香川大学医学部附属病院　総合周産期母子医療センター

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1 教 育 講 演 1 近 赤 外 光 時 間 分 解 測 定 法 をもちいた 生 体 計 測 - 特 に 新 生 児 医 療 における 応 用 香 川 大 学 医 学 部 附 属 病 院 総 合 周 産 期 母 子 医 療 センター 日 下 隆 新 生 児 医 療 において 早 産 児 における 酸 素 毒 性 を 回 避 し 脳 酸 素 代 謝 量 を 考 慮 した 酸 素 投 与 の 指 標 作 りや 低 酸 素 性 虚 血 性 脳 症 など 出 生 後 進 行 性 に 中 枢 神 経 系 障 害 を 引 き 起 こす 病 的 新 生 児 の 脳 循 環 酸 素 代 謝 量 の 病 態 別 の 特 徴 を 見 出 し 低 体 温 療 法 などの 治 療 指 標 を 設 定 することは 重 要 である 現 在 主 に 臨 床 現 場 で 使 用 されている 脳 波 は 予 後 の 予 測 に 有 用 であるが リアルタイムな 脳 循 環 等 を 考 慮 した 治 療 指 標 には 成 り 得 ない そこで 近 赤 外 光 が 新 生 児 の 脳 循 環 酸 素 化 状 態 や 脳 機 能 の 評 価 に 利 用 され その 臨 床 応 用 に 期 待 が 持 たれている 近 赤 外 光 を 利 用 した 生 体 計 測 としては 1) continuous wave spectroscopy, 2) full spectral spectroscopy, 3) time-resolved spectroscopy (TRS), 4) phase-modulated spectroscopy, 5) spatially resolved spectroscopy が 応 用 されている TRS は 近 赤 外 領 域 のパルス 光 を 照 射 して 生 体 通 過 した 光 の 時 間 光 強 度 応 答 曲 線 を 測 定 し 光 路 長 の 算 出 や 光 拡 散 方 程 式 の 解 を 用 いた 光 拡 散 係 数 ( s)と 光 吸 収 係 数 ( a)の 算 出 が 可 能 である 脳 測 定 では s は 脳 組 織 構 造 やその 変 化 を 示 し 神 経 細 胞 数 や 髄 鞘 化 浮 腫 等 の 程 度 を 示 すと 考 えられる a は 主 に Hb と 水 によって 規 定 されるため 脳 血 液 量 脳 内 Hb 酸 素 飽 和 度 そして 脳 血 流 量 や 脳 内 酸 素 消 費 量 の 算 出 が 可 能 である 我 々は TRS での 生 体 計 測 に 関 して 動 物 モデルを 使 用 した 基 礎 的 検 討 と 臨 床 応 用 計 測 に 関 する 問 題 点 の 改 善 さらには diffuse optical tomography の 臨 床 応 用 の 研 究 を 行 ってきた それらの 研 究 成 果 は 1) 新 生 仔 ブタを 用 いた 低 酸 素 負 荷 の 検 討 では 脳 の s は 変 化 しないが a は 酸 素 濃 度 にしたがって 変 化 する 低 酸 素 により 脳 血 液 量 は 増 加 し 脳 内 Hb 酸 素 飽 和 度 は 低 下 する また 貧 血 負 荷 の 検 討 では 脳 の s は 変 化 しないが 脳 血 液 量 は 増 加 し 脳 内 Hb 酸 素 飽 和 度 は 低 下 する しかし Hb の 定 量 値 の 算 出 には Hb 以 外 の 光 吸 収 物 質 を 考 慮 した 解 析 が 重 要 である 2) 早 期 産 児 では 在 胎 週 数 が 低 いほど 脳 内 Hb 酸 素 飽 和 度 が 高 く 脳 血 液 量 は 在 胎 週 数 に 伴 って 増 加 する また s は 在 胎 週 数 に 伴 って 増 加 する 3) 低 酸 素 性 虚 血 性 脳 症 の 予 後 不 良 時 では 生 後 48 時 間 以 内 に 一 過 性 の 脳 血 液 量 と 脳 内 Hb 酸 素 飽 和 度 増 加 を 認 め その 現 象 が 遅 発 性 エネルギー 障 害 に 関 係 がある また s は 経 過 に 従 って 減 少 し 組 織 障 害 を 反 映 している 可 能 性 がある 4) 早 産 児 では 低 CO2 血 症 の 条 件 下 では 脳 血 液 量 が 大 脳 白 質 領 域 で 局 所 的 に 減 少 し 白 質 障 害 を 起 こしうる 可 能 性 がある 等 である 今 回 は TRS による 脳 を 中 心 とした 応 用 測 定 と 乳 房 筋 肉 での 測 定 も 紹 介 す ると 同 時 に その 問 題 点 についても 講 演 する 予 定 である

2 教 育 講 演 2 光 トポグラフィデータの 空 間 解 析 農 研 機 構 食 品 総 合 研 究 所 食 認 知 科 学 ユニット 主 任 研 究 員 檀 一 平 太 dan@affrc.go.jp, 脳 機 能 マッピング とは 脳 の 構 造 が 機 能 分 化 しているという 前 提 に 基 づいて 脳 の 構 造 と 機 能 を 結 びつける 学 問 である しかし 光 トポグラフィ/fNIRS 計 測 では 脳 の 構 造 情 報 は 一 切 得 られ ないまま 機 能 情 報 のみを 得 る したがって 光 トポグラフィ 単 独 では トポグラフィックな 脳 活 動 デ ータが 得 られても それを 脳 の 構 造 に 対 応 化 (レジストレーション)することができない これは 脳 機 能 マッピング 法 としては 致 命 的 な 欠 陥 であった そこで 光 トポグラフィデータを 空 間 的 に 標 準 化 し 光 トポグラフィ 単 独 でも 計 測 データを 脳 構 造 にレジストレーションする 技 術 の 開 発 に 挑 んだ 光 トポグラフィの 計 測 は 頭 表 上 で 行 われる 一 方 計 測 されるシグナルの 信 号 源 は 脳 の 表 面 に 存 在 する したがって 光 トポグラフィで 計 測 される 脳 機 能 データを 空 間 的 に 解 析 するためには 頭 表 と 脳 表 を 対 応 づけるという 作 業 が 必 要 となってくる そこでまず 頭 表 上 の 位 置 を 記 述 するた めに 脳 波 研 究 で 用 いられる 国 際 システム と fmri 研 究 で 脳 の 位 置 を 記 述 するために 用 いられる 標 準 脳 座 標 系 に 着 目 し これらの 対 応 化 を 試 みた 第 一 に 国 際 システムの 基 準 点 における 頭 表 - 脳 表 対 応 基 本 データを 取 得 し これらの 基 準 点 位 置 を 標 準 脳 座 標 軸 上 で 表 現 し 確 率 分 布 として 表 した これらのデータを 基 に 参 照 脳 データベースを 構 築 した これによっ て 頭 表 上 の 任 意 の 点 を 国 際 基 準 点 を 媒 介 として 標 準 脳 座 標 系 に 標 準 化 できる 準 備 が 整 った そこで 磁 気 式 3D デジタイザー( 三 次 元 座 標 測 定 計 )による システム 基 準 点 及 び 光 トポグラフィプローブ 位 置 測 定 データを 用 いて 被 験 者 の MRI 画 像 がない 場 合 にも 上 述 の 参 照 脳 データベースを 利 用 し 光 トポグラフィ 計 測 点 を 標 準 脳 座 標 上 に 位 置 推 定 する 確 率 的 レジ ストレーション 法 を 開 発 した さらに 被 験 者 の 脳 構 造 画 像 がなくても データベースからランダムにリサンプリングした 別 の 被 験 者 の 頭 と 脳 を 使 って 光 トポグラフィ 計 測 における 信 号 源 の 空 間 的 な 位 置 をコンピュータシミ ュレーションで 推 定 する バーチャルレジストレーション 法 を 開 発 した 光 トポグラフィプローブの 設 置 とそれに 伴 う 変 形 さえもコンピュータ 上 でシミュレーションするので 3D デジタイザー 計 測 の 手 間 までも 省 略 できる その 推 定 精 度 は 概 ね 10mm 以 内 であり 脳 の 主 要 な 解 剖 学 的 単 位 である 脳 回 の 幅 ( 約 10mm)を 考 慮 すると 実 用 上 十 分 なレベルである これによって 被 験 者 の 脳 構 造 画 像 を 用 いなくとも 光 トポグラフィ 単 独 で 脳 の 計 測 位 置 を 推 定 することが 可 能 となり 光 トポグラフィ の 脳 機 能 イメージング 法 としての 実 用 性 が 大 幅 に 向 上 した このように 光 トポグラフィの 空 間 解 析 は 進 歩 はしたが なかなか 使 用 するには 敷 居 が 高 いよう である そこで 本 教 育 講 演 では 原 理 説 明 は 最 小 限 に 留 め 光 トポグラフィ 研 究 で 空 間 解 析 を 実 践 するに 当 たって どのような 点 に 注 意 し どのような 解 析 を 行 うべきなのか よくある 疑 問 を 例 示 し その 解 決 について ベストゲッスも 含 めて 積 極 的 な 提 案 をおこなうつもりである なお これ らの 提 案 に 関 する 資 料 は 講 演 後 上 記 ウェブサイトに 公 開 する

3 大 会 長 講 演 NIRS の 特 徴 を 生 かした 臨 床 応 用 と 実 用 化 群 馬 大 学 大 学 院 医 学 系 研 究 科 神 経 精 神 医 学 福 田 正 人 NIRS の 特 徴 と 脳 機 能 検 査 における 意 義 NIRS の 特 徴 は 自 然 な 状 態 の 被 検 者 の 大 脳 皮 質 機 能 の 賦 活 反 応 性 を 非 侵 襲 的 に 全 体 として しかも 時 間 経 過 に 沿 って 小 型 の 装 置 で 簡 便 に 捉 えることが できる 検 査 とまとめることができる fmri に 比 べて 空 間 分 解 能 が 低 い 脳 深 部 構 造 の 計 測 が 困 難 という 弱 点 があり 散 乱 光 を 用 いる 測 定 原 理 から 解 決 は 難 しい NIRS 研 究 の 発 展 のためには 他 の 脳 機 能 画 像 にはな い 利 点 を 生 かすことが 重 要 である 第 一 は 測 定 の 対 象 に 関 わる 点 で 非 侵 襲 性 を 生 かした 新 生 児 の 測 定 や 同 一 被 検 者 の 反 復 測 定 による 学 習 経 過 の 検 討 などが 行 われている 第 二 は 得 られるデータの 特 徴 に 関 する 点 で 1 高 い 時 間 分 解 能 を 生 かした 脳 賦 活 の 時 間 経 過 の 検 討 2 発 声 時 や 運 動 時 にも 検 査 ができることを 生 かした 出 力 を 行 いながらの 脳 機 能 測 定 3 測 定 時 の 姿 勢 の 自 由 度 を 生 かして 感 情 や 意 欲 などを 自 然 な 状 態 での 検 査 による 主 観 体 験 や 自 覚 症 状 との 関 連 の 検 討 などである 後 者 について 実 例 を 紹 介 する 心 理 現 象 と NIRS 性 格 指 タッピング 運 動 により 運 動 野 では[oxy-Hb] 増 加 と[deoxy-Hb] 減 少 が 持 続 し 体 性 感 覚 野 では [oxy-hb]の 一 過 性 増 加 を 認 めるが[deoxy-Hb]の 変 化 は 乏 しく 前 頭 葉 では[oxy-Hb]と[deoxy-Hb]が 累 積 的 に 増 加 を 示 し 脳 部 位 ごとに 時 間 経 過 が 異 なる(Neurosci Res 58:297, 2007) 左 タッピングによる[oxy-Hb] 増 加 の 初 期 反 応 は Temperament and Character Inventory で 評 価 した 人 格 特 徴 の 新 奇 性 追 求 novelty seeking と 正 の 相 関 を 固 執 persistence と 負 の 相 関 を 示 した(Neuropsychobiology 52:45, 2005) 人 格 の 生 物 学 的 な 側 面 である 気 質 は 脳 の 賦 活 反 応 性 の 時 間 経 過 の 特 徴 と 関 連 している 眠 気 と 疲 労 言 語 流 暢 性 課 題 による 前 頭 部 の[oxy-Hb] 増 加 は Stanford Sleepiness Scale で 評 価 した 眠 気 の 自 覚 と 前 頭 前 野 背 外 側 において 負 の 相 関 を(Neurosci Res 60:319, 2008) Visual Analogue Scale で 評 価 した 自 覚 的 な 疲 労 感 と 前 頭 前 野 腹 外 側 において 負 の 相 関 を 示 し た(Brain Res 1252:152, 2009) 眠 気 や 疲 労 の 自 覚 とい う 主 観 的 な 側 面 を 捉 えることに NIRS は 適 している 意 欲 言 語 流 暢 性 課 題 において 外 的 動 機 づけ( 金 銭 報 酬 )と 内 的 動 機 づけ( 目 標 設 定 )により 意 欲 喚 起 を 試 みると 外 的 動 機 づけの 効 果 は NEO-PI-R で 評 価 した 性 格 特 徴 agreeableness に 応 じて 異 なっていた( 投 稿 中 ) 精 神 疾 患 と NIRS 前 頭 葉 機 能 言 語 流 暢 性 課 題 による 前 頭 葉 の 賦 活 反 応 性 の 時 間 経 過 に 疾 患 ごとの 特 徴 があり うつ 病 やパ ニック 障 害 では 減 衰 双 極 性 障 害 では 遅 延 統 合 失 調 症 では 非 効 率 化 摂 食 障 害 では 右 前 頭 葉 の 賦 活 低 下 を 認 めた(Biol Psychiatry 55:501, 2004 NeuroImage 29:172, 2006 Eating Weight Disord 12:183, 2007 Schizophr Res 99:250, 2008 Neurosci Res 59:107, 2008) 統 合 失 調 症 に おいては 関 連 遺 伝 子 の SNP の 効 果 も 認 めることができ た(Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 33:491, 2009 PLoS ONE 4:e5495, 2009) 治 療 うつ 病 の 所 見 は 健 常 者 の 女 性 や 壮 年 に 類 似 したものであった(NeuroImage 22:1715, 2004) うつ 病 の 治 療 に 有 効 とされる 経 頭 蓋 磁 気 刺 激 TMS の 効 果 を 健 常 者 で 検 討 すると 右 前 頭 前 野 への 低 頻 度 刺 激 により 左 前 頭 前 野 における[oxy-Hb]は 刺 激 中 の 減 少 と 刺 激 後 の 増 加 を 示 し(Neurosci Lett 414:99, 2007) その 効 果 は 刺 激 強 度 に 依 存 していた(Neurosci Res 63:47, 2009) 実 用 化 2009 年 4 月 NIRS は 光 トポグラフィー 検 査 を 用 いたうつ 症 状 の 鑑 別 診 断 補 助 として 精 神 科 として 初 めての 先 進 医 療 の 承 認 を 受 けた 参 考 文 献 [1] 精 神 疾 患 と NIRS- 光 トポグラフィー 検 査 による 脳 機 能 イメージング ( 中 山 書 店 2009) [2] 精 神 疾 患 と 脳 画 像 ( 中 山 書 店 2008)

4 招 待 講 演 乳 児 期 における 光 脳 機 能 イメージング 多 賀 厳 太 郎 ( 東 京 大 学 大 学 院 教 育 学 研 究 科 ) 光 トポグラフィ( 多 チャンネル 近 赤 外 分 光 法 )の 手 法 を 用 いて 大 脳 皮 質 の 機 能 的 活 動 の 発 達 の 様 子 が 明 らかになってきた 特 に 乳 児 期 初 期 における 視 覚 聴 覚 言 語 学 習 等 に 関 連 する 脳 活 動 を 捉 えることが 可 能 になってきた 本 講 演 では 近 年 のこうした 一 連 の 研 究 とともに 皮 質 の 機 能 的 ネットワーク 構 造 の 可 視 化 等 に 関 する 最 近 の 研 究 も 紹 介 する 参 考 文 献 G. Taga, Y. Konishi, A. Maki, T. Tachibana, M. Fujiwara and H. Koizumi: Spontaneous oscillation of oxy- and deoxyhemoglobin changes with a phase difference throughout the occipital cortex of newborn infants observed using non-invasive optical topography, Neuroscience Letter 282, , 2000 G. Taga, K. Asakawa, A. Maki, Y. Konishi, H. Koizumi: Brain Imaging in Awake Infants by Near Infrared Optical Topography, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A , , 2003 G. Taga, K. Asakawa, K. Hirasawa, Y. Konishi: Hemodynamic responses to visual stimulation in occipital and frontal cortex of newborn infants: a near infrared optical topography study, Early Human Development 75S, , 2003 F. Homae, H. Watanabe, T. Nakano, K. Asakawa, G. Taga: The right hemisphere of sleeping infant perceives sentential prosody. Neuroscience Research 54, , 2006 G. Taga, K. Asakawa: Selectivity and localization of cortical response to auditory and visual stimulation in awake infants aged 2 to 4 months. NeuroImage 36, , 2007 F. Homae, H. Watanabe, T. Nakano, G. Taga: Prosodic processing in the developing brain. Neuroscience Research 59, 29-39, 2007 G. Taga, F. Homae, H. Watanabe: Effects of source-detector distance of near infrared spectroscopy on the measurement of the cortical hemodynamic response in infants. NeuroImage 38, , 2007 H. Watanabe, F. Homae, T. Nakano, G. Taga: Functional activation of diverse regions of the developing brain of the human infants. NeuroImage 43, , 2008 T. Nakano, F. Homae, H. Watanabe, G. Taga: Anticipatory cortical activation proceeds auditory events in sleeping infants. PLoS ONE 3, e3912, 2008 T. Nakano, H. Watanabe, F. Homae, G. Taga: Prefrontal cortical involvement in young infants analysis of novelty. Cerebral Cortex 19, , 2009

5 P1-1 小 児 期 のリハーサル 過 程 の 発 達 : 事 象 関 連 近 赤 外 線 分 光 法 による 研 究 實 藤 雅 文 山 口 結 木 村 直 子 鳥 巣 浩 幸 吉 良 龍 太 郎 石 崎 義 人 原 寿 郎 九 州 大 学 大 学 院 成 長 発 達 医 学 分 野 はじめに リハーサル 過 程 は ワーキングメモリーの 下 位 機 構 である 音 韻 ループの 要 素 の 一 つであり 言 語 材 料 を 記 憶 に 保 持 するのに 役 立 つ このリハーサル 過 程 の 小 児 期 にお ける 発 達 は 語 長 効 果 のような 行 動 学 的 実 験 でのみ 研 究 されてきた(Gathercole ら 1992) これらの 実 験 によると 聴 覚 呈 示 された 材 料 のリハーサルは 小 児 期 早 期 にはすでにみられ ているのに 対 して 視 覚 呈 示 された 材 料 のリハーサルは 小 児 期 中 期 に 出 現 してくる リハ ーサル 過 程 の 発 達 の 神 経 基 盤 を 明 らかにするために 我 々は 事 象 関 連 近 赤 外 線 分 光 法 (NIRS)を 用 いて 様 々な 年 齢 とワーキングメモリー 能 力 を 持 った 子 どもを 対 象 に 視 覚 呈 示 と 聴 覚 呈 示 での 短 期 記 憶 時 の 脳 活 動 を 比 較 し 検 討 した 対 象 と 方 法 被 験 者 は 5~10 歳 の 右 利 き 小 児 19 人 を 対 象 とした 被 験 者 のワーキングメ モリー 能 力 は 数 唱 の 数 で 評 価 した 被 験 者 には 3 つの 連 続 した 事 柄 が 視 覚 または 聴 覚 的 に 呈 示 され 声 を 出 さずに 6 秒 間 記 憶 した 後 に 口 頭 で 答 えるように 指 示 された 多 チャン ネル NIRS を 用 いて 呈 示 された 事 柄 を 記 銘 保 持 する 間 の 血 流 変 化 を 測 定 した チャネ ルは 両 側 の 腹 外 側 前 頭 前 皮 質 (VLPFC:リハーサルの 部 位 )と 背 外 側 前 頭 前 皮 質 (DLPFC: 能 動 的 な 記 憶 の 保 持 に 関 わる 部 位 )に 装 着 した NIRS データは DPF の 影 響 を 減 らすため あ る 指 標 に 変 換 して 解 析 した(Sanefuji et al., 2007) 視 覚 呈 示 と 聴 覚 呈 示 での 指 標 とヘモグ ロビン 濃 度 変 化 の 時 間 経 過 を 評 価 し さらに 年 齢 や 数 唱 の 数 との 関 係 を 検 討 した 結 果 いずれの 脳 部 位 でも 視 覚 呈 示 と 聴 覚 呈 示 の 指 標 は 有 意 差 を 認 めなかった 左 の VLPFC では 聴 覚 呈 示 に 比 べ 視 覚 呈 示 でより 長 い 時 間 経 過 を 示 す 傾 向 にあった 左 の VLPFC では 視 覚 呈 示 と 聴 覚 呈 示 の 指 標 の 差 は 数 唱 の 数 と 有 意 な 相 関 を 認 めたが 年 齢 とは 相 関 を 認 めなかった まとめ 事 象 関 連 NIRS を 用 いて 左 の VLPFC では 視 覚 呈 示 と 聴 覚 呈 示 の 指 標 の 差 が 年 齢 よりもむしろ 数 唱 の 数 と 正 の 相 関 があることを 示 した このことは 年 齢 に 関 わらず 視 覚 呈 示 の 時 にリハーサルを 多 く 行 なう 子 どもは そうでない 子 どもよりも ワーキング メモリーの 能 力 が 高 いことをあらわしていた また 聴 覚 呈 示 よりも 視 覚 呈 示 で 長 い 時 間 経 過 を 示 す 傾 向 は 音 韻 ループ 活 動 の 開 始 が 視 覚 呈 示 ではより 遅 いという 事 象 関 連 電 位 の 所 見 と 一 致 しているかもしれない(Ruchkin ら 1997)

6 P1-2 就 学 前 児 における 認 知 的 制 御 の 神 経 基 盤 : 課 題 通 過 時 と 不 通 過 時 の 脳 活 動 の 差 異 の 検 討 1 森 口 佑 介 2 開 一 夫 ( 1 上 越 教 育 大 学 大 学 院 学 校 教 育 研 究 科 2 東 京 大 学 大 学 院 情 報 学 環 ) key words: 認 知 的 制 御, 実 行 機 能, 前 頭 前 野, 近 赤 外 分 光 法, 就 学 前 児 Introduction Cognitive control is the ability to adapt to changes in the environment. Extensive research has revealed that the prefrontal cortex plays an important role in cognitive control. In the previous study, we used near infrared spectroscopy and examined whether inferior prefrontal activation is associated with successful cognitive control in young children (Moriguchi & Hiraki, 2009). We compared the brain activation of the children who performed the cognitive control tasks successfully with the children who committed the perseverative errors in the tasks. We found the significant differences of inferior prefrontal activation between the groups. However, children who perseverated did not always commit perseverative behaviors. In some sessions, they performed the tasks correctly. In the present study, we examined whether the brain activation in the sessions where children performed correctly was different from the activation in the sessions where children committed perseverative behaviors. Method Participants Six 3-year-olds. Behavioral Task Participants were given four sessions of the Dimensional Change Card Sort (DCCS) tasks (Figure 1). One session consisted of a control phase (control 1), a preswitch phase, a second control phase (control 2), and a postswitch phase. During the control phase, children were provided with blank cards and asked to place these cards into an extra tray. During the preswitch and postswitch phases, children were given detailed instructions regarding the rules (e.g., This is a shape game. All of the stars go here, and all of the cups go there. ) and asked to sort the cards. In the preswitch phases, children were asked to sort the cards according to one rule (e,g,, shape) whereas in the postswitch phases, children were instructed to sort according to the second rule (color). NIRS Recordings A multichannel NIRS unit operating at wavelengths of 780, 805, and 830 nm (OMM-1080S; Shimadzu) was used to measure temporal changes in the concentrations of oxy-hb, One NIRS probe included 8 optodes that comprised 10 channels. Each probe was placed on the inferior prefrontal areas of each hemisphere. The Region Of Interest was located near F7/8 of the International 10/20 system, which corresponds to BA 45/47. NIRS Analyses The average changes in oxy-hb during the preswitch and postswitch phases were calculated for all channels and each subject. The significance of the differences between the changes in oxy-hb for the baseline (the last 5 s of the control phase) and task (preswitch or postswitch) was determined by a two-tailed Student s t test for each channel. Moreover, we classified the sessions in the task into the pass sessions and the perseverate sessions depending on whether children kept using the preswitch rule in the postswitch phases. We compared the brain activations between the pass sessions and perseverate sessions. Result Children showed the significant bilateral inferior prefrontal activation during preswitch phases in the pass sessions over the perseverate sessions (P < 0.002). On the other hand, during the postswitch phases, children exhibited significant oxy-hb increases in the right inferior prefrontal area in the pass sessions over the peseverate sessions, but we found the opposite pattern of the brain activation in the left inferior prefrontal regions (P < 0.002). Discussion The present results were consistent with the previous results that right inferior prefrontal activation determined whether young children displayed perseveration. Children showed the significant right inferior prefrontal activation during the preswitch and postswitch phases in the pass sessions over the perseverate sesseions. Given this differentiation, we propose that sustained right inferior prefrontal activation across the preswitch and postswitch phases may be responsible for the development of cognitive shifting during the DCCS task. Reference Moriguchi,Y. & Hiraki, K. (2009). Neural origin of cognitive shifting in young children. PNAS, 106, C Preswitch Phase (Yusuke Moriguchi, Kazuo Hiraki) Figure 1. DCCS task Postswitch Phase

7 P1-3 光 脳 機 能 イメージングの 数 学 教 育 研 究 への 応 用 黒 田 恭 史 ( 佛 教 大 学 教 育 学 部 ) 1.はじめに 1990 年 代 以 降, 脳 科 学 ( 神 経 科 学 )は 教 育 学 を 近 接 研 究 領 域 と 捉 え, 積 極 的 に 脳 科 学 研 究 を 教 育 学 研 究 へ 応 用 する 方 途 を 模 索 してきた この 背 景 には, 脳 活 動 計 測 装 置 の 飛 躍 的 な 開 発 が 第 一 の 要 因 として 挙 げられるが, 同 時 に 教 育 学 研 究 側 にも, 多 様 化 する 子 どもの 実 情 と, 社 会 からの 要 請 に 対 して, 既 存 の 研 究 方 法 を 超 える 新 たな 研 究 方 法 の 開 拓 が 希 求 されていたこと が 指 摘 できる 本 稿 では, 脳 科 学 と 教 育 学 研 究 の 望 ましい 学 際 的 研 究 のあり 方 に ついて, 教 育 学 研 究 の 立 場 から 言 及 する 2. 教 育 神 経 科 学 と 神 経 神 話 世 界 的 学 力 調 査 (PISA)を 主 催 する OECD( 経 済 協 力 開 発 機 構 ) 内 の CERI( 教 育 研 究 革 新 センター)が, 学 習 科 学 と 脳 研 究 のテーマの 下, 大 規 模 研 究 を 開 始 したのは 1999 年 のことで あった 国 内 では, 文 部 科 学 省 が 脳 科 学 と 教 育 研 究 を 2001 年 よりスタートした 現 在 では, 教 育 神 経 科 学 (Educational Neuroscience)として 脳 科 学 と 教 育 学 に 関 する 研 究 が 世 界 各 国 で 推 進 されているが,その 一 方 で 神 経 神 話 (Neuromyth)も 教 育 界 に 大 きな 影 を 落 とすことになってい る そこで,よりより 協 力 関 係 を 築 くための, 具 体 的 な 方 策 が 求 められている 3. 脳 科 学 と 教 育 学 の 接 点 多 くの 研 究 者 が, 脳 科 学 と 教 育 学 を 繋 ぐ 媒 体 として, 認 知 心 理 学 を 取 り 上 げている 認 知 心 理 学 と 脳 科 学 の 共 有 関 係 を 構 築 することで, 脳 科 学 と 教 育 学 の 融 合 を 図 ることができると 期 待 して いる しかし, 教 育 学 の 立 場 から 見 れば, 教 育 学 と 認 知 心 理 学 の 共 有 関 係 の 構 築 も 重 要 な 視 点 で ある すなわち, 教 育 学 も 認 知 心 理 学 もヒトの 学 習 を 主 たる 研 究 対 象 とするが, 教 育 学 は 学 習 の 治 療 を 最 終 目 的 とし, 認 知 心 理 学 は 学 習 の 診 断 を 最 終 目 的 としているという 違 いが 存 在 するからである 例 えば, 算 数 数 学 課 題 を 対 象 とした 研 究 で 言 えば, 教 育 学 では, 課 題 の 中 で 取 り 上 げられた 算 数 数 学 の 内 容 が, 社 会 的 要 請 を 踏 まえた 中 で 各 年 齢 段 階 の 教 育 内 容 として 妥 当 なものであり, どの 程 度 教 育 可 能 であるのかということが 関 心 事 となり, 認 知 心 理 学 では, 学 習 者 が 数 学 を 学 ぶ 過 程 や, 年 齢 段 階 による 理 解 特 性 の 解 明,すなわちヒトの 理 解 過 程 の 究 明 が 関 心 事 となる 4. 神 経 教 育 学 の 構 築 を 目 指 して 今 後, 学 際 的 研 究 をより 充 実 させていくとするならば, 各 研 究 領 域 間 の 差 異 を 注 意 深 く 検 討 し ながら, 教 育 学 と 脳 科 学 を 循 環 する 視 点 を 持 った, 共 同 研 究 が 実 施 されなくてはならないであろ う とりわけ, 教 育 学 を 踏 まえた 神 経 科 学 としての 教 育 神 経 科 学 から, 神 経 科 学 を 踏 まえた 教 育 学 としての 神 経 教 育 学 (Neuro-Educationics) の 発 想 が 重 要 となる この 視 点 が 日 本 に 根 付 き, 世 界 的 に 先 行 する NIRS 装 置 の 開 発 活 用 がそれに 連 動 するならば, 教 育 学 研 究 は 新 し いステージに 立 つことが 期 待 できる

8 P1-4 算 数 課 題 を 用 いた 光 脳 機 能 イメージング 実 験 岡 本 尚 子, 前 迫 孝 憲 ( 大 阪 大 学 大 学 院 人 間 科 学 研 究 科 ) 1.はじめに 近 赤 外 分 光 法 による 光 計 測 装 置 (NIRS)は, 成 人 のみならず, 子 どもを 対 象 に, 通 常 の 学 習 場 面 と 同 様 の 姿 勢 における 脳 活 動 計 測 が 可 能 である このことから, 教 育 学 研 究 における 活 用 可 能 性 が 高 い 装 置 であるといえる これまでは, 被 験 者 が 個 別 の 状 態 で, 他 からの 情 報 が 遮 断 され た 環 境 における 実 験 が 多 く 実 施 されてきたが, 今 後, 教 育 への 具 体 的 な 応 用 を 考 える 上 では, 学 習 時 に 他 からの 関 与 が 伴 う 教 室 空 間 に 近 い 場 面 を 設 定 した 実 験 が 重 要 となる 本 研 究 では, 教 室 空 間 に 近 い 実 験 環 境 設 定 に 向 けて, 課 題 遂 行 時 に 情 報 (ヒント)が 定 期 的 に 提 示 される 算 数 課 題 を 設 定 し, 小 学 生 を 対 象 とした NIRS による 脳 活 動 計 測 を 通 して, 学 習 時 の 脳 活 動 の 特 徴 を 明 らかにすることを 目 的 とする 2. 方 法 [ 対 象 ] 小 学 校 第 6 学 年 児 童 8 名 ( 男 子 4 名 女 子 4 名 ;11 歳 1 名 12 歳 7 名 ; 全 員 右 利 き) 事 前 に, 実 験 遂 行 における 安 全 性 と 実 験 結 果 の 扱 いに 関 して 説 明 を 行 い, 実 験 の 遂 行 とその 結 果 の 公 開 について 被 験 者 とその 保 護 者 から 文 書 で 同 意 を 得 た [ 方 法 ] 実 験 課 題 は, 算 数 課 題 として, 筆 算 過 程 の 部 分 を 解 答 する 虫 食 い 算 を 用 いた 解 答 は 筆 記 によるものとし た 実 験 手 順 は 右 図 のとおりである 試 行 1, 試 行 3には, 解 答 の 一 部 を 見 せるヒントを 提 示 し た 脳 活 動 計 測 には,NIRO-200( 浜 松 ホトニクス 社 製 )を 用 い,oxyHb と deoxyhb を 算 出 した 計 測 部 位 は, 前 頭 前 野 の2カ 所 ( 左 右 1カ 所 ずつ)とした 試 行 1 試 行 秒 以 内 レスト 時 間 + レスト 45 秒 試 行 2 試 行 秒 以 内 レスト + レスト 試 行 3 試 行 3 45 秒 180 秒 以 内 3. 結 果 と 考 察 行 動 観 察, 事 後 の 感 想 の 結 果 をもとに,ヒント 活 用 による 方 略 獲 得 の 可 否 によって 被 験 者 を 分 類 し,ヘモグロビン 濃 度 変 化 について 検 討 を 行 った その 結 果, 方 略 を 獲 得 できなかった 場 合 は, oxyhb の 増 加 が 続 き,ヒントを 有 効 に 活 用 して 方 略 を 獲 得 できた 場 合 は,oxyHb の 増 加 が 抑 制 さ れた oxyhb は, 試 行 錯 誤 の 段 階 では 増 加 し, 方 略 を 獲 得 して 独 力 での 解 決 に 至 ることで 増 加 が 抑 制 されたと 考 えられる なお,deoxyHb については,oxyHb の 大 幅 な 増 加 があった 場 合 に 減 少 が 見 られたが,これは oxyhb の 増 加 による 相 対 的 な 減 少 であると 予 想 される これらのことより, 学 習 者 の 理 解 過 程 を 考 える 上 では,ヘモグロビン 濃 度 の 増 加 から 減 少 とい った 時 間 経 過 における 変 化 の 様 相 を 検 討 することが 重 要 であるといえる 脳 活 動 の 活 性 化 状 態 を, いかにして 抑 制 するのかが, 理 解 を 促 すことに 関 連 するのではないかと 考 えられる また, 実 際 の 教 育 活 用 の 観 点 から 検 討 してみると,NIRS によるデータは, 各 学 習 者 の 理 解 状 況 の 把 握 や, 指 導 内 容 教 具 が 効 果 的 であるかを 検 証 する 際 の 指 標 として 活 用 できる 可 能 性 があ る

9 P1-5 多 チャンネル NIRS を 用 いた 抑 制 課 題 遂 行 中 の 前 頭 葉 機 能 測 定 西 村 幸 香 1,2 滝 沢 龍 2 川 久 保 友 紀 2 丸 茂 浩 平 2 木 納 賢 2 笠 井 清 登 2 1( 財 ) 精 神 神 経 科 学 振 興 財 団 2 東 京 大 学 医 学 部 精 神 医 学 教 室 背 景 と 目 的 抑 制 機 能 とは ある 状 況 での 優 勢 な 思 考 や 行 動 を 抑 制 することであり 前 頭 葉 を 含 む 広 範 な 領 域 が 関 与 するとされている 本 研 究 では 統 合 失 調 症 の 抑 制 機 能 における 前 頭 葉 の 関 与 について 検 討 するため 抑 制 機 能 課 題 である Go/NoGo 課 題 遂 行 中 の 前 頭 葉 機 能 について 前 頭 部 をカバーする 多 チャンネル NIRS を 用 いて 検 討 した 書 式 変 更 : フォント : ( 英 ) MS P 明 朝, ( 日 ) MS P 明 朝, 太 字, フォントの 色 : 黒 書 式 変 更 : フォント : ( 英 ) MS P 明 朝, ( 日 ) MS P 明 朝, 太 字, フォントの 色 : 黒 書 式 変 更 : フォント : ( 英 ) MS P 明 朝, ( 日 ) MS P 明 朝, 太 字, フォントの 色 : 黒 書 式 変 更 : フォント : ( 英 ) MS P 明 朝, ( 日 ) MS P 明 朝, 太 字, フォントの 色 : 黒 対 象 と 方 法 DSM-IV 診 断 基 準 を 満 たす 統 合 失 調 症 患 者 14 名 と 性 別 年 齢 JART-25 による 推 定 IQ をマッチさせた 健 常 成 人 40 名 に 対 して Go/NoGo 課 題 施 行 中 の 前 頭 葉 機 能 について 52ch の NIRS 装 置 (HITACHI ETG-4000)を 用 いて 酸 素 化 ヘモグロビン 濃 度 長 ([oxy-hb]) 変 化 と 脱 酸 素 化 ヘモグロビン 濃 度 長 ([deoxy-hb]) 変 化 の 測 定 を 行 った 実 際 の NIRS 測 定 では 30 秒 間 の pre-task 区 間 で Go 条 件 を 行 い 次 に 60 秒 間 の Go/NoGo 条 件 最 後 に 70 秒 間 の post-task 区 間 において 再 び Go 条 件 を 行 うブロックデザインで 行 った 解 析 では pre-task と post-task の 終 了 時 (10 秒 間 )を 用 いて 補 正 処 理 を 行 った 後 各 チャンネル 別 に pre-task 区 間 の Go 条 件 (10 秒 間 ) 及 び Go/NoGo 条 件 (60 秒 間 ) 遂 行 中 の[oxy-Hb] 変 化 量 の 平 均 値 を 算 出 し 疾 患 別 に Go 条 件 と 比 較 した Go/NoGo 条 件 の 前 頭 葉 賦 活 について 検 討 した また 統 合 失 調 症 群 については その 症 状 評 価 尺 度 である PANSS (Positive and Negative Symptom Scale)を 用 いて 評 価 した 重 症 度 との 相 関 を 検 討 した なお 本 研 究 は 東 京 大 学 医 学 部 倫 理 委 員 会 に 承 認 されており 研 究 協 力 者 には 事 前 に 趣 旨 を 説 明 し 書 面 で 同 意 を 得 た 上 で 実 施 した 結 果 と 考 察 Go/NoGo 条 件 の 正 答 率 は 健 常 対 照 群 では 98.9±2.1% 統 合 失 調 症 群 では 99.1±1.8% であった 健 常 対 照 群 における Go/NoGo 条 件 遂 行 中 の[oxy-Hb] 変 化 量 は Go 条 件 と 比 較 し て 主 に 背 外 側 前 頭 前 野 において 有 意 な 減 少 を 示 し [deoxy-hb] 変 化 量 は 同 領 域 で 有 意 な 増 加 を 示 した 一 方 これらの 変 化 は 統 合 失 調 症 群 では 確 認 できなかった また 統 合 失 調 症 群 における 重 症 度 との 相 関 の 検 討 では Go/NoGo 条 件 遂 行 中 の[oxy-Hb] 変 化 量 と Excitement 因 子 得 点 (van der Gaag et al (2006)による PANSS スコアの 5 因 子 モデル) について 有 意 な 正 の 相 関 を 示 した これらの 結 果 は シンプルな 抑 制 課 題 における 前 頭 葉 の deactivation を 示 している さらに 統 合 失 調 症 患 者 においては Excitement 因 子 ( 下 位 項 目 : 興 奮 敵 意 非 協 調 性 衝 動 性 の 調 節 障 害 )と 抑 制 機 能 の 関 連 が 示 唆 された

10 P1-6 パニック 障 害 における Sigma1 受 容 体 遺 伝 子 多 型 と NIRS による 脳 機 能 測 定 の 関 連 性 につ いて 谷 井 久 志 1) 細 川 琴 美 1) 小 西 喜 昭 1) 井 上 顕 2) 西 村 幸 香 1) 貝 谷 久 宣 3) 岡 崎 祐 士 4) 1) 三 重 大 学 大 学 院 医 学 系 研 究 科 精 神 神 経 科 学 分 野 2) 藤 田 保 健 衛 生 大 学 医 学 部 公 衆 衛 生 学 教 室 3) 医 療 法 人 和 楽 会 パニック 障 害 研 究 センター 4) 東 京 都 立 松 沢 病 院 目 的 パニック 障 害 (パニック 障 害 )は 動 悸 発 汗 胸 部 不 快 感 めまい 感 など 複 数 の 身 体 的 な 症 状 を 伴 いつつ 予 期 しない 不 安 発 作 が 繰 り 返 されることを 特 徴 とする パニック 障 害 患 者 では 前 頭 葉 機 能 低 下 が 示 唆 され それは 発 作 に 対 する 破 滅 的 な 解 釈 や 回 避 に 関 連 すると 考 えられている Sigma1 受 容 体 については 認 知 機 能 との 関 連 が 示 されている 他 にパニック 障 害 の 代 表 的 な 治 療 薬 であるフルボ キサミンが Sigma1 受 容 体 への 特 徴 的 な 薬 理 作 用 を 持 つとされており パニック 障 害 を 対 象 とする Sigma1 受 容 体 多 型 と 認 知 機 能 や 知 的 機 能 についての 検 討 の 必 要 性 が 認 められる そこで 本 研 究 で はパニック 障 害 患 者 における 語 流 暢 課 題 遂 行 中 の 前 頭 葉 機 能 と Sigma1 受 容 体 A61C (Gln2Pro) 多 型 との 関 連 を 検 討 した 方 法 精 神 疾 患 簡 易 構 造 化 面 接 (MINI)による DSM-IV 診 断 を 満 たすパニック 障 害 患 者 に 関 して 文 書 での 説 明 による 同 意 を 得 て 遺 伝 子 検 査 用 の 採 血 を 実 施 した パニック 障 害 患 者 群 71 人 ( 男 性 20 人 女 性 51 人 )について Sigma1 受 容 体 A61C (Gln2Pro) 多 型 と 光 トポグラフィー( 近 赤 外 分 光 法 :NIRS)によ る 語 流 暢 課 題 中 の 賦 活 の 差 異 を 検 討 した 知 的 機 能 検 査 として JART(Japanese Adult Reading Test) および WAIS-R 短 縮 版 ( 知 識 絵 画 完 成 数 唱 の3 項 目 )を 施 行 した 結 果 語 流 暢 課 題 を 施 行 した 結 果 Sigma1 受 容 体 多 型 に 関 して Sigma1 Gln/Gln 型 について Pro carriers と 比 較 して 男 女 とも 有 意 に 高 い 賦 活 が 認 められた この 傾 向 は 男 性 において 特 に 顕 著 であっ た また 知 的 機 能 に 関 して Gln/Gln 型 が Pro carriers に 比 して 特 に 男 性 において 高 値 を 示 す 傾 向 が 認 められた この 傾 向 は WAIS-R 短 縮 版 ( 知 識 絵 画 完 成 数 唱 の3 項 目 )において 顕 著 であり JART に おいては 総 じて 同 様 の 傾 向 はあったものの 有 意 差 を 示 すまでには 至 らなかった 考 察 パニック 障 害 において PET や SPECT での 先 行 研 究 で 前 頭 葉 機 能 低 下 や 脳 血 流 の 低 下 が 示 されており NIRS での 検 討 でも 未 治 療 のパニック 障 害 患 者 において 健 常 対 照 群 と 比 して 左 下 前 頭 葉 で oxyhb 変 化 量 の 減 衰 が 認 められているが 本 検 討 では Sigma1 受 容 体 多 型 間 で oxyhb 変 化 量 に 差 異 が 認 められた 統 合 失 調 症 患 者 においては Sigma1 受 容 体 A61C(Gln2Pro) 多 型 Gln/Gln 型 が Pro キ ャリア 型 に 比 較 して 語 流 暢 課 題 中 の 賦 活 が 高 いとする 先 行 研 究 があるが(Takizawa R et al. 2009) パニック 障 害 においても 同 様 に Pro キャリア 型 が Gln/Gln 型 に 比 較 して 有 意 に 語 流 暢 課 題 中 の 賦 活 の 低 下 を 示 した これらの 結 果 は 統 合 失 調 症 とパニック 障 害 との 類 似 性 を 示 す 所 見 である また 知 的 機 能 の 検 討 においては JART では 多 型 間 の 差 異 は 顕 著 ではなかったものの WAIS-R 短 縮 版 では 有 意 な 差 異 が 認 められ WAIS-R 短 縮 版 が 語 流 暢 課 題 中 の 賦 活 との 関 連 をより 鋭 敏 に 反 映 する 検 査 である 可 能 性 を 示 唆 するものであり 遺 伝 子 多 型 との 関 連 について 中 間 表 現 型 としての NIRS 計 測 の 有 用 性 を 示 す 所 見 と 考 えられる 文 献 Takizawa R, Hashimoto K, Tochigi M, Kawakubo Y, Marumo K, Sasaki T, Fukuda M, Kasai K. Association between sigma-1 receptor gene polymorphism and prefrontal hemodynamic response induced by cognitive activation in schizophrenia. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 33: , 2009

11 P2-1 NIRS を 用 いた 高 次 脳 機 能 計 測 とその 評 価 柳 沢 一 機, 原 久 純 ( 日 本 大 学 大 学 院 ), 綱 島 均 ( 日 本 大 学 ) はじめに NIRS の 信 号 は, 呼 吸 による 影 響 血 圧 変 動 測 定 装 置 のノイズなどの 脳 活 動 に 無 関 係 な 信 号 が 含 まれ ている.また,NIRS は 原 理 上 の 問 題 点 から, 測 定 値 が 相 対 値 であり, 被 験 者 間 で 測 定 値 の 比 較 や 統 計 的 な 処 理 を 行 うことができないという 問 題 点 がある. 本 研 究 では,NIRS 信 号 を 離 散 ウェーブレット 変 換 による 多 重 解 像 度 解 析 を 行 い, 標 準 得 点 化 する 解 析 方 法 を 提 案 する. 提 案 する 解 析 方 法 の 有 効 性 を 示 すために, 暗 算 課 題 時 の 脳 活 動 を NIRS と fmri により 同 時 計 測 し,その 結 果 を 比 較 する. 実 験 方 法 被 験 者 には, 以 下 に 示 す3 種 類 の 難 易 度 の 異 なる 暗 算 を 出 題 した. 難 易 度 低 : 桁 上 がりのない 1 桁 の 足 し 算 例 ) 2+7= 難 易 度 中 : 三 つの 数 字 の 足 し 算 例 ) 3+5+8= 難 易 度 高 : 小 数 の 引 き 算 と 割 り 算 例 ) 234 ( ) = 問 題 はモニタに 表 示 し, 解 答 は 声 に 出 さないように 教 示 した.どの 難 易 度 も 3 回 ずつ 出 題 し, 出 題 する 順 番 はラン ダムとした. 測 定 部 位 は 前 頭 葉, 被 験 者 は 20~40 代 の 男 女 9 名 とした. 実 験 結 果 実 験 のブロックデザインは, 暗 算 -レストが 64 秒 周 期 で 繰 り 返 されているので, 暗 算 による 脳 活 動 も 64 秒 周 期 で 繰 り 返 されていることが 考 えられる.そこで, 信 号 を 10 段 階 に 分 解 し,64 秒 周 期 の 変 動 が 含 まれる 成 分 を 中 心 に 信 号 を 再 構 成 した.この 解 析 方 法 によって, 測 定 装 置 のノイズやトレンドを 取 り 除 い た.さらに, 再 構 成 後 の 信 号 の 各 チャンネルの oxyhb,deoxyhb の 平 均 が 0, 標 準 偏 差 が 1 になるように 標 準 得 点 化 した.この 方 法 によって, 被 験 者 ごとの 結 果 を 加 算 し, 平 均 を 求 めることで 課 題 時 の 一 般 的 な 脳 活 動 を 評 価 することが 可 能 となる 1). 提 案 した 解 析 を 行 った NIRS 信 号 より 作 成 した 脳 機 能 画 像 と 集 団 解 析 した fmri の 結 果 を 図 1に 示 す.どち らの 結 果 も 難 易 度 が 高 い 課 題 ほど, 前 頭 葉 外 側 部 にて oxyhb が 上 昇 しており, 活 動 していることがわかる. まとめ 提 案 した 解 析 方 法 の 有 効 性 を 示 すために, 暗 算 課 題 時 の 脳 活 動 を NIRS と fmri にて 同 時 計 測 し, その 結 果 を 比 較 した.その 結 果, 提 案 した 解 析 を 行 った NIRS の 結 果 と fmri の 結 果 が 一 致 し, 有 効 な 解 析 方 法 であることを 示 した. 図 1 解 析 後 の NIRS 信 号 と 集 団 解 析 した fmri による 脳 機 能 画 像 ( 被 験 者 9 名 分 ) 参 考 文 献 1) 柳 沢 一 機, 綱 島 均, 丸 茂 喜 高, 広 瀬 悟, 清 水 俊 行, 泰 羅 雅 登, 土 師 知 己, 機 能 的 近 赤 外 分 光 装 置 (fnirs)を 用 いた 高 次 脳 機 能 計 測 とその 評 価,ヒューマンインターファース 学 会 誌,Vol.11,No.2,pp ,2009

12 P2-2 系 列 動 作 課 題 遂 行 時 に お け る 脳 機 能 の 検 討 小 林 諭 史 1)4) 5), 松 井 三 枝 2)4 ) 5), 浦 川 将 3)4 ) 5), 高 本 孝 一 3)4) 5), 西 条 寿 夫 3)4 )5) 1) 富 山 大 学 大 学 院 医 学 薬 学 教 育 部, 2) 同 医 学 薬 学 研 究 部 心 理 学 教 室, 3) 同 システム 情 動 科 学 講 座, 4) 科 学 技 術 振 興 機 構, 5 ) J S P S ア ジ ア 研 究 教 育 拠 点 系 列 動 作 課 題 で あ る Fist edge palm task(fep) は, 随 意 運 動 の 障 害 を 判 定 す る 検 査 と し て 神 経 学 的 微 徴 候 検 査 に も 取 り 入 れ ら れ て お り, 臨 床 現 場 に お い て も し ば し ば 用 い ら れ て い る 統 合 失 調 症 を は じ め と す る 神 経 精 神 疾 患 の 患 者 で は, こ の 課 題 の 施 行 が 拙 劣 な こ と が あ り, 前 頭 前 野 機 能 障 害 と 密 接 に 関 連 し て い る と 考 え ら れ て き た こ れ ま で FEP 試 行 時 の 脳 賦 活 領 域 について, fmri などの 脳 機 能 イメージングを 用 いて 検 討 がなされてき た (Umetsu et al., 2002; Rao et al., 2008) し か し, こ れ ら の 研 究 で は 臥 床 体 勢 で 課 題 を 行 う た め 臨 床 場 面 で の 施 行 と は 条 件 が 異 な る また FEP 施 行 時 の 動 作 の 速 さ を 規 定 し て い な い た め, 被 験 者 の 運 動 が 等 質 に 統 制 さ れ て い な い 本 研 究 で は よ り 臨 床 で 行 わ れ る 方 略 に 準 拠 し,FEP 施 行 の 速 さ や 姿 勢 な ど を 統 制 し, FEP 施 行 中 の 脳 活 動 に つ い て 検 討 し た 健 康 な 右 利 き の 被 験 者 11 名 に, 座 位 で 課 題 を 施 行 で き る 近 赤 外 分 光 法 (Near infrared spectroscopy:nirs) を 用 い て, 体 勢 などに よ る 影 響 を 排 除 し,メ ト ロ ノ ー ム 音 に よ っ て 動 作 の 速 さ を 3 動 作 / 秒 に 規 定 し た FEP を 施 行 した 各 被 験 者 に は 課 題 の 内 容 を ビ デ オ で モ デ リ ン グ し, 同 じ 動 作 を す る よ う に 教 示 し た コ ン ト ロ ー ル タ ス ク は 単 純 動 作 (Palm tapping:pt) を 用 い, 両 課 題 試 行 時 の 前 頭 前 野 領 域 に お け る 脳 活 動 を 比 較 検 討 し た さら に 被 験 者 間 に お い て, 課 題 試 行 の 正 確 性 な ど と い っ た 行 動 指 標 と Oxy-Hb の 変 化 と の 関 連 を 検 討 し た そ の 結 果,FEP は 単 純 動 作 と 比 較 し て 前 頭 前 野 領 域 に お い て 特 異 的 な 反 応 を 示 した こ の こ と か ら,FEP 施 行 に は 前 頭 前 野 の 活 動 が 関 連 し て い る こ と が 示 唆 さ れ た

13 P2-3 あとだしじゃんけん 課 題 遂 行 時 の 難 易 度 変 化 に 伴 う 背 外 側 前 頭 前 野 脳 血 液 量 の 推 移 松 本 健 二 1) 菊 地 千 一 郎 1) 伊 沢 彩 乃 2) 三 分 一 史 和 3) 石 黒 真 木 夫 4) 久 保 田 文 雄 5) 渡 辺 英 寿 2) 1) 加 藤 敏 1) 自 治 医 科 大 学 精 神 医 学 教 室 2) 自 治 医 科 大 学 脳 神 経 外 科 学 教 室 3) 千 葉 大 学 工 学 部 メディカ ルシステム 工 学 科 4) 統 計 数 理 研 究 所 5) 赤 城 病 院 目 的 われわれの NIRS を 用 いた 先 行 研 究 では あとだし 負 けじゃんけん と あとだし( 勝 ち) じゃんけん 課 題 を 遂 行 中 の 前 頭 前 野 脳 血 液 変 化 量 を 比 較 すると 難 易 度 が 高 い あとだし 負 けじゃ んけん の 変 化 量 が 大 きかった(Kikuchi et al. 2007, Onishi et al. 2008) これは 負 けじゃんけん が 認 知 的 葛 藤 を 引 き 起 こすため 脳 活 動 に 負 荷 がかかり 血 液 量 変 化 が 増 大 したものと 考 えられる しかしながら これは 2 課 題 間 での 単 純 な 比 較 である 今 回 われわれは 負 荷 の 増 大 による 活 動 量 の 推 移 を 調 べるため 認 知 課 題 の 難 易 度 を4 段 階 に 変 化 させて 脳 血 液 変 化 量 の 推 移 を 調 べたので 報 告 す る 方 法 説 明 と 同 意 を 得 た 健 常 成 人 14 名 ( 男 7 名 女 7 名 平 均 年 齢 27.86±2.98 歳 全 員 右 利 き) に 施 行 した NIRS 測 定 には 浜 松 ホトニクス 社 製 マルチファイバアダプタシステム C9866 を 使 用 し た 左 右 の 背 外 側 前 頭 前 野 を 中 心 に4チャンネルずつ 計 8チャンネルを 配 置 した 課 題 はコンピュ ーターから 提 示 されたじゃんけんの 手 の 写 真 に 対 し 画 面 下 部 の 指 示 に 沿 った 手 を 利 き 手 で 提 示 して もらうというものである 1 回 の 検 査 は 4 分 24 秒 の 対 照 課 題 と 刺 激 課 題 を 繰 り 返 す1コンディシ ョンのブロックデザインである(ABABABABABA A= 対 照 課 題 B= 刺 激 課 題 ) 刺 激 課 題 の 難 易 度 を 変 化 させた 検 査 を 1 名 につき4 回 施 行 した 4つの 検 査 の 対 照 課 題 は 全 て 出 された 手 に 同 じ 手 を 提 示 してもらう あいこ とし 刺 激 課 題 の 難 易 度 を 検 査 間 で 変 化 させた 1 勝 ち 課 題 (WIN) の 刺 激 課 題 は 出 された 手 に 勝 つ 手 を 提 示 する 2 負 け 課 題 (LOS)の 刺 激 課 題 は 出 された 手 に 負 ける 手 を 提 示 する 3 交 替 課 題 (ALT)の 刺 激 課 題 は 出 された 手 に 勝 ち 負 け 勝 ち 負 け と 交 替 で 指 示 された 手 を 提 示 する 4 任 意 課 題 (RND)の 刺 激 課 題 は 出 された 手 に 勝 ち 負 け を 任 意 で 指 示 された 手 を 提 示 する 個 々の 被 験 者 に 合 った 課 題 の 提 示 間 隔 を 決 めるため 本 番 検 査 前 に 全 検 査 をリハーサルし 被 験 者 が 課 題 を 遂 行 できる 範 囲 で 最 も 難 しい 提 示 速 度 (コンピュー ターの 手 の 提 示 間 隔 の 最 も 短 いもの)を 求 め その 課 題 の 提 示 間 隔 が4 検 査 中 で 最 も 長 かったものに 統 一 した 全 検 査 終 了 後 被 験 者 の 主 観 的 な 難 易 度 の 評 価 を 調 査 した 1 検 査 における 5 回 の 刺 激 課 題 の OxyHb 変 化 波 形 を 刺 激 課 題 直 前 の 5 ポイントの 平 均 値 と 刺 激 課 題 直 後 の 6~10 ポイントの 平 均 値 で 結 んだ 直 線 で 補 正 後 5 回 の 平 均 波 形 を 算 出 し 波 形 の 積 分 値 を OxyHb 変 化 量 とした 著 明 なノイズが 混 入 したチャンネルを 除 外 して 有 効 チャンネルの OxyHb 変 化 量 の 平 均 値 を 各 対 象 間 で 比 較 検 討 した 結 果 被 検 者 から 得 られた 難 易 度 の 評 価 は 難 しい 順 に RND>ALT>LOS>WIN の 順 であった 14 名 中 8 名 で ALT の OxyHb 変 化 量 が 最 も 大 きく 3 名 で LOS の 変 化 が 最 も 大 きかった 残 りは RND が 2 名 で WIN が 1 名 であった また WIN と RND が 低 く ALT もしくは LOS にピークを 持 つ 山 型 の 変 化 を 示 したものが 6 名 いた 考 察 中 程 度 の 難 易 度 で 最 も 変 化 が 大 きい 例 が 多 かったことから 課 題 の 難 易 度 の 上 昇 に 伴 い 脳 活 動 は 漸 増 するのではなく ピークを 認 める 可 能 性 が 示 唆 された つまり 活 動 が 最 も 高 くなるために は 程 良 い 難 易 度 が 必 要 で 難 易 度 が 低 すぎても 高 すぎても 活 動 は 少 なくなると 考 えられた また 活 動 にピークを 生 じる 難 易 度 には 個 人 差 が 存 在 することが 推 測 された 今 後 対 象 数 を 増 加 させ 比 較 検 討 を 続 けていく 予 定 である

14 P2-4 fnirs による 体 外 離 脱 体 験 中 の 脳 血 流 変 化 の 測 定 (Brain Blood Flow Change during Out-of-Body Experience by fnirs) 乾 泰 宏 (Yasuhiro INUI)タオ 研 究 所 ( 日 本 東 京 ) 小 久 保 秀 之 (HideyukiKOKUBO) 国 際 総 合 研 究 機 構 生 体 計 測 研 究 所 ( 日 本 千 葉 ) 1. はじめに タオ 内 丹 法 ( 仙 道 ) 修 練 の 中 に 体 外 離 脱 体 験 を 導 く 方 法 がある この 方 法 で 導 かれた 瞑 想 的 な 体 外 離 脱 状 態 の 脳 血 流 を 多 チ ャ ン ネ ル の 近 赤 外 分 光 血 流 計 (functional near infrared spectroscopy: fnirs)を 使 って 測 定 した fnirs は 頭 皮 近 くの 大 脳 皮 質 しか 測 れず( 頭 皮 から 深 さ 2-3cm) 空 間 分 解 能 も 2-3cm であるが 立 位 や 座 位 で 測 定 ができる 被 験 者 の 負 担 が 脳 波 測 定 と 同 程 度 であ るなどの 利 点 がある 本 報 では 1 例 ではあるが 体 外 離 脱 体 験 中 の 脳 血 流 変 化 で 興 味 深 い 結 果 が 得 られたので 報 告 する 2. タオ 内 丹 法 の 体 外 離 脱 修 練 タオ 内 丹 法 ( 仙 道 )は 身 体 と 意 識 を 同 時 に 鍛 錬 する 修 練 法 全 体 は(1) 築 基 (2) 煉 精 化 気 (3) 煉 気 化 神 (4) 煉 神 還 虚 (5) 還 虚 合 道 の5 段 階 に 分 かれ 各 段 階 を 各 5-7 年 かけて 修 練 してい く 体 外 離 脱 修 練 は(4) 煉 神 還 虚 段 階 で 行 う 実 験 においては(1) 安 静 時 (2) 体 内 の 意 識 の3つの 中 心 を 脳 中 幹 に 集 める 三 華 集 頂 (3) 意 識 体 が 体 外 離 脱 する 出 神 (4) 体 外 の 意 識 体 が 周 辺 遊 躍 する 神 遊 観 (5) 意 識 体 を 体 内 に 収 容 する 収 神 の5つのパー トに 分 かれて 意 識 体 の 体 外 離 脱 を 行 い 各 段 階 における 脳 血 流 の 変 化 を 測 定 した 3. 実 験 方 法 実 験 場 所 期 間 : 脳 血 流 測 定 は 2009 年 5 月 2 日 国 際 総 合 研 究 機 構 生 体 計 測 研 究 所 にて 行 った 被 験 者 : 仙 道 の 熟 練 者 1 名 (I001 男 71 歳 )( 著 者 )と した 脳 血 流 測 定 : 脳 血 流 測 定 には 780nm, 805nm, 830nm の 3 波 長 の 光 を 用 いる 近 赤 外 光 イメージング 装 置 FOIRE-3000 ( 島 津 製 作 所 製 日 本 )を 用 いた(OMM-3000 の 同 型 機 1) ) 送 光 極 5 極 受 光 極 4 極 を 3 3 の 正 方 格 子 に 交 互 配 列 し 前 頭 前 野 を 測 定 した 手 続 き: 脳 血 流 の 測 定 は 光 ファイバープローブ 装 着 後 血 流 が 十 分 安 定 してから 開 始 した 被 験 者 の 作 業 課 題 は 体 脱 のための 準 備 ( 約 4 分 ) 体 脱 ( 約 6 分 ) 終 了 作 業 ( 約 5 分 )であった データ 解 析 方 法 : 体 脱 体 験 の 状 態 に 入 って 10 秒 ほど 経 過 した 時 点 から 200 秒 間 のデータを 59 点 20 回 スプライン 補 間 で 加 算 平 均 した 4. 結 果 Fig. 1に 体 脱 体 験 中 の 総 血 流 量 の 変 化 を 簡 易 マップ とダミー 脳 への 投 影 図 で 示 す 本 測 定 は 被 験 者 1 名 による 予 備 的 な 測 定 であるが 前 頭 前 野 で 顕 著 な 血 流 量 の 減 少 が 見 られるという 興 味 深 い 結 果 が 得 られた Fig. 1 瞑 想 的 体 脱 体 験 中 の 総 血 流 量 変 化 上 : 簡 易 マップ 表 示 下 :ダミー 脳 への 投 影 図 いずれも 200 秒 加 算 平 均 5. 考 察 と 今 後 の 課 題 今 回 は 前 頭 前 野 のみを 測 定 した 他 の 部 位 でどのよ うな 変 化 が 起 こるのか 調 べる 必 要 がある fnirs で 測 定 し ているのは 頭 皮 に 近 い 部 分 だけであるので 脳 深 部 に 血 流 が 集 まっている 可 能 性 も 考 えられる 引 き 続 き さまざま な 角 度 から 瞑 想 的 体 脱 体 験 の 測 定 を 試 みたい 参 考 文 献 1) Chen W, Zhang T, Wang F, Kokubo H and Yamamoto M: Change of hemoglobin concentration of cerebral cortex and respiration frequency during qi-emission task, J Intl Soc Life Info Sci, 21(2): , ) 小 久 保 秀 之 山 本 幹 男 河 野 貴 美 子 : 近 赤 外 分 光 法 に よ る 図 形 推 測 時 の 脳 活 動 の 研 究, 超 心 理 学 研 究, 10(1&2): 33-36, ) 小 久 保 秀 之 山 本 幹 男 渡 辺 恒 夫 河 野 貴 美 子 坂 本 和 巳 : 近 赤 外 分 光 血 流 計 を 用 いた 推 測 課 題 時 の 脳 血 流 変 化. J Intl Soc Life Info Sci, 24(1): , ) 小 久 保 秀 之 山 本 幹 男 河 野 貴 美 子 : 自 由 応 答 型 推 測 における 脳 血 流. 超 心 理 学 研 究, 11(1&2): 12-20, ) Elliott R, Rees G and Dolan RJ: Ventromedial prefrontal cortex mediates guessing, Neuropsychologia. Apr; 37(4): , ) 小 久 保 秀 之 山 本 幹 男 桂 川 秀 嗣 鎌 田 明 彦 河 野 貴 美 子 橋 爪 秀 一 渡 辺 恒 夫 : fnirs による 太 極 拳 の 測 定. Journal of International Society of Life Information Science, 26(1): , 2008.

15 P2-5 MCT 実 施 時 のfNIRS による 脳 前 頭 前 野 の 賦 活 域 大 阪 電 気 通 信 大 学 西 原 小 百 合 西 原 一 嘉 機 能 的 近 赤 外 分 光 分 析 装 置 (fnirs)を 用 いた 脳 の 賦 活 域 に 関 する 先 行 研 究 としては 摂 食 時 単 純 な 加 算 時 香 り 刺 激 時 漢 字 想 起 時 等 を 対 象 とした 研 究 を 挙 げることができ る しかし 図 学 における MCT ( 仮 想 切 断 面 実 形 視 テスト) のような 立 体 図 形 の 問 題 に 解 答 させる 時 の 脳 活 動 をfNIRS を 用 いて 見 ようとした 研 究 はない ただし 脳 波 計 を 用 いて MCT を 動 的 教 材 画 面 として 与 えた 際 の 差 を 見 ようとした 研 究 はあるものの 直 接 脳 の 賦 活 域 が 得 られているわけではない そこで 本 研 究 では ( 株 ) 島 津 製 作 所 製 FOIRE-3000 を 用 い MCT の 問 題 解 答 時 の 脳 の 賦 活 域 の 特 定 を 試 みたものである MCT は 仮 想 切 断 面 実 形 視 テスト(Mental Cutting Test)のことで 提 示 された 立 体 の 見 取 り 図 と 切 断 面 に 対 し その 断 面 の 実 形 図 を 5 個 の 選 択 肢 から 選 ばせる 一 種 の 客 観 テスト である このテストはアメリカの CEEB(College Entrance Board)によって 1939 年 に 大 学 入 学 試 験 用 に 開 発 された Special Aptitude Test Space Relation の 一 部 である これまでに MCT は 数 多 くの 被 験 者 に 対 して 実 施 され 多 くのデータが 蓄 積 され 全 25 問 ある 核 問 題 の 特 徴 が 明 らかにされていて 被 験 者 の 空 間 把 握 の 状 況 を 知 るテストとして 定 着 している 従 来 fnirs で 用 いられるタスクは 短 時 間 のものが 多 いが MCT では 連 続 長 時 間 にわたるという 特 徴 がある データの 解 析 には 似 通 った 個 体 あるいは 変 数 のグループ 化 を 行 うための 手 法 であるク ラスター 分 析 を 中 心 に 脳 の 各 賦 活 域 間 の 酸 素 化 ヘモグロビンの 変 動 の 関 連 を 調 べた 仮 想 切 断 面 実 形 視 テスト 実 施 字 における 脳 表 面 の 酸 素 化 ヘモグロビン 濃 度 の 実 測 の 結 果 は 以 下 のようにまとめられる (1) 脳 前 頭 前 野 の 左 上 隅 周 辺 にあるチャンネル66, と 前 頭 前 野 右 前 下 部 にあるチャンネル20,27,28,29,30では 酸 素 化 ヘモグロビン 濃 度 の 変 化 の 値 が 非 常 に 大 きい (2)チャンネル13を 中 心 とする チャンネル6,26,32は 酸 素 化 ヘモグロビン 濃 度 の 変 化 の 形 がほぼ 等 しい これに 対 し チャンネル20,27,28,29では 酸 素 化 ヘモグロビン 濃 度 の 変 化 の 形 は 各 々 異 なっている 以 上 より MCT を 特 異 ことをタスクとして 実 施 している 時 の 脳 の 賦 活 域 は 用 いた 測 定 ホルダーの 制 から 前 頭 前 野 の 表 面 に 限 られるが チャンネル13を 中 心 とするチャンネル 6,26,32とチャンネル20,27,28,29であることが 明 らかにできたと 考 え る 今 回 の 実 測 で 得 られた 深 津 域 は MCT 実 施 時 の 問 題 をとく 過 程 が 関 わる 脳 の 深 津 域 以 外 に 解 を 書 く 手 の 動 き 問 題 を 見 る 目 の 動 き 合 図 を 聞 く 耳 の 動 きなどの 総 合 的 なタス クに 対 応 する 脳 の 賦 活 が 入 っており 純 粋 に 空 間 認 知 をしているときのみを 抜 粋 して 特 定 したものではない このことの 解 明 は 男 女 差 の 比 較 側 頭 部 を 含 めた 全 頭 の 測 定 等 とと もに 今 後 の 課 題 とする

16 P2-6 ボタン 操 作 時 の NIRS 高 速 成 分 のイベント 関 連 解 析 *1 *2 *2 田 村 博 末 吉 美 喜 岡 田 明 Event related Analysis of NIRS quick component to Finger Selection for Button Operations Hiroshi TAMURA *1, Miki Sueyoshi *2 and Akira Okada *2 サンプリング 方 式 の NIRS では 活 発 な 高 速 成 分 が 観 測 される 血 流 NIRS では これをノイズと 見 なして 手 際 よく 捨 て 去 ることを 手 腕 としてきた 高 速 成 分 は 脳 神 経 活 動 の 豊 富 な 情 報 に 満 ちている ノイズを 宝 の 山 に 転 化 する 手 始 めは 高 速 成 分 の 事 象 関 連 解 析 である 図 1 ボタン 操 作 機 右 手 側 方 操 作 位 置 NIRS から 出 力 された 酸 化 Hb 濃 度 (Oxy)と 脱 酸 化 Hb 濃 度 (Deoxy)のデータを 次 式 に 代 入 する 濃 度 和 (Total): 濃 度 差 (O_D): Total= Oxy+ Deoxy O_D = Oxy-Deoxy 高 速 成 分 は 主 に 濃 度 差 に 集 約 される 濃 度 差 に 移 動 平 均 を 行 い 低 速 成 分 を 差 し 引 き 高 速 成 分 をえる 高 速 成 分 Quick = O_D-Average(O_D) 島 津 製 Foire3000 を 用 い 48 チャンネルを 0.1 秒 周 期 で 計 測 した 図 1に 示 すボタン 操 作 時 の 手 指 選 択 を 考 える 人 の ボタン 操 作 は 指 示 後 秒 で 完 了 する 4 方 向 の ボタン 操 作 をランダムに 指 示 し 約 100 秒 間 に 合 計 20 回 の 操 作 を 課 した ディスプレーへの 指 示 開 始 からの 約 1.1 秒 を 応 答 区 間 とし その 直 前 直 後 の 1.1 秒 を 前 後 区 間 とし この 3 区 間 の 最 大 値 などを 比 較 解 析 した 同 一 指 示 に 対 する 高 速 成 分 5 例 をとりだし 指 示 開 始 時 点 を 合 わせて 描 いた 例 を 図 2 に 示 す このような 波 形 から 最 大 値 などを 抽 出 し 比 較 すると 図 3 a), b), c)を える 図 3a では 山 (P) 谷 (H) 傾 斜 (S)が 混 在 している 多 くのチャンネルは このような 混 在 型 になる ところが 少 数 の NIRS チャンネルでは 図 3 b), c)のよ うに 山 あるいは 谷 の 集 中 型 であることを 発 見 した 集 中 型 チャンネルの 発 現 部 位 は 観 測 した 48 チャンネル 中 の 2~4 カ 所 であるが ゆび 毎 に 異 なっている これは 高 速 成 分 についての 新 規 の 事 象 関 連 現 象 である この 事 象 は 左 右 手 操 作 位 置 指 示 の 提 示 方 法 によ って 切 り 替 えられる Fuchigami, M., Tamura, H. Okada, A., Brain Activities supporting Finger Operations, analyzed by Neuro-NIRS, In Smith & Salvendy. (Eds.) : Human Interface Part 1, HCII 2009, LNCS 5617, pp , Springer-Verlag, 2009 X 35 ch 図 2 指 示 に 対 する 5 回 の 前 応 答 後 区 間 の 波 形 S 5S 2P 3H 1S 5S B 11 N A S 2P 3H 4S 5S B 11 X A 3 a) 混 在 型 3 b) 山 型 4H 2H 3H B 22 X A 3 c) 谷 型 1H 図 3 最 2H大 値 等 の 応 3H 答 型 4H B: 前 区 間 5H, : 応 答 区 間 A: 後 区 間

17 P2-7 NIRS で 見 る 両 側 性 機 能 低 下 郷 真 哉 東 京 大 学 大 学 院 新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 健 康 スポーツ 科 学 寄 付 講 座 序 論 一 般 に 一 側 の 腕 や 脚 を 単 独 に 動 かした 場 合 には 発 揮 筋 力 も 反 応 速 度 も 最 大 の 能 力 を 発 揮 することが 出 来 る しかし 両 側 の 腕 や 脚 を 同 時 に 動 かそうとすると 最 大 能 力 を 発 揮 しようとしているにもかかわらず それぞれの 腕 や 脚 の 能 力 が 一 側 を 単 独 に 動 かしたと きと 比 較 し 低 下 してしまう この 現 象 は 両 側 性 機 能 低 下 と 呼 ばれている 筋 力 発 揮 や 反 応 速 度 に 関 する 両 側 性 機 能 低 下 については これまでに 多 くの 研 究 がなされてきたが そ のメカニズムについての 見 解 は 統 一 されていない 運 動 の 中 枢 である 脳 において 両 側 性 機 能 低 下 あるいは 両 側 性 特 有 の 脳 賦 活 が 観 測 されれば その 脳 賦 活 部 位 が 両 側 性 機 能 低 下 のメカニズムと 関 わっている 可 能 性 が 高 いと 言 える 本 研 究 では 一 側 単 独 および 両 側 同 時 の 肘 単 関 節 運 動 を 行 い 運 動 時 の 脳 賦 活 を fnirs を 用 いて 計 測 した fnirs で 得 られた 波 形 データを いくつかの 分 析 手 法 を 組 み 合 わせることで 波 形 を 分 類 し 両 側 性 運 動 時 に 見 られる 波 形 の 特 徴 について 検 討 した 方 法 対 象 は 右 利 きの 健 常 成 人 男 性 1 名 事 前 に 右 手 左 手 両 手 での 肘 単 関 節 運 動 におけ る 最 大 挙 上 重 量 (1RM:Repetition Maximum)を 計 測 した それぞれのパターンで 1RM75% 重 量 のダンベルの 上 下 運 動 を 行 なった 両 側 運 動 ではバーベルを 用 いた ダンベル 運 動 は 1 秒 で 上 げ 1 秒 で 下 ろす 周 期 運 動 とした タスクは 60 秒 前 レストと 後 レストは 30 秒 と した また タスク 中 は 開 眼 で 一 点 を 凝 視 するものとした 脳 活 動 の 測 定 には 研 究 用 光 脳 機 能 イメージング 装 置 (FOIRE-3000 島 津 製 作 所 )を 用 い た 計 測 範 囲 は 国 際 法 に 基 づき 大 脳 両 半 球 の 一 次 体 性 感 覚 野 (ブロードマン 1 3 番 ) 一 次 運 動 野 ( 同 4 番 ) 補 足 運 動 野 ( 同 6 番 )を 含 む 範 囲 とした 32 チャンネルの 同 時 計 測 を 行 い サンプリング 周 期 は 175ms である 脳 賦 活 の 指 標 は 特 に 定 めず OxyHb,DeoxyHb,TotalHb の 3 種 類 について 考 慮 した 分 析 手 法 として まず 両 側 運 動 は 一 側 運 動 の 重 ね 合 わせであるという 仮 定 で 両 側 運 動 時 の 波 形 の 振 幅 と 一 側 運 動 時 の 波 形 の 振 幅 の 比 較 を 行 なった 周 波 数 分 析 により 低 周 波 成 分 を 抽 出 独 立 成 分 分 析 による 特 徴 抽 出 により 波 形 の 平 滑 化 をした 平 滑 化 された 波 形 を 波 形 の 類 似 性 に 基 づきクラスタリングを 行 なうことで 分 類 した 結 果 考 察 両 側 運 動 時 の 波 形 の 振 幅 は 一 側 運 動 時 の 振 幅 と 比 較 し 小 さくなった 一 側 運 動 時 の 合 計 値 の 平 均 と 比 較 しても 小 さくなる 傾 向 が 見 られた また 左 右 一 側 運 動 時 には 特 徴 的 な Oxy-Hb の 増 加 傾 向 が 見 られる ch08,14,15,21 において 両 側 運 動 時 にはその 特 徴 が 消 失 した これは 両 側 運 動 は 一 側 運 動 の 単 純 な 重 ね 合 わせではないことを 示 している また ch08,14,15,21 は 補 足 運 動 野 に 相 当 する 部 位 と 考 えられる 補 足 運 動 野 は 両 側 の 協 調 運 動 に 関 与 しているとされ この 部 分 に 十 分 な 酸 素 を 供 給 できない 事 が 両 側 性 機 能 低 下 の 原 因 として 考 えられる

18 P3-1 時 変 系 情 報 量 基 準 に 基 づく 光 トポグラフィにおける ゆらぎ の 解 析 松 代 信 人 山 下 弘 穀 笠 置 泰 史 魏 秀 欽 下 山 一 郎 千 葉 大 学 フロンティアメディカル 工 学 研 究 開 発 センター 脳 機 能 計 測 解 析 部 門 ゆらぎ すなわち 理 想 的 には 一 切 のタスクや 刺 激 を 排 除 した 状 況 でなお 残 存 する 生 体 か らの 変 動 信 号 は タスク 課 題 下 のデータを 議 論 する 上 での 基 礎 データとして 抑 えておかなけれ ばならないものである 本 発 表 では 光 トポグラフィの ゆらぎ について 情 報 量 の 観 点 から 議 論 を 行 う 言 うまでもなく 光 トポグラフィ 計 測 の 原 波 形 次 元 においても 有 意 な 情 報 は 抽 出 できるが 生 体 を 情 報 処 理 システムとして 情 報 分 野 で 知 られている 各 種 パラメータ 変 換 を 行 った 結 果 として 要 約 される 情 報 からも 有 意 な 情 報 を 抽 出 できる 情 報 量 も 代 表 的 な 変 換 パラメータの 1 つであ る しかしながら 生 体 から 観 測 される 信 号 は 強 非 定 常 確 率 過 程 であり 通 常 の 情 報 量 をそのま ま 適 用 することはできない また 通 常 の 情 報 量 では 理 論 的 には 無 限 の 観 測 数 が 仮 定 される 本 発 表 では 有 限 の 観 測 数 における 補 正 項 を 含 む MDL(Minimum Description Length) 基 準 をベース に 過 去 の 観 測 を 除 々に 忘 却 することによる 非 定 常 確 率 過 程 の 情 報 量 の 1 モデリング 手 法 であ る 時 変 系 情 報 量 基 準 WMDL(Weighted Minimum Description Length) 基 準 1 を 適 用 した 3 人 の 被 験 者 について 安 静 時 の 48ch 光 トポグラフィ 計 測 を 10 分 間 行 った 図 1(a)は 1 例 ch の oxy-hemoglobin (Hb), deoxy-hb, total-hb の 各 測 定 信 号 を 示 す 図 1(b)は 図 1(a)の 各 信 号 に 対 応 する WMDL 情 報 量 を 示 すものである 注 目 すべきは total-hb の 情 報 量 が 10 分 間 でほぼ 一 定 の 値 をとっていることである 3 人 の 被 験 者 の 3 48ch の 約 2/3 が 同 様 の 傾 向 を 示 した 安 静 時 での ゆらぎ の 少 ない 安 定 なパラメータとして total-hb の 情 報 量 が 有 効 であると 思 われる 0.20 ch ch [min] oxyhb deoxyhb totalhb [min] oxyhb deoxyhb totalhb (a) 原 信 号 (b) 情 報 量 図 1 例 今 後 は 本 検 討 の 被 験 者 数 を 増 やすとともに 色 彩 科 学 分 野 2 をはじめとする 各 種 タスク 下 に おいて total-hb の 情 報 量 変 化 を 検 討 していきたいと 考 えている [ 参 考 文 献 ] 1. 松 代 信 人 工 学 博 士 論 文 ( 電 気 通 信 大 学 ), 1996/9. 2. 松 代 信 人 学 術 博 士 論 文 ( 千 葉 大 学 ), 2006/3.

19 P3-2 倍 密 度 光 トポグラフィーの 有 用 性 の 検 討 The utility of double density optical topography 自 治 医 科 大 学 脳 神 経 外 科 1 大 学 院 医 学 研 究 科 2 横 田 英 典 1 小 黒 恵 司 1 伊 澤 彩 乃 2 渡 辺 英 寿 1 Department of Neurosurgery(1) and Graduate School of Medicine(2), Jichi Medical University ( 目 的 ) 光 トポグラフィー( 以 下 OT)は 脳 表 の 血 液 量 の 変 化 を 経 時 的 に 測 定 する 計 測 器 で あり 脳 機 能 局 在 診 断 のほか 脳 虚 血 性 疾 患 やてんかん 焦 点 診 断 などにも 臨 床 応 用 されて いる 今 回 我 々は 従 来 の OT に 比 較 して 約 2 倍 の 空 間 分 解 能 を 有 する 倍 密 度 光 トポグラ フィー(Double Density OT: DD-OT)を 日 立 メディコ 社 と 共 同 開 発 し 正 常 脳 での 計 測 を 試 みた ( 方 法 )DD-OT は 従 来 の OT と 送 受 光 器 の 配 列 が 異 なり 対 となる 送 受 光 器 の 間 隔 は3cm に 保 持 したまま その 中 間 位 置 に 異 なるチャネルの 送 光 器 を 配 置 することにより 計 測 間 隔 を 従 来 の 半 分 すなわち 1.5cm となるように 設 定 した 正 常 成 人 5 人 に 言 語 課 題 や 手 指 運 動 課 題 などを 負 荷 し 5 回 のタスクの 加 算 平 均 による 結 果 をオフラインで 解 析 した また 送 受 光 器 装 着 位 置 を 3D 磁 気 センサーにて 計 測 し 各 人 の 頭 部 MRI 画 像 に 重 ねることによ り 血 液 量 変 化 を MRI 脳 表 画 像 上 にマップした ( 結 果 ) 右 手 の 運 動 課 題 では 運 動 野 と 感 覚 野 の 両 者 にピークをもつ 二 峰 性 の 脳 血 液 量 増 大 を 認 め 中 心 溝 が 明 瞭 に 描 出 された 言 語 課 題 でも 優 位 側 半 球 の Broca 野 および Wernicke 野 にほぼ 一 致 して 二 峰 性 の 血 液 量 増 大 を 認 めた 従 来 の OT のチャネル 配 置 で 解 析 した 結 果 と 比 較 すると 従 来 型 ではプローベの 位 置 のわずかな 変 化 で 小 さな 活 動 領 域 の 描 出 が 安 定 しないことが 明 らかとなり DD-OT により 初 めて 安 定 的 で 限 局 しかつ 境 界 明 瞭 なマップが 得 られることがわかった ( 結 論 ) 以 上 より DD-OT は 従 来 の OT に 比 較 して 空 間 分 解 能 が 高 く 脳 機 能 局 在 診 断 や 病 巣 部 位 診 断 に 有 用 な 診 断 方 法 となる 可 能 性 が 示 唆 された

20 P3-3 耐 クロストーク ノイズキャンセラーを 用 いたマルチプローブ NIRS 計 測 松 井 渉, 岡 田 英 史 ( 慶 應 義 塾 大 学 理 工 学 部 ) 1.はじめに 近 赤 外 分 光 法 (NIRS) による 計 測 は,プローブ 間 隔 を 広 く 設 定 することによって, 組 織 のより 深 部 での 血 液 量 変 化 が 捉 えられると 考 えられている.このことを 利 用 して, 異 なる 間 隔 のマルチプロー ブで 同 時 に NIRS 計 測 を 行 うことで, 脳 信 号 に 重 畳 した 表 層 組 織 からの 信 号 の 除 去 を 行 う 方 法 が 検 討 されている.マルチプローブ NIRS 計 測 における 信 号 処 理 には, 最 小 二 乗 フィッティングを 用 いたも のやノイズキャンセラー( 適 応 フィルタ)を 用 いたものなどがある.しかし,これらは 基 本 的 に 異 なる 間 隔 のプローブで 捉 えた 信 号 の 差 分 を 取 る 手 法 であるため, 狭 い 間 隔 のプローブ 対 で 捉 えた 信 号 に 脳 信 号 成 分 が 含 まれていると, 処 理 結 果 における 脳 機 能 の 振 幅 が 小 さくなるという 問 題 点 があ る. 本 研 究 では,マルチプローブ NIRS 計 測 における 問 題 点 に 対 処 するため, 信 号 処 理 法 に 耐 クロス トーク ノイズキャンセラーを 適 用 し, 通 常 のノイズキャンセラーを 用 いた 場 合 と 処 理 結 果 を 比 較 した. 2. 方 法 脳 機 能 計 測 の 対 象 は 視 覚 野 とし,コンピューターのモニター 上 に 呈 示 した 1Hz で 明 暗 が 反 転 する チェッカーパターンを 視 覚 刺 激 とした. 1 計 測 セッションは,20 秒 の 刺 激 呈 示 と 前 後 15 秒 の 休 息 か らなり,10 計 測 セッションの 測 定 を 行 った. 後 頭 部 に NIRS の 照 射, 検 出 プローブを, 間 隔 が 16 mm, 22 mm, 28 mm, 32 mm となるように 装 着 し, 視 覚 刺 激 による 脳 信 号 を 検 出 した. 間 隔 32 mm のプローブ 対 で 捉 えた 信 号 を 主 信 号 d 1, 間 隔 16 mm, 22 mm, 28 mm の プローブ 対 で 捉 えた 信 号 のいずれかを 参 照 信 号 d 2 として 図 2 に 示 す 耐 クロストー ク ノイズキャンセラーに 入 力 した.ま た, 同 一 の 信 号 を 通 常 のノイズキャンセ ラーで 処 理 し, 結 果 を 比 較 した. 図 1 耐 クロストーク ノイズキャンセラー 3. 結 果 検 出 された NIRS 信 号 は,プローブ 間 隔 が 広 くなるにつれて 視 覚 刺 激 に 対 応 した 変 動 の 振 幅 が 増 加 する 傾 向 が 見 られた. 通 常 のノイズキャンセラーを 用 いた 場 合, 間 隔 が 広 いプローブ 対 で 捉 えた 信 号 を 参 照 信 号 とした 場 合, 処 理 結 果 として 得 られる 脳 機 能 信 号 の 振 幅 が 小 さくなる 傾 向 が 見 られた. これに 対 して, 耐 クロストーク ノイズキャンセラーを 用 いた 場 合, 参 照 信 号 に 用 いたプローブ 対 の 間 隔 に 関 係 なく,ほぼ 同 じ 振 幅 の 脳 機 能 信 号 が 得 られた. 4.まとめ マルチプローブ NIRS 計 測 に 耐 クロストーク ノイズキャンセラーを 適 用 し, 通 常 のノイズキャン セラーで 処 理 した 信 号 との 比 較 を 行 った. 耐 クロストーク ノイズキャンセラーは, 乳 幼 児 の 脳 機 能 計 測 など,プローブ 間 隔 を 狭 くした 場 合 でも 脳 機 能 信 号 が 検 出 されるような 場 合 のマルチプロー ブ NIRS 計 測 に 有 効 であると 考 えられる.

21 P3-4 光 脳 機 能 イメージングの 空 間 分 解 能 評 価 のための 頭 部 ファントム 1. はじめに 角 田 浩 和, 岡 田 英 史 ( 慶 應 義 塾 大 学 理 工 学 部 ) 近 赤 外 光 を 用 いた 脳 機 能 イメージングは, 空 間 分 解 能 が 低 いことや 感 度 にむらがあるこ となどが 問 題 として 指 摘 されている.これは,プローブ 対 の 密 度 が 低 いことと, 各 プロー ブ 対 の 空 間 感 度 分 布 が 組 織 散 乱 によって 広 がっていることに 起 因 している.これらの 問 題 点 を 改 善 するため,プローブの 装 着 方 法 やイメージングの 方 法 について 様 々な 改 善 法 が 提 案 されている.これらの 改 善 法 を 実 験 的 に 評 価 するためには, 頭 部 ファントムが 必 要 とな る. 本 研 究 では, 光 脳 機 能 イメージングの 空 間 分 解 能 を 評 価 するため, 複 数 の 脳 機 能 賦 活 部 位 を 模 擬 した 吸 収 変 化 を 生 じさせることが 可 能 な 頭 部 ファントムを 製 作 した. 2. 方 法 図 1 に 製 作 した 頭 部 ファントムの 構 造 を 示 す. 頭 部 ファントムはポリアセタール 樹 脂 の 水 槽 で, 底 部 の 内 側 には 酸 化 チタンを 混 入 したエポキシ 樹 脂 が 積 層 されている. 底 部 のポリ アセタール 樹 脂 は 表 層 組 織 ( 頭 皮, 頭 蓋 骨 ),エポキシ 樹 脂 は 脳 脊 髄 液 層 をそれぞれ 模 擬 し ている. 水 槽 は,インクを 混 入 したイントラリピッド 溶 液 で 満 たすことで 脳 組 織 を 模 擬 し ている. 水 槽 の 任 意 部 位 に 吸 収 体 を 挿 入 することで, 脳 機 能 賦 活 による 局 所 的 な 吸 収 変 化 が 模 擬 できる. 水 槽 の 底 面 が 頭 皮 表 面 に 相 当 しており, 底 面 部 分 に 照 射 検 出 プ ローブを 装 着 し, 吸 収 体 の 有 無 による 検 出 光 量 の 変 化 を 測 定 し,イメージングを 行 う.このファントムは, 脳 組 織 部 分 を 液 体 にしているため, 脳 組 織 中 に 複 数 の 吸 収 変 化 を 生 じさせることが 容 易 に 可 能 であるという 特 長 がある. 図 1 頭 部 ファントムの 構 造 3. 結 果 図 2 は, 感 度 の 最 も 高 いプローブ 対 の 中 点 ( 測 定 点 )と 感 度 が 最 も 低 い 4 つの 測 定 点 の 中 間 点 に 同 一 の 吸 収 体 を 設 置 した 頭 部 ファントムを,30 mm 間 隔 で 照 射 検 出 プロー ブを 交 互 に 配 置 する 一 般 的 なプローブ 配 置 でイメージング した 結 果 である. 実 線 が 吸 収 体 の 位 置, 破 線 が 画 像 の 半 値 領 域 を 示 している. 空 間 感 度 分 布 にむらがあることで, 同 一 の 吸 収 変 化 が 生 じていても, 画 像 中 における 2 つの 賦 活 部 位 のコントラストが 大 きく 異 なっていることが 分 かる. 図 2 ファントムの 画 像 化 4. まとめ 複 数 の 賦 活 部 位 が 模 擬 できる 頭 部 ファントムを 製 作 した. 任 意 位 置 に 複 数 の 賦 活 部 位 が 設 定 できることで, 脳 機 能 イメージングの 空 間 分 解 能 やコントラストの 評 価 に 有 効 である.

22 P3-5 Optical Mapping of Brain Activities: Effects of Spatial Variation of Skull and Cerebrospinal Fluid Layers Shuping WANG, Nanae SHIBAHARA, Daishi KURAMASHI, Shinpei OKAWA (University of Electro-Communications), Naoto KAKUTA (Kyushu University), Eiji OKADA (Keio Univeristy), Atsushi MAKI (Hitachi Ltd., Advanced Research Laboratory), and Yukio YAMADA (University of 1. Introduction Optical mapping is a recently developed technique which can image brain activation 2-dimensionally along the head surface by detecting the intensity changes of light that passes through the brain. 1) The sensitivity of the detected signal to activation in the brain is influenced by the heterogeneous structure and optical properties in the head. The no-uniform thickness of skull and low-scattering cerebrospinal fluid (CSF) layers above the brain is predicted to affect the mapping image. 2) In this study, we simulate the optical mapping to investigate the effect of spatial variations in the thicknesses of skull and CSF layers on the sensitivity of mapping images. 2. Simulation of Optical Mapping Optical mapping uses the data of the changes in optical densities measured by the detectors at multi-wavelengths. We assume the presence of active region in the gray matter as the brain is at a task state. The arrangement of the probes with 8 sources, 8 detectors and 24 data points is shown in Fig. 1. When the brain at rest shifts to a task (activation) state, the change in the optical density ΔOD can be obtained. Finally, the images of optical mapping are constructed by 2-D spline interpolation of these Δ ODs at the 24 data points. 3. Results The sensitivities of the mapping image to the position of the active region relative to data points Electro-Communications) and to the depths of the activated region are investigated. The effects of the thickness of the CSF layer on the mapping image are found to be opposite to the effects of the thickness of the skull layer. In addition, the sensitivities of the mapping images are highly dependent on the position of the active region relative to the data points. Fig.1. Simulation models with uniform and non-uniform skull and CSF layers Fig. 2. Simulated optical mapping images of an activated region at positions A (left column) and B (right column) for the CSF thickness of 0 mm (upper row) and 1 mm-6 mm (lower row). References 1) Koizumi et. al., SICE, 42, 5 (2003) 2) Yamada et. al., OSA TOPS, 21(1998)

23 Z 値 P3-6 NIRS を 用 いた 自 動 車 運 転 時 の 高 次 脳 機 能 計 測 原 久 純, 柳 沢 一 機 ( 日 本 大 学 大 学 院 ), 綱 島 均 ( 日 本 大 学 ) はじめに 近 年,ドライバの 運 転 時 の 負 担 を 軽 減 することで, 安 全 を 確 保 する 様 々な 運 転 支 援 システ ムが 開 発 導 入 されている. 例 えば, 先 行 車 と 自 車 の 車 間 距 離 を 一 定 に 保 つ ACC(Adaptive Cruise Control) が 挙 げられる.しかし, 負 担 の 軽 減 によって,ドライバの 注 意 力 が 低 下 し, 予 期 せぬ 事 故 の 原 因 になる ことが 考 えられる.そのため,ドライバの 運 転 時 の 負 担 注 意 の 評 価 をする 必 要 があり, 特 に, 運 転 に おける 認 知 判 断 を 行 っているとされる 脳 の 活 動 と 運 転 操 作 との 関 係 を 明 らかにする 必 要 がある. 本 研 究 では,ドライビングシミュレータ( 以 下 DS)を 用 いて 運 転 時 の 脳 活 動 を NIRS により 計 測 し, 上 記 の ACC によるドライバの 負 担 を 柳 沢 ら 1) が 提 案 した 解 析 方 法 を 用 いて 評 価 する. 実 験 方 法 実 験 は DS を 用 い, 高 速 道 路 を 40km/h で 走 行 し,ACC を 使 用 して 先 行 車 に 追 従 する 条 件 と ACC を 用 いずに 被 験 者 自 らの 操 作 によって 追 従 する 2 条 件 を 行 い, 各 条 件 を 2 走 行 ずつ 行 う 運 転 課 題 を 設 定 した. 被 験 者 は, 普 通 自 動 車 免 許 を 持 つ 20 代 男 性 4 名 とした. 実 験 結 果 計 測 した 原 信 号 には, 測 定 装 置 のノイズなど 脳 活 動 に 無 関 係 な 成 分 が 含 まれているため, 柳 沢 らが 提 案 した 解 析 方 法 を 用 いて 脳 活 動 に 無 関 係 な 成 分 を 取 り 除 き,ACC 使 用 時 と 未 使 用 時 の 2 条 件 の 運 転 中 の 脳 活 動 を 比 較 した. 解 析 結 果 を 図 1,oxyHb 信 号 より 作 成 した 脳 機 能 画 像 を 図 2 に 示 す. 図 1 の 解 析 結 果 より,ACC なしで 走 行 している 時 は, 走 行 中 に oxyhb が 上 昇 し, 脳 が 活 動 している. しかし,ACC ありで 走 行 している 時 は, 運 転 に 関 連 した 脳 活 動 の 変 動 が 見 られなかった.さらに, 図 2 の 脳 機 能 画 像 より,ACC なしで 走 行 している 時 は, 走 行 中 に 前 頭 葉 外 側 部 が 活 動 していることがわかる. しかし,ACC ありで 走 行 している 時 は, 前 頭 葉 において 運 転 に 関 連 した 活 動 が 確 認 できなかった.これ らの 違 いは,ACC による 負 担 の 軽 減 を 反 映 した 結 果 であると 考 えられる. まとめ 運 転 時 の 脳 活 動 を NIRS により 計 測 し,ACC によるドライバの 負 担 を 柳 沢 らが 提 案 した 解 析 方 法 を 用 いて 評 価 した 結 果,ACC ありの 走 行 は,ACC なしと 比 較 して, 運 転 に 関 連 した oxyhb の 変 動 が 見 られなかった.また, 脳 機 能 画 像 から, 前 頭 葉 両 外 側 部 において 走 行 中 の 脳 活 動 の 違 いが 確 認 でき た. 以 上 のことから,NIRS による 脳 機 能 計 測 により,ドライバの 負 担 を 評 価 できる 可 能 性 を 示 した. Z 値 停 車 中 走 行 中 停 車 中 走 行 中 停 車 中 oxyhb deoxyhb 時 間 t(s) 1 (a)accなし 2 停 車 中 走 行 中 停 車 中 走 行 中 停 車 中 1.5 oxyhb deoxyhb 時 間 t(s) 3 (b)accあり 4 図 1 被 験 者 4 名 による 加 算 平 均 後 の NIRS 信 号 1 Z 値 Z 値 (a)accなし 図 2 被 験 者 4 名 による 統 計 処 理 後 の 脳 機 能 画 像 (b)accあり 参 考 文 献 1) 柳 沢 一 機, 綱 島 均, 丸 茂 喜 高, 広 瀬 悟, 清 水 俊 行, 泰 羅 雅 登, 土 師 知 己, 機 能 的 近 赤 外 分 光 装 置 (fnirs) を 用 いた 高 次 脳 機 能 計 測 とその 評 価,ヒューマンインターフェース 学 会 誌,Vol.11,No.2,pp ,2009

24 P3-7 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2) ( 社 ) 全 日 本 かるた 協 会 津 久 井 勤 小 林 好 真 小 林 達 郎 長 谷 和 彦 近 畿 大 学 武 田 昌 一 長 谷 川 優 同 志 社 大 学 山 本 誠 一 東 海 大 学 灰 田 宗 孝 ( 株 ) 日 立 メディコ 竹 内 義 高 ( 株 ) 島 津 製 作 所 井 上 正 雄 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 ちである 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 のデータを 取 って そこから 一 定 の 知 見 を 引 き 出 すことを 目 的 に 行 っている 今 回 は 先 に 発 表 1) したその 後 の 実 験 結 果 について 報 告 する 2. 通 常 の 試 合 方 法 概 要 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3 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 返 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 選 手 の 持 ち 札 が 無 くなれば 勝 ちとなる 3. 実 験 方 法 今 回 の 実 験 は 主 として 島 津 製 作 所 製 で 近 赤 外 光 イメージング 装 置 を 使 用 した2 試 合 と 同 志 社 大 学 で 日 立 メディコ 製 光 トポグラフィ 装 置 を 使 用 した3 試 合 の 実 験 結 果 から 解 析 した 結 果 の 報 告 である 被 験 者 は 競 技 かるたの 有 段 者 で 級 別 では A 級 から C 級 である 実 験 は 机 上 に 札 を 並 べて 行 い 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 の 読 みが 始 まると ころでチェックを 掛 けている 上 述 のように 正 式 の 試 合 では50 枚 を 場 に 置 くが 実 験 では 短 時 間 で 試 験 回 数 を 多 くするために 30 枚 の 札 を 場 に 40 枚 程 度 の 読 みで 終 了 とした 併 せて 試 合 の 経 過 をビデオ 取 りしている 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 今 回 の 発 表 もその 一 歩 である 今 回 得 られた 結 果 は 1 試 合 中 脳 が 活 性 化 するところが 被 験 者 によって 決 まっていることである 簡 単 な 応 答 結 果 でもかるた 経 験 者 で 左 脳 が 経 験 の 無 い 被 験 者 で 右 脳 が 活 性 化 していることを 確 認 されている 2) その 中 で 2 被 験 者 の 札 の 取 りに 於 いて 強 度 が 強 く 空 札 で 低 いか 殆 ど 見 られない 被 験 者 の 札 が 取 られた 折 りの 反 応 は 取 りより 低 く 空 札 より 幾 分 強 い 程 度 である この 結 果 は 共 同 研 究 者 の 発 表 にも 見 られる 3) 3 各 読 みに 対 する 被 験 者 の 反 応 を 詳 細 に 見 ると 強 度 は 実 験 の 開 始 か 読 みが 始 まるところから 上 昇 し 始 め 下 の 句 の 読 み 始 め 近 辺 でピークを 示 してそ の 後 は 減 少 する ところが 決 まり 字 の 長 い 札 があると さらに 途 中 から 上 昇 し 前 記 波 形 に 加 算 した 波 形 が 示 され ることも 見 られた 更 に 4のお 手 つきなど 行 うと 新 たなピークとなって 示 されることなどがわかった 今 後 は さ らに 実 験 と 解 析 を 進 めてより 良 い 結 果 を 出 して 行 きたいと 考 えている 5. 謝 辞 今 回 の 実 験 に 当 たって 発 表 者 以 外 にも 慈 恵 会 医 科 大 学 豊 島 裕 子 講 師 日 立 メディコ 鈴 木 昭 彦 氏 ( 社 ) 全 日 本 か るた 協 会 の 会 員 の 多 くの 方 々のご 協 力 を 頂 いたことに 謝 意 を 表 します 6. 参 考 文 献 1) 津 久 井 小 林 好 雨 木 千 代 間 小 林 達 武 田 廣 瀬 灰 田 井 上 川 口 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) 第 7 回 光 脳 機 能 イメージング 研 究 会 p.13(2007) 2) 豊 島 郡 司 牧 ほか 近 赤 外 線 トポグラフィと 事 象 関 連 電 位 生 理 学 会 大 会 p.84(2007) 3) 武 田 長 谷 川 津 久 井 山 本 ほか 百 人 一 首 かるた 選 手 の 競 技 時 の 脳 の 情 報 処 理 に 関 する 研 究 近 畿 大 学 紀 要 ( 投 稿 中 )