原 著 <Contribution> Basic study toward VE-sickness assess-

ment, by Chizuru NAKAGAWA, Mieko OHSUGA & Taka-

shi TAKEDA.

VE酔 い評価手法の開発 に向けての基礎的検討*

中川千鶴**注1,大 須 賀美 恵 子***,***, 竹 田 仰*****

In recent years, the virtual environments (VE) technology has rapidly developed and widely

spread in various fields, while actualizing the problem of discomfort in and after using a VE

system, for which measures to reduce and prevent the effect are strongly called. To discuss a

method to evaluate the slight VE-sickness or the effect at a non-vomitus (pre-vomitus) level in

simple and objective terms, we subjected 13 healthy adults to moving CG view point stimuli

displayed on a 70-inch screen in a dark room for up to 15 minutes, collected data on the

physiological responses including that of electrocardiogram (ECG) and respiration, and studied

the relation between the indices thus obtained and the results of subjective evaluation of the

discomfort levels. In this study, we observed characteristic phenomena that the slight VE-

sickness decreases the respiration frequency and the mid-frequency components around 0.1 Hz

of heart rate variability (HRV), which are different from the physiological patterns seen in

other types of stress response. These indices can be used to evaluate the slight discomfort of

VE-sickness.

近年,仮 想環境(Virtual Environment: VE)の 技術 は著 しく進歩 して お り,多 くの分 野で普及

しつつあ るが,一 方で,VEシ ステム の利用時 ・利 用後 に生 じる 「酔 い」の問題 が顕在化 し,そ の低

減 や防止策が強 く望 まれている.そ こで,我 々 は,VEシ ス テム利 用時の嘔吐 に至 らな い程 度の軽度

の 「酔い」 を簡 便か つ客 観的 に評価 す る手法 を検討 した.13名 の健 常成人 を被験 者 に用 い,黒 い3

次元 空間 に白い ドットがランダムに分布 してい る仮想空 間内 を移動す る映像 を刺激 として用い,暗 室

内の70inchの 画面 に提 示 して最大15分 暴露 した.こ の間 の心電 図,呼 吸 な どの生理 反応 を収集 し,

これ らか ら得 られ る指標値 と 「酔 い」の程 度の主観評価 との関係性 を調べ た.そ の結果,軽 度の酔 い

が発症 した場合 に,呼 吸周波数 と心拍変動 の0.1Hz近 辺の成分が低 下す る とい う特 徴的 な現 象が み

られた.こ れ らは,他 のス トレス事態 におけ る生理反応パ ター ンと異 なる もので あ り,VEに よる軽

度 の 「酔 い」の評価指標 として用 い られる可能 性が示 され た.

(キー ワー ド:酔 い,動 揺病,VR,VE,生 理計測,評 価手 法)

1. は じ め に

近 年,様 々 な 「人 工 仮 想 空 間(Virtual Environ-

ments: VE)」 注2)に関 す る研 究 が行 われ,多 くの 成 果

を挙 げ てい る.こ れ まで人 工 的 に現実 を模擬 して体験

す るシ ステ ム は,パ イ ロ ッ ト訓 練 用 な どの,精 度 の高

い非常 に高価 な シ ミュ レー タが主 で あった.し か し,

*受 付:1999年7月7日 受 理:2000年3月9日

**(財)鉄 道 総 合 技 術 研 究 所 人 間 工 学 研 究 室

Ergonomics Lab., Railway Technical Research Insti-

tute

***三 菱 電 機 ㈱ 先 端 技 術 総 合研 究 所

Advanced Tech. R & D Center, Mitsubishi Electric

Corp.

****神 戸 大 学 大 学 院 自然 科 学研 究 科The Graduate School of

Sci, and Tech., Kobe Univ

*****長 崎 総 合 科 学 大 学 機 械 工 学 科

Dept. of Mechanical Eng., Nagasaki Institute of

Applied Sci.

注1) これは三菱電機㈱ への出向中 に実施 した研 究であ る.

注2) 一 般 的 には,仮 想 現 実感(Virtual Reality:VR)と い

う言葉 で表現 され るこ とも多 いが,こ こで は リア リテ イを

求 め ない仮 想空 間(ゲ ーム や芸術 表現,仮 想体験 な ど)も

含 む とい う意味 で,VRで はな くVEを 用語 として用い る.

原著 ・VE酔 い評価手法の開発に向けての基礎的検討 131

最近 の汎 用計 算機 の高速 化 に伴 い,産 業,医 療 分野 で

様々 な形 のVEシ ス テム の実用 化 が始 ま り,ご く一般

の人 がVEを 体 験 す る よう にな って きて い る.

しか し,提 示 情 報 に よって は,シ ス テム利 用 時 に強

い違和 感 を感 じた り,眼 精 疲労,め まいや頭 痛,吐 き

気 な どの 「酔 い」(以 後 「VE酔 い」 と呼 ぶ)を 誘 発

す る こ とが知 られ,問 題 にな って い る1).実 際 に,バ

ー チ ャル リア リテ ィ(VR)を 利 用 した が ん患 者 の ス

トレス緩和 の研 究(三 菱電機 ㈱ と国立 がん セ ンタ ー と

の共 同研 究)で は,健 常 者 を用 い た 基 礎 検 討 に お い

て,VRが 痛 み ・ス トレス緩和 に有効 で あ る可 能 性 が

示 され る一 方,「 酔 い」 を発 症 した1例 が 報 告 され て

い る2β).し か し,現 状 で は,汎 用 シス テ ム に お ける

VE酔 い の調 査 や対 策 ・指 針 が 十 分 検 討 さ れ て お ら

ず,早 急 な原因 究 明 ・対 策 お よび評価 手 法 の確立 が望

まれ て いる.

本論 文 で は,VE酔 い は,乗 り物酔 い(学 術 用 語 で

は 「動 揺病 」,motion sickness:MS)と 区別 し,VE

シ ステ ム固 有 の原 因 に起 因 す る酔 い と定 義 す る.VE

酔 い の原因 は,VEか ら連想 され る実 空 間 あ る い は予

測 され た情 報提 示 と,実 際 に シス テムが提 示 した情報

の差 異 に よ って引 き起 こ され る と考 え てい る1).乗 り

物 酔 い も,中 枢 にお ける感 覚 情報 の予 測 と実 際 に暴露

され る情 報 との 不一 致 に よ り生 じる とい う仮 説(感 覚

不 一 致 説,sensory connict4.5))が 有 力 で あ る こ とか

ら,「酔 い」の 発生 機 序 お よび 「酔 い」 の程 度 の評 価

手 法 につ いて は,VE酔 い と乗 り物 酔 い は高 い類 似 性

を持つ と言 える.シ ミュ レータ酔 い,宇 宙 酔 い につ い

て も同様 で あ る.そ こで,先 行研 究 として,こ れ らの

「酔 い」 に関す る研 究 を取 り上 げる.

乗 り物 酔 い,シ ミュ レー タ酔 い,宇 宙酔 いな ど 「酔

い」の研 究 で は,「 酔 い」 の程 度 を評価 す る方法 とし

て,嘔 吐 を最 高点 と した様 々 な症状 ご との主観 評価 を

点 数化 して総 合 点 を出 す 方式 が 一 般 的 で あ り6.7),ま

た,ほ とん どの研 究 にお いて,嘔 吐 に至 る重度 の酔 い

を対 象 に してい た1).し か し,こ の 方式 で は,嘔 吐 し

ないで苦 しむ場合 や嘔 吐 に至 らない軽度 の 「酔 い」評

価 へ の適 用 が 難 し く,こ の 問題 を解 決 す る方 法 とし

て,多 くの 分 野 で 自律 神 経 系 の生 理 指 標(心 拍,脈

波,呼 吸,皮 膚電 気活 動,胃 電 図 な ど)の 検 討 も行 わ

れ て きた8～11)-こ れ は,「 酔 い」 の諸 症 状 が 自律 神 経

系 に関 す る ものが 多 いた めで あ る.こ の結 果,生 理 指

標 の変 化 に は個体差 が大 き く反 映 し,平 均値 をべ ース

に した評 価 は困難 で あ る こ とが示 され た8).最 近 の研

究 は,個 人 差 を主 眼 に お い た タ イ プ分 け に よ る解

析10,11)と,主 観 評 価 との併 用 に よ る総 合 評 価 法 の 開

発 に移 って いるが,こ こで も,生 理 反応 と,嘔 吐 に至

る重 度 の酔 い との対応 を検証 す る ものが多 い.

本 研究 で は,シ ステム の評 価 とい う観点 か ら,嘔 吐

を基 準 とした評 価 方法 で はな く,嘔 吐 に至 るよ り以 前

の,軽 度 な酔 い を発症 した時点 で酔 い を検 出す る方 法

を開発す る ことに重点 を置 いた.本 稿 で は,基 礎 実験

として,13名 の 被験 者 に よ る映像 で のVE酔 い発 生

時 の生理 量,心 理 量 を測定 した 結果 か ら,特 に軽 度 の

酔 いに着 目して,自 律神 経 系の有効 な生理 指標 につ い

て検 討 を行 った.

2. 実 験 方 法

2-1. 実 験 シ ス テ ム

図1は 実 験 風 景 で あ る.1.5×2.1×3.0m(W×

H×D)の 暗幕 で覆 わ れた 可動 式簡 易 暗室 を作 成 し,

小 さい壁面 の一 方 に,床 か ら90cmの 位 置 で130×95

cmの 窓 を作 り,70inch背 面 投 影 型 プ ロ ジ ェ ク タ画

面(ELECTRO-HOMELtd-,ECP-RETRO7040)

に密着 させ た.図1で は撮影 の ため暗幕 の一 部 を上 げ

て い る.被 験 者 に は,暗 室 内 の,窓 か ら1.3m離 れ

た位置 に設 置 され た重心 動揺計 の上 で立 位 を と らせ,

前方 の窓 を通 して プ ロジ ェクタ に映 し出 され る映像 を

見 るよ う指 示 した.視 野 角度 は水平53度,垂 直40度

で あった.実 験 室 は比較 的静 か な環 境 で あったが,外

部 の音 の影響 を排除 す るた め,被 験 者 に は実験 中ヘ ッ

ドホン を装着 させ,ホ ワイ トノ イズ を聞 かせ た.

2-2. 計 測 項 目

2-2-1. 生 理計 測

心電 図(ECG),呼 吸(RSP),指 尖脈 波(PTG),

眼 電図(EOG),胃 電 図(EGG)を 測 定 した.本 稿 で

図1 実 験 風 景

Fig. 1 Experimental settings.

132 人 間工 学 vol.36,No.3 ('00)

は,心 電 図,呼 吸 お よび胃電 図 の結果 につい て報告 す

る.心 電 図 は胸 部誘 導 に よ り計 測 した.呼 吸 は伸縮性

可 変抵 抗素 子 セ ンサ(日 本 光電 ㈱,呼 吸 ピ ックア ップ

651T)と 位 置 ずれ を起 こさな い よ うに作成 した セ ン

サ装着 用ベ ス ト12)を用 い て胴体 部2箇 所 で測 定 した.

胃電 図 の計測 方 法 は 「胃電 図検 査」13)に従 った.デ ー

タ は生体 ア ンプ を通 して アナ ロ グデー タ レ コーダ に記

録 した.

2-2-2. 主 観評 価

実験 は休 憩 を挟 ん で,異 な る刺 激 を用 いた2つ の セ

ッ シ ョンで構 成 され た.刺 激,セ ッシ ョンの説 明 は後

述 す る.実 験 前 に,新 奇的刺 激 へ の指 向性 に対 す る質

問 紙SSS(Sensation-Seeking Scale14))と,特 性 不

安 に対 す る質 問 紙STAI Ⅱ(State-Trait Anxiety

Inventory Ⅱ15))を 実施 し,ま た体 調 な どにつ い て質

問 した16).

実 験 の各 セ ッシ ョン終 了後 に,不 快 感 と映像 要 因の

関係 や酔 い関連 項 目(め まい,胃 の ム カム カな ど)に

つ いて質 問 した.ま た,実 験 中 は,ヘ ッ ドホ ンか ら聞

こえ る3分 お きの電 子音 を合 図 として,酔 いの程度 に

対 す る5段 階評 価 を数 字 で答 える よ う指 示 した.5段

階 の内容 は,1:全 くなん ともない,2:少 し不 快 だが

大 丈夫,3:か な り不快 だが大 丈夫,4:す ご く不快 で

や めて ほ しい が,あ と3分 は大 丈 夫,5:非 常 に不快

です ぐにや めたい ・耐 え られ な い,で あ る.

2-2-3. 重心 動揺 計測

重心 動揺 を連 続計 測 した.用 いた重 心動 揺計 は,下

野 ら17)が試 作 した もの で,直 径70cmの 鉄 の 円盤2

枚 の間 に3つ の ロー ドセル を配 置 した もので あ る.

2-3. 刺 激

立方体 の黒 い3次 元 空 間 に白い ドッ ト(す べ て大 き

さ4ピ クセル)が ラ ンダム に分 布 して い る仮 想 空間 内

を視 点 移動 す る映 像 を刺激 と した.刺 激 は,パ ソコン

(COMPAQ Desckpro, Penteum/166 Mhz, Windows

NT/4.0)上 でWorldToolKit(Sense8Corp.)を 用

い て構 築,デ ィ ス プ レ イ ボー ドは,3DE-TurboTX

(Force社)を 用 い,70inchプ ロ ジ ェ ク タ(2560×

1024ド ッ ト,256色)に 投 影 した.刺 激 は,移 動 方 向

と方向転 換 まで の時 間長 さが ラ ンダム に変 わ り,空 間

内 を飛 ん で い る よ う な刺 激Aと,船 上 の 運 動 を模 擬

した,仮 想空 間 内で の被験者 位置 の上 下運 動(振 幅2

m,0.2Hzの 正 弦 波)を 中心 とした 刺 激Bの2種 類

を用 い た.実 験 は,①2D(平 面 視)表 示,②3D

表示(立 体視),③ 注視 点 の ある3D表 示,に ついて

実施 した.こ の3つ の実験 を,実 験①,実 験②,実 験

③ とす る.そ れ ぞれ の実験 に用 いた刺 激 は,実 験①:

A,B,実 験 ②:A',B'(刺 激A,Bの3D表 示),

実験 ③:A',C(A'の 映 像 に被 験 者 前 面2.0mに 位

置 す る白球 の注 視 点 を加 えた刺 激)で あ る.3D表 示

に は,液 晶 シ ャ ッ タ メ ガ ネ(STEREOGRAPHICS

Corp., CrystalEyes)を 用 いた.

2-4. 被 験 者

被 験者 には イ ンフ ォーム ドコ ンセ ン トを得 た健常 成人

13名 を 用 い た.実 験 ① は3名(25～32歳,男 性 の

み),実 験 ② は6名(25～37歳,女 性1名 含 む),実

験 ③ は8名(23～37歳,女 性3名 含 む)で,実 験 ③

の8名 の うち4名(女 性1名 含 む)は,実 験② と共通

の被験 者 で あった.

2-5. 実 験 手 続 き

実験 は,10分 の休 憩 を挟 ん だ2つ の セ ッ シ ョン で

構 成 され た.各 セ ッシ ョンで は,2-3節 で説 明 した2

種 類 の 刺激 が そ れ ぞれ 提 示 され た.刺 激 の提 示 順 序

は,順 序効 果 を考慮 して カ ウ ンタバ ラ ンス した.1回

のセ ッ シ ョンにお いて,最 初 の3分 間 は停 止 した映 像

を見 せ,そ の後 連続 して仮想 空 間内 を移動 して いる映

像 を呈 示,15分 経 過 も し くは主 観 申告 で酔 い の程 度

が4と な った場 合 に映像 の動 き を停止 し,そ の後3分

間 の静止 映像 をみせ た.こ れで一 つ のセ ッシ ョンが終

了 となる.な お,酔 い の程度 が4以 上 の 回答 につ いて

は,回 答 要求 の合 図 に関係 な く直 ちに 申告 す る よ う教

示 し,申 告 が5に な った場合 は,す ぐにその セ ッシ ョ

ンを中止 した.実 験 は食 後2時 間 経過 後 に行 った.

3. デ ー タ 解 析

デ ー タ レ コ ー ダ に記 録 した デ ー タ をA/Dボ ー ド

(National Instruments Corp., MIO-16E)を 通 して1

kHzで サ ンプ リン グ して パ ソ コ ンに取 り込 み,ノ イ

ズ除 去 のた め に,心 電 図 につ い て は30Hz,そ れ 以外

の デ ー タ につ い て は10Hzの デ ジタ ル 「ローパ ス フ ィ

ル タ(2次 バ タ ワー ス フ ィル タ)で 処 理 を した.心 電

図以 外 は20Hzで リサ ン プ リン グ を行 っ た.以 下 に

各 測定 項 目に対 す るデー タ解析 方法 を述 べ る.

1) 心 電 図:R波 を検 出 してRR間 隔 を求 め,瞬 時心

拍 を算 出,3次 ス プ ライ ン補 間 して20Hzで リサ ン

プ リ ング を行 い,5秒 ず つ ず らした30秒 の デ ー タ

(600点)に 対 し,平 均 値 除 去 後,ハ ミン グ ウ ィ ン

ドウ を か け,0を 補 完 し て1024点 に し て か ら,

FFTを 行 った.ま た,こ の 区間の 中央10秒 分 で の

平均 心 拍 数(HR)を 求 め た.次 に呼吸 曲線 を 同様

にFFTし,呼 吸 ピー ク周波 数(PF)の 振 幅 の1/2

原著 ・VE酔い評価手法の開発に向けての基礎的検討 133

以 上 の範 囲の領域 の重 みづ け平均 を呼吸 重心 周波 数

(GF)と して求 め,心 拍変 動振 幅 スペ ク トル に お け

る,呼 吸重 心周 波数 の ±0.05Hzの 範 囲 の平均 振 幅

を心拍 変動 の呼 吸性 成分(Respiratory Frequency

Component:以 下HRRF)と して 求 め た.ま た,

0.1Hz付 近 の血 圧 のMayer Waveに 由来 す る成 分

と して,心 拍 変 動 の0.078～0.137Hzの 範 囲 の 平

均振 幅 を第2の 成 分(Middle Frequency compo-

nent:以 下HRMF)と して 求 め た18).こ れ ら心 拍

変 動 に つ い て は,平 均HRの 値 で 除 し たCV値

[%]の 方 が 内部 パ ラ メー タ を よ く反映 す る とい う

考 え も あ る た め19),CV値 も合 わ せ て 算 出 し た

(HRMF(CV),HRRF(CV)).

2) 呼吸 曲線:FFT処 理 を行 い,上 記 に あ る よ う に

ピ ー ク 周 波 数(PF)と 重 心 周 波 数(GF)を 求 め

た.ま た,呼 吸 の不 安 定 性 の 指標 の 一 つ と して,

|PF-GF|も 求 めた.

3) 胃電 図(Electrogastrogram:EGG):FFT処 理

を行 い,酔 い を発 症 した場 合 に増 加 す る と言 われ る

tachygastria成 分(以 下TG)と し て,0.059～

0.156Hz(約4～9cpm)の 範 囲 の平 均 振 幅 を求 め

た20).

4) 重 心 動揺:上 記 心電 図 デー タ のFFT区 間 と同 じ

よ う に,5秒 ず つ ず ら した30秒 の 区 間 ご とに,平

均重 心位 置 と重心 位置 の距 離 にお ける標準 偏差 を求

めた(Dsd).

4. 結 果 と 考 察

4-1. 刺 激 に よ る酔 い 誘 発 の 違 い

各指 標 と,主 観 申告 に よ る酔 い の程 度 との関連 を求

め るため,各 セ ッシ ョンの酔 い発 症程 度 に よ り,グ ル

ープ分 け(G1～G3)を 行 った.グ ル ープ分 けの基準

は,G1:主 観評 価 が すべ て1(全 く酔 わ な か った),

G2:主 観 評 価 の 最 大 値 が2(わ ず か に 酔 っ た),

G3:主 観評 価 の最 大 値 が3以 上(か な り,あ るい は

非 常 に酔 った),で あ る.表1に,刺 激 条 件 ご との,

各 グル ー プに分類 され た被験者 数 を示 した.刺 激 の種

類 や,立 位 眼高 に対 す る注視 点高 さの違 い と,酔 い の

関係 を調 べ た.ま た,刺 激条件 につい て,尤 度比 カ イ

二 乗検 定 を行 った.な お,こ こで 用 いた デー タ は,2

D(実 験①)/3D(実 験②)で あ る(表1参 照).

この結果,2D映 像 よ り,3D映 像 の ほ うが酔 い を

誘 発 しや す か っ た(p=0.043).一 方,同 様 の 検 定

を,規 則 的 運 動Bと ランダ ム な運動Aに つ い て行 っ

た.用 いた デー タ は,規 則 的運 動 として は実験 ① のB

と実験 ② のB',ラ ンダ ム運 動 として は,実 験 ① のA

と実験② のA'で あ る.こ の結 果,酔 い を誘 発 した人

数 は,ラ ンダ ム な運 動 の 方 が規 則 運 動 よ り多 か った

が,検 定 で は 有 意 差 は 認 め ら れ な か っ た(p=

0.382).注 視 点 の有無(実 験③)の 影響 は個人 差 が大

き く明確 な傾 向 はみ られ なか った.ま た,被 験者 数が

非常 に少 な いた め,検 定 は行 わな かった が,表1に 示

す ように,注 視点 と立 位 眼高 との関係 にお いて,立 位

眼高 よ り高 い場合 は酔 い を誘 発,水 平 あ るいは低 い場

合 は酔 い を軽 減 す る ようで あった.

4-2. 生 理 デ ー タ

解析 した の は,心 電 図 か ら求 めた,HR,HRMF,

HRRF,HRMF(CV),HRRF(CV))HRMF/

HRRFの6指 標,呼 吸 波 形 か ら求 め た,PF,GF,

lPF-GFIの3指 標 と,重 心 動 揺Dsd,胃 電 図 の 異 常

成分TGの,合 計11指 標 で あ る.

解析 対 象 区間 は,図2中 に示 した,動 画提 示 中 の2

区 間(Tr1,Tr2)と し,静 止 画 提 示 中 のPre区 間

を,ほ ぼ安 静 に近 い状 態 として比 較対 象 区間 とした.

Preは,動 画 開 始 時 点 か ら15秒 前 の 静 止画 提 示 期 間

表1 酔 い の 発 症 頻 度 の 刺 激 条 件 間 の 比 較

Tab. 1 Comparison among various stimulus conditions in VE-sickness appearances.

A:ラ ンダ ム な運 動,B:上 下 運 動,A',B':A,Bの3D表 示,C:A'+注 視 点

G1:主 観 評 価 が す べ て1,G2:主 観 評 価 の最 大 値 が2,G3:主 観評 価 の最 大値 が3以 上

134 人間 工学 vol.36,No.3 ('00)

図2 解 析 区 間

Fig. 2 Selected periods for analysis.

図3 各 指標 にお ける変 動傾 向

Fig. 3 Changes in each index.

の150秒,Tr1は,動 画 開始 時 点 か ら15秒 後 の150

秒,Tr2は,動 画 提 示終 了(静 止 画 に移 行 も し くは

被 験者 の要 求 に よ り実験 終 了)時 点 の15秒 前 か らさ

か の ぼ った150秒 間 で あ る.そ れ ぞ れ 前後 の15秒 ず

つ を割愛 したの は,条 件変 化 の影響 の混 入 を避 け るた

めで あ る.各 生理 指 標 にお い て,Pre,Tr1,Tr2区

間 の平 均 値 を求 め,Tr1,Tr2区 間 の デ ー タ のPre

区 間 デ ー タ に対 す る変 化 量 を求 め た.な お,こ こで

は,各 区間 に対応 す る主観評 価 結果 として,Preは セ

ッ シ ョン開 始 後3分(図2中`1'の 時 点),Tr1は6

分(図2中`Ⅱ'の 時 点),Tr2は18分 時 点(図2中`

Ⅲ'の 時 点)で の主観評 価結 果 を用 いた.

以 下 の解析 で は,各 被 験者1セ ッ シ ョンのデ ータ を

用 いた.選 定 した刺激 は,酔 いを よ り誘 発 しやす か っ

た ラ ンダ ム な視 点移 動 刺 激(A'orA)で,2回 実験

を行 った被験 者4名 に つい て は,他 と条件 を合 わせ る

た め1回 目のデ ー タ を採 用 した.解 析対 象 デ ータ は,

計測不 備2名 を除 いた11名 分 で あ る.

まず,G1～G3ご との各 生 理 指標 の変 動 を検 討 し

た(図3).ま ず初 めに,G1(図 中*,実 験 ①:3名,

②:1名,③:1名),G2(図 中 ■,実 験 ②:2名,

③:3名)は,5名 の平均値 で比 較 し,G3(図 中△,

実験②:1名)は,1名 分 しか な いが,参 考 まで に検

討 した.分 類 され た デー タ に対 し,酔 いの程 度 に よる

グ ル ー プ(2:G1/G2)× 区 間(2:Tr1/Tr2)の 二

元配置 の分 散 分析 を行 った.

ま ず,心 拍 変 動3指 標(HR,HRMF(CV),

HRRF(CV))に つ い て で あ るが,HRはG1とG2

原著 ・VE酔い評価手法の開発に向けての基礎的検討 135

の グ ルー プ間 で 主効 果 が 認 め られ,G1<G2で あ っ

た(F=8.21,p=0.011).ま た,Tr1とTr2の 間 に

も主効 果 が認 め られ(F=8.30,p=0.011),Tr1→

Tr2で 増 加 が 認 め ら れ た.HRMF(CV)で は,グ

ルー プ 間 で主効 果 が認 め られ(F=6.39,p=0.022),

グル ー プ と区間 の交 互 作 用 も認 め られた(F=4.97,

p=0.040).下 位 検 定 で は,G1のTr1,Tr2で は有

意 差 が 認 め ら れ ず(p=0.239),G2で はTr1→

Tr2で の減 少傾 向が 認 め られ た(p=0.066).ま た,

Tr1のG1,G2で は 有 意 差 が な く(p=0.729),

Tr2で はG1>G2に 有 意 差 が 認 め ら れ た(p=

0.031).HRRF(CV)は,統 計 的 有 意 差 は認 め られ

なか った(グ ル ー プ 間:p=0.33,区 間:p=0.80).

HRMF/HRRFで も,統 計 的 有 意 差 は な か っ た(グ

ル ー プ間:p=0.19,区 間:p=0.58).

一 方,呼 吸 指 標 のPF,GFで は,い ず れ も統 計 的

有 意差 は認 め られ な か った(グ ル ー プ間:p=0.58,

0.27,区 間:p=0.73,0.12).Dsd(重 心 動 揺)で

は,区 間 で は 有 意 差 は 認 め ら れ な か っ た が(p=

0.12),グ ルー プ問 で はG1>G2の 有 意傾 向が認 め ら

れ た(p=0.09).TG(胃 電 図)に つ い て は,グ ル ー

プ間 で は 有 意 差 は認 め られ なか っ た が(p=0.66),

区 間 で はTr1<Tr2の 有 意 差 傾 向 が 認 め ら れ た

(p=0.07).な お,図3で は 省 略 し た が,HRMF,

HRRFは,HRMF(CV),HRRF(CV)と 変 動 の

パ ター ンが ほ ぼ同 じで あった.

次 に,DsdとTGを 除 く7指 標 に つ い て,G1,

G2各 グル ー プ の 個 人 ご と に,検 討 した.図4(a)に

は,G1グ ル ー プ に 属 す る5名 のTr1(灰 色)と

Tr2(黒)の 値 を,(b)に は,同 様 にG2グ ルー プの5

名 の値 を示 した.

この結 果 に対 し,増 加 した か減少 した かの み に注 目

し,そ の変化 の人 数比 率 を ノ ンパ ラメ トリック検定 の

符号 検 定(両 側 検 定)で 検 討 した.Tr1→Tr2で の

変化 として,G2で は5名 全 員 に,HR増 加,HRRF

(CV),HRMF(CV)の 減少,GF低 下 が共通 して み

ら れ,検 定 の 結 果 有 意 傾 向 が 認 め ら れ た(p=

0.062).HRMF/HRRF減 少,PF低 下 も1名 を除 く

4名 に み られ た が,統 計 的 に は 有 意 で は な か っ た

(p=0.376).こ れ らの結 果 は,平 均 値 で の特 徴 と ほ

ぼ一 致 し て い る.|PF-GF|で はG2の 被験 者 間 で 明

確 な変 動 パ タ ー ンの一 致 は み られ な か っ た.一 方,

G1に お い て は,了G2と は 異 な り,GFとPFの 低 下

とIPF-GF1増 加 が4名 に共 通 して み られ た以 外 は,

共通 したパ ター ンは み られ なか った.ま た このGFと

PFが 低 下 した被 験 者 の う ち3名(No.1,4,5)は,

G2と は逆 のHRMF(CV)の 増 加 が み られ た.G1

でGFとPFが 低 下 した残 りの1名(No.2)は,|PF-

GF|の 増加 が 際立 って い る こ と以 外 は,G2の 被 験 者

と同様 の変 動パ ター ンで あった.

酔 い に よ っ てHRが 上昇 す る とい う現 象 は既 存 研

究 の い くつ か10,11)が示 して い るが,こ れ は 強度 の酔

図4 個 人 ご とのTr1,Tr2で の各 指標 の比 較

Fig. 4 Changes of the indices (Tr1→Tr2)in each subject.

136 人 間工学 vol.36, No.3 ('00)

いが発症 した場 合 で の現象 で あ る.本 実 験 で も強 度の

酔 い が発 症 した例 で はHRの 著 しい増 加 が 観 察 され

た が,酔 い を生 じな い場 合 も上昇 が み られ,酔 い との

関連 性 を明確 に示 す ことはで きなか った.心 拍変 動呼

吸性 成分 は,一 般 に副 交感神 経系 支配 の心拍 を介 した

圧 受容 体 反射 の指標 として用 い る こ とが で き るが,呼

吸周 波数 の影響 を大 き く受 け る(呼 吸が速 くな る と減

少)た め,呼 吸の変 化 を勘案 しな けれ ばな らない19).

心拍 変 動MF成 分 は,心 拍 変 動 呼 吸 性 成 分 と同 じ く

副交感 神 経系 の圧受 容体 反射 の強 さを反映 す る ととも

に,交 感神 経 系支配 の血 管収縮 を介 した血 圧制 御系 が

発 す るMayerWaveの 大 きさ を反映 して い る.起 立

時 の心 拍 変 動MF成 分 増 加 は,後 者 の メ カ ニ ズ ム が

顕 在化 した もので交 感神 経系指 標 と言 われ て い るが,

暗 算 な どの精神 負荷 で の減少 は,副 交感 神 経系 の活動

低 下 が主 と考 え られ て い る.し か し,HRMF(CV)

は,一 過性 の遅 い呼 吸や,MF帯 域 の呼 吸が 持続 す る

こ とで増大 す るた め,そ の変動 の解 釈 には注意 を要 す

る21).こ こで み られ た 軽 度 の 酔 い 発 症 時 のHRMF

(CV)減 少,HRRF(CV)減 少 は,呼 吸 周波 数 の低

下 とい う変 化 の も とに み られ た もので あ り,総 合的 に

考 える と,副 交感 神経 性 の心拍 を介 した圧受 容体 反射

の低 下 と解 釈 し て よい と思 わ れ る.心 拍 変 動MF成

分 と呼 吸性成 分 の比(HRMF/HRRF)に つ い て は,

本 実験 で は酔 い発 症 との有 意 な 関係 が得 られ な か っ

た.こ の比 は,自 律神 経系 のバ ランス の指標 として用

い られ る こ とが 多 いが,HRMF同 様,そ の 解 釈 に つ

い て は,統 一 見解 が得 られ て いな い22).単 調 ス トレス

時 に は,呼 吸周 波 数 低 下 とHRMF/HRRF増 加 が み

られ るので18),軽 度 の酔 い と単 調 ス トレスの弁 別 に利

用 で きる可能 性 があ る と思 われ るが,今 後 の検討 が必

要 であ る.な お,本 実験 で のG1グ ル ープ の3名 につ

い て は,単 調 ス トレス に よ り倦 怠 感 が 生 じ た状 態18)

(呼吸周 波 数低 下,HRMF/HRRF増 加)と の 類似 が

観 察 された.

にPF-GFIは,呼 吸 の不 安 定 性 の1指 標 と し て,単

調 ス トレ スの 評価 に お け る有 用 性 が 示 され て い る18)

た め,本 実験 に も導入 した.し か し,混 入 す る一過 性

の呼 吸 が極 端 に大 きいか 遅 い場 合 に は,PFとGFと

も に低 下 し,呼 吸 が 不 安 定 で あ る に も関 わ ら ず,

lPF-GFに の値 が小 さ くな っ て し ま う とい う問題 が 見

いだ され,こ れが,G2で 一 貫 した結 果 が得 られ なか

った 原因 と も考 え られ る.今 後,一 過 性 の呼 吸変化 を

定 量 的 に捉 え る新 しい指標 の検 討 が必 要 で ある.

重 心動揺 につ いて は,長 時 間 の立位 測定 に よる注 意

の散 漫や倦 怠感 な ど,映 像以 外 の影響 も多 い と思 われ

る.ま た,胃 電 図 にお いて も,立 位 に よる体動 の影響

や,胃 の正 確 な位置 の把握 が難 し く電極位 置 が最適 と

は限 らな い こ とな ど問題 を含 んで い る.食 後2時 間 し

か経過 してい ない こ と(胃 電図 測定 は食後4時 間 経過

後 が望 ましい)も 考 慮 しな けれ ばな らない.今 回の結

果 は,Tr2で の標 準 偏 差 も非 常 に大 き く,参 考 デー

タに留 め るべ きで あ ろ う.

上 記 の検 討 で は,150秒 間 区間 の平 均値 を用 い たた

め,短 い持続 時 間 の変化 を捉 え られ て いな い.た とえ

ば,G2で の共 通 の変 動 パ タ ー ンで あ るGFの 低 下 に

ついて も,区 間 平均 で み る と,0.02Hz程 度 の 変化 で

あ り,非 常 に小 さい.し か し,個 々 の デー タの経時 変

化 を比 較 す る と,軽 度 の酔 いが 報 告 さ れ る前 後 で,

GFが0.2～0.3Hzと 大 き く低 下 してい る箇 所 が み ら

れ る場合 が 多 い.こ の変 化 が酔 いの発 症 と何 らか の関

係 が ある と推 察 され るが,本 実験 で は,主 観 評 価 は3

分間 隔 で しか求 め なか った ため,酔 いが発 症 した瞬 間

を厳 密 に主観 報告 で 推定 す るの は難 しい.3分 お きの

主観 評価 時点 と実際 の酔 い の変化 時点 の時 間的 なず れ

や,主 観 評価 を求 め る時 点 と時点 の間 に酔 いが 一度起

こ りか けて また お さ まって し まい,次 の時 点 の主観評

価 に は現 れ ず にG1に 分類 され る とい うよ うな可能性

も考 え られ る.主 観評 価 の と り方 の改 良 も含 めた検討

が望 まれ る.

5. ま と め

大型 プ ロジ ェク タに よ る視点 移動 映像 を用 い た 「酔

い」発症 実 験 を実施 した.そ の 結果,映 像 刺激 は2D表

示 よ り3D表 示 の ほ うが酔 い を誘発 しやす く,ま た,

注視点 を設 けた場 合,立 位 眼高 と注 視点 高 さの相 対 的

な位置 関係 も,酔 い誘 発 に影響 す る可能 性 を示 した.

心 電 図,呼 吸,重 心動 揺,胃 電 図 か ら算 出 した11

種 類 の生 理 指ス標 を検 討 した結 果,軽 度 の 酔 い(G2)

で は心 拍 変 動MF成 分 と呼 吸 周波 数 の低 下 が共 通 し

てみ られた.酔 い を発 症 しなか った 場合(G1)は,

明 確 な傾 向 はみ られ なか ったが,軽 度 の酔 い を生 じた

場 合 にみ られ た呼 吸周 波数 低下 が生 じた例 で は,心 拍

変 動MF成 分 の増 加 が 多 くみ られた.や や 強 い酔 い

を発症 した例 は1例 なので,定 か な こ とは言 えないが,

軽 度 の酔 いの場 合 とは全 く異 な る様相 を してい た.デ

ータが 少 ない た め,今 後 デー タ を増 や して さ らに検 討

を進 め る こ とが不 可 欠 で は あ るが,今 回 の実 験 結 果

は,心 拍 と呼吸 か ら簡便 に得 られ る指標 を用 い て,軽

い酔 い発 症 の有 無 を 区別 で きる可能性 を示 した もの と

考 える.今 後,視 察 で み られ る一過性 の呼吸 の変化 を

的確 に定 量 化 す る方法,な らびに,主 観評 価 をタイ ミ

ング よ く収 集す る方法 の検討 が必 要 で あ る.ま た,異

原著・VE酔 い評価手法の開発に向けての基礎的検討 137

な る刺 激 に対 す る再 現性 につ いて も検 証 を行 い,デ ー

タ蓄積 を進 めて酔 い検 出手法 の 開発 につな げた い.

謝辞

実験 システ ム とデー タ解析 全般 にわ た りご協力 とご

教 授 を頂 いた三 菱電 機㈱ 下野 太海 研究 員,プ ロジ ェク

タ を快 く貸 して下 さ った 同 じ く瀬 尾 和 男 チ ー ム リー

ダ,実 務訓 練 として実験 協力 を頂 いた長 岡技 科大 の坂

育 生 さん,そ して,本 実験 の被験 者 を引 き受 けて くだ

さ った方々 に,心 よ り御 礼 申 し上 げ ます.

参 考 文献

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