心理的気分状態評価の違いによるVR環境における脳波活動と体表面知覚電流感度の評価

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応用論文

心理的気分状態評価の違いによる

VR 環境における脳波活動と体表面知覚電流感度の評価

笠井

亮佑

*1

_{上條史記}

*1

_{島峰徹也}

*1

_{加納敬}

*1

荻野稔

*1

_{田仲浩平}

*1

_{篠原一彦}

*1

_{水野（松本）由子}

*2

Evaluation of somatosensory sensitivity and activity of the electroencephalogram based in different mood states in virtual reality environments

Ryosuke Kasai*1_{, Fuminori Kamijo}*1_{, Tetsuya Shimamine}*1_{, Takashi Kano}*1_{, Minoru Ogino}*1_,

Kohei Tanaka*1_{, Kazuhiko Shinohara}*1_{and Yuko Mizuno-Matsumoto}*2

Abstract --- We evaluated the impact of different mood states on electroencephalogram (EEG) activity and surface sensation electrical current values using surface sensory nerve electrical stimulation in a virtual reality (VR) environment. The participants were 22 adults. The Profile of Mood States (POMS) was used as a psychological test to calculate the Total Mood Disturbance (TMD) score to divide participants into a high TMD group and a low TMD group. Three videos were selected for each of three different conditions (resting, unpleasant, pleasant) for a total of nine videos. Pain Vision was used to calculate the pain ratio (PR) to evaluate surface sensory nerve electrical stimulation. A subjective pain questionnaire was used to calculate the pain subjective score (PS) to assess participants’ subjective evaluations of pain. The θ wave rate (θ%), α wave rate (α%), and β wave rate (β%) were calculated for the EEG. Analysis results demonstrated that when mood was positive, PS was lower for all VR videos, but when mood was negative, PR, PS, and α％ were lower and β% was higher for unpleasant and pleasant videos. Our study findings suggest that pain may be mitigated subjectively when mood is positive, and when mood is negative, it may be mitigated both subjectively and objectively as demonstrated by electrical stimulation.

Keywords: Virtual Reality, POMS, Pain assessment, Electroencephalogram

1 はじめに近年、Virtual Reality（VR）の没入感覚を利用した痛み管理への応用が期待されている[1][2]。痛みの評価法としては、インタビュー法や感覚的評価スケール等の主観的な評価のみならず、体表面知覚神経電流刺激等を用いた客観的な痛み評価法を用いた研究もなされている[3]。痛みの評価は、身体的影響に伴う痛み知覚感度の評価と、心理的影響に伴う生理学的神経活動の評価を統合的に評価する必要がある。心理的影響に伴う生理学的神経活動の評価の一つとして、中枢神経活動は、脳波を用いて非侵襲的に測定することが可能であり、精神作業負荷に伴う脳活動の評価及び経時的変化を、脳波解析によって抽出することは、情動的ストレスの定量化に有用であると示している[4]。一方、人間は日常生活において気分状態は常に変化しており、それに伴って行動や思考等が変化する。気分がポジティブ傾向にある場合、注意焦点の範囲が拡大することや、新たな事象の探索や創造的な問題解決といった制約に縛られない行動を行うことが知られている[5]。また、ネガティブ傾向の場合、注意焦点の範囲が縮小することや、限られた事柄に思考を焦点化し、選択肢が限られた行動を行うことが知られている[6]。さらに、気分状態の変化に伴い、自律神経や中枢神経などの生理学的神経活動に影響する。また、痛みの緩和作用の一つとして、自律神経や中枢神経が影響していることがわかっている[7]。そのため本研究の仮説は、VR の没入感覚を利用した痛み管理を行う場合、気分状態がポジティブ傾向を示す場合と、ネガティブ傾向を示す場合では、痛みの緩和に対する効果に違いがあるとした。しかし、VR の没入感覚を利用した痛み管理の研究において、気分状態の違いによる検討は行われておらず、気分状態の違い *1 東京工科大学 *2 兵庫県立大学大学院 *1 Tokyo University of technology *2 University of Hyogo

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による VR 環境下における痛み感度への影響について明らかになっていない。さらに、VR 視聴による心理的影響に伴う生理学的神経活動は評価されていない。そこで本研究では、気分状態の違いによる VR 環境における体表面知覚神経電流刺激による脳波活動と体表面知覚電流値への影響を評価した。 2 方法 2.1 被験者被験者は成人 22 名(平均年齢 21.2±0.85 歳、男性 11 名、女性 11 名)とした。被験者に対して事前に実験の趣旨を説明し、書面により参加の同意を得た。東京工科大学研究倫理委員会の承認を得た。 2.2 心理検査心理検査として、実験開始前に気分プロフィール評価（Profile of Mood States：POMS）を用いて、被験者が置かれた条件によって変化する一時的な気分や感情を、

各項目に分類し、点数化した[8]。項目内容は、「緊張・

不安（Tension − Anxiety ： TA ）」、「抑うつ・落込み（Depression − Dejection ： D ）」、「怒り・敵意（ Anger − Hostility：AH）」、「活気（Vigor：V）」、「疲労（Fatigue： F）」、「混乱（Confusion: C）」の 6 つの下位尺度から構成されている[8]。質問は、30 項目、0−4 点のリッカート値で、各尺度の点数を合計し、素点とした。各尺度の素点 POMS の評価表を基に、総合的気分状態（Total Mood Disturbance ：TMD）得点を算出し、「TTMD」とした。TTMD 算出式を式(1)に示す。TTMDは活気（V）を除く 5 つの陰性因子の合計からTv を引いた値となる。TTMDが高値の場合、気分状態がネガティブ傾向を示しており、TTMDが低値の場合、気分状態がポジティブ傾向を示す。また、算出したTTMDの中央値からTTMD高値群とTTMD低値群に群分けした。 TTMD＝TTA＋TD＋TAH＋TC―TV (1) 2.3 VR 映像

VR 映像は、 The International Affective Picture System（IAPS）における快・不快の感情を引き起こすと

予想できる画像を参考に[9]、安静映像、不快映像、快

映像を各種3 種類、計 9 映像を選定した。図 1 に、参考

にしたIAPS の公開画像と、本研究で用いた映像の１例

を示す。参考にした画像に類似した映像を選定し、 Adobe Premiere Pro を用いて自作した。安静映像は風景動画であり、沈静効果や静的リラックス効果を引き起こすことを目的とした。不快映像は、ホラー映画のようなものであり、一般的に恐怖や不安感などの不快感情を引き起こすことを目的とした。快映像は、宇宙遊泳や動物との戯れなどであり、一般的に楽しさやワクワク感などの動的リラックス効果を引き起こすことを目的とした。本研究ではタスク項目として、VR 映像非視聴を「非視聴タスク（T1）」、 VR 安静映像視聴を「安静タスク（T2）」、 VR 不快映像視聴を「不快タスク（T3）」、VR 快映像視聴を「快タスク（T4）」とした。図1 参考にした画像と本研究で用いた映像の一例 Fig.1 Referenced image

and one example of the video used in this study 表1 各タスクと略名

Table 1 Task and abbreviations

2.4 VR 映像主観的評価 VR 映像に関する主観的評価としてリッカート法を用いた情動評価質問紙を作成した。評価項目は、快情動項目として「楽しさ」「幸福」「興味」「満足」を、不快情動項目として「驚き」「恐怖」「嫌悪」「怒り」「悲しみ」「不安」とした。評価指標は「全くそう思わない」から「非常にそう思う」まで７段階とし、各評価項目の情動評価得点（Emotional score: ES）を算出した。さらに「楽しさ」「幸福」「興味」「満足」の情動評価得点の平均値を算出し、快情動評価得点（Pleasant emotional score：PES）とした。

また「驚き」「恐怖」「嫌悪」「怒り」「悲しみ」「不安」の情

動評価得点の平均値を算出し、不快情動評価得点（Unpleasant emotional score：UES）とした。7 点が最高得点であり、得点が高いほど「非常にそう思う」を示す。 2.5 脳波後頭部１チャンネル、電極位置は国際10–20 法の後頭部Occipital vertex（Oz）とし、基準電極は左耳朶で脳波測定を行った。大脳が処理する情報のうち視覚情報が圧倒的に多く、視覚野の解剖学的領域の大部分が後頭部にあることが知られている。また、脳波測定のための多数の電極装着による物理的ストレスの影響を少なくし、さらに簡便かつ選択的に脳波を計測するため、後頭部１チャンネルを用いた。測定した脳波データから、脳波周波数解析を行った。解析対象時のデータは、各タスク後の安静閉眼時とした。各タスク実施時では、瞬きや体動に伴うアーチファクトが混入すること、α波は開眼状態においては減衰し、閉眼状態において増加することが理由として挙げられる。脳波データの解析区間は、安静閉眼開始10 秒後から 90 秒後までの 80 秒間とした。安静閉眼直後は、姿勢が変化し筋電位の影響を受け Abbr T1 T2 T3 T4

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やすいため、安静閉眼開始10 秒後からとした。また、各タスクによる精神負荷作業によって変化した脳波が 60 －100 秒の間持続する報告があるため[10]安静閉眼開始後90 秒までを解析対象区間とした。実験環境及び脳波測定用電極の配置を図 2 に示す。ノイズ除去を考慮するため、電極および電極接触部をアルコールにて清拭し、VR デバイス作動用 PC 及び脳波計作動用PC をバッテリー駆動にて実施し、安静閉眼時には VR 映像を投影せず停止状態とした。安静閉眼時は体動、噛締めを行わないように求め、眼球運動は故意に行わないように被験者に注意を促した。耳朶の電位を平均した平均電位を基準電極として導出し、電極インピーダンスは 10kΩとした。ノイズフィルタはハイカットフィルタ（45Hz）及びローカットフィルタ（1Hz）を通し AD 変換した。ノイズ混入対策後の実験中における安静閉眼時の脳波波形の1 例を図 3 に示す。安静閉眼時における脳波測定の固定には、背もたれ付きの椅子にて安静を促し、眼球や体動運動のアーチファクトが混入した場合には、混入区間は除外することとした。体動等のアーチファクトが入らないように確認しながら脳波測定を行なった。基準電極は耳朶とし、電極インピーダンスは 10kΩとした。サンプリング周波数 200 Hz とした。脳波はフーリエ解析を行い、バンドパスフィルタ（1–45Hz）に対して、各周波数帯域（θ波: 4-7Hz、α 波：8-13 Hz、β波：20-25 Hz）におけるパワースペクトル値を求めた。各周波数帯域のパワースペクトルの総和（4–25Hz）を分母として、θ波出現率（θ％）、α波出現率（α％）、β波出現率（β％）を算出した。図2 実験環境と脳波電極

Fig.2 Experimental environment and EEG measurement

図3 ノイズ混入対策後の脳波波形の一例 Fig.3 One example of measured EEG waveform 2.6 体表面知覚神経電流刺激体表面知覚神経電流刺激には、Pain Vision（NIPRO 社製）を用いた。刺激電流は、パルス状電流（繰り返し周波数 50Hz、0~246μA rms、パルス幅 0.3ms）とし、A β線維・Aσ線維を選択的に刺激した[3]。刺激部位は右前腕内側とした。最小感知電流値（Minimum perceived current：MPC）及び痛み対応電流値（Pain equivalent current：PEC）を測定した。MPC とは、被験者が電流刺激をはじめて感知した電流値とした。PEC は、被験者がこれ以上は耐えることができない電流値とした。電流刺激感覚は電極と皮下の神経系との相対的な位置や、それを感覚として脳内で認知する際の個人差を有する。そのため、個体差や測定条件のばらつきを消去する目的で、最小感知電流値及び痛み対応電流値から、痛み度（Pain ratio: PR）を算出した。痛み度の算出式は式(2)に示す。PR は、痛みに対応する電流値を電流感覚の閾値で除して規格化した値である。 PR=100×（PEC-MPC）/MPC (2) 本研究では、算出したMPC、PEC、PR について比較検討した。 2.7 電流感知主観的評価痛みに対する意識や感覚の度合いを評価するため、主観的評価としてリッカート法を用いた痛み主観評価質問紙を作成した。評価項目は「痛みを感じやすかった」から「痛みを感じにくかった」までの7 段階とした。タスク実施時に、痛みに対する集中の度合が高いと感じ、VR 映像の視聴と比較して痛みを意識していた場合には「痛みを感じやすかった」。また、VR 映像視聴に対する集中度合いが高いと感じ、痛みと比較してVR 映像の視聴を意識していた場合には「痛みを感じにくかった」と定義した。痛み主観評価質問紙の結果から、痛み主観評価得点（Pain subjective score : PS）を算出した。 2.8 実験プロトコル実験プロトコルを図4 に示す。はじめに実験環境に慣れるために準備（Preparation: PR）として無負荷状態を１分間実施した。次に非視聴タスクを3 分間実施し、安静閉眼（Eye-closed：CL）を 3 分間行った。また、非視聴タスク時のMPC 及び PEC を測定し、コントロールとした。その後、安静タスク（T2）、不快タスク（T3）、快タスク（T4）をランダムに実施した。各 VR 映像視聴時間は 3 分間とし、各タスク時におけるMPC 及び PEC を測定した。各タスク後には3 分間の CL を実施した。これを１セッションとし、計 3 セッション実施した。実験中は継続的に脳波を測定した。その後、全てのタスク終了後に情動評価質問紙、痛み主観評価質問紙に回答してもらい実験終了とした。図4 実験プロトコル Fig.4 Experiment protocol

Preparation: PR, Eye closed: CL, Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4

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2.9 統計解析統計ソフトはエクセル統計を用いた。本研究では、気分状態がポジティブ傾向を示す被験者と、ネガティブ傾向を示す被験者を比較するため、群間比較を実施した。各測定項目をTTMD高値群とTTMD低値群に群分けし、群間比較には、t 検定を用いた。正規性の検定には、歪度によるダゴスティーノ検定及び Q-Q プロットを用いて検証した。各項目間及び、各タスク間の比較には、二元配置分散分析、多重比較にBonferroni 法を用いた。 3 結果 3.1 正規性の検定各種取得データに対して、歪度によるダゴスティーノ検定及び Q-Q プロットを用いて検証し、正規性を認めた。 3.2 POMS 図5 に POMS 各項目得点の平均値を示す。縦軸に各項目得点を示し、横軸に各項目を示す。TTMD高値群のTTMDは、TTMD低値群のTTMDと比較して有意に高値を示した（p<0.05）。図5 TMD 得点 Fig.5 TMD score Total Mood Disturbance: TMD 3.3 情動評価得点（Emotional score: ES）

図6（A）に TTMD高値群の各タスクにおけるPES 及び UES の平均値を示す。縦軸に ES を示し、横軸に各タスクを示す。快タスクの PES は、安静タスク、不快タスクの PES と比較して有意に高値を示した（p<0.05）。不快タスクのUES は、安静タスク、快タスクの UES と比較して有意に高値を示した（P<0.05）。安静タスク、快タスクの PES は、安静タスク、快タスクの UES と比較して有意に高値を示した（p<0.05）。また、TTMD高値群のES における快・不快情動評価と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。図6（B）に TTMD低値群の各タスクにおけるPES 及び UES の平均値を示す。縦軸に ES を示し、横軸に各タスクを示す。快タスクの PES は、安静タスク、不快タスクの PES と比較して有意に高値を示した（p<0.05）。不快タスクのUES は、安静タスク、快タスクの UES と比較して有意に高値を示した（P<0.05）。安静タスク、快タスクの PES は、安静タスク、快タスクの UES と比較して有意に高値を示した（p<0.05）。また、TTMD低値群のES における快・不快情動評価と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。

（A）TTMD高値群のPES 及び UES

（B）TTMD低値群のPES 及び UES 図6 各タスクにおける PES 及び UES

Fig.6 PES and UES of each task Pleasant emotional score: PES, Unpleasant emotional score: UES 3.4 脳波 3.4.1 θ波出現率（θ％）図7（A）に TTMD高値群の各タスクにおけるθ％の平均値を示す。縦軸にθ％を示し、横軸に各タスクを示す。各タスク間において有意な差は認められなかった（p=n.s.）。図7（B）に TTMD低値群の各タスクにおけるθ％の平均値を示す。縦軸にθ％を示し、横軸に各タスクを示す。各タスク間において有意な差は認められなかった（p=n.s.）。また、θ％における TTMD両群と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。（A）TTMD高値群のθ％ 0 50 100 150 200 250 1 2 T TMD

High TMD group Low TMD group

（n=11）（n=11） [point] _＊＊：p<0.05 0 1 2 3 4 5 6 PES UES ES ＊＊＊＊＊＊ n=11 ＊：p<0.05 T2 T3 T4 0 1 2 3 4 5 6 PES UES ES ＊＊＊＊＊＊ n=11 ＊：p<0.05 T2 T3 T4 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 T1 T2 T3 T4 θ％ n=11 not significant

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（B）TTMD低値群のθ% 図7 各タスクにおけるθ波出現率

Fig.7 θ％ of each task Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4 3.4.2 α波出現率（α％）図 8（A）に TTMD高値群の各タスクにおけるα％の平均値を示す。縦軸にα％を示し、横軸に各タスクを示す。不快タスク、快タスク時のα％は、非視聴タスク時の α％と比較して有意に低値を示した（p<0.05）。図 8（B）に TTMD低値群の各タスクにおけるα％の平均値を示す。縦軸にα％を示し、横軸に各タスクを示す。各タスク間において有意な差は認められなかった（p=n.s.）。また、α％における TTMD両群と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。（A）TTMD高値群のα％（B）TTMD低値群のα％図8 各タスクのα波出現率

Fig.8 α％ of each task Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4 3.4.3 β波出現率（β％）図 9（A）に TTMD高値群の各タスクにおけるβ％の平均値を示す。縦軸にβ％を示し、横軸に各タスクを示す。不快タスク、快タスク時のβ％は、非視聴タスク時の β％と比較して有意に高値を示した（p<0.05）。図9（B）に TTMD低値群の各タスクにおけるβ％の平均値を示す。縦軸にβ％を示し、横軸に各タスクを示す。各タスク間において有意な差は認められなかった（p=n.s.）。また、β％における TTMD両群と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。（A）TTMD高値群のβ％（B）TTMD低値群のβ％図9 各タスクにおけるβ波出現率

Fig.9 β％ of each task Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4 3.5 体表面知覚神経電流刺激

3.5.1 最小感知電流値（Minimum perceived current： MPC）図10（A）に TTMD高値群の各タスクにおけるMPC の平均値を示す。縦軸に MPC を示し、横軸に各タスクを示す。安静タスク、不快タスク、快タスク時のMPC は、非視聴タスク時の MPC と比較して、有意に高値を示した（p<0.05）。図10（B）に TTMD低値群の各タスクにおけるMPC の平均値を示す。縦軸に MPC を示し、横軸に各タスクを示す。安静タスク、不快タスク、快タスク時のMPC は、非視聴タスク時の MPC と比較して、有意に高値を示した（p<0.05）。また、MPC における TTMD両群と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 T1 T2 T3 T4 θ％ n=11 not significant 0.5 0.54 0.58 0.62 0.66 0.7 T1 T2 T3 T4 α％ n=11 ＊：p<0.05 ＊＊ 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6 0.62 0.64 T1 T2 T3 T4 α％ n=11 not significant 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 T1 T2 T3 T4 β％＊＊ n=11 ＊：p<0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 T1 T2 T3 T4 β％ n=11 not significant

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（A）TTMD高値群のMPC

（B）TTMD低値群のMPC 図10 各タスクの最小感知電流値

Fig.10 MPC of each task Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4

3.5.2 痛み対応電流値（Pain equivalent current：PEC）図 11（A）に TTMD高値群の各タスクにおける PEC の平均値を示す。縦軸にPEC を示し、横軸に各タスクを示す。各タスク間において有意な差は認められなかった（p=n.s.）。図 11（B）に TTMD低値群の各タスクにおける PEC の平均値を示す。縦軸にPEC を示し、横軸に各タスクを示す。各タスク間において有意な差は認められなかった（p=n.s.）。また、PEC における TTMD両群と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。（A）TTMD高値群のPEC （B）TTMD低値群のPEC 図11 各タスクの痛み対応電流値

Fig.11 PEC of each task Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4 3.5.3 痛み度（Pain ratio: PR）図12（A）に TTMD高値群の各タスクにおけるPR の平均値を示す。縦軸に PR を示し、横軸に各タスクを示す。不快タスク、快タスク時の痛み度は、非視聴タスク時の PR と比較して有意に低値を示した（p<0.05）。また、不快タスク、快タスク時のPR は、安静タスク時の PR と比較して有意に低値を示した（p<0.05）。図12（B）に TTMD低値群の各タスクにおける痛み度の平均値を示す。縦軸に痛み度を示し、横軸に各タスクを示す。各タスク間において有意な差は認められなかった（p=n.s.）。また、PR における TTMD両群と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。（A）TTMD高値群のPR （B）TTMD低値群のPR 図12 各タスクにおける痛み度

Fig.12 Pain ratio of each task Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4 0 5 10 15 20 25 30 35 T1 T2 T3 T4 MPC n=11 ＊：p<0.05 ＊＊＊ [μA] 0 5 10 15 20 25 30 T1 T2 T3 T4 MPC n=11 ＊：p<0.05 ＊＊＊ [μA] 0 20 40 60 80 100 120 140 T1 T2 T3 T4 PE C n=11 not significant [μA] 0 20 40 60 80 100 T1 T2 T3 T4 PE C n=11 not significant [μA] 0 100 200 300 400 500 600 T1 T2 T3 T4 Pai n r ati o n=11 ＊：p<0.05 ＊＊＊＊ 0 100 200 300 400 500 600 T1 T2 T3 T4 Pai n r ati o n=22 not significant

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3.6 痛み主観評価得点（Pain subjective score : PS）図13（A）に TTMD高値群の各タスクにおけるPS の平均値を示す。縦軸にPS を示し、横軸に各タスクを示す。安静タスク、不快タスク、快タスク時のPS は、非視聴タスク時のPS と比較して有意に低値を示した（p<0.05）。図13（B）に TTMD低値群の各タスクにおけるPS の平均値を示す。縦軸にPS を示し、横軸に各タスクを示す。安静タスク、不快タスク、快タスク時のPS は、非視聴タスク時の PS と比較して有意に低値を示した（p<0.05）。不快タスク、快タスク時のPS は、安静タスク時の PS と比較して有意に低値を示した（p<0.05）。また、PS における TTMD両群と各タスクについての交互作用に有意な差は認められなかった（p=n.s.）。（A）TTMD高値群のPS （B）TTMD低値群のPS 図13 各タスクにおける痛み主観評価得点 Fig.13 Pain subject score of each task

Non viewing: T1, Neutral task: T2, Unpleasant task: T3, Pleasant task: T4

4 考察 4.1 POMS TTMD高値群のTTMDとTTMD低値群のTTMDでは有意な差を認めており、TTMD高値群は気分状態がネガティブ傾向を示し、TTMD低値群では気分状態がポジティブ傾向を示していたと考えられる。

4.2 情動評価得点（Emotional score: ES）

TTMD高値群及びTTMD低値群共に、不快タスクでは、不快映像を視聴したことにより、UES が高値を示した。この結果は、被験者は不快映像視聴に伴い、不快情動ストレス負荷を認識したと考えられる。また、TTMD高値群及び TTMD低値群共に、快タスクでは、快映像を視聴したことにより、PES が高値を示した。この結果は、被験者は快映像視聴に伴い、快情動ストレス負荷を認識したと考えられる。 4.3 脳波情動刺激負荷時の脳波解析に関する先行研究では、情動刺激によるストレスを脳波により抽出することが可能であることが示されている[11]。 θ波は、記銘と想起に関係しており、特に新規情報の符号化に関係していることが知られている[11]。また、 θ波活動は、行動、認知、情動変化に関係していることが知られているが、最も重要な働きとして、記憶や情動の調節であると報告がある[12]。 α波は、安静閉眼状態で出現し、リラックスした覚醒状態で生じることが知られている。また、暗算・短期記憶、ワーキングメモリなどの内的作業時や瞑想時にα波帯域のパワースペクトルは高値を示す[13]。一方、警戒や刺激への注意、激しい精神活動、不安感情によりα波帯域のパワースペクトルは低値を示す[13]。 β波は、情動的に不安定な人に多く出現する。また、リラックス状態では減少し、精神的負荷が多いことや興奮状態、ストレス環境下で増加することが知られている [14]。つまり、β波出現は、内的に情動不安定であり、外的要因に注意が向けられ、興奮状態に出現しやすいことを表す。また、β波はリラックス反応で減少し、外的刺激に対して注意を向ける行為で増加し、抑制性神経機能への作用で増加することが知られている[15]。 TTMD高値群の不快タスク、快タスクにおけるα％は、非視聴タスク時のα％と比較して低値を示した。また、 TTMD高値群の不快タスク、快タスクにおけるβ％は、非視聴タスク時のβ％と比較して高値を示した。この結果は、情動ストレスに対するコーピングが関係していることが推測される。ポジティブ感情の場合には、外部からのストレスに対するコーピングを促進することが知られており[16]、情動ストレス等の情報を避ける傾向となる[17]。 TTMD高値群におけるPleasant task のα波出現率が減衰した理由として、TTMD高値群では、不快タスク時には UES が高値を示していることから、不快情動ストレスが負荷されており、快タスク時にはPES が高値を示していることから、快情動ストレスが負荷されたことがわかる。 TTMD高値群は、気分状態がネガティブ傾向を示しており、情動ストレスに対するコーピングが促進されなかったため、被験者は、不快映像及び快映像を視聴したことにより、不快または快情動ストレス負荷が生じ、映像に対する警戒や刺激への注意、精神活動、不安感情によりα波帯域のパワースペクトル低下に伴いα波含有率が低値を示し、β波帯域のパワースペクトル増加に伴い、 β％が高値を示したと推測される。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 T1 T2 T3 T4 Pai n subje ct sc or e n=11 ＊：p<0.05 ＊＊＊ [point] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 T1 T2 T3 T4 Pai n subje ct sc or e n=11 ＊：p<0.05 ＊＊＊＊＊ [point]

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4.4 痛み度（Pain ratio: PR） VR 環境下では、被験者は没入感覚が生じることで、痛みに対する注意散漫が生じる。痛みを認知する際には、痛みに対する注意が必要であり、人間の注意力は限られている[18]。そのため、VR 環境下における没入感覚によって痛みに対する注意散漫が生じることで、痛み受容体からの脳内への信号処理を軽減することが可能であると考えられている[19]。さらに、意識的に注意を痛みからそらすと、前部帯状回の活動が抑制されることで、鎮痛効果が生じることが知られている[20]。本研究では、TTMD高値群の不快タスク、快タスク時におけるPR は、非視聴タスク時の PR と比較して低値を示した。この結果は、不快タスク、快タスクに対する没入感覚による電流刺激に対する注意が意識的に逸れたことが影響したと考えられる[20]。脳波の結果から、TTMD高値群は不快映像及び快映像を視聴したことにより、不快または快情動ストレス負荷の影響が大きく反映されており、 VR 映像に対して意識が注目していたと推測される。そのため、TTMD高値群は、不快または快映像視聴により電流刺激に対する注意が意識的に逸れたため、PR が低値を示したと考えられる。また、MPC 及び PEC の結果から、MPC が上昇したことで PR が低下を示しているため、痛みを感じにくくなっていると考えられる。

4.5 痛み主観評価得点（Pain subjective score : PS）

痛み軽減作用には、主にVR 映像視聴に起因した注意散漫効果が考えられる[19]。また、VR 映像視聴は 2D モニター映像視聴と比較して、高い没入感や臨場感を得ることができるため、集中しやすい利点があり、生理心理的反応の影響が大きいことが知られている[21]。本研究では、TTMD高値群及びTTMD低値群共に、安静タスク、不快タスク、快タスク時のRPS は、非視聴タスク時のRPS と比較して低値を示した。この結果は、各種 VR 映像に対する没入感覚により、電流刺激に対する注意が意識的に逸れたため、RPS が低値を示したと考えられる。 TTMD高値群では、PR 及び RPS 共に有意な差を認め、 TTMD低値群では、PR は非有意であったが、RPS では有意な差を認めた。情動的ストレスは鎮痛効果が発現することが知られており、一般的にストレス誘発鎮痛（Stress induced analgesia：SIA）と呼ばれる[22]。 TTMD 高値群では、α％及び β％の結果から、不快映像、快映像を視聴したことにより、情動ストレスの負荷が生じたことがわかる。そのため、TTMD高値群ではSIA によりPR 及び RPS 共に有意な差を認めたと考えられる。 TTMD低値群では、コーピング作用による情動ストレスの非認識により、SIA の影響はなかったと考えられる。そのため、RPS は VR 映像に対する注意散漫効果が主として影響するのに対して、PR は VR 映像に対する注意散漫効果及び SIA による影響が反映されたと考えられる。 4.6 脳波と痛み評価痛みとストレスは密接に関連しており、情動的にストレスとして、生体が認識することで、ノルアドレナリン系が分泌され、疼痛閾値が上昇することが知られている [23]。本研究では、気分状態がネガティブ傾向（TTMD高値群）の場合、不快映像、快映像視聴により、α％は低値を示し、β％は高値を示した。その結果、PR 及び PS が低値を示した。この結果は、TTMD高値群では、α％及びβ％の結果から、不快映像、快映像視聴により情動ストレスを認識したことで、疼痛閾値が上昇し[23]、痛みが緩和したと推測される。気分状態がポジティブ傾向（TTMD低値群）の場合、不快映像、快映像視聴により、各脳波周波数帯域において有意な差は認めなかった。その結果、PS は低値を示した。この結果は、TTMD低値群では、コーピング作用による情動ストレスの非認識により[16]、VR 映像の注意散漫効果による痛みの緩和のみが影響したと考えられる。これらの結果から、VR 映像視聴による痛みに対する注意散漫の影響としては、主観的に痛み緩和を示すことが考えられ、VR 映像視聴による情動ストレス負荷の影響としては、電流刺激による客観的評価として痛み緩和を示す可能性が示唆された。 4.7 今後の課題（１）痛み感受性と情動ストレスの相関及び回帰分析本研究では、気分状態の違いによる群分けを行い、評価した。今後は、主観的及び客観的な痛み評価に対する生理学的神経活動について相関及び回帰分析を行うことで、特徴点を抽出する。（２）脳活動に関連した神経科学的分析本研究では、1ch 脳波計を用いて、後頭部 Oz における脳波周波数分析を行った。今後は、国際10-20 法による脳波測定や脳血流分布測定等を行うことで、脳波活動の変化に伴う痛み感知への影響について、より詳細に評価し、神経科学的特徴点を抽出する。 5 結語本研究では、気分状態の違いによるVR 環境下における体表面知覚神経電流刺激による脳波活動と体表面知覚電流値への影響を評価した。本研究の結果、気分状態がネガティブ傾向の場合、不快映像、快映像視聴により、α％は低値を示し、β％は高値を示し、PR は低

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値を示した。また、各種VR 映像視聴により、PS が低値を示した。気分状態がポジティブ傾向の場合、各種 VR 映像視聴により、PS が低値を示した。本研究により、気分状態がネガティブ傾向の場合、主観的及び電流刺激による客観的評価共に痛み緩和を示し、気分状態がポジティブ傾向の場合、主観的に痛み緩和を示す可能性が示唆された。謝辞本研究の一部は、JSPS 科研費 19K20085 及び立石科学技術振興財団研究助成(C) 2197002 の助成を受けて行われた。ここに感謝の意を表します。東京工科大学研究倫理委員会の承認（承認番号：第 E18HS-015 号）を得た。参考文献

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加納敬（非会員） 2006 年 3 ⽉帝京平成⼤学情報学部情報⼯学科学⼠過程修了。2018 年 3 ⽉東京⼯科⼤学⼤学院バイオ情報メディア研究科博⼠前期課程修了。 2015 年東京⼯科⼤学医療保健学部臨床⼯学科助教。荻野稔（非会員） 2010 年 3 ⽉神⼾⼤学⼤学院医学系研究科博⼠前期課程修了。東京⼯科⼤学⼤学院バイオメディア研究科博⼠後期課程在学中。2016 年東京⼯科⼤学医療保健学部臨床⼯学科講師。田仲浩平（非会員） 2005 年九州⼯業⼤学⼤学院⽣命体⼯学研究科博⼠前期課程修了。2012 年徳島⼤学⼤学院先端技術科学教育部知的⼒学システム⼯学専攻機械創造システム⼯学卒博⼠（⼯学）。2007 年徳島⽂理⼤学⼯学部臨床⼯学科教授・学科⻑、2013 年純真学園⼤学医療⼯学科教授・学科⻑、2014 年東京⼯科⼤学医療保健学部臨床⼯学科教授。2019 年東京⼯科⼤学医療保健学部臨床⼯学科学科⻑。篠原一彦（非会員） 1985 年東京⼤学医学部医学科卒、1985 年東京⼤学病院第⼆外科研修医、1989 年東京第⼆外科医員、1995 年東京警察病院外科医幹、2000 年埼⽟医科⼤学外科講師、2002 年東京⼯科⼤学バイオニクス学部教授、2010 年同⼤学医療保健学部臨床⼯学科教授、2019 年同⼤学医療保健学部⻑、博⼠（医学）、外科専⾨医、⼤腸肛⾨病指導医、宇宙航空医学認定医、⽇本コンピュータ外科学会理事、⽇本⽣体医⼯学会評議員。水野（松本）由子（非会員） 1996 年阪大大学院医学研究科博士課程了、2003 年同大大学院工学研究科博士後期課程了、 1991 年阪大医学部附属病院研修医、1996 年同大機能画像診断学医員、1998 年同大基礎工学部情報数理系専攻ポスドクリサーチアソーシエイト、1999 年 Johns Hopkins University， Postdoctoral Research Fellow、2000 年大阪城南女子短大助教授、2004 年兵庫県立大学大学院応用情報科学研究科助教授、2007 年同准教授、2011 年同教授．2016 年同副研究科長、博士（医学・工学）。

心理的気分状態評価の違いによるVR環境における脳波活動と体表面知覚電流感度の評価

応用論文