仮想現実技術を用いたシミュレーション環境に おける事象関連電位計測法の開発
あらけ まさし
荒毛 将史
（生理学専攻）
防衛医科大学校
令和２年度
目 次
第１章 背景
１頁
第２章 目的 ６頁
第３章 方法 ６頁
第１節 実験参加者 ６頁
第２節 課題と装置 ７頁
第３節 実験手続き １０頁
第４節 脳波の計測と処理 １１頁
第５節 統計解析 １３頁
第１項 事象関連電位の振幅 １３頁
第２項 信号源推定
１４頁
第３項 事象関連電位の振幅と課題遂行成績の相関 １５頁
第４章 結果
１６頁
第１節 事象関連電位の振幅 １６頁 第２節 信号源推定 １７頁
第３節 事象関連電位の振幅と課題遂行成績の相関 １８頁
第５章 考察 １９頁
第１節 事象関連電位 １９頁
第１項 計測に成功した
ERN
の特徴１９頁
第２項
ERN
生起の機序２０頁
第３項 計測に成功した
N2-P3
の特徴 ２２頁第４項
N2-P3
生起の機序２２頁
第２節 信号源推定 ２２頁 第３節 事象関連電位の振幅と課題遂行成績の相関 ２５頁
第４節 全体の考察 ２６頁
第６章 結論 ２７頁
謝辞 ２９頁
略語一覧 ３０頁
引用文献 ３２頁
図表 ４２頁
1 第 １ 章 背 景
脳 か ら 生 じ る 電 気 活 動 を 頭 皮 上 に 置 い た 電 極 か ら 計 測 し た 信 号 を 脳
波 と い う 。
一 般 的 な 脳 波 計 測 は 電 磁 波 を 遮 蔽 す る シ ー ル ド ル ー ム の 中 で 実 施 さ
れ 、 被 計 測 者 は 計 測 中 、 安 静 を 保 つ 事 を 要 求 さ れ る 。
し か し 近 年 、 計 測 点 近 傍 に ア ン プ を 内 蔵 す る こ と で ア ー チ フ ァ ク ト
（ 脳 活 動 以 外 に 由 来 す る 信 号 ） を 低 減 す る ア ク テ ィ ブ 電 極 や 、 小 型 軽
量 化 ・ 無 線 化 さ れ た 脳 波 計 が ヘ ッ ド セ ッ ト と 一 体 化 し た ウ ェ ア ラ ブ ル
脳 波 計 が 登 場 し 、 シ ー ル ド ル ー ム 外 で 被 計 測 者 の 動 作 を 制 限 し な い 脳
波 計 測 が 可 能 と な っ た 。
ウ ェ ア ラ ブ ル 脳 波 計 に よ り 歩 行 ( 1 , 2 ) や 自 動 車 運 転 ( 3 ) テ レ ビ ゲ
ー ム の 最 中 ( 4 ) な ど 、現 実 の 活 動 状 況 で の 脳 波 計 測 が 可 能 と な っ て い
る 。 さ ら に 、 脳 波 か ら 被 計 測 者 の 運 動 意 図 や 認 知 状 態 と い っ た 脳 情 報
を リ ア ル タ イ ム に 解 析 す る 技 法 が 発 展 し 、I T 機 器 ( 5 , 6 ) や 車 椅 子 ( 7 ) の 操 作 等 の ブ レ イ ン ・ コ ン ピ ュ ー タ ・ イ ン タ ー フ ェ ー ス （ B r a i n
C o m p u t e r I n t e r f a c e : B C I） や ニ ュ ー ロ フ ィ ー ド バ ッ ク ( 8 , 9 ) へ の 応 用 が 注 目 を 浴 び て い る 。
脳 波 を 現 実 の 活 動 状 況 で 計 測 す る 研 究 で は 周 波 数 解 析 が 用 い ら れ る
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事 が 多 い ( 1 0 - 1 3 ) 。 典 型 的 に は 、 複 数 の 周 波 数 帯 の パ ワ ー 値 を 実 験 条
件 毎 に 比 較 し 、 よ り 基 礎 的 な 研 究 で 蓄 積 さ れ た 知 見 に 基 づ き 結 果 が 解
釈 さ れ る 。 し か し 、 条 件 の 厳 密 な 統 制 が 可 能 な 実 験 と は 異 な り 、 現 実
の 活 動 状 況 で は 様 々 な 要 因 が 各 周 波 数 帯 の パ ワ ー 値 を 変 化 さ せ る た め 、
結 果 の 解 釈 は 困 難 で あ る 。
一 方 、 脳 波 に 含 ま れ る 事 象 関 連 電 位 （ E v e n t - R e l a t e d P o t e n t i a l :
E R P） は 現 実 の 活 動 状 況 で の 脳 機 能 評 価 に 適 す る 可 能 性 が 指 摘 さ れ て
い る ( 4 ) 。E R P と は 光 や 音 ，あ る い は 自 発 的 な 運 動 と い っ た 特 定 の 事
象 （ イ ベ ン ト ） に 関 連 し て 一 過 性 に 生 じ る 脳 電 位 で あ る 。E R P は 振 幅
や 頂 点 潜 時 、 頭 皮 上 分 布 等 に よ り 評 価 さ れ る 。
周 波 数 解 析 が E R P よ り も 頻 繁 に 利 用 さ れ て き た 主 要 な 理 由 の 一 つ
と し て 、 現 実 の 活 動 状 況 下 で は E R P の 解 析 に 必 要 と な る イ ベ ン ト マ
ー カ の 記 録 が 困 難 で あ る 事 が 挙 げ ら れ る 。
E R P の 振 幅 は 通 常 数V―1 0V 程 度 で あ り 、 振 幅 が 数 十V 以 上 の
脳 波 に 埋 も れ た 状 態 で 計 測 さ れ る ( 1 4 ) 。 そ の た め 、E R P を 惹 起 す る
イ ベ ン ト 発 生 の タ イ ミ ン グ を 示 す 信 号 （ イ ベ ン ト マ ー カ ） を 脳 波 と 共
に 記 録 し 、 イ ベ ン ト マ ー カ を 基 準 と し て 脳 波 を 切 り 出 し 、 時 間 軸 を 揃
え て 加 算 平 均 す る 事 で 抽 出 し て や る 必 要 が あ る 。 イ ベ ン ト マ ー カ の 記
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録 は イ ベ ン ト 発 生 に 対 し ミ リ 秒 単 位 で の 正 確 性 が 求 め ら れ る が 、 現 実
の 活 動 状 況 に お い て そ の よ う な イ ベ ン ト マ ー カ を 用 意 す る こ と は 難 し
い 。
さ ら に 、 加 算 平 均 に よ り E R P を 抽 出 す る に は 同 一 の イ ベ ン ト を 数
十 回 か ら 数 百 回 繰 り 返 す 必 要 が あ る が 、 現 実 の 活 動 状 況 で 同 じ イ ベ ン
ト が 数 十 回 繰 り 返 さ れ る 状 況 は 限 ら れ て い る 。
し か し 、 現 実 の 状 況 を 模 擬 す る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 環 境 で あ れ ば そ の
制 御 プ ロ グ ラ ム に イ ベ ン ト マ ー カ 出 力 機 能 を 実 装 す る 事 が 容 易 で あ り 、
ま た 同 じ イ ベ ン ト を 繰 り 返 し 再 現 す る こ と が 可 能 で あ る 。
近 年 、シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 一 種 で あ る 仮 想 現 実（Vi r t u a l R e a l i t y : V R）
技 術 を 用 い た B C I（V R 環 境 内 の オ ブ ジ ェ ク ト の 操 作 を 脳 波 で 行 う 等 ）
( 1 5 ) や ニ ュ ー ロ フ ィ ー ド バ ッ ク ( 1 6 ) が 注 目 さ れ つ つ あ る 。 さ ら に 、 工 学 心 理 学 ( 1 7 ) や 神 経 人 間 工 学 ( 1 8 ) に お け る ヒ ュ ー マ ン イ ン タ ー
フ ェ ー ス 評 価 や 教 育 効 果 の 評 価 の 手 法 と し て 利 用 で き る 可 能 性 が あ る 。
本 研 究 で も 将 来 的 に ヒ ュ ー マ ン イ ン タ ー フ ェ ー ス 設 計 に お け る 使 用 感
や ヒ ュ ー マ ン エ ラ ー の 評 価 や 教 育 訓 練 効 果 の 定 量 的 評 価 に E R P を 指
標 と し て 用 い る 事 を 念 頭 に 置 い て 、V R を 使 用 し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン
環 境 に お け る E R P 計 測 手 法 の 開 発 を 行 う こ と に し た 。
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本 研 究 で は 、 V R 技 術 を 用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 環 境 で 行 う 実 験 課
題 を 開 発 し 、 課 題 遂 行 に 関 連 し た イ ベ ン ト 発 生 時 に イ ベ ン ト マ ー カ を
出 力 す る 機 能 を 付 与 す る こ と で 脳 波 計 測 と の 同 期 を 可 能 と し 、 加 算 平
均 に よ り E R P が 計 測 可 能 か 検 討 し た 。
計 測 対 象 と す る E R P は 、E R N（E r r o r - R e l a t e d N e g a t i v i t y（ エ ラ ー
関 連 陰 性 電 位 ）） 及 び N 2 - P 3 と し た 。
E R N は 行 為 の エ ラ ー（ 遂 行 す べ き で な い 行 為 を 遂 行 す る 、 あ る い は
遂 行 す る べ き 行 為 を 失 敗 す る ） か ら 5 0―1 0 0 m s 後 に 前 頭 中 心 部 優 位
に 生 起 す る 陰 性 電 位 で あ り ( 1 9 )、B C I に お け る 誤 入 力 訂 正 や ( 2 0 ) 、
ヒ ュ ー マ ン マ シ ン イ ン タ ラ ク シ ョ ン に お け る 信 頼 性 評 価 の 指 標 ( 2 1 )
へ の 応 用 が 期 待 さ れ て い る 。 遂 行 す る べ き 行 為 を 正 し く 遂 行 し た 際 に
生 起 す る E R P と し て C R N（C o r r e c t R e l a t e d N e g a t i v i t y） ( 2 2 )も 知
ら れ て い る が 、E R P は C R N と 比 較 し て 振 幅 が 大 き い と い う 特 徴 が あ
る 。 よ っ て 本 研 究 で は E R N を 計 測 対 象 と す る こ と に し つ つ 、E R N の
比 較 対 象 と し て C R N も 解 析 の 対 象 に 含 め る 事 と し た 。
N 2 - P 3 は 反 応 の 抑 制 （ 行 為 を 遂 行 し な い 事 を 選 択 す る 、 あ る い は 開
始 し た 行 為 を 中 止 す る ） に 関 連 し て 約 2 0 0 m s 後 に 前 頭 中 心 部 優 位 に
生 起 す る 陰 性 電 位 N 2 と 、N 2 に 続 い て 約 3 0 0 m s を 頂 点 と し て 中 心 頭
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頂 部 優 位 に 生 起 す る 陽 性 電 位 P 3 の 複 合 電 位 で あ る ( 2 3 - 2 5 ) 。 被 計 測
者 の 注 意 状 態 や 精 神 的 疲 労 の モ ニ タ リ ン グ 指 標 と し て 注 目 さ れ て い る
( 2 6 ) 。
V R を 用 い て E R P を 計 測 し た 先 行 研 究 は 存 在 す る が 、 そ れ ら は V R を 現 実 の 環 境 で 行 う 活 動 を シ ミ ュ レ ー ト す る 目 的 で 使 用 し て お ら ず 、
刺 激 呈 示 と 刺 激 に 対 す る 反 応 の 組 み 合 わ せ を 繰 り 返 す 通 常 の E R P 計
測 に 近 い 実 験 を V R 環 境 で 行 う も の が 主 で あ っ た ( 2 7 - 2 9 ) 。
本 研 究 で は E R P を 計 測 す る た め に 課 題 を 構 成 す る の で は な く 、V R
空 間 で 目 標 を 達 成 す る た め の 行 動 や 、 そ の 行 動 を 取 る 契 機 と な る 刺 激
と 脳 波 計 測 を 同 期 さ せ て E R P を 抽 出 す る 事 と し た 。 具 体 的 に は 射 撃
の 失 敗 に 関 連 し た E R N と 、 視 界 の 範 囲 外 の 敵 か ら の 射 撃 に 伴 う 発 砲
音 に 関 連 し た N 2 - P 3 の 抽 出 を 試 み た 。 後 者 に つ い て 、視 界 の 範 囲 外 か
ら 射 撃 を 受 け た 際 は 遂 行 し て い た 行 動 を 中 断 し て 敵 の 位 置 を 確 認 す る
必 要 が あ る た め 、 行 為 の 抑 制 に 伴 う N 2 - P 3 が 生 起 す る と 予 想 し た 。
さ ら に 工 学 的 な 応 用 で は 、E R P を 抽 出 で き る だ け で な く 、E R P の 生 起 に 寄 与 す る 脳 部 位 ( 3 0 , 3 1 ) や E R P と 被 計 測 者 の 行 動 成 績 と の 関 係
の 検 討 ( 4 , 3 2 ) に 利 用 で き る こ と が 求 め ら れ る 。
そ こ で 、 抽 出 し た E R P の 信 号 源 推 定 及 び E R P 振 幅 と 課 題 遂 行 成 績
6 と の 相 関 に つ い て も 検 討 し た 。
第 ２ 章 目 的
本 研 究 の 目 的 は 下 記 の 2 点 と し た 。V R を 用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン
環 境 で 模 擬 戦 闘 課 題 を 開 発 し 、 課 題 中 の イ ベ ン ト 発 生 時 に イ ベ ン ト マ
ー カ を 出 力 さ せ る こ と で 、
1． 射 撃 遂 行 時 の 脳 波 か ら 射 撃 が 命 中 し た 場 合 に C R N を 、 命 中 し な か っ た 場 合 に E R N を そ れ ぞ れ 抽 出 す る 事
2． 視 野 外 の 敵 か ら 射 撃 を 受 け た 際 の 脳 波 か ら N 2 - P 3 を 抽 出 す る 事
第 ３ 章 方 法
第 １ 節 実 験 参 加 者
実 験 参 加 者 募 集 支 援 企 業（ 株 式 会 社 S O U K E N）を 通 じ て 募 集 し た 2 0
名 の 健 常 な 成 人 （ 男 女 各 1 0 名 、 平 均 年 齢 2 7 . 8 ± 6 . 2 歳 ） が 実 験 に 参
加 し た 。 全 て の 参 加 者 は 右 利 き で 、 正 常 な 裸 眼 視 力 又 は 矯 正 視 力 を 有
し 、 神 経 学 的 疾 患 及 び 精 神 疾 患 の 既 往 が な か っ た 。
2 名 の 実 験 参 加 者 が 吐 き 気 を 訴 え た た め 実 験 を 中 止 し た 。 ま た 2 名
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は 脳 波 計 と 頭 部 形 状 が 適 合 せ ず 、 広 範 な 計 測 チ ャ ネ ル に 深 刻 な ア ー チ
フ ァ ク ト が 混 入 し た 。 そ の た め 、 計 4 名 分 の デ ー タ を 解 析 の 対 象 か ら
除 外 し た 。
本 研 究 は 防 衛 医 科 大 学 校 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 受 け 、 実 験 参 加 者 全 員
か ら 文 書 同 意 を 得 た 上 で 実 施 し た 。
第 ２ 節 課 題 と 装 置
実 験 課 題 と し て 一 人 称 視 点 の V R 環 境 で ア バ タ ー （ プ レ イ ヤ ー が 操
作 す る キ ャ ラ ク タ ー ） を 操 作 し て 行 う 模 擬 戦 闘 課 題 を 実 施 し た 。 課 題
は 空 間 を 探 索 し ゴ ー ル 地 点 へ 到 着 す る 事 と し た 。 ま た 、 空 間 中 に 配 置
さ れ た 遮 蔽 物 の 裏 や 建 物 の 屋 上 に 敵 が 潜 ん で お り 、 接 近 す る と 射 撃 さ
れ う る た め 、 ア バ タ ー が 装 備 し て い る 銃 で 応 戦 し 、 敵 を 倒 さ な い 限 り
ゴ ー ル 地 点 へ 到 達 出 来 な い よ う に 設 定 し た 。
課 題 作 成 に は 市 販 の 軍 事 教 練 シ ミ ュ レ ー タ V B S 3（ B o h e m i a
I n t e r a c t i v e S i m u l a t i o n s）を 使 用 し た 。課 題 と 脳 波 計 測 の 同 期 の た め 、 デ ジ タ ル I / O ボ ー ド （N I - U S B 6 2 8 9 , N a t i o n a l I n s t r u m e n t s） を 使 用 し
た 。V B S３ の 開 発 環 境 を 使 用 し て 関 数 を 新 規 に 作 成 し 、 課 題 遂 行 中 に
イ ベ ン ト が 発 生 す る と V B S 3 が デ ジ タ ル I / O ボ ー ド に 電 圧 の 出 力 を 命
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令 す る よ う に し た 。 命 令 を 受 信 し た デ ジ タ ル I / O ボ ー ド は 脳 波 計 の ト
リ ガ ー ボ ッ ク ス に 対 し 電 圧 を 出 力 す る 。 ト リ ガ ー ボ ッ ク ス は 電 圧 を イ
ベ ン ト マ ー カ に 変 換 し 、 電 圧 の 入 力 時 刻 と イ ベ ン ト マ ー カ の 種 類 を 脳
波 計 に 無 線 で 送 信 す る （ 図 1）。 電 圧 の 出 力 ポ ー ト と ト リ ガ ー ボ ッ ク ス
の 入 力 ポ ー ト は 各 8 チ ャ ネ ル 存 在 し 、 チ ャ ネ ル 毎 に 1 , 2 , 4 , 8 , 1 6 , 3 2 ,
6 4 , 1 2 8 の 数 値 が 割 り 当 て ら れ て お り 、 使 用 す る チ ャ ネ ル の 組 み 合 わ
せ に よ り 2 5 5 種 類 の イ ベ ン ト マ ー カ が 使 用 可 能 と な っ て い た 。
本 研 究 に お い て は 、 イ ベ ン ト マ ー カ は 次 の 6 種 類 の イ ベ ン ト が 発 生
し た 際 に 出 力 さ れ る よ う 設 定 し た 。
① コ ン ト ロ ー ラ へ の 入 力 （ 実 験 参 加 者 の 発 砲 ）
② 実 験 参 加 者 の 発 砲 し た 銃 弾 が 敵 に 命 中 す る （ 命 中 ）
③ 実 験 参 加 者 の 発 砲 し た 銃 弾 が 敵 以 外 に 命 中 す る （ 非 命 中 ）
④ 発 砲 音 （ 敵 の 発 砲 ）
⑤ 敵 の 発 砲 し た 銃 弾 が ア バ タ ー に 命 中 す る （ 被 弾 ）
⑥ ア バ タ ー が 被 弾 し て ゲ ー ム オ ー バ ー と な る
V B S 3 は 入 力 、 処 理 、 出 力 を 順 に 繰 り 返 す 無 限 ル ー プ で 動 作 し て い
る 。「 入 力 」 で コ ン ト ロ ー ラ の 入 力 状 態 を 取 得 し 、「 処 理 」 で 取 得 し た
入 力 状 態 を 用 い て プ レ イ ヤ ー や 敵 の 移 動 や 発 砲 等 の 処 理 を 行 い 、 処 理
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し た 情 報 は 「 出 力 」 に お い て 実 際 に 画 面 や ス ピ ー カ ー に 反 映 さ れ る 。
入 力 、 処 理 、 出 力 は 1 秒 間 に 6 0 回 ル ー プ す る た め 、1 ル ー プ あ た り
の 所 要 時 間 は 約 1 6 . 7 m s で あ る 。 そ の た め 、 コ ン ト ロ ー ラ へ の 入 力 か
ら 電 圧 の 出 力 命 令 ま で 最 大 約 1 6 . 7 m s の 遅 延 が 発 生 す る 。
そ こ で 遅 延 を 短 縮 す る た め 、 イ ベ ン ト マ ー カ 「 実 験 参 加 者 の 発 砲 」
の 処 理 は プ ロ グ ラ ム 中 の 「 入 力 」 の 箇 所 に 実 装 し た 。 そ の 他 の イ ベ ン
ト マ ー カ は 「 出 力 」 の 箇 所 に 実 装 し た 。
V R 環 境 の 呈 示 に は ヘ ッ ド マ ウ ン ト デ ィ ス プ レ イ ( H e a d M o u n t e d D i s p l a y : H M D )（Vi v e , H T C） と ス ピ ー カ ー シ ス テ ム （G W- T 2 0 - 2 R、 C r e a t i v e） を 使 用 し 、 入 力 機 器 と し て ゲ ー ム 用 コ ン ト ロ ー ラ （X B O X 3 6 0 コ ン ト ロ ー ラ 、M i c r o s o f t） を 使 用 し た 。 模 擬 戦 闘 課 題 に お い て 、 左 手 親 指 用 の ジ ョ イ ス テ ィ ッ ク を 空 間 内 の 移 動 に 、 右 手 親 指 用 の ジ ョ
イ ス テ ィ ッ ク を 銃 の 照 準 に 、右 手 人 差 し 指 用 の“R”ボ タ ン を 発 砲 に 使
用 し た 。
脳 波 計 測 に は 6 4 チ ャ ネ ル の ド ラ イ 電 極(導 電 性 の ペ ー ス ト を 必 要 と
し な い 電 極)を 使 用 し た ウ ェ ア ラ ブ ル 脳 波 計 （H D - 7 2 , C o g n i o n i c s） を
使 用 し た 。
電 極 は ア ン プ が 内 蔵 さ れ て い て 脳 波 計 と 一 体 化 し た ア ク テ ィ ブ 電 極
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と 、 ア ク テ ィ ブ 電 極 に 接 続 し て 使 用 す る 電 極 チ ッ プ か ら 構 成 さ れ て い
た 。 ア ク テ ィ ブ 電 極 は 皮 膚 の イ ン ピ ー ダ ン ス を 下 げ る 必 要 が な く 、
2 5 0 0 kΩ 以 下 で あ れ ば 脳 波 を 計 測 可 能 だ っ た 。 電 極 チ ッ プ は ゴ ム 状 の
柔 軟 な 材 質 で 8 本 の 足 を 持 っ て お り 、 実 験 参 加 者 の 髪 を 通 過 し て 頭 皮
に 接 触 し 易 い 特 徴 を 有 し て い た 。 図 2 に 電 極 チ ッ プ の 写 真 と 電 極 の 配
置 を 示 し た 。
第 ３ 節 実 験 手 続 き
は じ め に 、 約 3 分 間 の 短 い シ ナ リ オ を 繰 り 返 し 用 い て 実 験 参 加 者 を
訓 練 し た 。 特 に 、 敵 と 遭 遇 し た 際 に 射 撃 を 命 中 さ せ る 動 作 を 重 点 的 に
練 習 さ せ た 。 具 体 的 に は 敵 と の 銃 撃 戦 開 始 後 に 照 準 用 の ジ ョ イ ス テ ィ
ッ ク を 素 早 く 操 作 し 、 可 能 な 限 り 正 確 に 照 準 を 合 わ せ て 発 砲 用 の ボ タ
ン を 押 下 す る 一 連 の 動 作 を 繰 り 返 し 練 習 し 、 敵 の 攻 撃 に よ り 受 傷 す る
前 に 敵 を 倒 せ る よ う に し た 。 照 準 用 の ジ ョ イ ス テ ィ ッ ク は 素 早 く 操 作
す る と 照 準 を 急 停 止 す る 事 が 難 し い た め 、 照 準 が 完 全 に 定 ま ら な い 状
態 で 発 砲 を 行 う 必 要 が あ る 点 が 困 難 だ っ た 。
視 覚 酔 い 防 止 の 観 点 か ら H M D の 着 用 時 間 を 可 能 な 限 り 短 く す る た
め 、 実 験 参 加 者 が コ ン ト ロ ー ラ の 操 作 に 順 応 す る ま で H M D で は な く
11 P C デ ィ ス プ レ イ を 使 用 し た 。
実 験 参 加 者 が 目 標 地 点 に 到 達 可 能 に な っ た 時 点 で 脳 波 計 を 装 着 し 、
脳 波 計 測 を 開 始 し た 。
脳 波 計 測 で は そ れ ぞ れ 異 な る マ ッ プ で 行 わ れ る 5 つ の シ ナ リ オ を 実
施 し た 。 各 シ ナ リ オ で 6 体 か ら 9 体 （ 平 均 8 . 2 体 ） の 敵 を 配 置 し た 。
使 用 し た マ ッ プ の 一 例 を 図 3 に 示 す 。
シ ナ リ オ の 遂 行 順 序 は 実 験 参 加 者 間 で 異 な る よ う に し た 。 V R 環 境
に 誘 発 さ れ る 視 覚 酔 い を 防 ぐ た め 、 課 題 遂 行 時 間 の 累 計 が 4 0 分 を 超
え る か 、 実 験 参 加 者 が 気 持 ち 悪 さ を 訴 え た 場 合 は 計 測 を 終 了 し た 。
第 ４ 節 脳 波 の 計 測 と 処 理
脳 波 は サ ン プ リ ン グ 周 波 数 5 0 0 H z で デ ジ タ ル 化 し た 。 基 準 電 極 と
接 地 電 極 は そ れ ぞ れ 左 耳 朶 及 び 右 耳 朶 に 配 置 し た 。
脳 波 の 前 処 理 は M AT L A B 2 0 1 7 a ( M a t h w o r k s )上 で 動 作 す る 脳 波 解 析
ソ フ ト ウ ェ ア E E G L A B ( 3 3 ) で 行 っ た 。
は じ め に 5 0 0 H z で デ ジ タ ル 化 さ れ た 脳 波 の 信 号 を 2 5 0 H z へ ダ ウ
ン サ ン プ リ ン グ し 、1 H z の ハ イ パ ス フ ィ ル タ の 適 用 後 、5 0 H z の ラ イ
ン ノ イ ズ を C l e a n L i n e プ ラ グ イ ン ( 3 4 ) で 除 去 し た 。
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さ ら に 、c l e a n _ r a w d a t a プ ラ グ イ ン を 使 用 し 、 ア ー チ フ ァ ク ト 除 去
手 法 で あ る A r t i f a c t S u b s p a c e R e c o n s t r u c t i o n（A S R） ( 3 1 ) を 適 用 し
た 。A S R は 周 辺 の チ ャ ネ ル と の 相 関 が 低 い チ ャ ネ ル の デ ー タ を 除 去 す る が 、 除 去 さ れ た 計 測 チ ャ ネ ル の デ ー タ は 周 辺 チ ャ ネ ル の デ ー タ を 利
用 し て 補 間 し た 。
全 電 極 の 平 均 電 位 へ 再 基 準 化 し た 後 に 独 立 成 分 分 析 を 行 い 、 眼 球 に
由 来 す る 独 立 成 分 を 除 去 し た 上 で 信 号 を 再 合 成 し た 。 最 後 に 、1 6 H z
の ロ ー パ ス フ ィ ル タ を 適 用 し た 。
E R N 及 び C R N 抽 出 の た め 、 実 験 参 加 者 の 発 砲 時 点 を 基 準 に−2 0 0
m s ― 6 0 0 m s の 脳 波 を エ ポ ッ ク し た 。 ベ ー ス ラ イ ン 補 正 の た め −2 0 0
m s ― − 1 0 0 m s の 平 均 振 幅 を エ ポ ッ ク 内 の 各 時 点 か ら 差 し 引 い た 。
エ ポ ッ ク は イ ベ ン ト 「 命 中 」「 非 命 中 」 に 分 け て 加 算 平 均 し た 。 エ ポ
ッ ク 間 で 重 複 を 避 け る た め 、 前 後 の 発 砲 か ら 8 0 0 m s 以 上 の 間 隔 が あ
る エ ポ ッ ク の み を 対 象 と し た 。
N 2 - P 3 の 抽 出 の た め 、 敵 の 発 砲 音 を 基 準 に− 1 0 0 m s ― 6 0 0 m s の 脳 波 を エ ポ ッ ク と し て 切 り 出 し た 。ベ ー ス ラ イ ン 補 正 の た め− 1 0 0 m s ― 0 m s
の 平 均 振 幅 を エ ポ ッ ク 内 の 各 時 点 か ら 差 し 引 い た 。
イ ベ ン ト 「 被 弾 」 や 「 ゲ ー ム オ ー バ ー 」 は 発 生 回 数 が 全 て の 実 験 参
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加 者 で 1 0 回 を 下 回 っ た た め 、 分 析 の 対 象 か ら 除 外 し た 。
抽 出 さ れ た 各 E R P の 頂 点 潜 時 を 基 準 に− 2 0 m s ― 2 0 m s の 区 間 を 対
象 と し て 、s L O R E TA 法 に 基 づ く 信 号 源 推 定 を 実 施 し た 。 専 用 ソ フ ト
ウ ェ ア( h t t p : / / w w w. u z h . c h / k e y i n s t / l o r e t a . h t m ) に よ り 5 × 5 × 5 m m3の
空 間 解 像 度 で 6 , 2 3 9 ボ ク セ ル に 分 割 さ れ た 脳 モ デ ル 内 の 電 流 密 度 分 布
を 計 算 し 、 結 果 を 標 準 脳 （M N I 1 5 2 - 2 0 0 9 c T 2 t e m p l a t e 頭 部 モ デ ル ）
へ 描 出 し た ( 3 5 ) 。
第 ５ 節 統 計 解 析
第 １ 項 事 象 関 連 電 位 の 振 幅
E R N の 解 析 の た め 、5％ 法 ( 3 6 ) に 基 づ き 配 置 さ れ た 電 極 F F C z、 F C C z 及 び C C P z か ら t r o u g h t o p e a k 法（3 7）に よ り 振 幅 を 算 出 し た 。 す な わ ち 、 イ ベ ン ト 「 コ ン ト ロ ー ラ へ の 入 力 （ 実 験 参 加 者 の 発 砲 ）」 時
点 を 基 準 に− 1 0 0 m s ― 5 0 m s 区 間 の 陽 性 の 最 大 振 幅 と 、5 0 m s ― 1 5 0 ms
区 間 の 陰 性 の 最 大 振 幅 と の 電 圧 差 を 振 幅 と し 、 射 撃 の 成 否 （ 命 中 ・ 非
命 中 ） に 分 け て 算 出 し た 。 振 幅 に つ い て 反 応 の 成 否 （ 命 中 ， 非 命 中 ）
× 電 極 （F F C z , F C C z , C C P z） の 反 復 測 定 分 散 分 析 で 検 定 し た 。 多 重 比
較 を 行 う 際 は 、B o n f e r r o n i の 方 法 に よ り 検 定 全 体 の 危 険 率 が 5％ 以 下
14
と な る よ う 調 整 し た 上 で 対 応 の あ る t 検 定 を 実 施 し た 。
N 2 - P 3 の 振 幅 も 同 様 に F F C z、F C C Z 及 び C C P z か ら 算 出 し た 。N 2 振 幅 は 潜 時 1 3 6 m s―1 9 6 m s、P 3 振 幅 は 潜 時 2 4 8 m s―3 8 0 m s の 区 間
平 均 振 幅 と し 、 そ れ ぞ れ 電 極 （F F C z , F C C z , C C P z） の 1 要 因 反 復 測
定 分 散 分 析 を 実 施 し た 。 多 重 比 較 を 行 う 際 は 、B o n f e r r o n i の 方 法 に よ
り 検 定 全 体 の 危 険 率 が 5％ 以 下 と な る よ う 調 整 し た 上 で 対 応 の あ る t
検 定 を 実 施 し た 。
第 ２ 項 信 号 源 推 定
各 E R P の 頂 点 潜 時 （E R N : 9 6 m s， N 2 : 1 7 2 m s , P 3 : 3 3 6 m s） の 前
後 2 0 m s の 区 間 で s L O R E TA に よ る 電 流 源 推 定 を 行 っ た 。
E R N に つ い て 、C R N よ り 強 い 活 動 を 示 す 電 流 源 を 分 析 す る た め 、
s L O R E TA ソ フ ト ウ ェ ア 上 で s t a t i s t i c a l n o n - p a r a m e t r i c m a p p i n g ( S n P M ) ( 3 8 ) に 基 づ き ボ ク セ ル ワ イ ズ の パ ー ミ ュ テ ー シ ョ ン テ ス ト を 行 っ た 。 す な わ ち 、2 条 件 の デ ー タ （E R N 及 び C R N） か ら そ れ ぞ れ 1
ボ ク セ ル ず つ ラ ン ダ ム に 抽 出 し て ペ ア を 作 り 、 こ れ を 5 0 0 0 回 繰 り 返
し て 対 応 の あ る t 検 定 を 実 施 し た 。 有 意 水 準 は 1 %と し た 。
N 2 及 び P 3 に つ い て も 、S n P M に 基 づ き 有 意 水 準 1％ で 有 意 な ボ ク
15 セ ル を 電 流 源 と し て 推 定 し た 。
統 計 的 に 有 意 な ボ ク セ ル は 、 そ れ ら の 対 応 す る ブ ロ ー ド マ ン 領 野
（B r o d m a n n a r e a : B A） 及 び 正 規 化 座 標 （M N I 及 び Ta l a i r a c h） に よ
っ て 分 類 し た 。
第 ３ 項 事 象 関 連 電 位 の 振 幅 と 課 題 遂 行 成 績 の 相 関
実 験 参 加 者 の 課 題 遂 行 成 績 を 評 価 す る た め 、 敵 を 倒 す の に 必 要 な 射
撃 回 数 （ 所 要 射 撃 回 数 ） と 、 最 初 の 射 撃 か ら 敵 を 倒 す ま で の 所 要 時 間
を 敵 ご と に 計 算 し た 。 射 撃 回 数 や 所 要 時 間 が 増 加 す る ほ ど ア バ タ ー が
被 弾 す る 可 能 性 が 高 ま る た め 、 こ れ ら を 低 く 抑 え る 事 が 課 題 遂 行 に お
い て 重 要 だ っ た 。 そ の た め 、 所 要 射 撃 回 数 は 少 な い ほ ど 、 所 要 時 間 は
短 い ほ ど 課 題 遂 行 成 績 が 良 い と 解 釈 で き る 。
各 実 験 参 加 者 の 平 均 所 要 射 撃 回 数 及 び 平 均 所 要 時 間 に つ い て 、F F C z、
F C C z 及 び C C P z に お け る E R N、N 2、P 3 の 振 幅 と の 間 の 相 関 係 数 を
計 算 し 、 無 相 関 検 定 を 実 施 し た 。
16 第 ４ 章 結 果
第 １ 節 事 象 関 連 電 位 の 振 幅
図 4 に イ ベ ン ト「 コ ン ト ロ ー ラ へ の 入 力 」（ 実 験 参 加 者 の 発 砲 ）を 基
準 と し た 全 実 験 参 加 者 の 脳 波 の 総 加 算 平 均 波 形 及 び 頭 皮 上 分 布 を 命
中 ・ 非 命 中 に 分 け て 示 す 。 命 中 、 非 命 中 そ れ ぞ れ 発 砲 か ら 1 0 0 m s、9 6 m s を 頂 点 潜 時 と す る 陰 性 電 位 が 生 起 し 、 前 頭 中 心 部 優 位 に 分 布 し て い た 。
分 散 分 析 の 結 果 、射 撃 の 成 否（ 命 中 ，非 命 中 ）× 電 極（ F F C z , F C C z， C C P z） の 交 互 作 用 が 有 意 で あ り t ( F ( 2 , 3 0 ) = 6 . 2 , M S E = 0 . 4 4 , p = 0 . 0 0 6 , 2 = 0 . 2 9 )、F F C z に お い て 非 命 中 の 振 幅( - 2 . 1 2 ± 0 . 2 3 V )が 命 中 の 振 幅( - 1 . 4 2 ± 0 . 1 5 V )よ り 大 き か っ た( p = 0 . 0 1 )。
極 性 、 潜 時 、 頭 皮 上 分 布 及 び 反 応 の 成 否 に よ る 振 幅 の 違 い か ら 、 以
後 、 命 中 に 対 す る 電 位 を C R N、 非 命 中 に 対 す る 電 位 を E R N と し て 扱
う 。
図 5 に イ ベ ン ト「 発 砲 音 」（ 敵 の 発 砲 ）を 基 準 と し た 全 実 験 参 加 者 の
脳 波 の 総 加 算 平 均 波 形 及 び 頭 皮 上 分 布 を 示 す 。 前 頭 中 心 部 優 位 に 分 布
す る 頂 点 潜 時 1 7 2 m s の 陰 性 電 位 と 、こ れ に 続 い て 頂 点 潜 時 3 2 4 m s で
中 心 頭 頂 部 優 位 に 分 布 す る 陽 性 成 分 が 生 起 し て い た 。
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陰 性 電 位 の 振 幅 に つ い て 分 散 分 析 を 実 施 し た 結 果 、 電 極 の 主 効 果 が
有 意 で あ り （F ( 2 , 3 0 ) = 6 . 4 8 , M S E = 0 . 5 6 , p = 0 . 0 0 5 , 2 = 0 . 3）、F F C z
の 振 幅 （- 1 . 5 ± 0 . 2 4 V） が C C P z の 振 幅 （- 0 . 5 7 V） よ り 大 き か っ た
（p = 0 . 0 0 3）。
陽 性 電 位 の 振 幅 に つ い て 分 散 分 析 を 実 施 し た 結 果 、 電 極 の 主 効 果 は
有 意 だ っ た が （( F ( 2 , 3 0 ) = 3 . 3 3 , M S E = 0 . 6 3 , p = 0 . 0 4 9 , 2 = 0 . 1 8）、
多 重 比 較 の 結 果 い ず れ の 電 極 間 に お い て も 有 意 な 振 幅 差 は な か っ た 。
頂 点 潜 時 、 極 性 、 頭 皮 上 分 布 の 特 徴 に よ り 、 以 後 、 こ れ ら の 陰 性 電
位 及 び 陽 性 電 位 の 複 合 電 位 を N 2 - P 3 と し て 扱 う 。
第 ２ 節 信 号 源 推 定
E R N、N 2 及 び P 3 の 信 号 源 推 定 に つ い て 、 統 計 的 に 有 意 な 活 動 を 示
し た ボ ク セ ル を そ れ ぞ れ 表 1 か ら 表 3 に 示 し た 。
2 4 か 所 の 脳 構 造 が C R N よ り も E R N に 対 し よ り 強 い 活 動 を 示 し た
（ 図 6）。 最 大 の ボ ク セ ル 値 を 示 し た の は 前 部 帯 状 皮 質 吻 側 で 、 そ の 他
に 内 側 前 頭 回 、 上 前 頭 回 、 中 前 頭 回 、 帯 状 皮 質 等 が 特 に 強 く 活 動 し て
い た （ 図 6 及 び 表 1）。
N 2 の 信 号 源 推 定 に お い て 、3 7 か 所 の 脳 構 造 が 有 意 な 活 動 を 示 し た 。
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最 大 の ボ ク セ ル 値 を 示 し た の は 楔 前 部 で 、 そ の 他 に 後 部 帯 状 皮 質 、 中
心 前 回 、 中 心 後 回 、 中 前 頭 回 等 が 特 に 強 い 活 動 を 示 し た （ 図 7 及 び 表
2）。
P 3 の 信 号 源 推 定 で は 3 7 か 所 の 脳 構 造 が 有 意 な 活 動 を 示 し た 。 最 大 の ボ ク セ ル 値 を 示 し た の は 中 心 前 回 で 、そ の 他 に 上 側 頭 回 、海 馬 傍 回 、
前 部 帯 状 皮 質 、 上 前 頭 回 等 が 特 に 強 い 活 動 を 示 し た （ 図 8 及 び 表 3）。
第 ３ 節 事 象 関 連 電 位 の 振 幅 と 課 題 遂 行 成 績 の 相 関
敵 を 倒 す た め の 平 均 射 撃 回 数 は 5 . 3 1 ± 2 . 3 回 、 平 均 所 要 時 間 は 7 . 4 2
± 3 . 6 1 秒 だ っ た 。 表 4 に 課 題 遂 行 成 績 と し て 、 実 験 参 加 者 及 び 敵 の 射
撃 の 平 均 命 中 回 数 と 平 均 非 命 中 回 数 及 び そ れ ら の イ ベ ン ト が 脳 波 の 加
算 回 数 に 用 い ら れ た 平 均 回 数 を 示 し た 。 実 験 参 加 者 の 射 撃 に つ い て 命
中 し た 場 合 を C R N の 、 非 命 中 の 場 合 を E R N の 抽 出 に 用 い た 。 敵 の 射
撃 の う ち 、 非 命 中 の み を N 2 - P 3 抽 出 に 用 い た 。
図 9 に 各 実 験 参 加 者 の 平 均 所 要 射 撃 回 数 と E R N、N 2、P 3 各 振 幅 の
散 布 図 を 電 極 ご と に 示 し た 。 平 均 所 要 射 撃 回 数 は F F C z（ r = 0 . 4 7 ,
p = 0 . 0 3 [片 側 検 定]）、F C C z（r = 0 . 4 9 , p = 0 . 0 3 [片 側 検 定]）、C C P z（r = 0 . 5 2 , p = 0 . 0 2 [片 側 検 定]） に お い て E R N 振 幅 と 正 の 相 関 が あ り 、F F C z に お
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い て P 3 振 幅 と 負 の 相 関 が あ っ た( r = − 0 . 5 1 , p = 0 . 0 4 6 )。 す な わ ち 、E R N
や P 3 の 振 幅 が 大 き い ほ ど 平 均 所 要 射 撃 回 数 が 少 な い 可 能 性 が 示 唆 さ
れ た 。N 2 振 幅 と 平 均 所 要 射 撃 回 数 に 有 意 な 相 関 は な か っ た 。
図 1 0 に 各 実 験 参 加 者 の 平 均 所 要 時 間 と E R N、N 2、P 3 各 振 幅 の 散 布
図 を 電 極 ご と に 示 し た 。 平 均 所 要 時 間 は C C P z に お い て E R N 振 幅 と
正 の 相 関 が あ り （r = 0 . 5 2 , p = 0 . 0 2 [片 側 検 定]）、E R N 振 幅 が 大 き い ほ ど
平 均 所 要 時 間 が 短 い 可 能 性 が 示 唆 さ れ た 。N 2 及 び P 3 の 振 幅 と 平 均 所 要 時 間 に 有 意 な 相 関 は な か っ た 。
第 ５ 章 考 察
第 １ 節 事 象 関 連 電 位
第 １ 項 計 測 に 成 功 し た E R N の 特 徴
実 験 参 加 者 の 発 砲 （ 発 砲 ボ タ ン を 押 し た 時 ） を ト リ ガ ー に し て 加 算
平 均 し た 結 果 、前 頭 中 心 部 優 位 に 分 布 す る 頂 点 潜 時 約 1 0 0 m s の 陰 性 電
位 が 得 ら れ た 。 さ ら に 、 成 功 し た と き （ 射 撃 命 中 ） に 得 ら れ た 陰 性 電
位 の 振 幅 は 、 失 敗 し た と き （ 射 撃 非 命 中 ） に 得 ら れ た そ れ よ り も 大 き
か っ た の で 、 前 者 を C R N、 後 者 を E R N と し て そ れ ぞ れ 捉 え る こ と が
出 来 た と 考 え ら れ た 。
20
た だ し 、今 回 得 ら れ た E R N の 振 幅 は 約 −2 V で あ っ た が 、先 行 研 究
の そ れ （ −4 V） に 比 し て 小 さ か っ た ( 3 9 - 4 1 ) 。 そ の 理 由 と し て 著 者
は 、 本 研 究 で 生 起 し た E R N は 「 正 確 性 エ ラ ー （ ※ ）」 を 反 映 し た も の
で あ っ た た め と 推 測 し て い る 。 先 行 研 究 で 計 測 さ れ る E R N は 「 コ ミ
ッ シ ョ ン エ ラ ー（ ※ ）」を 反 映 し て い る 場 合 が 多 い が 、正 確 性 エ ラ ー に
よ り 惹 起 さ れ る E R N の 振 幅 は コ ミ ッ シ ョ ン エ ラ ー の そ れ に 比 し て 小
さ い こ と が 報 告 さ れ て い る か ら だ( 3 9 ) 。
※ 正 確 性 エ ラ ー と は 、 遂 行 し た 反 応 自 体 は 適 切 だ っ た が そ の 精 度 が 目 的 達 成 に 不 十 分 だ っ た 場 合 の エ ラ ー で あ る の に 対 し て 、 コ ミ ッ シ ョ ン エ ラ ー は 遂 行 し た 反 応 自 体 が 不 適 切 で あ っ た 場 合 の エ ラ ー で あ る 。
第 ２ 項 E R N 生 起 の 機 序
本 研 究 に お い て 敵 へ の 発 砲 が 命 中 し な か っ た 際 、 実 験 参 加 者 の 運 動
（ 照 準 の た め の ジ ョ イ ス テ ィ ッ ク 操 作 及 び 発 砲 ボ タ ン の 押 下 ） と そ の
結 果 の フ ィ ー ド バ ッ ク （ 敵 に 命 中 せ ず 周 辺 の 地 形 等 へ の 着 弾 に よ る 音
と 土 煙 の 映 像 ）ま で が 時 間 的 に 近 接 し て お り 、E R N を 生 起 さ せ た 事 象
が 運 動 と フ ィ ー ド バ ッ ク の ど ち ら で あ っ た か 区 別 が 難 し い 。
期 待 か ら 逸 脱 し た フ ィ ー ド バ ッ ク に 関 連 し て 生 起 す る E R P は フ ィ
ー ド バ ッ ク 関 連 陰 性 電 位 （F e e d b a c k R e l a t e d N e g a t i v i t y : F R N） と 呼
ば れ 、E R N と は 異 な る 成 分 と 考 え ら れ て い る ( 1 9 )。 そ の た め 、 射 撃 の
21
失 敗 に 関 連 し た 成 分 が F R N で あ る か 、E R N と F R N が 重 畳 し た 成 分 で
あ る 可 能 性 に つ い て 考 慮 し な け れ ば な ら な い 。
し か し 、 射 撃 の 非 命 中 に よ り 生 起 し た 成 分 は 、 Ｆ Ｒ Ｎ と 重 畳 し て い
る 可 能 性 は 否 定 出 来 な い も の の 、 運 動 （ 発 砲 ボ タ ン の 押 下 ） に 関 連 し
た Ｅ Ｒ Ｎ が 主 な 成 分 で あ る と 考 え る 。
F R N の 頂 点 潜 時 は フ ィ ー ド バ ッ ク を 基 準 と し て 2 5 0―3 0 0 m s で あ
り 、 本 研 究 に お け る 成 分 は 実 験 参 加 者 の 反 応 時 点 （ 発 砲 用 の ボ タ ン を
押 下 し た 時 点 ） を 基 準 と し て 1 0 0 m s 付 近 に 頂 点 潜 時 を 持 っ て い た 。
さ ら に 、 実 験 参 加 者 の 反 応 と フ ィ ー ド バ ッ ク の 呈 示 は 同 時 で は な く 、
少 な く と も 1 0 0 m s 以 上 の 間 隔 が あ っ た 。 そ の た め 、 頂 点 潜 時 か ら は
F R N で あ る と は 考 え に く い 。
ま た 、 計 測 開 始 前 に 射 撃 の 練 習 を 繰 り 返 し た 事 に よ り 、 発 砲 し た 銃
弾 が 敵 に 命 中 し な い 多 く の 場 合 に お い て 実 験 参 加 者 は フ ィ ー ド バ ッ ク
の 呈 示 以 前 に 失 敗 を 予 期 す る 事 が 出 来 た 。
以 上 の 理 由 に よ り 、 本 研 究 に お い て 射 撃 の 失 敗 に 関 連 し て 生 起 し た
成 分 は E R N だ っ た と 考 え ら え れ る 。
22 第 ３ 項 計 測 に 成 功 し た N 2 - P 3 の 特 徴
実 験 参 加 者 の 視 界 外 か ら 射 撃 さ れ た と き の 発 砲 （ 発 砲 音 発 生 時 ） を
ト リ ガ ー に 加 算 平 均 し て 得 ら れ た E R P は 、 頂 点 潜 時 1 7 2 m s の 陰 性 成
分 と こ れ に 続 く 頂 点 潜 時 3 2 4 m s の 陽 性 成 分 か ら な る 二 相 性 電 位 で あ
っ た 。 さ ら に 陽 性 成 分 は 前 頭 中 心 部 優 位 に 、 陰 性 成 分 は 中 心 頭 頂 部 優
位 に 見 ら れ た こ と か ら 、 こ の E R P は N 2 - P 3 と 矛 盾 し な い と 考 え ら れ
た ( 2 3 - 2 5 ) 。
第 ４ 項 N 2 - P 3 生 起 の 機 序
N 2 - P 3 は 遂 行 機 能 に お け る 抑 制 性 制 御 に 関 連 し 、 行 為 の 遂 行 と 行 為
の 保 留 、 キ ャ ン セ ル 又 は 置 換 と の 葛 藤 を 反 映 し て 生 起 す る 事 が 知 ら れ
て い る 。本 研 究 に お い て N 2 - P 3 が 生 起 し た 状 況 で は 実 験 参 加 者 は 遂 行
中 の 空 間 探 索 を 中 断 し て 敵 の 位 置 を 特 定 す る 必 要 が あ っ た 。 従 っ て 、
発 砲 音 は 古 典 的 な s t o p - s i g n a l 課 題 に お い て N 2 - P 3 を 惹 起 す る s t o p -
s i g n a l（ 遂 行 中 の 行 為 の 中 止 を 要 求 す る 信 号 ） と 同 様 の 役 割 を 果 た し
て い た と 考 え ら れ る ( 2 3 - 2 5 ) 。
N 2 は 呈 示 頻 度 が 低 く 注 意 を 引 き 易 い（ サ リ エ ン シ ー の 高 い ）聴 覚 刺 激 に 対 す る 注 意 に 関 連 し て 生 起 す る 事 が 知 ら れ て い る 。 探 索 行 動 中 に
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敵 か ら 発 砲 を 受 け る 状 況 で は 敵 を 予 め 視 認 し て い る 事 は 稀 で あ り 、 ま
た 探 索 中 に 頻 繁 に 遭 遇 す る 状 況 で は 無 い こ と か ら 発 砲 音 は サ リ エ ン シ
ー の 高 い 刺 激 だ っ た と 考 え ら れ る 。 そ の た め 、 サ リ エ ン シ ー の 高 い 刺
激 に よ る 不 随 意 的 な 注 意 の 転 換 に よ り 生 起 し た 可 能 性 も 考 え ら れ る ( 4 2 ) 。
抑 制 性 制 御 と 関 連 し た 成 分 と 区 別 す る た め に は 、 敵 と の 戦 闘 に 関 係
が 無 い 低 頻 度 な 聴 覚 刺 激 を 呈 示 し て 得 ら れ る 成 分 と の 比 較 が 必 要 だ が 、
本 研 究 で は そ の よ う な 検 討 を 実 施 し て い な い 。
こ の た め 、 加 算 平 均 に 使 用 し た 刺 激 の 特 性 か ら い ず れ の 解 釈 が よ り
正 し い か 検 証 す る 事 は 困 難 で あ る 。
以 上 よ り 、V R 環 境 で の 銃 撃 戦 を 伴 う 空 間 探 索 課 題 に お い て 、射 撃 の 成 功 と 失 敗 に 関 連 す る C R N と E R N、 探 索 行 動 の 中 断 又 は 発 砲 音 に よ
る 注 意 の 捕 捉 に 関 連 す る N 2 - P 3 の 計 測 に 成 功 し た と 考 え ら れ る 。
第 ２ 節 信 号 源 推 定
E R N の 頂 点 潜 時 に お い て 、C R N の 信 号 源 よ り 有 意 に 強 く 活 動 を 示
し た E R N の 信 号 源 の う ち 、 最 も 強 い 活 動 を 示 し た の は 前 部 帯 状 皮 質
吻 側 だ っ た 。
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E R N の 最 も 強 い 信 号 源 と し て 報 告 さ れ る 典 型 的 な 部 位 は 背 側 前 部
帯 状 皮 質 で あ り 、 前 部 帯 状 皮 質 吻 側 は 前 補 足 運 動 野 及 び 補 足 運 動 野 と
共 に 追 加 の 信 号 源 と し て 推 定 さ れ る こ と が 多 い ( 1 9 ) 。
本 研 究 で は 前 部 帯 状 皮 質 吻 側 が 最 も 強 い 信 号 源 と し て 推 定 さ れ た が 、
同 部 位 は ネ ガ テ ィ ブ な 情 動 の 処 理 を 担 う 部 位 と し て 知 ら れ て お り
( 4 3 ) 、射 撃 の 失 敗 は 実 験 参 加 者 の ア バ タ ー が 被 弾 す る 可 能 性 を 高 め る
事 が 脅 威 等 の ネ ガ テ ィ ブ な 情 動 を 惹 起 し た 可 能 性 が あ る 。
ま た 、射 撃 の 失 敗 は 成 功 と 比 較 し て 平 均 4 . 1 8 倍 の 頻 度 で 発 生 し て お
り 、 成 功 と 失 敗 の 割 合 が 通 常 の E R N 実 験 と は 逆 転 し て い る 。 こ の よ
う な 失 敗 の 多 さ が ネ ガ テ ィ ブ な 情 動 を 強 く 惹 起 し た 可 能 性 も あ る 。
い ず れ に せ よ 、E R N が ネ ガ テ ィ ブ な 情 動 の 影 響 を 受 け る 事 は 先 行 研
究 で 知 ら れ て お り ( 4 4 , 4 5 ) 、前 部 帯 状 皮 質 吻 側 が 最 も 強 い 信 号 源 と し
て 推 定 さ れ た 事 は 典 型 的 な 結 果 と は 異 な る が 、抽 出 さ れ た E R P が E R N
で あ る と す る 解 釈 を 否 定 す る 結 果 で は な い と 考 え ら れ る 。
N 2 の 信 号 源 と し て 、 楔 前 部 、 後 部 帯 状 皮 質 、 中 心 前 回 、 中 心 後 回 、 中 前 頭 回 等 が 推 定 さ れ た 。 こ れ ら の 部 位 は 先 行 研 究 に お い て も N 2 の
信 号 源 と し て 報 告 さ れ て お り 、 特 に 反 応 が 正 し く 抑 制 さ れ た 場 合 に 強
く 反 応 す る 事 が 知 ら れ て い る ( 4 6 , 4 7 ) 。
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P 3 の 信 号 源 と し て 、中 心 前 回 、上 側 頭 回 、海 馬 傍 回 、前 部 帯 状 皮 質 、 上 前 頭 回 等 が 推 定 さ れ た 。 こ れ ら の 部 位 は 先 行 研 究 に お い て
G O / N O G O 課 題 や s t o p - s i g n a l 課 題 で 計 測 さ れ た P 3 の 信 号 源 と し て 報 告 さ れ て い る 部 位 で あ る ( 4 6 , 4 8 ) 。
以 上 よ り 、信 号 源 推 定 に お い て も 本 研 究 で 抽 出 さ れ た E R P が E R N、
C R N 及 び N 2 - P 3 で あ る と い う 解 釈 と 矛 盾 し な い 結 果 が 得 ら れ た と 考
え ら れ る 。
第 ３ 節 事 象 関 連 電 位 の 振 幅 と 課 題 遂 行 成 績 の 相 関
E R N の 振 幅 は 敵 1 体 を 倒 す た め の 平 均 所 要 射 撃 回 数 及 び 平 均 所 要
時 間 と 、P 3 の 振 幅 は 平 均 所 要 射 撃 回 数 と 有 意 な 相 関 関 係 に あ っ た 。
E R N 及 び P 3 の 振 幅 が 大 き い ほ ど 平 均 所 要 射 撃 回 数 が 少 な く 、 ま た
E R N の 振 幅 が 大 き い ほ ど 平 均 所 要 時 間 が 短 か っ た 。す な わ ち 、E R N や
P 3 の 振 幅 が 大 き い ほ ど 課 題 遂 行 成 績 が 良 い 可 能 性 が 示 唆 さ れ た 。 こ れ ら の E R P は 遂 行 機 能 や 注 意 機 能 ( 4 9 ) 、 学 習 ( 5 0 ) 、 モ チ ベ ー
シ ョ ン ( 5 1 ) 等 の 個 人 差 と 関 係 す る 事 が 報 告 さ れ て お り 、 こ れ ら は 上
記 の 課 題 遂 行 成 績 を 高 く 保 つ た め に 重 要 な 要 素 で あ る と 考 え ら れ る た
め 、 先 行 研 究 と 矛 盾 し な い 結 果 が 得 ら れ た も の と 考 え ら れ る 。
26 第 ４ 節 全 体 の 考 察
開 発 し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と 脳 波 計 測 の 同 期 シ ス テ ム に よ り 、V R を
用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 環 境 に お い て 課 題 と 関 連 し た イ ベ ン ト か ら
E R P を 計 測 す る こ と が 出 来 た 。
E R P の 計 測 に は イ ベ ン ト 発 生 の タ イ ミ ン グ を 正 確 に 記 録 す る イ ベ
ン ト マ ー カ が 必 要 不 可 欠 だ が 、シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 制 御 す る に あ た り 、
コ ン ト ロ ー ラ 入 力 や 音 の 出 力 を 実 行 す る タ イ ミ ン グ と デ ジ タ ル I / O ボ
ー ド に 対 し 電 圧 の 出 力 を 命 令 す る タ イ ミ ン グ を 可 能 な 限 り 近 接 さ せ る
よ う に プ ロ グ ラ ム を 実 装 し た こ と に よ り E R P を 計 測 す る こ と が 出 来
た と 考 え ら れ る 。
計 測 し た 各 電 位 の 極 性 、 頂 点 潜 時 、 頭 皮 上 分 布 及 び 信 号 源 推 定 の 結
果 か ら 、 射 撃 に 関 連 し た E R N 及 び C R N、 目 標 地 点 探 索 の 抑 制 に 伴 う
N 2 - P 3 で あ る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た 。 さ ら に 、E R N と P 3 の 振 幅 は 課 題
遂 行 成 績 と の 相 関 を 示 し 、 振 幅 が 大 き い ほ ど 課 題 遂 行 成 績 が 良 い 可 能
性 が 示 唆 さ れ た 。
本 研 究 で 計 測 さ れ た E R P は 課 題 と 関 連 し た イ ベ ン ト か ら 得 ら れ た
も の で あ る こ と か ら 、 本 実 験 の 結 果 は 、 シ リ ア ス ゲ ー ム な ど の 教 育 ・
訓 練 方 法 や ヒ ュ ー マ ン マ シ ン イ ン タ ー フ ェ ー ス 開 発 に お け る 新 た な 客
27
観 的 評 価 指 標 の 開 発 に 貢 献 す る 可 能 性 が あ る 。
具 体 的 に は 、E R N は エ ラ ー が 及 ぼ す 影 響 を 深 刻 で あ る と 評 価 し て い
る と 振 幅 が 大 き く な る 事 が 知 ら れ て お り( 4 )、教 育 訓 練 へ の 応 用 で は 初
心 者 が 自 ら の エ ラ ー を 正 し く 認 識 出 来 て い る か の 評 価 に 利 用 出 来 る 可
能 性 が あ る 。 ま た 、N 2 - P 3 は 遂 行 中 の 行 為 の 抑 制 は マ ル チ タ ス ク 処 理
の 重 要 な 構 成 要 素 の 一 つ で あ る と 考 え ら れ て お り( 2 5 )、 複 雑 な マ ル チ
タ ス ク 処 理 を 要 求 さ れ る 教 育 訓 練 に お け る 反 応 抑 制 の 評 価 に N 2 - P 3
が 利 用 出 来 る 可 能 性 が あ る 。
先 行 研 究 に お け る レ ビ ュ ー に よ れ ば 、V R を 用 い た シ リ ア ス ゲ ー ム
の 評 価 方 法 は 主 に ア ン ケ ー ト や イ ン タ ビ ュ ー 、 筆 記 テ ス ト や ゲ ー ム の
ロ グ に 依 存 し て い る た め ( 5 2 ) 、 こ れ ら の 評 価 指 標 に V R 中 の 行 動 と
相 関 の あ る E R P を 追 加 す る 事 は 定 量 的 評 価 の 精 度 向 上 に 寄 与 す る 可
能 性 が あ る 。
第 ６ 章 結 論
V R を 用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 環 境 で 行 う 模 擬 戦 闘 課 題 を 開 発 し 、 課 題 中 の イ ベ ン ト 発 生 時 に イ ベ ン ト マ ー カ を 出 力 す る 事 で E R P の 抽
出 を 試 み た 結 果 、
28
1． 射 撃 の 成 功 に よ る C R N の 抽 出 及 び 射 撃 の 失 敗 に よ る E R N の 抽 出 に 成 功 し た 。
2． 視 野 外 の 敵 か ら 射 撃 を 受 け た 際 の 発 砲 音 に よ る N 2 - P 3 の 抽 出 に 成 功 し た 。
29 謝 辞
本 研 究 を 遂 行 し 学 位 論 文 を 執 筆 す る に あ た り 、 ご 指 導 、 ご 校 閲 い た
だ い た 防 衛 医 科 大 学 校 生 理 学 講 座 教 授 守 本 祐 司 博 士 、 同 精 神 科 学 講
座 教 授 吉 野 相 英 博 士 、 防 衛 医 学 研 究 セ ン タ ー 行 動 科 学 研 究 部 門 長
峯 正 典 博 士 に 厚 く 御 礼 申 し 上 げ ま す 。
そ し て 本 研 究 の 実 施 に あ た り 懇 切 丁 寧 に ご 指 導 い た だ い た 防 衛 医 科
大 学 校 薬 理 学 講 座 講 師 太 田 宏 之 博 士 、 解 析 結 果 の 解 釈 に つ き ま し て
大 変 貴 重 な ご 助 言 を い た だ き ま し た 早 稲 田 大 学 ス ポ ー ツ 科 学 部 ス ポ ー
ツ 心 理 学 研 究 室 教 授 正 木 宏 明 博 士 に 心 よ り 御 礼 申 し 上 げ ま す 。
ま た 、 本 研 究 に ご 協 力 い た だ き ま し た 防 衛 医 科 大 学 校 解 剖 学 講 座 教
授 小 林 靖 博 士 、 同 分 子 生 体 制 御 学 講 座 教 授 四 ノ 宮 成 祥 博 士 、 同 生
理 学 講 座 並 び に 分 子 生 体 制 御 学 講 座 、 防 衛 医 学 研 究 セ ン タ ー 事 務 部 の
皆 様 に 深 謝 申 し 上 げ ま す 。
30 略 語 一 覧
A S R , A r t i f a c t S u b s p a c e R e c o n s t r u c t i o n B A , B r o d m a n n ’s A r e a
B C I , B r a i n C o m p u t e r I n t e r f a c e C R N , C o r r e c t - R e l a t e d N e g a t i v i t y E R N , E r r o r - R e l a t e d N e g a t i v i t y E R P, E v e n t - R e l a t e d P o t e n t i a l H M D , H e a d M o u n t e d D i s p l a y I / O , I n p u t / O u t p u t
H z , H e r t z μ V, m i c r o v o l t
M N I , M o n t r e a l N e u r o l o g i c a l I n s t i t u t e m s , m i l l i s e c o n d
M S E , M e a n S q u a r e E r r o r P C , P e r s o n a l C o m p u t e r
s L O R E TA , S t a n d a r d i z e d L o w R e s o l u t i o n b r a i n E l e c t r o m a g n e t i c To m o g r a p h y
31
S n P M , S t a t i s t i c a l n o n - P a r a m e t r i c M a p p i n g V R , Vi r t u a l R e a l i t y
32 引 用 文 献
1． D e b e n e r S , M i n o w F, E m k e s R , G a n d r a s K , Vo s M D . H o w a b o u t t a k i n g a l o w - c o s t , s m a l l , a n d w i r e l e s s E E G f o r a w a l k ? P s y c h o p h y s i o l o g y.
2 0 1 2 ; 4 9 ( 1 1 ) : 1 6 1 7 – 2 1 .
2． L i n Y- P, Wa n g Y, We i C - S , J u n g T- P. A s s e s s i n g t h e q u a l i t y o f s t e a d y - s t a t e v i s u a l - e v o k e d p o t e n t i a l s f o r m o v i n g h u m a n s u s i n g a m o b i l e e l e c t r o e n c e p h a l o g r a m h e a d s e t . F r o n t i e r s i n H u m a n N e u r o s c i e n c e . 2 0 1 4 ; 8 . 3． Z h a n g H , C h a v a r r i a g a R , K h a l i l i a r d a l i Z , G h e o r g h e L , I t u r r a t e I , M i l l á n J D R . E E G - b a s e d d e c o d i n g o f e r r o r - r e l a t e d b r a i n a c t i v i t y i n a r e a l - w o r l d d r i v i n g t a s k . J o u r n a l o f N e u r a l E n g i n e e r i n g . 2 0 1 5 ; 1 2 ( 6 ) : 0 6 6 0 2 8 . 4． Yo k o t a Y, S o s h i T, N a r u s e Y. E r r o r - r e l a t e d n e g a t i v i t y p r e d i c t s f a i l u r e i n c o m p e t i t i v e d u a l - p l a y e r v i d e o g a m e s . P l o s O n e . 2 0 1 9 ; 1 4 ( 2 ) . 5． K r u s i e n s k i D , S e l l e r s E , M c f a r l a n d D , Va u g h a n T, Wo l p a w J . To w a r d e n h a n c e d P 3 0 0 s p e l l e r p e r f o r m a n c e . J o u r n a l o f N e u r o s c i e n c e M e t h o d s . 2 0 0 8 ; 1 6 7 ( 1 ) : 1 5 – 2 1 .
6． M c f a r l a n d D J , K r u s i e n s k i D J , S a r n a c k i WA , Wo l p a w J R . E m u l a t i o n o f c o m p u t e r m o u s e c o n t r o l w i t h a n o n i n v a s i v e b r a i n – c o m p u t e r i n t e r f a c e . J o u r n a l o f N e u r a l E n g i n e e r i n g . 2 0 0 8 ; 5 ( 2 ) : 1 0 1 – 1 0 .
33
7． C h o i K , C i c h o c k i A . C o n t r o l o f a W h e e l c h a i r b y M o t o r I m a g e r y i n R e a l T i m e . L e c t u r e N o t e s i n C o m p u t e r S c i e n c e I n t e l l i g e n t D a t a E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t e d L e a r n i n g – I D E A L 2 0 0 8 . 2 0 0 8 : 3 3 0 – 7 .
8． G r u z e l i e r J H . E E G - n e u r o f e e d b a c k f o r o p t i m i s i n g p e r f o r m a n c e . I : A r e v i e w o f c o g n i t i v e a n d a f f e c t i v e o u t c o m e i n h e a l t h y p a r t i c i p a n t s . N e u r o s c i e n c e & a m p ; B i o b e h a v i o r a l R e v i e w s . 2 0 1 4 ; 4 4 : 1 2 4 – 4 1 .
9． L a n s b e r g e n M M , D o n g e n - B o o m s m a M V, B u i t e l a a r J K , S l a a t s - W i l l e m s e D . A D H D a n d E E G - n e u r o f e e d b a c k : a d o u b l e - b l i n d r a n d o m i z e d p l a c e b o - c o n t r o l l e d f e a s i b i l i t y s t u d y. J o u r n a l o f N e u r a l T r a n s m i s s i o n . 2 0 1 0 ; 1 1 8 ( 2 ) : 2 7 5 – 8 4 .
1 0． P e r e i r a M , A r g e l a g u e t F, M i l l á n J D R , L é c u y e r A . N o v i c e S h o o t e r s W i t h L o w e r P r e - s h o o t i n g A l p h a P o w e r H a v e B e t t e r P e r f o r m a n c e D u r i n g C o m p e t i t i o n i n a Vi r t u a l R e a l i t y S c e n a r i o . F r o n t i e r s i n P s y c h o l o g y. 2 0 1 8 ; 9 . 1 1． B e r k a C , L e v e n d o w s k i D J , R a m s e y C K , D a v i s G , L u m i c a o M N , S t a n n e y K , e t a l . E v a l u a t i o n o f a n E E G w o r k l o a d m o d e l i n a n A e g i s s i m u l a t i o n e n v i r o n m e n t . B i o m o n i t o r i n g f o r P h y s i o l o g i c a l a n d C o g n i t i v e P e r f o r m a n c e d u r i n g M i l i t a r y O p e r a t i o n s . 2 0 0 5 .
1 2． B o r g h i n i G , A r i c o P, A s t o l f i L , To p p i J , C i n c o t t i F, M a t t i a D , e t a l .
