effect metabolism in brain to virtual reality stimulus

International Society of Life Information Science(ISLIS)

NII-Electronic Library Service

InternationalSociety of Mfe Information Science{ISLIS)

JaurnalofintetmatitmatSo(M'etyordeintt"vnationScr'ence(ZSUS) J. IntL Soc. LCfe Injio. Sci. VbL 24, IVb.2, September20e6

The22ndSymposiumonLifeInfbrmationScience September2-3, 2006, Tbkye Denki University, 7bkyoss

343

Effect ofOxygen Metabolism in Brain to Virtual Reality Stimulus and the Menta1 Scaling

Xudong DUANi, Lan HC"NJG2, Manabu [[ASHIROi, Di WU3, [Ibmoyuki YdLMBE2,

Shin-ichi NITrAf' and Masatoshi ITOHi i Dtvision ofM`cleat' Mledei,ze, bykntvn cvid 1imiioisatc\)e Cleua 7bltoke (intversdyi (Slenciai, Jcpcvl)

IDepment ofMedual E}zgi'neertizg and CLitrfioltlgJ4 1itstitute ofDevekpment Agtizg and Cancen 7hhoim Llahersdy (SlendoL JqFNvl?

3Dtvision

ofMi`sic EUiicatio4 Mi>acrgi (intversity oj/EUiicatiol2 (Slendua J`pmj

bepa,tntettt (lfLIIedual E}zgt'neerittg and dn'cal imigsngcrtibn hzytitztte ofDe,,etop,nenc Agt'ng ̀ vid Canceny 7blnpke Cinhrersity (Senclai, Jqpcvl)

Abstraet: A head-Tnounted display was used as the three-dimensional image presentation device and "Desoent"

a free

sottware shocning game, was used as the software. 12 healtby adult male volunteers were used in this experirrient after

obtaining their informed consent The oxygen metal)olic change in the anterior lcibe ofthe brain was measured by nearinfiared ymsoolry and Tecorded on an electrocardiograrn. The mental scaling tendency ofthe dbject was analyzed

using the type A behavior pattern and the Hostility scaling All measured time series data were kept in the normal

range, and no ll]tal arrhythmia or epilepsy were observed during experiments. ln some cases, the brain oxygen

metabotisrn may completely differ thr the objects of Type A and Type B behavior patterns. [[he results in this study

suggest that the autonomic function was connected to the menta] tendency of the objeets, By examining such

directivitM ir is expected that subjects, which sbow morbid reaction to an audiovisual stirnuladon, can be screened

beiixehand

Key wotxis: Virtua] Rea]ity (VRN type A behavior pattern, hostility scale, socia1 support quantity

1. Introduction

Virtual reality (VR) was started from the fields like

simulation, entertainrnent, and art, and get rapidly

deve]opment in various fields, such as medical treatment,

designp]an-eva]uation, software creation, cornmunication,

human interface, and robot control, and also it is

hopefu11y to be used as generic technology supporting

our life in the 21st century is expected, With its popular;here corne the problems like quality, safety and easiness

suitable for broad Layer users frorn a child to

Xudong Duan, M.D., Ph.D., Division of Nuclear Medicine,

Cyclotron Radioisotope Centeri, Ibhoku University, 6-3 Aoba

Aramaki Aoba-ku, Sendai 980-8578, Japan. Phone

+81-22-795-7802,Fax:81-22-795-3485

E-mail:[email protected]

the elderly people, However, in fact, for with little

consideration of men's character, it brought out problemslike strong incongruity, and even lead to displeasure,

such as giddiness, headache, and nausea in some cases.

Especially the problem of the Family Computer-epilepsy

in the children absorbed in the fainily computer, the

influence of blink of a cathode-ray tube on the cranial

nerve system were paid attention keenly, It is urgent to

give the study about the reason of it, the way to

evaluation, and the way to solve it.

The problem of "Pocket

Monsters" makes the

starting of research in a new domain about the influence

of the display technique of an image given to a central

neryous system. Broad discussion is given to the

audiovisual effect, physiological effects by such as

television, computer, VR system and game machine, by

the specialists from fields in such as engineering,




344 toumalotinternatiotzatSecietyofLffeinfotmadonseience(ZSUsp .L intL Soc. Lijle hij?). Sci, VbL 24, IVb.2, September 2006

The22ndSymposiumonLifeInformationScience

September2-3, 2006, 7bkyo Denki U}tiversity, 7bkye

medicine, media study, an apparatus developer, and the

broadcast persons, etc, Especially attention to the

technology of VR as a part of the human interface of the

next generation, since this audiovisual stimulus is not

what human beings have experienced until now, it is

necessary to verify the influence on the living body's

strictly. However, it is far from sufficient, especial as to

the facet of individual difference of vital response by VR.

So, in order to elucidate it, this research will for the first

time to give the consideration from the correlation

between menta1 scaling and audiovisual stimulus as a

focus.

2. Method

12 healthy male volunteers, aged from 23 to 44

years o]d (mean age ± S.D,: 30±7) were selected. Their

ayerage body weight was 63.5 ± 3.8 kg. They were

recruited for the present experiment after obtaining

informed consent from each of them. No high

performance athletes were included. The subjects had

normal sinus rhythms, and no subject was medicated

with psychoactive agents. The present study protocol was

approved by the Ethics Committee of ibhoku University

Graduate School ofMedicine.

A head-mounted display was used as the

three-dimensional image presentation device for Virtual

Reality and "Descent,"

a free software shooting game,was used as the software for the virtual three-dimensional

game. In the game, the game player flies in the

three-dimensional virtual space, striking down one

enemy one after another through moyement, The

movement of the head doesn't correspond with the

rotation ofthe view in the three-dimensiona] image.

Electronics were stuck onto the subjects' chests and

the electrocardiogram waveforrn was measured. The

subjects were seated and given 20 minutes for relax and

started the game using a personal computer in the same

time as 20 minutes. During the three-dirnensional gamewith virtua] reality, the oxygen metabolic change in the

anterior lobe of the brain was measured by the near

infrared oxygenation monitor (NIRO-300, Hamamatsu

Photonics),

@ Near infrared spectroscopy is based on the fact that

tissue is relatively transparent for light at wavelengths in

the region of 700 to 950 nm. The NIRO 300 is equipped

with two sensors, allowing measurement of tissue

oxygenation on two different sites. Each sensor consists

of an emitter with four laser diodes operating at 775, 81O,

847 and 919 nm and a detector with three photodiodes

that are mounted parallel at increasing distances to the

emitter. This allows calculation of the slope of

attenuation. Pre-suming that this slope is proponional to

absorption scattering it is possible to express tissue

exygenation as an absolute value. We expressed it as the

tissue oxygenation index in per cent, in which tissue

oxygenation index (TOI) - [Hb02] / ({Hb02] +[hHb]) x

10o%.1-4

All the measured data were within the norrnal range,

and no fatal arrhythmia or epilepsy has been found

during the experiment. And satisfactory measurement

results were obtained by the experiment. The time

series data were recorded in the digital data recorder,

After the experiments, recorded data were inputted into

the personal computer systern through the AD converter.

Quantified evaluation and statistical handling were

perforrned in the personal computer system.

The mental scaling tendencies of objects were

assessed by "T},pe

A tendency distinction table" with an

abbreviated set of 12 questions. Responses to the

three-dimensional shooting game were compared with

the menta]ity tendency by the quantified value ofscaling.

Analysismethods

Time series data mentioned above were recorded on

the digital data recorder (TECA RD-145T DiNI'), The

recorded data were inputted into the computer system in

the accuracy of 111000sec through the AD cenverter

(PowerLab!16SP). From 20-minute data of control and

game, 5-minute data were chose while the

electrocardiogram was stable, There was no duplication

ponion of these two data. And the data were analyzed by

using MMLAB program.

[IYpe A behavior pattern (IYpe A)

[[Ype A was a concept advocated by two American,

NII-Electronic




JournalofintemedonaISocietyorMeinf(mnadonScience(ZSUS J/ intl. Soc. Lijie hijb. Sci. VbL24, IVb.2, September2006

The22ndSymposiumonLifeInfbrmationScience September2-3, 2006L 7bkyo Denki Univet:sity. Tbkyoss

345

IYpeAtoo control

-eSeo:.

eo

wwwwA

rme

An example ot theleft ng"res: control tenddtSan

ccntrel

game

vpmA･'

,,,,tvVX,,

.Fig.1

typeA1co

?.e.

ro

I "

heart rate {HR) ttme series deta of type A{5 minutes}

righttSg"res:

'

firne

An exempte ot the

left flg"res: cohtrol canddtion

'

Fig.2

Ttne

game cond ttlon

game

.-.1 `,

Tirne

Ttssue oxygenatEoh lndex ITOI} tEme series data or type A

right tigv res: game cond ition

Friedman and Rosenman in 1959, which has character

and behavior characteristic to easily to get to coronary

artery disease like myocardial infarction or anginaS-6.

Now it is understood that it might be relate to all stress

related diseases not only the coronary artery disease7'ii.

The character and behavior characteristic oftype A:

(1) Strong will to attain one's purpose

(2) Strong competitive spirit and easy to show

hostility

(3) Always desire the high evaluation from the

circumference and high promotion

(4) Devoted to many work and is always pressed

with time

(5) Always speed up mental and physical activity

(6) Remarkably over sensitive in mental and physical Friedman and Rosenman ca]led these characters

type A collectively, and the opposite characters are called

type B, As for the present condition, rnuch research has

been done about the relevance between type A and the

development and prognosis of all stress related diseases

from the facet of psychosornatic medicine. In the latest

report, it is suggest that there is relevance between type A

and digestive ulcer7'ii.

ln Japan, the concept of type A tends to be applied

to the C`workaholic

men", As a cultural social character of

Japan, many people think it is hard to refuse. It is

especially remarkable in a work relation, It is differ

clearly from the men of type A in the United States.

The type A in the American are just for self (which based

on individualism), while those in Japan are just for

maintaining collective harmony (which based on groupattribution nature). Therefore, even it can be said that the

type A have responsibility and an obligation to the work

in both of the two countries, there is a huge different in

the foundation. 7

Type A tendency distinction

In erder to judge type A tendency, "IYpe

A tendency

distinction table" with an abbreviated set of 12 questionswas used, which was created by Maeda in 1981, in

Cardiovascular Medicine of the Second Red Cross

Hospital, Nagoya, `C[fYpe

A tendency distinction table"

constitutes with an abbreviated set on 12 questions: "a

busy daily life", "feel

being pressed for time", C`easy

of

being enthusiastic", "ease

of carrying out of a change of

a feeling", `Cperfection

nature", "confidence",

"easy

of



InternationalSociety ofMfeInformation Science{ISLIS)

346 loumalofintenratiOnatSecietyofMeinlormahenScience(ZSLLS) J. IhtL Soc. Lijle lnj?). Sci. VbL 24, Ne,2, Septentber2006


September2-3, 2006, 7bkyo Denki Uhiversity. 7bkyo

IYpeB1co

sSoog

cofitro1

enrvajop,pt,iviVliijIlaivitivi,iitva"VVIv

i

Flg.3 lefi tdg"res: centrol cendition

IYpeB1oo

9eov6-

oo

Time

An example of the heart rate (HR) tlme series data of type e {S minutes}

qeFigA

left fls"res: control c'onditfZih

game

,

rs1ti,thavMal""i}pt･ta"1I",Y

Tlme

eBcontrvl

-vsw`hvVewMH

Tlme

rlght tlgures: gerne condltIon

r".ptxww

gafne

nt

An exampte of the nssue oxygenetlop lndetc (TOI} ttme. peries data of type A "me

rigfi1 tlgures: game eoma ltion

feeling tense", "initation or angry",

"punctuality",

"an

unyielding tendency", C`the

yiolence of temperament",

"competitiveness",

each of which is related with the

attitude and action, The response to item, three chooses

were prepared for each question: "always",

L`occasionally",

"hardly",

and po{nts 2,1,O were given to

each of them respectiyely. And, as to item 5 (Are you a

perfectionist?), 6 CDo you have confidence in yourselft),

9 (Are you punctua] with everything?), the points were

doubled, so the sum total mark as 3O-point full marks.

Thus, the existence of type A was judged by the

computed sum total mark, When the total score was 17

points or more than it, it was defined as type A; and when

the total score was less then 16 points, it was defined as

type B.

Statistics methods

With statistics method called [ILtest, the variability

of heart rate (HR) and tissue oxygenation index (TOI)within different conditions (control and game) or

different character (type A and type B) were evatuated,

and be judged as significant difference at P<O.05.

By the statistics method, correlations between vital

responses to 3-dimensional VR shooting game stimulus

and the mental scaling scores ofobjects were calculated,

and bejudged as significant difference at P<O.05,

3. Results

12 objects of this experiment were divided into two

groups by "fype

A tendency distinction table": type A

behavior pattern (type A) group with 6 men and type B

behavior pattern (type B) group with 6 men.

The raw data of heart rate (HR) and tissue

oxygenation index (TOI) were obtained during the

experiments. Examples of the time series data of a

volunteer, who showed a type A behavior pattern, is

presented in Fig.1 (HR) and Fig2 (TOI), Examples of the

time series data of a volunteer, who showed a type B

behavior pattern, is presented in Fig,3 (HR) and Fig.4

(TOI), And the figure in left side showed the variability

of each parameter in control condition; and the figure in

right side showed the variability in game condition.

NII-Electronic




::oe

t

1osa,fiO.4o.?o

Fig5.

.loumatofintematiotlil.(.s,7.[i,ie.2.(,o(rfeM,nj.,elge,,r.'na{:r,S,C`.e:.f:,e,(Z.S,"..{}l..,,,,

@

The22ndSymposgUepMteOmnbeLrigP.3i,nfi2:5T/a7tibkn.SDC.ie.nkleu.i.ersity,7bkyo W

p.oDi more children went to hospital by car or on

e-vEre1.oea"aoteee

TOI ttte tTO-n g- optriitio"

TOd in eonttol ootrijtion lypeA tvpeB

Conpdisofie+thereteottissutexvgen-Sen;nee"TOOditvpeAthdtvpeS

There were not significant difference between theaverages of HR and TOI in the condition of control and

game, in both groups of type A and type B. Cerebraloxygen metabolism of type A was completely differed

from type B. Compared with control, TOI was increased

during garne condition in 6 type A objects, while

decreased in 6 type B objects. TOI rate of type A (l.06)was significant larger than type B (O.94)(P<O.05). (Fig.5)

su

an

70

co

co

TOI of Tvpe k

eontrol ss-e

se

ee

IO

co

so

TOI of Tvpe e

contrel g-e

Fin.S Th" tvertge ot TU under the condltlafit of Dontrel tnd gtme

. The variability tendency of type A is showed in leftside, and the variability tendency of type B is showed in

right side, As shown in Figure 6, compared with controt,

TOI was increased during game condition in type A,

while decreased in type B.

4. Discussion

It is estimated that over ten million people watched

the Pocket Monster television program in 1997, Among

these watchers, over 700 children were taken to hospital

by ambulance with severe sickness. It is possible that

347

foot - the

government It is also

possible that the occurrence rate of children, who felt

nauseous during the pocket monster program, was not so

large, Though the percentage may not have been so high,

severe convulsions were reported in some patients; thus,the problem was regarded as serious.

The problern of the "Pockemon

Monster7', starts

social conscious ofthe advancement ofthe image display

technique could make a bad infiuence to human being.

Unti] now, many researches have been studied about the

influence of autonomic nervous activity by various

extemal stimuli to vision, hearing, tactile senses and

mental ]oad. Especially for vision stimulus contains most

and complicated factors, rnany studies have been done

about it by various methods. Moreover, in recent years,

researches on the new vision stimulus using imageteclmologM such as a 3-dimensional image are in boom.

From the results of these, it can be confirmed that

audioyisual stimulus affects autonomic nervous activity,

and results in changing the index of circulatory system

reflecting the activityi3, However, the present condition

is that there is alrnost no paper investigating the influence

on the living body by various audiovisual stimuli from

the point of an individual difTerence.

For the first time, this study, which gives a new

approach from the correlation between the vital

responses to audiovisual stimulus and the charaeter

tendency, shows that vita1 responses real have some

relation to character tendency. It is expected that using

such a mental scaling tendency table, the patient who

have tendency of morbid reaction by audiovisual

stimulus can be protected beforehand.

wnen establishing the guideline for judgment ofthedanger ofan audiovisual instrument, human's character is

a very important factor needs to take into consideration.

In this research, the teclmique ofmental scaling was

newly introduced, For mental scaling, the type A

behavior pattern and the hostility scaling were used,

Vlarious experts have reported on the relevance of a typeA behavior pattern. In some cases, the brain oxygen

metabolism may completely differ for the object of Type

A and Type B behavior patterns. On the whole,




348 lournalofintetuationalSocietyofLilleinft"virationScience(ZSUsp J. intl. Sec. Lijir 1njio. Sci. Vbt 24 No.2, September2006


September2-3. 2006, 7bkyo Denki University, 7bkyo

correlation did not become significant in type A scaling.

There is ngument regarding the re]ation of the type Abehayior pattern among Japanese people, A social

support quantity is a scale in which an opposite direction

is shown,

These results suggest that the autonomic function in

the three-dimensional game by the virtual reality was

connected to the mental tendency of the objects. By

examining such directivity, it is expected that subjects

that show the morbid reaction to an audiovisual

stimulation can be screened beforehand.

After establishing standard guidelines for

audiovisual content risks, mental scaling of an object

may become an important factor in the future,

5. Conclusion

The results of this experiment suggest that vital

responses to audiovisual stimulus are differing from the

character tendency of human being. When establishing

the guideline fbr judgment of audiovisual dangeg

character tendency as one ofvery important factor cannot

be denied.

Acknowledgment

The authors thank Miss Ybko Ito, and Mrs. Hisako

Iijima for experimental preparation and kind cooperation,

Miss Kazuko Tbkeda for her excellent technical

assistance and kind cooperation, Thjs work was part]ysupported by a 21 COE program of Biomedica]

Engineering based on Bio-Nano 1lechnology in IIbhoku

UniversitM Health and Labour Sciences Research.

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NII-Electronic



工nternational 　Sooiety 　of 　Life 　工nformation 　Soienoe （工 SL 工S ｝

’0∬m 副 of 伽 em 旧 Ij a’5 兜曜γof 肋伽 ftmrnation　Science　（ISL」S）　　　　　　　　　 ∫ ’η8乙50c．　Ltfe　I竣ノわ．∫cム　　　　Vot　24」No ．2，

　Septembe 厂2006

　　　 The22nd 　Sympo6ium 　onLi 斛 bmaUon 　Sden

　　　　　　　　　　 September　2−3，2006，　Tokyo 　Denki こfnivers’ty，　Tokyo 國”

バーチャル刺激による生理的影響と心理スケー

リングとの関連

Effect　ofOxygen 　Metabolism 　in　Brain　to　Virtual　Reality　Stimulus　and 　the　Mental　Scaling

段　旭東1、洪蘭

2、田代　学

且

、呉　迪3、山家　智之

2、

仁田　新一 4

、伊藤　正敏

（Xudong 　DUANI，　Lan　HONG2

，　Manabu 　TASHIROI ，

　Di　WU3 ，　Tomoyuki　YAMBE2 ，

　　　　　　　　　 Shin−ichi　NITTA4　and 　Masatoshi　ITOHi．）

fi4k7t学テイク μ みロンRJt？ンター確学研窖部 r厚本，” 刮

　2萸猷物齢医学研贓病態詒鵬御分R7；（ff本、勿台丿

　　　　3勝教淳大歎謁弊教淳藪 r厚本、吻刮

　覧獄学励鰓学研所駈医ヱr学研究 hva（fi本、緻台丿

　要旨：バーチャルリアリティ（Virtual　Reality，　VR ）視聴覚刺激に対して個体差を解明するため

に、本研究は初めて、性格傾向と視聴覚刺激による生体反応の相関性を焦点としてアブローチし

た。対象は健常成人男子ボランティア 12名とし、被験者の心理スケー

リング傾向は「A 型傾向判

別表」を用いて分析した。実験は20分間安静させ、次に「Descent」というVR 三次元射撃ゲーム

を20分間施行させた。ゲームとコントロ

ール時の比による変化率と、数量化された心理スケ

ーリ

ングスコアとの相関関係を求めた。その結果、実験後症状の合計得点とTOIの間に正の相関があ

った。したがって、タイプAはゲー

ムに熱中しやすい、熱中になると、脳への血流量、血液酸素

の要求も増加しやすいという傾向があると推定できる。

Key 　words ： Virtual　Reality（VR ），　type 　A 　behavior　pattern，　host“ity　scale ，　social　sllpport 　quantity

L　はじめに

　テレビ、コンピュー

タ、VR システムやゲー

ム機器など

の視聴覚的効果・生理的効果などが、工学、医学、メディ

Xudong　D職 M ，D ．，　Phl ）．　DiViSlon　of　Nuclear　Medicinq　C5・ctotron

Radioisotope　Centerl，　Tohoku　University」63　A （加 Ararnaki　AobakU ，

Sendai〜）80−8578L　Japan．　Phone ＋8ト22・795−7802，　Fax：81−22・795−3485

E−nm 血：xddan ＠MiaiLmins，mh〔）ku，acjp

ア学、機器開発者、放送関係者など各面にわたる専門家に

より幅広い見地から検討を進めていた。特にVR の技術は

次世代のヒュー

マンインターフェー

スの一環として注目

されているが、この知覚刺激はこれまで人類が経験したも

のでないものなので、その生体への影響を厳密に検証する

必要があることは自明である。より精緻なVR をもたらす

ものであればあるほど、その生体に与える影響を厳密に検

証する必要があると考えられる。しかしながら、VR にア

プローチした報告はまだ極めた少ない、生体への影響を個

N 工工一Eleotronio 　Library 　




350 欄

蠶譏鸚騫難：総圃体差という点から検討した論文はほとんど無いのが現状

である。

　最近では、近赤外線分光法（NIRS： Near　 Infta　 Red

Spe幡 oopy ）が組織酸素変化を安全・非侵襲・連続的に

測定する方法として開発されてきた。NIRSは生体組織に

対して比較的に高い透過性を持ち、10 程度の頭部であ

れば頭蓋骨を除去することなく脳組織を透過した光によ

り深い部位の情報を得るのを検出することができる。一方、

血中のヘモグロビン（Hb：henioglobin）は近赤外領域に吸

光を持っている。血液中の酸素担体であるヘモグロビンは、

酸素化ヘモグロビン（02Hb）および脱酸素化ヘモグロビ

ン（HHb）に対応して吸収スペクトルの変化を示す。従っ

て、脳組織内のヘモグロビンの吸収スペクトル変化を測定

出来れば、脳内の酸素飽和度や血液量、酸素消費速度など

の変動を推定することができると言われている1醜

　VR 視聴覚刺激に対して個体差を解明するために、本研

究は初めて、性格傾向と視聴覚刺激による生体反応の相関

性を焦点としてアプローチした。

2．方　法

1．対象

　本研究は健常成人男子ボランティア 12名を対象とした。

平均年齢30± 7歳（23．0〜44．0歳）、平均身長 172．3±35

（1695〜17＆0 1）、平均体重63．5±3．8kg （58．O〜725 　kg）

であった、実験のプロトコールは東北大学大学院の医学倫

理委員会の倫理委員会の承認を得て行われた。また、被験

者には実施に際して、文書により、詳しい研究の内容・目

的・方法を詳細に説明し、同意を得た。

2．実験システム

　　VR による視聴覚刺激が生体に与える影響を解析する

ために、ヘッドマウンテッドディスプレイを三次元のイ

メージプレゼンテーション装置として装着し、生体におけ

る前頭葉組織酸素代謝（組織酸素化指標（TOI）と酸素化

ヘモグロビン（02Hb）変化量）を記録した。被験者は、

20分間安静させたあと、パソコンを用いてゲームを20分間

施行させた。　「Desoent」というVR 三次元射撃ゲームはソ

フトウェアとして用い tc：。ゲームのなかで、プレーヤー

は

三次元の仮想空間で飛び、移動しながら敵を次々に打ち倒

した。

　実験中、前頭葉組織酸素代謝が近赤外酸素モニター

（MRO −300、　 Ham 醐 su 　 PhOtOnics）を用いて測定した。

近赤外酸索モニターNIROは、近赤外分光法（Near　lnfiared

Speσtrosoopy、　 NIRS）を利用して非侵襲的に脳内のヘモグ

ロビン濃度を測定するモニター

である。

　近赤外分光法：NIRS は生体組織に対する透過性の高い

近赤外光（波長700 〜1000nm）を用いて、血液中に含ま

れる2 種類のヘモグロビン、酸素と結合した酸化ヘモグロ

ビン（以下oxyHb ）と、酸素と結合していない脱酸化ヘ

モグロビン（以下dθoxyHb ）の変化量を計測する装置であ

る．

　計測は頭皮上に3 間隔で設置された一

対の送光点と

受光点によって行われる．送光煮より照射された近赤外レ

ーザー光が、大脳皮質の表面（深さ2 〜3 の範囲で

散乱と反射を繰り返した後、受光点によって検出される、

その間に光が吸収された量、すなわち受光点に届いた光の

減衰量から血液中のヘモグロビン変化量を逆算すること

ができる．

　NIRS はPET やfMRI （機能的磁気共鳴画像診断法）と

いった他の脳機能イメージング法と比べて被験者への拘

束性が低く、計測に際して頭部を固定する必要や、特殊な

装置の中に横たわる必要がない．また原理的に電子ノイズ

の影響を受けないため、本研究のように電子機器を扱う実

験にも適している．

　　被験者の心理スケー

リング傾向は「A型傾向判別俵」

を用いて分析した。それより心理スケー

ルのスコアを得て

計算した。

　　VR 三次元射撃ゲー

ムに対する生体反応は数量化され

た心理スケー

リングの値と比較し、両者の相関関係を求め





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　　　　The　22nd　Syrnpesium　on 　Life　lnformation　Science　　　　　　　　　　　 Septentber　2−3，2006，　Tokyo　l）enki 　Uniレersity．　Tokyo 圃

制

た。

3．計測方法

　被験者の心理スケー

リング傾向は「A 型傾向判別表」を

用いて分析した。質問紙法で、スケールに点数をつけ、ス

コアを得て計算した。

　VR 三次元射撃ゲー

ムに対する組繖酸素化指慓（TOD 、

酸素化ヘモグロビン（02Hb）変動を、1 ）コントロー

ル

時、2）ゲー

ム時および 3 ）ゲー

ムとコントロー

ル時の比

である変化率の三つに分け、数量化された心理スケー

リン

グスコアとの相関関係を求めた。本研究においては、視聴

覚刺激が健常者における脳組織酸素の変動を観察し評価

した。さらに性格分析という観点から、視聴渚の心理スケ

ーリングと視聴覚朿嫐による生体反応の関連性について

も検討し、この関連性について解析することによりVR 視

聴覚刺激に対する個体差を解明することを目的として実

験を行った。

4．タイプA 行動パターン（タイブ

’A ）

タイプ’A とは，

アメリカの Fh紬とR （）sermlan が 1959年

に心筋梗塞や狭心症などの冠動脈疾患に陥りやすレ牲格，

行動特性として提唱された概念であったが S，今では冠動

脈疾患に限らず，ストレス関連疾患全般に及んで関連する

であろうと理解されている6

　タイプA の性格，行動特性は：

　（1）目標を達成しようとする強い欲求をもっ

　（2）争心が以上に強く，敵意を示しやすい

　（3）常に周囲からの高い評価や昇進を望む

　（4）多くの仕事に没頭し，いつも時間に追いまくられ

　　　　ている

　（5）精神的・肉体的活動の速度を常に速めようとする

　（6 ）精神的・肉体的に著しく過敏である

などである。

　FriedrrianとRos はこれらの特徴をまとめてタイプ

A と呼び，タイプA と正反対の特徴をタイプ B と呼んだ、

　タイプAがいかなるストレス関連性疾患の発症，予後に

関連性を有するのか，という毛身医学的側面からの研究が

多いのが現状である7−11）

。タイプAの概念は，日本でいえ

ば，いわゆる「仕事人間workaholic 」の人たちにあてはま

りやすい。日本の文化社会的特徴として，物事を頼まれる

となかなか断れないタイプの人たちは少なくない、特に仕

事関係においては顕著である。この種のタイプAの人たち

は，アメリカでいうタイプ Aの人たちとは明らかに異なる。

アメリカのタイプA は自己のためのタイプA （個人主義に

基づくタイブ’A ）であるのに対し，日本におけるタイプA

は集団の調和を維特するためのタイプA （集団帰属性に基

づくタイプA ）であることが多い。したがって，タイプA

の人たちがもつ仕事に対する責任感や義務感といっても，

その根底にあるものは大きな違いがある。

5．統計学的処理

　統計的な検討はSPSS12．0を用いて行った。’Lte数（HR ）、

組織酸素化指標（TOD 、酸素化ヘモグロビン変化數 C2Hb）

の状態別（コントロー

ル状態とゲー

ム状態）と性格別（タ

イプA とタイ殆）の比較はペア t一検定を用いて検定し、

P〈 O．05にて有意とし鵡

　VR 三次元ゲー

ムによる視聴覚刺激に対する生体反応と

被験者の心理スケーリング傾向の各スケー

ルスコアとの

相関関係はピアソンの相関係数（Pearson’s　correlation

◎oeficient）を用いて評価し、　P＜O．05にて有意とした。

3．研究結果

本実験に協力した12人の被験者を「A型傾向判別表」に

よって、タイ 71A行動パターンの6人とタイ力行動パター

ン as 人の二っのグループに分けた。

　実験中に得られた時系列データの一例をFig，1〜Fig，4

で示した，Fig．1はタイプAの被験者の心拍数（HR）の一例





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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　が認められた。　 Φig，5参照）

で、Fig．2はタイプAの被験者の組織酸素化指標（TOI）の一一

例であった。Fig．　3はタイカの被験者の心拍数の一

例であ

り、Fig．　4はタイカの被験者の組織酸素化指標を示した。

　タイプA の 6人の組織酸素化指標（TOI ）はコントロー

ル

時に比べるとゲーム時に全例において高くなり（変化率＝

LO6）、それに対して、タイプB の 6人の組織酸素化指標

（TOI）は全例において低くなる傾向が認められた（変化

率＝O．94）　（P〈 0．05）。

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　コントロール時と比較して、VR 三次

射撃ゲーム時の心拍数（HR ）と組織酸素化指標（TOI ）、

イブ A とタイフ恰両方ともに、有意差が認められなか

た。タイプ A の 6 人のTOI はコント

ロール時に比べ

とゲーム時に全例において高くなり、それに対して

タイカの6 人の全例において低くなる傾向が認められ

。　

（ Fig ．　 6 参照）ゲーム時において、ゲーム

の組織酸素化指標（駅）1 ）とTypeA スケールの間に負の相関関

（相関係数・一一〇． 610 ） N 工工一




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　　　　The22nd 　SyniposiumonLife夏nforrnation　Science　　　　　　　　　　　 Septe〃ibe 厂2−3，2006，　Tokyo　Denki［傭レersity．　Tokyo 圃

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4．考察

　　VR 視聴覚刺激に対して個体差について検討するため

に、本研究では、恒輅傾向と視聴覚刺激による生体反応の

相関1生に注目してアプローチした。被験者の心理スケーリ

ング傾向は「A 型傾向判別表」を用いて分析した。

　今回の実験に参加した 12人の被験者を「A型傾向判別

表」によって、タイブA 行動パターンを示した囑人と、タ

イ力行動パターンを示した as 人に分け為タイプAの脳

酸素代謝がタイプB と全く異なった。コントロール時と比

べると、ゲーム時の脳組織酸素化指標（TOI ）は、タイプ

A において 6人全員が上昇することに対して、タイプBにお

いて 6人全員が減少した。コントm 一ル時に対するゲーム

時TOI の変化率はタイプ A においてタイフもより有意に大

きかった。これはタイプ A がタイカに比較して視聴刺激

負荷時に交感神経系活動の反応性が高いのではないかと

推測できる。心理的ストレス負荷を受けるとき、タイフ

PA

はタイプ B より収縮期血圧、・Lva数、前腕骨格筋血流量な

ど上昇することが報告されたの。同様に、視聴覚刺激の負

荷時、脳組織への血流も増加し、血液の中の酸素も増える

と考えられる。ゲーム時の心拍変動（HRV ）の LF成分で

は、タイカにおいてタイブ’A より有意に大きかった。LF

成分は心臓の迷走神経と交感神経の両者によって媒介さ

れるが、主として，L臓迷走神経活動を反映する。この結果

は視聴覚刺激での・L臓迷走神経活動の反応性がタイプA に

おいてタイプBより弱かったということを示した13）。ゲー

ム状態で、タイプAの TO 置フラクタルはタイフ「Bより有意に

大きかった。心拍変動のフラクタル解析と同じように本研

究では、K ）1フラクタルの解析も試みた。その発生メカニ

ズムはまた分かっていないが、少なくとも視聴覚刺激によ

り心理スケーリングの異なる（タイプA とタイプB）人間

において、K ）1の反応性を影響するあるメカニズムの活動

が異なっているのではないかと推測できる。

　実験後症状の合計得点とTOIの間に正の相関があった。





354 伽翩

惚嬲鞴讌灘総圃これは実験後の症状が悪くすれば悪いほど脳の血流量恤

液中の酸素）は増加してきtc。つまり、　TOIは、ゲームに

熱中する程度と正の相関関係があるということ。実験後症

状の合計得点とタイプ A 行動パターンの間にも正の相関

が認められた。したがって、タイfA はゲームに熱中しや

すい、熱中になると、脳への血流量、血液酸素の要求も増

加しやすいという傾向があると推定できる。近年、日本だ

けでなく、世界中、ゲームに夢中になる人、特に子供が増

えてき鵡その人々の中に長時間かけて、ゲームする途中

で失神や、てんかんを引き起こされた例もしばしばであり、

死にいたる例も存在した。これは、ある特定の人間（ここ

では、タイブ’A と考えられる）はゲ

ームに夢中しやすくと

ともに、脳への酸素あるいは血流量の要求も増加しやすい

にもかかわらず、長時間にわたってゲー

ムをし、ついに脳

の酸素が足りなくなるのは原因の一

つではないかと推測

できる。

5．　結論

　本研究の結果は、生体反応と心理スケー

リングの間に関

連性があることが示浚した。したがって、VR による視聴

覚刺激による生体反応は人間の心理スケー

リングによっ

て違うことが否定できない。このような心理スケー

リング

表を用いて、視聴覚刺激による病的な反応が出ようとする

患者を前もって保護することができると期待する。

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effect metabolism in brain to virtual reality stimulus

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