器側面６
点と端面２点に分けてそれぞれ加算平均し、１周目、３周目、５周目の oxy-Hb の波形を比較した結果、以下の傾向が見られた。
1)周回を重ねると、同一被験者で評価した場合 oxy-Hb レベ
ルが低下する ch が多く、今回の 13 人の被験者にほぼ共通している。また、計測イベントの前後計 20sec には、いくつかの明瞭なピークを示す事例が多く、計測器のレンジ切替え、読みとり作業の他、計測器先端をポイントに当てる行為（正しい角度で当てないと計測に入れない）などもこ
れらのピーク反応の原因と推察される。
図１放射線計測作業の状況
2) １周目から５周目に進行するにつれて、被験者のおよそ2/3 の事例では、主に反応する ch が左前頭葉、左右前頭葉（双極）などに「局在化」する傾向が見られ、残りの被験者では未局在状態と判断された。
【考察】前頭前野の判断・読みとり・入力作業を伴うと推察される上記「計測作業」を繰り返し実施す
ることにより、1)５周目でも oxy-Hb 上昇が見られる ch が残るのに対して、他の ch では oxy-Hb の反応レベルが低下する傾向が見られ、被験者の短期的な習熟に伴う脳機能の局在化傾向が見られる、さらに 2)その過程には個人差があるように推察される。今後は、最終的な短期的習熟の結果どの ch に絞り込まれるか、個人毎の傾向も踏まえて検討するとともに、ビデオ録画した飛ばしや読みとり間違いなどのヒューマンエラーと oxy-Hb 変動の相関性、ならびに長期的な習熟の影響についても検討を進めたい。
【まとめ】放射線計測という現実の作業をバーチャルリアリティ訓練システムで再現（換言すれば非侵襲化）し、訓練中の脳活動を NIRS 装置で計測した。その結果、VR 訓練中の被験者の脳活動を捉え得ることを確認するとともに、繰り返し作業にともなう前頭前野の習熟の様子と、活動領域の局在化の可能性について予備的な傾向を捉えることができた。
上記の評価・分析を行うにあたり、東海大学医学部灰田宗孝先生より貴重なご指導を頂きました。
心よりお礼を申し上げます。
【文献】
1)灰田宗孝：脳機能計測における光トポグラフィ信号の意味,MEDIX VOL.36, pp17-21
2)渡部直人他：VR 訓練実行時の脳内活動計測に関する計測方法の予備検討，VRSJ 10th, pp7-8, 2005

精神疾患と口腔機能
日本大学松戸歯学部顎咬合機能治療学

准教授

成田紀之

精神疾患にともなう口腔の身体化症状には、咬合違和感、唾液や味覚（苦味）などの口腔感覚異常などが挙げられる。とくに、執拗に噛み合わせの違和感を訴える咬合違和感症は、咬合調整や補綴治療によりかえって違和感の訴えが増悪することがあり、歯科医にとって難渋する症例である。
また、噛み合わせの違和感は咀嚼筋の痛みによっても自覚されることから、その要因が心的であるのか顎機能病態によるのか、さらには咬合が直接的要因となっているのかを鑑別し、診断することは歯科医の難題とされ ている。
これまで、精神疾患患者において、賦活課題による前頭前野の活動性の低下が報告されている。そこで、咀嚼を積極的 に前頭前野を賦活しえる課題と位置づけ、口腔に身体化症状を訴える精神疾患患者を対象として、咀嚼運動に か かわる前頭前野の活動性につ いて検討を行っている。
健 常 者 で は 、咀 嚼 に 同 期 し た 有 意 な 活 動 性 が 前 頭 前 野 の 背 外 側 領 域 に 示 さ れ る 。
また、咀嚼の想起によっても同様の活動性を認める。一方、精神 疾 患患者では、咀嚼ならびに咀嚼の想起によ る前頭前野の活動性は、いずれにも健常者に比べて有意な低下を示している。
前頭前野背外側領域については、運動意 欲、報酬への関心、ならびに食感 覚とのかかわりが報告されている。また、精神 疾患（うつ病）では、前頭前野の活 動性から相対的な不快予測の優位 性が報告されている。
以 上 の こ と か ら 、精 神 疾 患 患 者 に 示 さ れ た 咀 嚼 に と も な う 前 頭 前 野 の 低 活 性 は 、咀嚼への意欲の低下ならびに報酬に対する関心の低 下、さらには口腔の感覚認知過程での変調を示唆するものと考えられた。
本 研 究 会 で は 、口 腔 機 能 、な か で も 咀 嚼 に と も な う 大 脳 皮 質 の 活 動 性 を も と に 、口腔の身体化症状をともなう精神疾患患者における口腔機能の 特 質について講演をいたします。

スペクトラム拡散変調の生体測定への応用可能性について
株式会社スペクトラテック 大橋三男
(ohashi@spectratech.co.jp www.spectratech.co.jp)
生体測定、特に脳機能計測に有用な測定方法である近赤外分光分析法（NIRS）において、その基礎をなす測定時の光多重変調技術として従来 TDMA（１）あるいは FDMA（２）が使われてきた。
昨今のデジタル技術の発達とともに携帯電話の通信技術として広く知られる CDMA（３）すなわちスペクトラム拡散変調を使って今回基礎的な計測実験を行い、生体測定への有用性が認められたのでここに報告する。
CDMA による多元接続方式は ON/OFF 制御で変調するレーザ光変調とは極めて相性がよく、従来手法に比べて多重化の理想状態に近づけられる。また、その自己相関性の強さから外乱光による影響も少なく、さらに従来手法に比べて容易に多チャンネル化、高速化、高ＳＮ化を実現できる可能性が見えてきた。図に示すように、非常に高い S/N とチャンネル分離能が得られる。
250000000

5MHz 帯域をもつホトマルを使って1MHz のチップ周波数、拡散率１５ビッ
ト（理論帯域１５Hz）で取得した側頭葉での 3cm 距離での実測波形。

200000000

受信光強度150000000
λ= 6 9 0 n m
λ= 8 3 0 n m
100000000

50000000

レーザ出力：2mW/830nm
ホトマル GAIN：５ｘ10６
SNR：49.5dB (弊社製ファントムにて)

937

865

793

721

649

577

505

432

360

288

216

144

7 2 .1

00

計測時間〔 単位m S)

100000000

90000000

80000000

70000000

LD 1
LD 2

60000000

LD 350000000

LD 4３ｃｍ間隔で３行３列に配置したファントムを使って、帯域 100KHz の APDを用い、100KHz のチップ周波数、拡散率 16 ビットで取得した各チャネル分離能力の実測波形。

LD 540000000

LD 630000000

LD 7
LD 8

20000000

10000000
0
1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

-10000000（１）TDMA：Time Division Multiple Access 時分割多重（２）FDMA：Frequency Division Multiple Access 周波数分割多重（３）CDMA：Code Division Multiple Access 符号分割多重
参考文献
１）W-CDMA 移動通信方式 立川敬ニ監修 丸善
２）スペクトラム拡散通信 山内雪路著 東京電気大学出版局
３）ヘクト光学Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ Eugene Hecht 著 丸善
４） 生体信号処理の基礎 佐藤俊輔 吉川 昭共著 コロナ社

レーザー注入：４箇所、各２波長
使用波長：690nm, 830nm
レーザ出力：2mW/830nm
APD GAIN：10７  \oqQu1<D6B4H H¡}

QOZ%l[
Q8:4?9OZ%

$

r{bdYd ~ fc


u|gw u%|gw$&  $yW/m|g-x

*$%nw-bT-!%]

!%yW$IG%_V)z_V/|g-:68ABC2;75>BC8=4?90 
-&5B4@938BC2;75>BC8=4?90 aQ-&u    #"-.+%j&$

%F

aQ&veM-

,|gp%¥%LJ$U£#u|g!P.E¤- u|gw
nw
tRh
 
z
 
z

yW

yW

z
  
z¢S
F
F
K
¦
K
¦

p¢S
K
K
¦
¦
))¦
))¦

Ms
¦M
Fi
eM
¦M
eM
Fi


 z&%W%']  $*$^`X(z&Eg$N.-k-z`X-%&%G%`X$*-]  z!^









- 1 -

i  5-:%5!6b5:;!  i 6b3S!
S(ja-<(!.=5p,1

7 

kc

S6jaTR5ja-<".6/8DC@
6r!  (ja-<*334<"
i 5  >$/Z>-" >$!DC@7u6vwb2#<"
qu6b27e5!eu6b27q
(sc+=1$<6(^<",',!
*6n57ydQ\''01&;!m~5
7o{2)4$"
i   Z












Pz! 7mX2#<62`,9-$"5[GJAMI>}-<"
i 7|KF?B[GJAMI    i  [GJAMI 2<"!

6

>$!gyk3Uxth
>V01!fELOHN6]_>01$<"
i   3   6[Yy6
Wls!      













!"





















 

- 2 -

] 4W63,  )   - ) ,"6[Y.T!

(5y-[Y)mo,36n`,yNal|)-Kb(qg8!#)(   {f8w2476$$~L.
],%3,hoIL(6#)4c-R

w14+

9'R

 ~L,"6R]  ~L,r"6RoI
















~L,"6Rz-}j.hoI6R-zb

 bP8i6&2,.}X+e_kM/sVt)\yp^x+*86k6R

$

W7/vg,35[YOp

w2476 

##( 30  .uUR)SdR-hf .R(6 R>D<E@
R>D<E@(6@:;?HBGHA8],%Q.  (6#74-@:;?HBGHA8]  ,%CF=H,Z5J"] ,%3,,$zb$&

- 3 -

+*(G  Z!



6*/G  3792

=+*(  =27-(.)'8

%W





NORdA%QW

+*(

jF6*/
@[KH
:%M

+*(


iF+*($$
+(*:"6*/

:%_Z



1&'09c;B;%^         

G 45,9                      G he`Y






G  +*(









G  f>b;VgB;1&'09

XEUSPJIa$#;V"T;%L?C]



#

#

D


;V;$$B;1&'09<;

G  1&'09f\








- 4 -

 L.

u,=46;F+-~~~,OjP$2v*1Znh(]}21#22'1,(#2$2,Znh,=5C8F(aR(1,(1b&',y(-rM  J,YX3jPPi1,/*sm(jP

2%O:?7B=,>A7D<E]V[3[  +w"[  O:?7B=d,efU+`"1>A7D<E9F8




















 =4E:@_ ,/+c02%>A7D<E9F8k!jP

2'13=4

E:@3t'j|!%[  +w"=4E:@3t'p^!%gHK)!'-   YXK    [  =4E:@)!'\lzo)!%zo-x3WQI
T!% 


)!',zo)NS3t)!',zo3t%

#203qG!'&%),O:?{y(jP

21>A7D<E3#2$2[  [  +w"- 5 -

W   7tE!&YV.KUW   7tE!&YV.KU






        



























I61u|c~$6%6.=?8A<B7mPPk)4G.=?8A<
B-ZT,+w6)5(04].}.s\*/MR

3#{^L/q03,1..=?8A<B-pJ!&KUb36)
5+w

6&o-M.s\-()h"5 M.s\W  -iQr.s\zl7w"W  iQj|   .KU/NSKU.KU/@:;.}7')&M.KU*5


  








 

 .2-}O7!)&KU-()degxa7>C9-!&  f  v36)5_XM /E.a*y*5     *  /D..j|.n,M.iQj| /.[HF.

M.`*5- 6 -











,ZhU+J&453c,<?;+R

1su;,[wMA{|\k{lr-RY2D$'1|+%'FC:Y 2MA!#KE2H 
X8:Y 2MA!#KE2H  +gH  FC:Y ,MA9OW     H  X8:Y ,MA9OW












μ  







FC:Y L@1)H  .0;qvVt+fm

X8:Y L@1)\k7*1;qv,MA-T*Qx,ze , N  /, BS I, aP + 1 ;qv 21)>16Z

 { 

   |/,o2d#,j]2J+ni#,KE,aPc_2H  +",j]2H  +gH  aPc_ ;b)^=G,py-  (1    , 
`v







- 7 -

3  2I/

740HK 3  2I/

740HK   

3  2I/

740HK



3  2I/

740HK





















































































































 































































>DMENC

0HKKI/!"0HK=#1#0',<6#*-.)JB#0HK$/?5G:;

8+'(%&F<6A9$3  @
3

 3

@JB

*-.)L

0HK

                 3

<6A9*-.)JB















- 8 -

}a2N@D>EA.3N|!P80+5H /VSLd/N|2p.uo(-:Z   .o)71VSLd!]"$0:/N|!n$0:+5p2\R3VSLd*2622\R79`'$0:*&.N@D2
MT<J{2N|.xi(+qf<Z  1o)Z.o)71Ozs!cY(-:71y:Z   N|179xi(+N@D>EA



















(

(&2xi16X!:*;3_1N|!\R(-:23t,%.:8t2N|\R.xi):4".:/2k.: /N@D>EA2Uej^h#1N@D>EAMT2bW<lz):+51N@D>EA/   MT/2L<j^(+Z  1o)71  ~?=F2K2vr~1N@D>EA2CGIB<wm(~!Q^(+- 9 -

0g[^(-j< 

 RO#/3KSJ












+02*,/%23(1("!$P:8   ?MC6

A>+02*4IFL<   
< 



 A>H@3=C6

 A>H@G  DB+02*4IG

















5;+02*4I97'-N&.1)/5;EQ< G


- 10 -^ Xvsj           ^  bvsj









"# ;Xv $bv 

$"# ;Xv  $bv $!! ;Xv  $bv 

5&A$"#$!! ;tyanh

f9o~*z>@C1%-)-$"# 5;o~*c@C8)21%+:+6)@$RFHEIG:QY;V8B  Uj5;{gSi8'+6*TB%
 RQY:f]   6RFHEIGQY5 "# :o~~P*O'M*p,C$RFH
EIG5x4'BQY;e/-?  6;ZJ5;8'6u(@CB%0+
5$RFHEIG93'4$0:QY:ldDu(4=1'%</$}|`R
50:[W9Jm~L.B:;krwq87:r'wq5&B%+:M; 
      

K9p.%











- 11 -*_\-4'B%0CDN

D.f-QJzmL9O7(}#6*\  -{#p*,5

~0+ZV-bE#6H86\ ~g*.ZVKm















Lie H, et al: Med Phys 22: 1209-1217, 1995.





Co

v

\  .s-n| *e.|*476\  

v

.k[









%)Y"

v_S)2._S-36^X*  ._S-36^Xa]#6)  .rR-'(F)`,x$6 ._S-36

v_S)/.ujU-Idl)yx-{#3-P(rR

7&   /\ 76&1h$_S#6Co

362.)6*\  WM-{#3-tv  ._S-~@=?).T

_S!

  /wc#62!N)rR!(6<>:A;BG*!(t~-a]#62.*!q-t~vR!(-O6*i-%.g9- 12 -

WQ&2$+

1N*/bPP`,+&2+oqd.WQ-K  /eZ&2$++,2
U  oqdXR-#2 .WQx

  .WQy+  .WQ

















u[.N7<4A:.MT/U  -j&0-  +    !WQ%
  !LG&286ED3+2U  OVio.N7<4A:MT.86ED












Fs.N7<4A:.MT/I+%)clqkH.;>4C9D3bP%
Yqk/r,+n2+U  .0-o.Jt! wWQ%oq
d! wWQ'._v\z! wWQ%(+&25=?BE5@Dma/U
 .OVi86ED.g]3p"S^%)2h_f*$.0,  - 13 -{h$8P;sYt8GAK1Q/369.
b  WBE=JDU^0>FHLN>IMu  

A simulated normal patterncondition

 Increase of CBF by 40%
 Increase of metabolism by 10%
 Increase of velocity by 21%
  

















!0u;v$8(3/Xk\

c0m  _/WBE=JD/58

w|g;)(@?<1Z0o0pq\,8b  /X\0T0 -c }V;$'0ub  /$5/ 

Or$8C@NMe69(*27!0GAK,8-X\0c0(30yl]/Rf.zd[%xj,:98zd[;0d[,!-Yt%*27d[#.(3/  d[$8u-.)(-,8xj0d[/57
z;d["&801~/a29+7 0d[/RSd[;n`840-,8b  iX\

cT0



 }V













- 14 -S  JwMluU[k*H8;5=:bXj_

















S 
 )g!0)Vem`U[k)%.Aq*ITf96@?   *KcxZEB
S  Vem`U*%2'.*<7>&r]&2G      S      *KcxZ










Multiple cerebral

Multiple cerebral
i f
di






DA4,'-2'DB*0)(2 H8;5=:*FO+C'%ainh)d^!2 Wnh+Pvl4R3"o(DA4p\2' H+s1/!yQN*Y(ztL4s$#HC'(2- 15 - T%&Zbca<(*1Mca-XD3*
,W>,.('BH4df!2( ,KF-caP,KF4` ,KF-  (  ,"3KF ?;-  ,KF4GV!2eQ+-@N*

&.KF!2

J  +=:4J`!2
J    (h,gA














J  +`!Y+C6785,^;+2Mca-\O32

J  ca(6785,gA
















J0E2/+Mca+$0*'XDI+$)1_$C9]S,'#30,UL(Mca+$%&R%$C-XD'*6785,^;+ca2(ca+$0*C,U[2,'- 16 -4<m.@BA?+;:A9,@BA( lo$%#"
={Cq3A9af.p2`*dClo3A19.@B7*A(1<=lo9- $%#"')A*=LOMOlo9b>B7*A(cc;k<Z25wiC3( Z



















1<?+;.Z3A9<~*.e]2'v927W<
n.e]3A(1<Z259/<{<Wn<g^C\2'Z<}jC25<.Y@8)A(  #  ##$ ## $#!%$#$&!"" " ##       (UQ'Y@<rCT3A198 $%#"<W};R,Am
;6*7t3A(c;tGEOLDJOH;IFKN|]{CXB'4BCx25

y9z25yQ8<W<n<wiC3(W=DJOH<Ps-@X
B7*A({.zB7*Au=c<_V<y8[A?+;'Sh.

- 17 -0385OP06!

;>2I/A

MDQC!<:3OP!6!

; MD7!<:R9SQC!<:R>S3OP?



















;    "E=!JL1GNK"I;  3FH3&$%.(    ;   E=NK








 *).-',.+"@#H3
&$%.(3',.+OP3&$%.(B4!



- 18 -Of`E*mb.a78W-_36+ .(3Z[u[i-I.rsU!QK%)"O

 maH_\.IrsU.RL












O

 .JhX N.pn.k^8j&x/01MD*6













O

-$.cS.JhX8j&wN.cS*'.\S[/ +01MD*6$+  

4JhX/vT-l"$.hq/mbP].

=A@C:+Y56$+8j%)6o  -g.mb-#6>?<9B;<+  .\S[+.uG8j&2(O-rsU!  -Y62*.\ty +>?<9B;<+.uG8j&Ve.F,!4mb!d",- 19 -

2%i9:75<67=P"2%ja`W*Df!."'1k *Z'

2J0E2/(cL)9:75<67 h$3+k *  \$2
J   9:75<67%k )eB












J  (V%?d% )Sb4["
















>^*,-HQ)CI4[!#2 _A*`UgR!#2%YX"2`U(T32'&
FONG  2]M@=$*a`W)Df*K38;8;%'2

- 20 -')$# AvBA-%$)#)!@Yk7.KRNO
T4j5?H=vBn7.LSNQT4h2H=
D?>40H=

8H/xgq8H/ ]zB *'$" @mA  A}l@.6AA^4o1p
40HA<.9IJ7;}l7:wBG<0H=AtJ.

eec7;1HA<.66<9I@I:1/
tB       $#)'*)$#$)!$+)*(,('%##)')$#
)$(%)'$($%(#!(      .=    !$+

)"%)( $%'-#&*#))$#$)((*"$!$# d     <0H/

@6At@_;5H ('') AAXuJ8/









d


@]z@EHMPUN\A|@EH[sWA ('') J ¡¡=i2:fbAYkrJ8/d ZusWA{Ykr












d3F`Hy@.~8H=[BV=7;au@C4.~7;1?1=.

- 21 -   7U u4aZ-B61CVqpS&h(
5B^  6FLQHW7IKEOGPD
7zeU7    TdlD~-

62ze,0`[7   ^    $?:   zeU7    Tdl
























^  8X|x&  Dm,5)C95@5"

7NJMDtg

Z,0=73!B  8yC7"Y>i7"w
m-Bj85"4X|x=no,2B
6v;w

]8V3!B

%@3B4k6[y,/7iDc(-B

38

8Y
/70<y

&(5A    &f+(5A   &}{,r(5Bx8X|

7ze38*7V7  &zes6b'(R,

2"B8.3!B4D@,2"B73!B _3^  6~-?#
6X|x8   4   7zeU7   TdlD_\,2"- 22 -

;'4\#9V;83   $]W*;0    5NK) 0  +).   5]W*;L$j(<.;7:    $^%&2;0nmhSq$o%3&&2:+4UQ4Z
X$]!AD=H?Ip$]W),f3eT(<;4/;\    0mkl4GBF








\     "86   4    O_b

















MJ4Rig4[sco3`)Q>C=E@4PY3148- 23 -

2ar$d

=#@¥).7,b4t·5^.|  4EDPMBKPG/£?>."<t´4¢0).5#2<r843z*=o  a4]4¬®
















o  3*:

3]5«®)±d@¬-,]0r¢/y&mj(>.w&2-,]$_3cn3f¯*=0y]d$T0).c0).¦[(>='002<r¢/4qi51c/%20!
;>=o/*Z82²35

¢$<+'@47@¬-.

%,]$8y0!=0gª4§/=]CIALF5T0).
¢S4HJANEO@c).=0!=0b4Tx*=5+>61y{¶50!;>=5¡9¡21

0°-.#2<'4'05¢4uv$#2<X&]$¬<9*
U@*)#)µ4r(5­/<   $¨%4c3{¶@R!=µ4r($`Y3QY14v#e;2/
5 @^&ls*='08/%2
 8) $]CIALF\k3³R*=0Vs*=0©:&£?>.=4~i4c314:

2{¶$=#!."&}¤$

=4~i±W/5¢$ph).='0+>3:=    4ph@4~i0).¦[).=o  3*:- 24 -

3¢hZ*14     +hZ,     +B+
hZ70#2!$.3s\713o!4F')4  

,¡P.&S5%4'!4'hZ!4,"&4sK&,  ,LC~%2"

%S5%3  *%,¡P+S,S +q¢,0+'254"5*%0

+',iQ*14<>8@:A+k\*,W)c£v&0
4}&,Qk&"k\5%)+&c£,).#k\5#g_,wENx+kS~%4'7tb


+

 0`/k54'r654

 IBQ9=8?;*z4O^+tb*$%m%#Q9=8?;7V!4y+]*)5-n&4 p{,2*M[)(Q9=8?;*q¢7D4ej*$%0H#+,IX+QJ&!&*
2Gd+J+|2,Yu#+T*

4











- 25 -

#Rl&4'%,Ufa!

多点 NIRS による前頭前野 Hb 濃度絶対値計測−大型スクリーンによる視覚刺激を例として−
恒次祐子 1)，朴範鎭 2)，大前悦子 3)，小田元樹 3)，山下豊 3)，宮崎良文 2)1) (独)森林総合研究所，2) 千葉大学環境健康フィールド科学センター，3) 浜松ホトニクス(株)中央研究所【はじめに】 これまでに近赤外分光分析法(NIRS)を用いた脳酸素代謝モニタリングにより，様々な刺激に対する前頭前野の活動の変化を測定してきた。また時間分解分光法(TRS)を用いた前頭前野ヘモグロビン(Hb)濃度絶対値計測を行い，安静時における前頭前野 Hb 濃度には個人差があること，また安静時 Hb 濃度と刺激時の Hb 濃度変化量の間には何らかの関係がある可能性があることを報告した 1)。
本研究では左右前額部 5 ヶ所ずつ，計 10 ヶ所の部位について，それぞれ安静時 Hb 濃度ならびに視覚刺激
時の Hb 濃度変化を測定した。これにより，前頭前野内の部位による活動の違いを検討し，さらに安静時 Hb 濃
度と刺激時の Hb 濃度変化との関係を部位ごとに検討した。
【実験方法】 被験者は 20 代(21.6±1.5 歳)の男子大学生 19 人と

CH1

CH3

した。視覚刺激は縦 3.40m×横 6.25m の大型スクリーンに，内装の

CH5
P8

P3

右

異なる居室の写真 3 種類を高解像度プロジェクターを用いて映し

CH1

P1
P2

出すことによって行った。視覚刺激前に被験者をスクリーン正面に

P4

P6

P5

P7

E1

P10

CH8

E2

CH6

CH2

左

P9
CH7

置いた椅子に閉眼にて座らせ，安静状態にて前頭前野 10 ヵ所(図1)の Hb 濃度絶対値を計測した(浜松ホトニクス社 TRS-10)。その後
スクリーンに何も映さない状態で多チャンネル NIRS(浜松ホトニクス
社 C9866)のセンサーを前額部に設置し，ホールの照明を落として脳活動をモニターした。活動の安定を確認後，写真を 90 秒間スクリーンに映し出し，その間 2 秒ごとに Hb 濃度の変化を計測した。
刺激の順番はランダムとした。
【結果と考察】 視覚刺激時の各部位における酸素化 Hb(O2Hb)濃度の変化より，部位によって活動が上昇する傾向を示した部位と，

図 1 センサー位置と測定部位(P1〜P10)部位があることが認められた。また，安静時
O2Hb 濃度と刺激時の濃度変化量(90 秒間の平均)との相関係数を部位別に検討したところ，刺激の種類に関わ

酸素化Hb濃度(変化量)(µM)

低下する傾向を示した
6
4

6

6

y = -0.0669x + 3.7387
R2 = 0.2699

4

y = -0.0936x + 5.2031
R2 = 0.4825

4

2

2

2

0

0

0

-2
-4

-2

-2

刺激：写真130

40

らず安静時濃度と刺激時の変化量が有意な

50

-4

60

70

80

y = -0.1236x + 7.0084
R2 = 0.4169

刺激：写真2
30

40

50

-4
60

70

80

刺激：写真3
30

40

50

60

70

80

安静時酸素化Hb濃度(絶対値)(µM)

図 2 安静時濃度と刺激時濃度変化量との関係(O2Hb)

負の相関を示した部位があった。図 2 に一例として測定部位 P2 における安静時の O2Hb 濃度と刺激時の濃度変化量との関係を示す。この部位では刺激の種類に関わらず安静時の Hb 濃度が高い場合に刺激時の Hb 濃度低下量が大きい傾向が認められた。このような検討を進めることにより，前頭前野の脳血液動態の持つ意味の解釈がより深まるものと期待される。
1) Tsunetsugu Y and Miyazaki Y, Measurement of absolute hemoglobin concentrations of prefrontal region by near-infrared timeresolved spectroscopy: examples of experiments and prospects. J Physiol Anthropol Appl Human Sci, 24(4): 469-472, 2005

脳血流パターンにおける音楽の時系列構造との同期現象
Musically Induced Synchronization in Human Brain Hemodynamics
岩坂正和（千葉大学大学院工学研究科）、杉田克生（千葉大学教育学部）
M. Iwasaka, K. Sugita (Chiba Univ.)

0.49

F4−Fz midpoint
Right forehead

0.47
0.45
0.43
0.41
0.39
0.37
0.35

Time

Absorbance at 805nm [OD]

Absorbance at 805nm [OD]

本研究は、音楽の生物学的基盤の解明をヒト大脳皮質血流の時系列パターンに基づいて進めることを目的とした。音楽のダイナミクスに関わる脳活動の時系列情報を脳血流パターンから抽出するため、近赤外分光による脳血流計測装置（1 チャネル）を用い、音楽 の能動的聴取（演奏等）と受動的聴取の際のヒト大脳表面近傍の血流動態の時系列ダイナミクスを計測した。ヘモグロビン酸素化（および血流）の時間変化と楽曲特徴との相関解析を進めた。特に鍵盤楽器、弦楽器、声楽および声/楽器による演奏プロセスでの脳活動のデータ蓄積を行った。楽曲演奏時の能動的音楽聴取と、録音再生音楽刺激による受動音楽聴取における脳血流ダイナミクスを、個々人の音楽経験度を指標に分類しつつ計測を進めた。
我々のこれまでのケーススタディでは、特に鍵盤楽器の演奏期間中、ヒト前頭葉で血流量（および酸素化ヘモグロビン・レベル）のレベル低下が見られ、その間の血流変動パターンには曲構造と同期した例が多く観測された。この血流パターンは同一被験者（演奏者）がくり返し同一曲を連続演奏した際には再現よく類似した血流パターンが出現し、異なる被験者間でも同じ演奏曲目であれば類似した血流パターンが得られた。さらに、前頭前野と聴覚領野とで血流パターン位相が逆転することを見いだした（図１）[1]。一方、弦楽器（マンドリン）の場合、演奏開始・終了に再現性よく一致した血流の増加・減少がみられ、この現象は弦楽器演奏における脳―身体特性を反映したものと推察された。
演奏タスク中に前頭葉全域で見られた血流量（酸素化ヘモグロビン）のレベル低下は、先に報告された視覚系刺激[2]や演奏模擬表現（片寄ら）[3]での脳血流 時系列パターンと類似したものであり、音楽に没頭することによる前頭脳活動の抑制・安静化と解釈することも可能である。
能動的音楽聴取（演奏）と受動的音楽聴取（鑑賞）の脳血流パターン[4]の比較解析を NIRS によって推進することで、脳内において外界の事象を真似る仕組みにおける身体性の役割、そして現代人に限らず生命一般のダイナミクス・リズム形成における音楽の果たす役割 の解釈も促進されると期待できる。
0.805
0.8
0.795
0.79
0.785
0.78
0.775
0.77
0.765
0.76
0.755

T4 Right ear
Time

1 min

1 min

図１ 音楽演奏タスク（エレクトーン）における、前頭前野と聴覚領野での血流パターン位 相逆転現象の例。同一曲目を２回演奏し、それぞれ右前額と右耳付根近傍で測光した吸光度を示す。矢印は双方のパターン間での逆行形の明確な箇所を示す。
謝 辞 本研究はその一部を（財）島津科学技術振興財団および（財）ヤマハ音楽振興会からの研究助成によりました。また、千葉大学 石井琢郎さん、下茂円さん、揚原祥子先 生 他、
音楽認知計測プロジェクトの方々に謝意を表します。
文 献[1] 岩坂正和：音楽知覚生成に関わる前頭葉ヘモダイナミクス、第 21 回 生体生理工学シンポ
ジウム論文集、335-338 (2006)[2] S. Shimada, K. Hiraki, G. Matsuda, I. Oda: Decrease in prefrontal hemoglobin
oxygenation during reaching tasks with delayed visual feedback: a near-infrared
spectroscopy study, Cognitive Brain Research, 20, 480-490 (2004)[3] 片寄晴弘：音楽における没入感に関する検討―技能の拡張と身体性の視点から―音楽とエンタテインメント、日本バーチャルリアリティ学会誌、9-1, 10-14 (2004)[4] 岩坂正和、菅生恵子、下茂円、石井拓郎、上原敬生、錦城明日香、揚原祥子、杉田克生：
近赤外分光法による脳血流計測を用いた能動・受動的な音楽聴取時の脳活動観察、情報処理学会研究報告、2007-MUS-69、1-6 (2007)

急性の中等度運動で高まる認知機能は関連脳部位の活動と連関するか：fNIRSによる局所血流応答の解析から
柳澤弘樹, 征矢英昭 (筑波大学大学院人間総合科学研究科),
岡本雅子, 檀一平太 （食品総合科学研究所）【背景と目的】運動が認知機能を高める効果をもつことが明らかになってきたが、その詳細な機構はほとんど知られていない。中等度運動は、stroopテストなど認知課題の成績をあげることは報告されているものの、その際の脳活動は測れていない。最近、認知機能の評価法として、fNIRS( functional near-infrared
spectroscopy) を用い、課題を課した際の成績と課題中の脳神経活動とを同時に評価する方法が開発された。この方法では、神経活動は局所脳血流(rCBF: regional Cerebral Blood Flow)と比例して活性化することから、認知機能を左右する要因として局所血流の反応性を挙げることができる。これまで、fNIRS
を用いて、Stroop課題時に中前頭回や前頭前野外側部(LPFC:lateralprefrontal cortex)の局所血流反応が高まることが確認されている。また、血管性痴呆の患者ではstroop課題成績と認知課題中の血流反応が共に低下することがわかっている。果たして運動による認知課題の成績向上には、関連する脳部位でrCBFが増加しうるのだろうか。本研究では，一過性の中等度運動が認知機能に及ぼす効果ならびに脳機構について、fNIRS を用いた局所血流応答の動態から明らかにすることを目的とした。
【方法】
対象は21歳から24歳の健常な成人男子8名である。まず，全ての被験者は自転車エルゴメータによる・・漸増負荷実験で最大酸素摂取量(VO2max)を測定した。そして50％VO2maxの強度で10分間のペダリン
グ運動を行い，皮膚血流と中大脳動脈血流速度が安静時の値に回復するために要する時間を測定した。
この結果をもとに実験プロトコルを作成して、本実験を行った。
・
本実験では，50％VO2maxの強度で10分間のペダリング運動を行い，運動の前後で認知課題中の局所血流反応を測定した。前頭機能テストは，color-wordStroop test(Stroop課題)を用いて事象関連のrCBF
をfNIRS（機能的近赤外分光分析法：ETG-7000）で測定した。測定領域は，中前頭回を含む前頭前野
外側部である。チャンネルごとの脳測定位置の同定は仮想レジストレーション法にて行った。
【結果・考察】Stroop課題の反応時間は運動群で有意に向上した。
その際の局所血流応答はFAの広い範囲で増加し、とりわけ前頭前野外側部と中前頭回で顕著にみられた。これは、ST課題に関連したLPFC周辺領域の神経活動が、運動後の課題時により大きく亢進し、このことが課題遂行に何らかの影響を及ぼした可能性がある。この結果は、一過性の中等度運動で向上する認知機能が、認知課題に関連したLPFC周辺の部
位における神経活動の活性化と連関する可能性を示唆する。今後、課題の難易度や運動条件との関係をより詳細に検討する必要がある。

第７回

日本光脳機能イメージング研究会

音声の方向指示に対するボタン操作時の脳内反応〜 NIRS データに対する加算平均処理 〜渕上美喜＊, 岡田 明＊, 大森正子＊＊, 田村 博＊＊＊＊
大阪市立大学大学院, ＊＊神戸女子大学, ＊＊＊田村ヒューマンインタフェース研究所
1. はじめに
我々は、操作者の身体と機器とが対面しない環境
における操作時の方向認知に関する研究を行っている。これまでの実験では、操作ボタンを用いた方
向選択課題により、操作者が方向を判断して適切なボタンを押すという一連のプロセスにおける行動
指標（反応時間およびエラー率）や、NIRS 測定による生理指標をもとに考察を進めている１)２)。本稿
では、実験によって得られた NIRS 計測データから
Excel を用いた解析によって脳の活性状態を推測す
る手法について紹介する。

2. 実験内容

した時点が基準となるようデータ処理を行った。それらのデータのうち、まずは総 Hb の変化を比較することでボタン操作前後の脳内の活性部位を包括的に概観し（図 2）、その後、酸化 Hb と脱酸化 Hbを指標とした 2 次元軌道
（図 3）を描くことにより、各タスクの実行に対する酸化・脱酸化 Hb の活性度を把握することができる。
（TTL Hb）
0.003
0.002

UP

DOWN

LEFT

RIGHT

0

0

0

0

0.001
0
-0.001-0.002実験では、スピーカーからランダムに指示される
方向（
「うえ」
、
「した」、
「みぎ」、
「ひだり」）に従って適切なボタンを押すという課題（4 方向×10 試行）を実行中の実験協力者の脳内血中 Hb 濃度が計測された。実験の様子を図 1 に示す。

-0.003-0.004

ch-17
ch-21

ch-32

図 2. 総Ｈｂの相対比較
deoxy HbUP
DOWN

oxy Hb

LEFT
RIGHT

ｃｈ 32

ｃｈ 21
図 3. 酸化・脱酸化Ｈｂの 2 次元軌道

図 1. 実験風景

3. データ解析
まず、各タスクにおける反応時間（方向指示の音声が提示されてからボタンを押すまでの時間）を確認したところ、すべてのタスクにおいて音声提示から 1sec 以内にボタン押し動作が完了していた。よって、実験中にサンプル周期 0.1sec で継続的に計測された NIRS データ（酸化 Hb, 脱酸化 Hb, 総Hb）のうち、ボタンを押す 1sec 前から 0.5sec 後までのデータが各タスクの実行に主に関与しているとみなし、それらのデータを分析の対象とした。 それら全 40 試行のデータを 4 方向別に分類して方向毎に加算平均を施し、ボタン押し前後の変化を相対的に比較できるよう、各タスクにおいてボタンを押

4. まとめ
今回の実験では、音声の方向指示に対する反応についての NIRS 波形を条件別に加算平均することによって、ボタン押し前後の脳の活性状態を相対的に比較することができた。今後、更なる実験を進めることにより、分析手法を確立すると共に、機器操作時の脳活動に関する知見を深めていきたい。

参考文献
1) 渕上, 岡田, 大森, 田村：操作ボタンの方向選択に対す
る NIRS 反応, モバイル 2007 研究論文集, pp. 15-20,
モバイル学会（2007. 5）2) Fuchigami, M., Okada, A., Omori, M., Tamura, H.：
A Comparative Study of Brain Activities Engaged inInterface Operations by Means of NIRS Trajectry Map,
pp.830-839, HCII 2007/7, Springer-Verlag 2007

機能的近赤外分光装置（fNIRS）によるドライバの脳活動計測
日本大学大学院
日本大学大学院

長谷川 靖
小島
崇

日本大学生産工学部
日本大学生産工学部

綱島
均
丸茂 喜高

[はじめに] 自動車事故原因として多くを占めるものにヒューマンエラーがあり，それにより発生する事故の防止が急務とされている．ヒューマンエラーによる事故を未然に防ぐためには，ドライバの運転作業の認知工学的，
人体生理学的な関係を明らかにする必要がある．運転中にドライバは様々な状況判を行い，それに従って運転操作を行っている．自動車の運転には，人の意思や行動に関係する高次脳機能として，前頭連合野の活動が深く関係していると考えられる． そこで，運転操作行動と運転操作時の前頭連合野の活動の関係を解明することを目的として，機能的近赤外分光装置（fNIRS）を用いて，自動車運転中のドライバの脳活動を計測する実験を行った（図１）．
[方法] 被験者は普通自動車運転免許を保有する健康な 20 代の学生 5 名（男性 4 名，女性 1 名）とした．また，計測部位は前頭部とし，全 42ch で計測を行った（図２）．また，実験の再現性・安全性を確保するためにドラ
イビングシミュレータをもちいて実験を行い，脳機能計測とあわせてドライバの運転行動と運転状況を記録した．
次に，実験で得られた NIRS 信号に離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を用いることで，運転操作に関係すると信号を抽出し，再構成を行った．
[課題内容] 被験者には以下 A〜C の課題を与えた．
課題A： 目標位置停止運転課題．市街地の直線道路を一定速度(40ｋｍ/ｈ)で走行し，途中 4 ヶ所ある交差点の停止線を停止目標として停止する運転操作を行う．
課題B： 市街地における運転を模擬した課題． 市街地を想定したコースを音声の道案内に従い走行するもの
で，以下の 2 つの条件下での実験を各 1 走行ずつ行った．
Ｂ-① 他車両が存在せず，危険予測を必要とするイベントが発生しない．
Ｂ-② 他車両が存在し，危険予測を必要とするイベントが発生する．
課題C： 高速道路における運転を模擬した課題．高速道路を想定したコースを走行するもので，以下の 2 つの条件下での実験を各 1 走行ずつ行った．
Ｃ-① 他車両が存在せず，危険予測を必要とするイベントが発生しない．
Ｃ-② 他車両が存在し，危険予測を必要とするイベントが発生する．
[まとめ] ドライビングシミュレータを用いて，自動車を運転中のドライバの脳活動計測を行った．その結果，目標位置に停止するためのブレーキ操作時に，前頭前野背外側部において，脳活動が活性化する傾向みられた（図３）．また，ドライバが注意した，もしくは危険と感じたと思われる場面において前頭前野背外側部，前頭前野
中央部において脳活動が活性化する傾向がみられた．さらに，同じコースでも自車両のみで単独走行する場合と他車両が存在し危険予測を伴う場合とでは，後者において先行車を追い越すなどの運転操作を行ったとき急
激に脳活動が活性化する傾向が観察された．
本研究は文部科学省科学研究費補助金基盤研究 A（課題番号 18201031 非拘束モニタリングにもとづく追突防止支援と過信抑制インタフェース：研究代表者 筑波大学大学院 伊藤誠）の補助を受けた．

4cm

図１

ドライビングシミュレータによる運転実験

発進前停車時の脳活動

図３

図２

fNIRS 計測位置

目標位置への停止操作時の脳活動

課題 A における前頭部脳活動の変化

「競技かるた」における選手の近赤外光による脳の反応（その１）（社）全日本かるた協会 津久井 勤、小林好真、雨木庄平、千代間大和、小林達郎
近畿大学 武田昌一、一橋大学 廣瀬百合子、東海大学 灰田宗孝
（株）島津製作所 井上正雄、 （株）日立メディコ 川口文男
１．まえがき「競技かるた」は「小倉百人一首」を使用した畳の上でのスポーツである。読手の読みを聞いて、いち早く反応し、出札を取る競技である。相手より早く自陣の札が無くなれば勝である。このような競技中の選手の脳の反応を近赤外光で捉え、実力の違いや、年齢層の違いなど一連のデータベースを取って、そこから一定の知見を引き出すことを目的に開始した。まだ始めたばかりであり、ここではその一例を紹介する。
２．試合方法と選手の心構え概要「小倉百人一首」を使用した遊び方はいろいろあるが、「競技かるた」は一対一で争う競技で、個人戦と団体戦が有る。この競技は、特別決められた大会以外は男女の区別無く、年齢の制約無く対戦することが出来る。ただ、実力差が有りすぎると、一方的な試合になるので、協会では級別（Ａ級からＣ級、地方の大会ではＤ級からＦ級など）の認定を行っており、同じ級者同士で試合することになっている。
各選手はそれぞれの持ち札２５枚（従って、残りの５０枚は空札になる）を三段に並べ、１５分間の暗記時間がある。その後、読手による序歌（百人一首以外の歌）から始まる。次いで、序歌の下の句（七七）を繰り替えして読まれ、最初の札の上の句（五七五）が１秒おいて読まれる。その後は前に読まれた札の下の句が読まれ試合は継続する。
前述のように、選手の持ち札が無くなれば勝ちとなる。
試合に当たって、選手は常日頃の研鑽を通じて、「心技体」を修得し、礼に始まり礼に終わる「かるた道」を身につけるように努力している。
３．実験方法
今回の実験には、主として島津製作所製近赤外光イメージング装置と併せて日立メディコ製光トポグラフィ装置とを使用させて頂いた。読みの始まる１５秒前から計測を始めて、下の句の読みの始まりから３０秒間の合計４５秒間を計測した。なお、下の句が読み終わり、次の札の上の句が始まるところでチェックを掛けている。
正式な試合で５０枚の札が場に、５０枚は空札であるが、今回は予備試験であるので、３０枚の札を場に、４０枚程度の読みで終了とした。また、試合と並行してビデオ取りを行って、試合の進行状況の把握を行っている。
４．実験結果の要約
どの様なスポーツでも同じであるが試合中には、選手の心理状態が大きく影響する。そのため、いろいろな場合での多くの実験を通して一定の傾向を見いだしていく必要がある。その観点に立てば今回はその最初の試みである。
試合の留意点の一つは、札を取るときに空札があることである。二つめは、決まり字があることである。それも試合の進行に伴って変化することである。三つめは、相手陣地の札を取ったときや自陣の札が取られた場合の心理状態である。さらには、お手つきをした場合や競っているときの心理状態の変化などいろいろな場面が予想できる。こうした場合に対して選手はどの様な心理状態にあるか検証していく必要がある。
今回の結果からは、全体的に見て比較的冷静に対処している選手とそうでない選手のいることや、決まり字に対する反応などがおおよそ把握することが出来た。さらに、全体的に比較的冷静であっても、相手に札を取られた場合には、その後に活性化している状況が把握され、選手の心理状況も出ているように思われる。今後、更に解析を続けて今後の実験計画を立てて行く予定である。
５．謝辞
今回の実験に当たって、発表者以外にも多くの方のご協力を頂いたことに謝意を表します。

拡散光トモグラフィ装置を用いた未熟児頭部の in vivo 測定
福沢遼 1)、上野健一 2)、谷川1)

雅範 1)、大川
ゆかり 3)、高電気通信大学、2)香川大学

晋平 1)、山田
峰 4)、佐藤幸生 1)、日下知絵 5)、星隆 2)、西田智子 2)、磯部詳子 5)

医学部、3)産業技術総合研究所、4)天津大学、5)東京都精神医学

総合研究所
【目的】
近赤外光は生体に対して比較的高い透過性を有するため，無侵襲で生体計測ができる利点を持っている．拡散光トモグラフィは近赤外光を利用し，生体組織の血液量および酸素化状態の断層像を描画する技術である．また低い拘束性を有するため未熟児(低出生体重児)に対する常時モニタリング装置として活用できるものと期待されている．本研究はこの拡散光トモグラフィ技術を低出生体重児を対象とした脳画像診断技術に活用することを目標とし，臨床応用への基礎知見を得ることを目的としている．
【原理】
生体組織に照射された光は強く散乱され，拡散的に伝播し組織表面の多点同時計測が可能である．画像再構成は次のプロセスで行う．まず生体組織中の光学特性値である吸収係数
および換算散乱係数の初期分布を仮定し，光伝播モデルに基づき順問題計算を行う．各々の検出点での光強度の計算結果が測定結果と比較され，それらが一致すれば，仮定した光学特性値分布が解であると考える．一致しなければ誤差に基づき光学特性値分布を仮定し直し，収束するまで順問題計算を繰返す。
得られた 2 波長における吸収係数分布から，
oxy-Hbと deoxy-Hb の吸収スペクトルを用いて血液の情報を得ることができる．
【測定方法】
被験者は超低出生体重児で在胎週数 23.6 週，出生体重 658g，頭囲 23.3cm である．自発呼吸はできず人工呼吸器を必要とした．測定には両親からのインフォームドコンセントと関係機関の倫理委員会の承認を得て行われた．光ファイバーを装着後，十分に落ち着いた段階
で「安静状態」におけるデータセットを数回取得した．その後，動脈血中の CO2 分圧を低下させ脳内の血流変化を誘導するため，人工呼吸器の設定で呼吸回数を 25 から 40(回/分)へ，最大吸気圧を 1.4 から 1.6(kPa)へと上昇させる操作を行い，「過換気状態」としてデータセットを数回取得した．
【結果】
解析には「安静状態」と「過換気状態」のデータセットを用い 2 状態間の差の画像再構成を行い，oxy-Hb 濃度変化，deoxy-Hb 濃度変化，total-Hb 変化，酸素飽和度変化に関する断層像を取得した．その結果，脳室周囲の白質領域において血液量の減少が顕著に見ることができた．これにより，低二酸化炭素血症により血管が収縮し，血液量が局所的に特に白質領域で減少する傾向を確認することができたと考えられる．

重症心身障害児・者への療育的介入に役立つ NIRS の使用
平野大輔 1,2), 谷口敬道 3), 武田湖太郎 4,5), 岩崎博之 6)
滝口慎一郎 1), 関戸真理恵 1), 下泉秀夫 1), 杉原素子 3)
1)

国際医療福祉リハビリテーションセンター 重症心身障害児施設 なす療育園
国際医療福祉大学大学院 医療福祉学研究科 保健医療学専攻
3)
国際医療福祉大学 保健医療学部 作業療法学科
4)
国際医療福祉大学病院 神経内科
5)
科学技術振興機構 CREST
6)
心身障害児総合医療療育センター
2)【はじめに】
本研究の目的は、近赤外分光法(Near-infrared spectroscopy; NIRS)を用いることにより、家族や療育者が観察から捉えてきた重症心身障害児・者の応答を明らかにし、生活場面での具体的な療育的介入を考える手立てに役立てることである。
平成 16 年度より測定を開始し、具体的な療育的介入に結びついた 4 事例について報告する。
【対象と方法】
1. 事例紹介および測定目的①事例 1(大島の分類 1)
5 歳 女児 低酸素脳症後遺症による四肢麻痺、知的障害、てんかん 裸眼視力 0.03、眼鏡装用 0.4
測定目的：生活場面で疑問視されていた眼鏡装用の必要性を検討すること。
②事例 2(大島の分類 1)
31 歳 男性 脳性麻痺(痙直型四肢麻痺)、知的障害
測定目的：家族にしか分からない本事例の応答を明らかにして療育的介入に結び付けること。
③事例 3(大島の分類 1)
23 歳 女性 低酸素脳症後遺症による四肢麻痺、知的障害、てんかん
測定目的：人と玩具に関する応答性の違いを明らかにして療育的介入に結び付けること。
④事例 4(大島の分類 1)
15 歳 女児 レット症候群、知的障害、てんかん
測定目的：人とテレビアニメに関する応答性の違いを明らかにして療育的介入に結び付けること。
2. 測定方法NIRS 測定には日立メディコ製光トポグラフィ装置 ETG-4000 を使用し、プローブの配置は、事例 1 のみ前頭部(3*3)と後頭部(3*3)、他の事例は前額部(3*5)とした。測定課題はブロックデザインとし、測定目的に合わせて各々プロトコルを設定した。なお、データの分析は酸化ヘモグロビン濃度値の変化(∆[Oxy-Hb])に着目し、Matlab を用いて z-score を基に有意水準を算出した。測定および分析は事例の頸部の動きの影響がないように考慮した。
【結果】
事例 1 は、アイコンタクトをした時の裸眼時と眼鏡装用時との比較を行なった。前頭部と後頭部の領域において、∆[Oxy-Hb]の増加が眼鏡装用時に多くの部位で認められた。事例 2 は、父親が「こいつは演歌が好きだな」と述べていた通り、呼名やクラッシック等に比べて、演歌を聴かせた際に前額部の特定の部位で∆[Oxy-Hb]の増加が認められた。事例 3 は、玩具の提示や CD の音楽に比べて、人が関わった時に前額部の多くの部位で∆[Oxy-Hb]の増加が認められた。事例 4 は、人が関わった時に比べて、テレビアニメを見せた時に∆[Oxy-Hb]の増加が前額部の多くの部位で認められた。
【考察】
上記の結果から、NIRS は家族や療育者が主観的に捉えてきた重症心身障害児・者の応答そのものを測定課題とすることができ、得られた結果を生活場面での具体的な療育的介入に直接結び付けることができると考えられた。

視空間情報保持を必要とする鏡映描写課題における前頭前野の賦活
Activation of the prefrontal cortex during a computerized mirror-drawing task with visuo-spatial information

篠崎 眞太郎, 小林 春美
東京電機大学理工学研究科
１． 目的
車の運転を行うときに人は行き先や通過地点をイメージしたり歩行者や他の車の位置情報などを処理しながら, 様々な運転操作を行う. このように, 視空間
メモリーは手による操作と平行して使われることが多い. しかし従来の視空間ワーキングメモリーに関する研究は, n-back 課題のような視空間ワーキングメモリーに特化した実験が多く行われ(たとえば Glahn etal., 2002), 比較的複雑な操作と同時に視空間ワー
キングメモリー課題を行わせるような実験研究は少ない. 手による操作は繰り返すと一般に熟達するが,その際の前頭前野(PFC)活動の変化を調べた研究も少ない. Kobayashi, Yasuda, & Suzuki (2005, 2006)
による NIRS を用いた熟達と PFC に関係する研究では, 星型鏡映課題を同日中に繰り返し行うにしたがい, 前頭前野背側部(DLPFC)における脳血流は減少したと報告している. 視空間ワーキングメモリー課
題を繰り返したときでも前頭前野の活性は下がるのだろうか.
本研究では, コンピュータゲーム化した星型鏡映
課題に, 通過点の位置に関する記憶課題を加える
ことにより, 比較的複雑な操作と同時に視空間ワー
キングメモリー課題を行ったときの PFC の活性を調べた. なお被験者には, あらかじめゲーム化した星型鏡映課題における手の操作に熟達させることにより, 記憶を必要とする条件と必要としない条件を比較することを意図した.
２． 方法
参加者 年齢 23 歳から 25 歳までの理工系大学生 9
名. 全員が右利きで健康であった.
準備 国際 10-20 法により Fz の位置を特定し, Figure
1 のようにプローブを左右の DLPFC の活動が測定できると予測した位置に装着した. 酸化・脱酸化ヘモ
グロビン濃度変化(Oxy-, Deoxy-Hb)の測定は, 日立
メディコ製 ETG-4000（サンプリングレート 0.1 sec）を用いた.

Figure 1. プローブの設置
手順 本研究では, 実験用にパソコン上で動作する
コンピュータゲーム化した鏡映課題を作成し使用した. ゲームはパソコンのディスプレイ上に表示された
2 本の星型の線の間を, 左右操作が反転したジョイ
スティックで軌跡を描きながら点を移動させ, 指定された順序で通過点を通過するというものだった. 実
験は本課題 40 秒, 80 秒のレスト, 10 秒の課題前の通過点記憶を 1 セットとした. 課題内訳は, 通過点
表示後, 課題実行中はそれが隠されており通過点の記憶を必要とする通過点非表示条件を 4 試行,
課題実行中も継続して通過点が表示されており通過点の記憶を必要としない通過点表示条件を 4 試行の計 8 試行であった. 通過点は, 星型の先端近くに■や▲などの形で表示した. 本実験では現実的な機械操作に近い環境で熟達の様子を確認するためにジョイスティックを使用した. ゲーム化したことにより, １）被験者が星型の線の間から線を外にはみ出して描いた場合も, 正確に元の場所から戻して再開させる事ができたこと, ２）エラーの回数や描画距
離の正確な時系列のログをとり, 2 本の星形の線の間と外側で軌跡の色を変えたことで, 停滞時間, エラーから復帰するまでの時間などを正確に記録し熟達具合を調べることが可能となった. 本研究では,
PFC のどの領域が課題遂行によって変化するかを目的とするので, 行動に関するデータの結果は含んでいない.
３． 結果・考察
酸 化 ・ 脱 酸 化 ヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 変 化 (Oxy-,
Deoxy-Hb)の値を被験者別, チャンネル別に標準化(z-score)した. この z-score を通過点表示条件, 通過
点非表示条件のうち, 各条件で試行の前半(1,2 試行)・後半(3,4 試行)に分け平均化した. 試行(前半・後半), 大脳半球(右・左), 通過点(表示・非表示)を独立変数とし, z-score の脳血流の値(Oxy-Hb)を従属変数とした 3 要因分散分析を行った. 結果, 右半
球の方が左半球より値が大きいという結果が得られた(F(1,9)=4.313, p<.05). そこで右半球において各課題において活性化したチャンネルの z-score の値
を 0 と比較する t-test を行った(Table 1). 通過点非表
示条件の試行の前半では, Ch 22 と 24(DLPFC のBA46 に相当する領域)が高い活性を示した. 一方
通過点表示条件では, 試行の後半では Ch 13 と15(DLPFC の BA9 に相当する領域)の活性が低下した. 視空間ワーキングメモリー課題を繰り返したとき
前頭前野の活性は下がることが確かめられた.
Table 1. 課題において有意に活性化した右半球のチャンネル

この研究は東京電機大学平成 15-19 年度文部科学
省 21 世紀 COE プログラム「操作能力熟達に適応するメカトロニクス」の補助を受けた。
主要参考文献Glahn D.C., Kim J., Cohen M.S., Poutanen V-P., Therman
S., Bava S., Van Erp T.G.M., Manninen M., Huttunen M.,
Lönnqvist J., Standertskjöld-Nordenstam C.G., & Cannon
T.D. (2002) Maintenance and manipulation in spatial
working memory: Dissociations in the prefrontal cortex.
NeuroImage, 17, 201-213.
Kobayashi, H., Yasuda, T., & Suzuki, S. (2006) The
relations between development of humans’ manipulativeskills and physiological signals of brain and hand.
International Journal of Assistive Robotics andMechatronics, 7(1), 49-61.

近赤外線分光法で毛細管血流以外の測定は可能なのか？

仲本 博
川崎医科大学 医用工学システム循環器、
太田茂、河野孝幸 川崎医療福祉大学 大学院 医療技術学研究科
医療情報学専攻

近赤外線分光法（NIRS, near-infrared spectroscopy）は、脳血流測定に応用されている（例 ETG-100, 日立メディコ）。一つ一つの素子では、近赤外の２波長ないし３波長で測定し、算出されたデータは、照射部の浅い領域での毛細管床のヘモグロビンの量を反映していると言われている。この素子を我々は、大きな径の血管に応用した。更に、バリデーションスタディとして、ラットの洗浄赤血球を用い、クローズドサーキットで、血流ポンプを用い血流を変化させた時のセンサーの応答を調べた。
ヒトの門脈直上に、センサーを配置し、流動食を摂取後の変化は、信号は約１時間で徐々に増大しピークに達し、また徐々に１時間で旧値に戻った(p<0.05)。これは、門脈
血流が徐々に増加してピークに達した後に、徐々に旧値に戻ることを意味すると考えられた。実際の超音波による測定例では、500 ml/min の血流が２倍強の増加を示した。
クローズドサーキットによる結果では、生体と異なり、灌流血流を段階的に 10ml/min から 100ml/min に増加させると信号も段階的に増強した。これは、ヒトにおける前者の結果とは正反対であった。後者では、赤血球の流動透光性という(血液の流れに沿って赤血球が配向するため光透過率が減少する)性質に関連があり、血液を灌流している
ガラス管とセンサーの受光の位置関係によっては、血流の透光性が高まれば、受光プ
ローブに届く光量が増大する条件が実現したと考えた。