脳計測技術を応用した
安全運転制御や社会環境構築の可能性
東北大学加齢医学研究所
川島隆太
東北大学加齢医学研究所のシーズ
脳機能イメージング技術
研究専用３ＴＭＲＩ装置 200チャンネル ＭＥＧ装置 192チャンネル ＥＥＧ装置 多チャンネルＮＩＲＳ 携帯型ＮＩＲＳ 小型２チャン ネルＮＩＲＳ 動物用７ＴＭＲＩ装置 ラット用ＥＥＧ装置 一つのラボでほぼ全ての脳機能イメージング装置をそろえている例は世界でも希 簡易ＥＥＧ機能的ＭＲＩ装置（ｆＭＲＩ）
研究専用超高磁場（3T）MRI装置の稼働 個人の脳活動の 評価が可能に 神経線維連絡の 解析 精緻な解剖情報 取得fMRI実験環境
スクリーン
アクセル
ブレーキ
課題映像
フットペダル
実験課題
＊被験者は自分が運転している
つもりで課題映像を見る
＊課題開始後はアクセルを踏み、
状況に応じてペダル操作を行
うよう教示
＊「予知郎」（太田2004）を使用
危険度多条件
危険度少条件
コントロール条件
共通領域
結果： コントロール条件との比較
危険度多条件
脳磁計測装置（MEG）、脳波計測装置
192チャンネルEEG 160チャンネルMEG
近赤外計測装置（NIRS）
より自由度の増したウエアラブルタイプの導入
従来型ＮＩＲＳ
＋
これまで行ってきた産学連携研究
脳を鍛える方法の開発
前頭前野の機能
背外側前頭前野（DLPFC）
－認知制御
：記憶、学習、理解、推理、推測、抑制、 意図、注意 腹外側前頭前野（VLPFC） －言語・非言語情報処理 背内側前頭前野（DMPFC） －社会的認知 眼窩前頭部（PFC） －報酬・判断脳の機能の加齢変化
Park et al. 2002; Salthouse 2006より改編 背外側前頭前野の働きを必要とするテストの成績
作動記憶トレーニング
理解、学習、推論など認知的課題の
遂行中に情報を一時的に保持し操
作するためのシステム
作動記憶のトレーニング
作動記憶力アップ！
学習効果さまざまな認知力アップ！
流動性知能アップ！
転移効果 論理的に考える 新しい問題を解決する方法を見つけ出す作動記憶トレーニング
１か月間のトレーニングによって大脳皮質の体積が増加した領域
(対照群と比較して、１ヵ月後に統計的に有意に増加した領域）
４１名の若年健常被験者（平均年齢20.9歳）＋対照群２０名（平均年齢21.4歳） 認知機 能検査 脳画像 検査 作動記憶トレーニング（１カ月） 認知機 能検査 脳画像 検査 １日２０～６０分 毎日訓練していないさまざまな認知課題の成績の向上
（作動記憶課題、一般知能、抑制課題、創造性課題）
安静時血流増加スケルトン競技成績が向上
• 冬季オリンピックの正式採用競技 • スケルトンはソリに加速を与え、ソリに頭部から乗り込み、頭を前にしたうつ伏せ の姿勢で滑走する • 標高差100～140m全長1200～1500mの 氷壁のコースの滑走タイムを競い、 最高時速は130km/hにも達する y = -0.56x + 62.71 R2 = 0.8174 54 55 56 57 58 59 8 9 10 11 12 13 14 空間記憶トレーニング達成レベル ベ ス ト タ イ ム （ 秒 ） r=0.9041 P<0.01 56 57 58 59 60 03～06年度 08年度 09年度 未 経 験 者 平均タイム（秒） * * n=4 n=5 n=17 *(P<0.05) ＷＭトレーニン グ実施群 ＷＭトレーニン グ非実施群日本自動車工業会高齢者交通安
全教育推進委員会での研究成果
• 危険予測トレーニングと脳トレによる安全運
転能力向上の実証実験
– 平成17年10月～平成18年1月
– 宮城県仙台市奥羽自動車学校、同塩釜市塩釜
中央自動車学校
– 55名の高齢者ボランティア（うち女性7名）
• 平均年齢74.7歳：69～85歳
– ＲＣＴ（Randomized Controlled Trial）
• 介入群26名（平均年齢75.3歳）
• 対照群29名（平均年齢74.1歳）
実験内容
• 介入
– 交通安全教育：概ね週に１回 計６回
• 危険予測トレーニング計４回：教室による座学
• ミラーリング法による自己理解１回
• 実走行録画観察による自己理解１回
– 脳トレ
• 週に１回 自動車学校にて
• 週に４回 自宅にて
• 評価
– 実走行中の運転行動の指導員による評価（５段階）
– 他
結果
0 1 2 3 4 5 対照前 対照後 介入前 介入後 運転行動評価 P < 0.01 25 26 27 28 29 30 介入前 介入後 p < 0.05 p < 0.05 介入群 対照群 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 介入前 介入後 p < 0.05 n.s. 介入群 対照群 全般的認知機能MMSE検査 前頭前野認知機能FAB検査結果（参考データ）
脳トレ＋交通安全運転教育が最も交通安全に結びつく可能性が高い
0 1 2 3 4 5 * * * 別地域での実験（介入単独の効果検証） 非RCT 年齢層はほぼ同じ新たなる産学連携研究の提案
共感脳
～コミュニケーション活動の定量化～
☆こころの絆の科学
こころの「絆」とは？
• 「こころ」と「こころ」の結びつき
相手の「こころ」を理解する
自分の「こころ」を相手に伝える
互いの「こころ」を互いに理解しあう
「こころ」と「こころ」が結びつくためには
要は「コミュニケーション」が絆の元
特に大切なのが（
）
「こころの絆」の
もうひとつのキーワード
「フェース・ツー・フェース」
相手のこころを理解する脳の働き
「心の理論」
心の理論（ToM）
「チンパンジーは『心の理論』を持っているか」 Premack & Woodruff 1978
・他者が自分とは異なった
信念・意図を持っているこ
とを理解する能力
・一般に誤信念課題で測
定される
・発達：３～４歳
・自閉症（特にアスペル
ガー症候群）の社会性の
障害の説明に用いられる
ことがある。
(Vollem et al., 2005)
相手のこころを理解した上で
「他者に話しかける時」
相手とは関係なく
言葉を操作する時の脳の働き
単語
文章
聞く
話す
左脳のみを表示
聞く・話す 話す 聞く「話しかけ課題」 と 「叙述課題」の比較
Sassa et al. Neuroimage 2007
ビデオを見せる 上手ですね。何 の曲を弾いてい るのですか？ 髭を生やした男 性がギターを弾 いています 話しかけ課題 叙述課題 「心の理論」回路が全て活動
相手のこころを理解した上で
「他者と会話をする時」
バーチャルな会話 実際の会話
「実際の会話」 と 「バーチャルな会話」の比較
光トポグラフィー 計測実験
フェース・ツー・フェイスの会話
電話による会話
顔を見ての会話
前頭前野内側面の機能を計測すれば
こころの絆を可視化できるかも？
背外側前頭前野（DLPFC） －認知制御 腹外側前頭前野（VLPFC） －言語・非言語情報処理背内側前頭前野（DMPFC）
－社会的認知
眼窩前頭部（PFC） －報酬・判断「こころの絆」の可視化へのチャレンジ
脳機能計測機器の開発
ＪＳＴ先端計測分析技術・機器開発事業
「機器開発プログラム」
非拘束、超軽量（総重量約100ｇ） 無線伝送式 現状で20名までの同時計測が可能
超小型ＮＩＲＳを（株）日立製作所と共同開発
脳活動のみを計測する新技術
脳血流と、頭皮血流等の雑音成分を分離して計測し、脳血流成分のみを抽出
＝＞ ＮＩＲＳを使ったＢＭＩには必須の技術
脈拍数などのデータも同時取得 ＝＞ 自律神経系データ利用可能
複雑な実環境下で作業する集団の脳活動計測
A B C D A － 0.031 ‐0.019 0.049 B 0.031 － 0.016 0.028 C ‐0.019 0.016 － 0.005 D 0.049 0.028 0.005 － 前頭前野内側面の脳活動パターンは 個人ごとに異なる 脳活動パターンの「ゆらぎ」の相関係数を計算すると 指揮命令者Aの脳活動の「ゆら ぎ」は、操作者B、Dの二人と強い 相関を持つ：脳活動パターンが同 期している 操作者Cの脳活動パターンは、他 の３人とほとんど同期していない （操作者Cは、うまくチーム作業が できていない！？）集団で知的作業を行っている時の脳活動計測
仲間A 仲間B 仲間C 仲間D 全員で協力してできるだけ 長くしりとりを続ける（誰が 答えても良い） AK/&% #!lr& 2@g0 =!$%$ 個別に頭の中でしりとりを 長く続ける集団で知的作業を行っている時の脳活動計測
A B C D A － ‐0.026 ‐0.009 0.007 B ‐0.026 － ‐0.038 ‐0.071 C ‐0.009 ‐0.038 － ‐0.078 D 0.007 ‐0.071 ‐0.078 － A B C D A － ‐0.001 0.527 0.262 B ‐0.001 － ‐0.170 0.129 C 0.527 ‐0.170 － 0.002 D 0.262 0.129 0.002 － それぞれが別々に考えている時 共同作業が順調に進みだすと脳活動の同期が始まる
脳活動パターンはばらばら
心の絆をリアルタイムで計測できるか？
シーズ 超小型近赤外分光計測装置 ・実生活環境下での脳活動計測 ・複数人の脳活動の同時計測 ・円滑なコミュニケーション時に 脳活動が同期する現象を発見 対人コミュニケーションの質の定量化の可能性 新しい総合人間科学としてのコミュニケーション 研究領域の確立・科学倫理の検討 加齢医学研究所 医工学研究科 東北メディカルメガバンク機構 工学研究科 生命科学研究科 文学研究科 教育学研究科 情報科学研究科 災害科学国際研究所 解決すべき社会的課題 少子化超高齢社会 社会的孤立 無縁社会 “コミュニケーション”を キーワードとした産業 建設業、食料品、電気機器、 輸送用機器、精密機器、情 報通信、小売、サービス業、 医療福祉、教育他 共通理念 相互に扶助をする ことを可能とする 共生社会の再創生
