眼球・頭部協調運動から見た新たな日常生活動作評価の試み

(1)

１はじめに我々は様々な情報を，視覚や聴覚，そして体性感覚といった感覚情報として知覚し，生体内に取り込み，日常生活活動を行う際の情報源としている１）_{．この感覚情報の中でも，視覚が情} 報取得の８割以上を担っているとの報告もあり２）_{，視覚情報をどのように活動に反映させる} のかが環境に適応した活動の遂行に大きく関与していることが考えられる．実際，視覚と動作遂行の関連について様々な研究が行われている．近年，外界を探索する際や環境に適合した上肢運動を行う際の眼球・頭部協調運動に関する研究が行われており，歩行中の身体の上下動に対しては，過剰な頭部の代償動作の修正に，周期的な眼球の代償的回転が必要になることが報告されている３）_{．また，円周歩行中の頭部と眼} 球は協調的に動き，視線の安定を維持しているとの報告もある４）_{．更に，小型電子端末を用い} た読書時の眼球運動と頭部運動を分析した新川らの報告５）_{では，頭部を固定した条件と比べて，} 頭部を固定しない自由な条件では Saccadeによる改行が大幅に減少したことを示し，読書においても頭部運動が動作に一定の関与をしている投稿日：2019年12月３日採択日：2020年９月４日１）札幌医科大学大学院２）札幌医科大学保健医療学部３）札幌医科大学医療人育成センター

＊責任著者：秋田谷結奈 [email protected]

作業療法の実践と科学 3（2）：3137,2021

■研究

眼球・頭部協調運動から見た

新たな日常生活動作評価の試み

A new approachtoassessmentofacti

vi

ti

es

ofdai

l

yl

i

vi

ngusi

ngeye-headcoordi

nati

on

秋田谷結奈

１）

_{，中村裕二}

２）

_{，中島そのみ}

２）

大柳俊夫

３）

_{，仙石泰仁}

２）要旨:我々が行っている眼球・頭部協調運動は様々な動作に関与していると考えられている．本研究では，日常生活動作評価の新たな観点として眼球・頭部協調運動を利用することの有用性を検討するため，食事動作と移乗動作における眼球・頭部協調運動の特性を明らかにすることを目的とし，動作中の眼球・頭部協調運動の測定を行った．その結果，食事動作のような静的な動作と姿勢変換を伴う移乗動作のような動的な動作で眼球・頭部協調運動の特性が異なっていることが明らかとなった． KeyWords眼球・頭部協調運動；食事動作；移乗動作

(2)

ことを報告している．これらの報告から，様々な環境に適合した動作を行うために必要な視覚像の安定化やそれを基にした運動を行う上で，眼球・頭部協調運動の関与が明確になってきている．しかし，現状では歩行や読書のように姿勢変換が含まれない課題や，動作工程が少ない課題が分析対象となっており，日常生活動作（以下 ADL動作）のように姿勢変換を伴う課題やいくつかの動作が組み合わされた課題については研究が行われていない．そこで本研究では， ADL動作の中でも動作の相を区切ることが行いやすい，また姿勢変換を伴う課題として立位から便座への移乗動作，そして複数の動作が組み合わされた課題として食事動作を用いて，それぞれの動作課題中の眼球・頭部協調運動の特徴を，健常成人を対象として明らかにすることを目的とする．２方法１）研究対象対象は健常成人21名（男性11名，女性10名），平均年齢は24±1.8歳，21名中左利きの者が３名であった．実験は全員利き手での実施とし，利き手による影響は考慮しないものとした．眼鏡を日頃着用している対象者は裸眼であっても対象物を操作するのに支障のない視力があることを確認し採用した．神経学的疾患，眼科的疾患，動作を行うのに困難な整形学的疾患を有する者は除外した．２）測定方法本研究では課題遂行中の眼電位（■）と頭部角加速度（LSB）を JINSMEME（JINS社製 JINSMEMEES-R）を用いて測定した．また，ヘッドカメラ（Panasonic製 HX-A1H）で被験者側から見た映像を撮影し，デジタルビデオカメラ（SONY製 HDR-CX485）で課題遂行中の動作全体の様子を記録した．ヘッドカメラおよびデジタルビデオカメラで記録した映像から，動作分析を行い課題動作に含まれる動作単位を分析した．３）実験課題 ①食事動作課題課題実施前の準備として被験者はヘッドカメラ，JINSMEME，介護用エプロンを装着した．また周囲に視覚・聴覚刺激の少ない環境で実施した．テーブル（縦57㎝，横85㎝，高さ70㎝）の前に自然に着席した姿勢を開始姿勢とした．テーブルの下端（着座している側）から５㎝のところに縦32㎝，横45㎝のマットを敷いた．そのマットの四隅に皿を配置し，それぞれの皿に一辺が３㎝である立方体型のスポンジを１つずつ載せた（図１）．被験者には開始合図の後，皿からスポンジを箸でつまみ上げ，口元まで運び，そのまま箸を開いて真下の介護用エプロンの中にスポンジを落とすよう指示した．皿の順番は右下から反時計回りとし，終了は全てのスポンジをエプロンの中に落とし終わるまでとした．皿は平皿（縦７㎝，横７㎝，高さ３㎝）と深皿（縦９㎝，横９㎝，高さ６㎝）の２種類を用い，それぞれ３試行ずつ実施した．平皿と深皿の順番は被験者ごとに不規則とした．図１食事動作課題実験設定

(3)

②便座への移乗動作課題実施前の準備として被験者はヘッドカメラ，JINSMEMEを装着し実施した．開始姿勢は便座に向かって直立位とし，便座までの距離は約60㎝とした（図２）．開始合図の後，被験者は便座に着座した．着座後，３秒間閉眼し，その後開眼して立ち上がるよう指示された．立ち上がり後もまた３秒間閉眼して終了とした．便座の高さを40㎝と55㎝の２段階とし，それぞれ３試行ずつ実施した．便座の高さの設定基準として，一般的な便座の高さは約38～40㎝であり，リウマチなどで一般的な便座において立ち上がりが困難な対象であれば便座を45～50㎝に補高を行うと報告されている６）_{．そのため今回} は便座の高さによる差を検討しやすくするため，一般的な高さである40㎝と補高便座の設定より，わずかに高い55㎝と設定した．４）データ分析/解析方法今回測定したデータのうち，右眼の眼電位と頭部の Z軸方向（矢状面）の角加速度（頭部回旋）を分析対象とした．分析では，食事動作及び移乗動作の動作単位を以下のように分類し行った．食事動作時ではａ）右下の皿から右上の皿に移る，ｂ）右上の皿から左上の皿に移るの２行程，移乗動作ではｃ）方向転換とｄ）立ち上がりの２工程で分析した．今回得られた結果から，食事動作課題と便座への移乗動作課題のそれぞれの動作工程ごとの眼球運動・頭部運動の開始のタイミングとその潜時の差の大きさについて分析した．更に，角加速度に関する波形の最大値と最小値の差の大きさを運動量の大きさと定義し，それぞれの課題における運動量の大きさを算出した．また，眼電位については動作工程ごとの電位変化の中で振幅の最大値を求めた．統計学的分析では，３試行の平均値を採用し実施した．食事課題，移乗動作課題ともに眼球運動が先行した人数及び頭部運動が先行した人数について，母比率の検定で比較を行った．先行した人数については，工程ごとの分析は実施しなかった．運動量の大きさ及び眼電位の最大値では，対応のある t検定を用い，課題条件による比較（平皿-深皿，40㎝便座-55㎝便座）と動作単位による比較（右下から右上-右上から左上，方向転換-立ち上がり）を行った．有意水準は５％とし，統計解析に使用したソフトは SPSSwindowsfor25であった．なお，本研究は札幌医科大学倫理委員会の承認を得た上で実施した（承認番号：30-2-44）．３結果１）運動の開始の順序性（表１）食事動作では，眼球運動が頭部運動に先行するものが有意に多い結果であった（p＜0.001）．皿の形態と動作方向との関係では，平皿での右上から左上に行く際に眼球運動が先行する者が 14名と最も少なく，深皿で右上から左上に行く動作で19名と最も多かった．眼球運動が先行する際の頭部運動との時間的な差としては平均 210.8±338.6ミリ秒であった．移乗動作では，便座の高さ，動作単位に関係なく全被験者において頭部運動が先行しているという結果であった．その際頭部運動が眼球運動に平均389.9±259.4ミリ秒先行していた．図２移動動作課題実験設定

(4)

２）運動量の大きさ ①食事動作課題（図３）食事動作での眼電位には皿条件・位置の両方で有意差は見られなかった．頭部の角加速度では，位置に関して右上から左上で有意に大きいという結果が得られた（平皿：p＜0.001，深皿：p＝0.002）．映像データからは確認できた動作工程では，箸の把持，スポンジへのリーチ，スポンジの保持，口元へのリーチの４工程であった．動作の特徴では箸の持ち方は三指で把持しているのは共通していたが，箸が交叉している被検者も存在した．スポンジの保持については全員がミスなく保持できていた．リーチに関して，平皿では手関節の掌背屈や前腕の回内といった動作はほぼ確認されず，深皿では数名の被検者で前腕の回内動作が認められていた．スポンジや口元へのリーチ動作では肘関節の屈伸と肩関節の屈伸及び内外転が主体となっていた．正中線を超える課題では，平皿・深皿ともに肘関節の屈伸・肩関節の屈伸及び内外転に加えて，肩関節の内旋運動が加わるという特徴的な動作がみられた． ②便座への移乗動作課題（図４）移乗動作における眼電位では55㎝の高さの便座の方向転換と立ち上がりの間で振幅に有意差が認められ，立ち上がりでより大きい値を示した（p＝0.002）．頭部の角加速度では，便座の高さに関係なく表１運動の開始順序図３食事動作における眼電位・頭部角加速度

(5)

方向転換と立ち上がりの間には有意差が認められ，方向転換で有意に大きな値を示した（40㎝： p＜0.001，55㎝：p＜0.001）．40㎝と55㎝の便座の比較では有意差は認められなかった．動作との関係では，方向転換では頭部の角加速度が著明に増加した．その後の立ち上がりでは眼電位の増加が観察された．映像データから，便座への移乗動作は，便座の接近，方向転換から着座，便座からの立ち上がりの３工程で行われていた．開始の合図とともに便座を見ながら前進し，方向転換時も頚部を回旋させて便座を見続けていることが観察された．また，立ち上がりの際には体幹を前傾させ立ち上がるという運動パターンが観察された． 55㎝の便座に着座した際には足底接地が不十分である者が大半であった．４考察１）食事動作課題・移乗動作課題における眼球頭部協調運動の順序性今回の結果で特徴的なこととしては，課題間の違いによって眼球運動と頭部運動の生起順序が異なっている可能性が示されたことであると考えている．今回の結果では箸操作という机上で行う食事動作では眼球運動が先行し，姿勢変換を伴う移乗動作では頭部運動が先に生じていた．移動中の姿勢制御において空間的な認識を行う必要があり，先行研究からも頭部の位置を迷路や固有覚情報に基づいて把握することが，その後の視軸の安定性に関与する眼球運動に先行することが指摘されている７）_{．更に，高齢者} と青壮年を対象とし歩行中の頭部運動を測定した宮田らの研究８）_{では，青壮年では頭部の周期} 的な動きが確認できるが高齢者では生起していないか不安定となり，より視覚による制御に頼っている傾向があることを報告している．本研究の対象は健常若年者であることからも移乗動作では頭部が先行する結果となっていると考えられた．一方，食事動作では座位姿勢での課題遂行であり視野内に操作対象がある設定であったため，視覚的な探索の後に注視点を移動させるために頭部運動を行っていると推測される結果であった．立位における視覚探索課題遂行時の姿勢動揺特性に関する先行研究において，高齢者に比べて若年者では頭部運動を固定して視覚探索を行うことが報告されており，高齢者で生じる頭部運動は姿勢制御自体を困難にする可能性を指摘している９）_．以上のことから，ADL課題の中でも姿勢制御が含まれる課題と机上課題では眼球・頭部協調運動の遂行戦略が異なっていることが考えられた．しかし，潜時自体には個体差があること図４移動動作における眼電位・頭部角加速度

(6)

や机上課題である食事動作では頭部運動が先に生じる対象者も含まれており，これらの差異がどのような機能的な差異から生じているのか，また課題遂行結果にどのような影響を与えるのかという点については今後の検討が必要と考えられた．２）各課題における運動量 ①食事動作課題食事動作は，対象物のある場所による頭部の角加速度に有意差がみられ，正中線交差を行う右上から左上の皿に移る動作で頭部回旋の角加速度が大きくなっていた．その際，深皿における眼電位が大きくなる傾向にあった．このことは，深皿では深さがあるために頭部運動で見る範囲を拡大しただけでは対象物をとらえることが出来ず，より視覚的な確認が必要となった結果であると考えられる． ②移乗動作課題移乗動作では方向転換において頭部の大きな角加速度が確認できた．移乗動作は大きな頭部運動が必要となる動作であるため，視覚はその運動中の姿勢の制御や視野の確保を頭部運動に続き眼球運動が補完的に生じていることが示唆できる結果の一つであると考えることができる．座面の高さによる動作工程間の比較では，55 ㎝の座面で方向転換と立ち上がりの眼球運動の変化が特徴的に大きくなっていた．その際の映像データでは55㎝の便座で足底接地できない人では，接地できている被検者に比べると足元を見ている様子が確認できた．これらのことから床面に足がつかない，不安定な状態では次の動作に移るための視覚情報を得る目的でより大きな眼球運動が生じ，それが55㎝の高さの便座での方向転換と移乗動作の有意差に繋がっていた可能性がある．３）新たな評価としての有用性従来の ADL指導ではバイオメカニクスを応用した方法の指導や動作手順の指導が中心となっていた10）_{．しかし，その方法ではなかなか動作} 獲得に結び付かない症例も存在していた．今回行った実験より，食事動作では頭部運動より眼球運動が先行すること，移乗動作では眼球運動より頭部運動が先行することが明らかとなった．また，ADL課題では課題特性に応じた波形が得られており，今回用いた指標が評価として妥当である可能性も示唆された．更に目と頭部どちらを先行させるかという従来と異なった指導を行うことにより，動作パターンの改善が望める可能性があると考えられる．５謝辞研究を遂行するにあたり，快くご協力いただいた皆様方に深謝致します．なお本研究は文部科学省科研費17K01514の助成を受け実施した．６利益相反本研究に関して，開示すべき利益相反はない．７引用文献１）木村司，片山順一：体性感覚刺激処理に対する視覚情報の効果－空間的注意を中心として－．人文論究64：101-117,2014．２）久米祐一郎：多感覚の利用．映像情報メディア学会誌53：932-936,1999．３）平崎鋭矢：歩行中の視線安定を維持する頭部運動と眼球運動．大阪大学大学院人間科学研究科紀要26：177-193,2000．４）平崎鋭矢：円周歩行中の頭部と眼球の協調運動．バイオメカニズム学会誌28：34-40, 2004．５）新川達矢，山田和平，山田光穂：小型電子端末を用いた読書時の眼球運動と頭部運動の解析．東海大学紀要情報通信学部５：23-28,2012．６）松葉貴司，渡邉慎一，藤井智，入江亜紀：慢性関節リウマチ患者の在宅生活指導．

(7)

PTジャーナル30:713-720,1996．７）高橋正紘，岡田行弘，斉藤晶，武井泰彦，竹内泉，他：生体内座標軸理論－空間認知による固視，歩行の制御－．日本耳鼻咽喉科学会会報94：161-169,1991．８）宮田英雄，白戸弘道：高齢者の歩行． Equilibrium Research53：449-457,1994．

９）紙谷司，上村一貴，森周平，山田実：高齢者における視覚探索課題遂行時の姿勢動揺特性．第50回近畿理学療法学術大会：６, 2010． 10）内田成男，佐藤純子，横山明正，寺林大史：動作指導の基本．PTジャーナル38：481-489,2004．

眼球・頭部協調運動から見た 新たな日常生活動作評価の試み