計測に非常に時間のかかる2次元の磁気共鳴分光イメージング（MRSI）のアンダーサンプリングした観測データから、圧縮センシングを用いて生体内物質のダイナミクスを画像化する手法を開発した。準乱数の集合であるSobolシーケンスに基づくサンプリングパターンで、13C標識グルコースを腹腔内に投与した担癌マウスのMRSI信号を収集した。交互方向乗数法(ADMM)を使用した再構成を行い、8.5分の時間分解能で代謝物の2次元空間分布を再構築することができた。

In video-assisted thoracoscopic surgeries, successful procedures of nodule resection are highly dependent on the precise estimation of lung deformation between the inflated lung in the computed tomography (CT) images during preoperative planning and the deflated lung in the treatment views during surgery. Lungs in the pneumothorax state during surgery have a large volume change from normal lungs, making it difficult to build a mechanical model.The purpose of this study is to develop a deformation estimation method of 3D surface of a deflated lung from a few partial observations. To estimate deformations for a largely deformed lung, a kernel regression-based solution was introduced. The proposed method used a few landmarks to capture the partial deformation between the 3D surface mesh obtained from preoperative CT and the intraoperative anatomical positions. The deformation for each vertex of the entire mesh model was estimated per-vertex as a relative position from the landmarks. The landmarks were placed in the anatomical position of the lung’s outer contour. The method was applied on nine datasets of the left lungs of live beagle dogs. Contrast-enhanced CT images of the lungs were acquired.The proposed method achieved a local positional error of vertices of 2.74 mm, Hausdorff distance of 6.11 mm, and Dice similarity coefficient of 0.94. Moreover, the proposed method achieved the estimation lung deformations from a small number of training cases and a small observation area.This study contributes to data-driven modeling of pneumothorax deformation of the lung.

撮像対象にタグという磁気的な標識を印可し、⾮剛体な運動をする撮像対象の局所的な動きを追跡するTagging MRIにおいて、各画素が識別できる空間パターンをタグとして印可する際のタグパターンの最適化手法を提案する。MRI装置により印可可能で、タグが移動した際に近傍のタグと識別可能なタグパターンを最適化する。ベイズ的最適化を利⽤して次に探索するタグパターンを決定し、効率的に探索を⾏うことで、短い時間でタグパターンの最適化を⾏った。

肺が生体内にあるときは膨らんでいる（含気状態）が、手術中は肺が萎む（脱気状態）。ビデオ胸腔鏡下手術では、肺結節の切除をサポートするリアルタイムの映像を医師に提供するために、肺がどのように変形しているのかを高精度に推定することが期待されている。本研究では、カーネル法に基づいて、膨らんだ肺から萎んだ肺への変形を推定する手法を提案する。本手法では、肺表面に設定した少数のランドマーク点との相対位置を利用して、肺表面全体の変形を推定する。実験には、9例のビーグル犬の左肺を含気状態と脱気状態でCT撮像し、肺表面の3次元メッシュモデルを構築して用いた。上葉と下葉のメッシュモデルはそれぞれの頂点数400で別々に構築し、含気状態と脱気状態の肺の形状マッチングを行った。形状マッチングのプロセスはデータとして用いる既知の肺のみに必要で、未知の肺で行う必要は無い。ランドマークは肺の外側の表面に設定し、6点のランドマークを用いた実験では、全体の体積が40%萎んだ肺に対して、平均の局所位置誤差2.74mm、ハウスドルフ距離6.11mm、ダイス係数0.94で推定することができた。ランドマークを大葉間裂のみに配置した場合にも、平均の局所位置誤差3.29mm、ハウスドルフ距離6.77mm、ダイス係数0.93で推定することができた。また、学習に用いる症例数を減らした実験では4例以上を学習すれば平均の局所位置誤差3mm未満で推定することができた。

手術中の脱気により、肺が膨らんだ状態と比べてどのように変形するかを把握することが期待される。本研究では，犬の肺を用い，いくつかのランドマークの相対的な位置に基づいて，膨らんだ肺から脱気した肺の変形を推定する方法を提案する．推定には機械学習の手法であるカーネル法を用いた．脱気による体積減少が40 %のテストデータに対して，平均局所位置誤差3.2 mmを達成した．

拡散テンソル画像法を用いた神経線維追跡の手法についての解説。また、MRSIデータから代謝動態を時空間再構成する研究、および機械学習で臓器の変形を推定する研究についての、最新の結果についての報告。

我々は，第45回磁気共鳴医学会大会で，多大な測定時間を要する2DスペクトルのMRSIに圧縮センシングを導入することにより，代謝動態イメージングの時間分解能を向上させる手法について報告した．本研究では，再構成アルゴリズムの改善により，さらに時間分解能を向上させた． 【方法】MR測定には，動物用7T MR装置(Bruker BioSpin)及び1H/13C核送受信ボリュームコイルを使用した．2D 1H-13C 多量子コヒーレンス(HMQC)を組み込んだシーケンスを用い，準乱数であるSobol系列に基づくサンプリングパターンで信号収集した．担癌マウスに13C標識グルコースを腹腔内投与後7時間程度の代謝過程を計測した．アンダーサンプリングした計測データから物質の時空間分布を再構成する問題を，ベイズ推定を利用した最適化問題として定式化した．事前知識には物質の空間分布のスパース性と，物質分布の時間変化の滑らかさを用いた． 最適化にはAlternating direction method of multipliers (ADMM)に基づいて計算コストを抑えるアルゴリズムを改良して用いた．対象とする3つの物質（グルコース（投与物質），乳酸（代謝産物），脂肪（天然存在比の13C））の基底スペクトルを用い，各物質の時空間分布を再構成した． 【結果】今回の撮像条件では，従来のフルサンプリングの場合は2Dスペクトルの2D空間分布を1回撮像する時間が約4.5時間であるのに対し，約7時間で収集したデータから，時間分解能4秒の動態画像を再構成できた．再構成された物質の時空間分布Warburg効果による代謝を示した． 【結論】圧縮センシングを利用した2D 1H-13C HMQC MRSIによる代謝動態イメージングにおいて，ADMMを改良した手法を用いることで時間分可能の飛躍的な向上が可能であることを確認した．本研究で提案した再構成アルゴリズムは撮像シーケンスに依らず様々なMRSIデータに適用可能であるため，既存のMRSIデータを有効活用できる可能性がある．

【はじめに】我々は、第42回磁気共鳴医学会大会で、多大な測定時間を要する2DスペクトルのMagnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI)に圧縮センシングを導入することにより、代謝動態イメージングが可能であることを報告した。本研究では、さらなる時間分解能の向上を目指し、圧縮センシングによる再構成アルゴリズムを検討した。【方法】MR測定には，動物用7T MR装置(Bruker BioSpin)及び1H/13C核送受信ボリュームコイルを使用した．2D 1H-13C多量子コヒーレンス(HMQC)を組み込んだシーケンスを用い，準乱数であるSobol系列に基づくサンプリングパターンで信号収集した．担癌マウスに13C標識グルコースを腹腔内投与後7時間程度の代謝過程を計測した．圧縮センシングによる再構成には、Alternating direction method of multipliers (ADMM)を使用した。対象とする3つの物質 (グルコース (投与物質)，乳酸 (代謝産物)，脂肪 (天然存在比の13C)) の基底スペクトルを用い、各物質の空間分布の時系列変化を再構成した。【結果】今回の撮像条件では，従来のフルサンプリングの場合は2Dスペクトルの2D空間分布を1回撮像する時間が約4.5時間であるのに対し，約7時間で収集したデータから、時間分解能8.5分の動態画像を再構成可能であり、以前のApproximate message passing (AMP)を用いた再構成 (時間分解能30分) と比べて大幅な時間分解能の向上が可能であった。【結論】圧縮センシングを利用した2D 1H-13C HMQC MRSIによる代謝動態イメージングにおいて、再構成にADMMを応用することで時間分可能の向上が可能であることを確認した。

【要旨】確率的推論を用いて脳画像の自動的な領域ラベリング手法の検討を行った。学習および推論には平均場近似法による高速計算手法を用いたベイズ推定を用いた。健常者18名分の拡散テンソル画像法による複数の画像を学習して自動領域ラベリングを行った。学習データが非常に少ないものの良好な結果を得た。

外科手術において部分的に観測された臓器の変形情報から、臓器全体の変形を推定することで手術ナビゲーションなどに役立てることが期待されている。本研究では、内視鏡手術時に臓器を鉗子で把持し力を加えて変形させる状況を想定し、非線形有限要素法によりシミュレーションした3次元弾性体の変形推定を行った。弾性体の変形を計算する一般的な手法として有限要素法がよく用いられるが、有限要素法による変形計算では弾性率など弾性体の力学的特性や、作用点の位置と引っ張る力などの境界条件が既知である必要がある。また、ニューラルネットワークを用いた変形を学習するアプローチではそれらの情報が既知である必要は無いものの、学習に時間を要し、推定結果が学習の初期値に依存するという問題がある。それに対し、本研究ではカーネル法を利用した回帰を用いてデータに基づいた変位の推定を行った。カーネル法を利用することにより、学習時間を抑え初期値に寄らない変形推定が可能となった。実験データには初期形状が既知の条件下で、作用点に加える力の方向を変えて変形した3次元メッシュ構造の弾性体を非線形有限要素法で時間をかけて高精度に計算して取得したものを用いた。実際の弾性体変形では部分的な範囲でしか観測ができずまた変位をトラッキングできる部分は限られているため、非常に少ないメッシュ頂点のみを既知の観測点としてその変位を入力とし、全頂点の変位を推定した。

外科手術の内視鏡手術で臓器全体の変形を部分観測情報から推定する状況を想定し、非常に少ない観測点変位から弾性体全体形状を推定する実験を行った。大きな変形をする弾性体の変位を、ニューラルネットワークを用いて学習するアプローチをとった。実験データには、直方体形状の弾性体の変形を、非線形有限要素法で計算して取得した。ニューラルネットワークの中間層サイズ、繰り返し数、観測点数について検討し、誤差0.5mm以下の推定精度を達成した。

基本的なMRIの原理から、DWI（拡散強調画像）、DTI（拡散テンソル画像法）の原理、神経線維追跡の手法と得られる情報について概要を説明した。特に、神経線維追跡手法については、Fast marching technique、Simulated annealing approach、Spin grass tractographyといった、追跡方法に最適化を用いる手法について解説した。

【目的】認知活動は機能的結合のネットワークにより形成される．ワーキングメモリ（WM）は情報の処理と保持を担う高次認知機能の記憶システムであり，個人により異なる容量が存在し，文章読解力など広範な認知機能との関連があると報告されている．WMの神経基盤はfMRIを用いて脳領域における脳活動を推定することで研究されてきたが，領域間における情報伝達のネットワークに関してはまだ解明されていない．本研究ではWM負荷量による脳内ネットワークの変化をグラフ理論に基づいた解析手法を用いて検討する．【方法】本実験では，健常者12名 (男性7名，女性5名; 平均年齢21.3±0.65歳) を対象に行った．N-back課題時（N = 2 or 3）の脳活動を1.5 TのMR装置を用いて取得した．データ解析はSPM8を用いて前処理を行い，脳活動領域における機能的結合を解析するためconnを用いた．脳領域をAutomated Anatomical Labelingより区画分けを行い，それぞれの領域間の脳活動の相関係数を算出し，ネットワークを解析するため，脳領域をノード，領域間の相関をエッジとしてグラフを構成し解析を行った．その際クラスタ分割の質を定量化するModularityを用いて脳領域のクラスタリングを行い，さらに領域の中心性を示すBetweenness centrality（BC）を用いてハブ領域を推定した．【結果・考察】2-backと3-back課題時の平均正答率はそれぞれ93.85±5.50 ％と84.69±6.15 ％であり，有意な差があることが示された（t(11) = 4.51, p < 0.01）．Modularityより2-backと3-backの脳領域はそれぞれ4クラスタと3クラスタに分割された．これによりWM負荷量により脳内のネットワーク形成が異なることが示唆された．また2-backのみに前頭と頭頂のネットワークに脳活動の正の相関がみられたため，負荷量が適切な場合前頭と頭頂の機能的結合が形成されると考えられる．一方でBCが最大の領域，つまりハブ領域は2-backと3-backともに側頭葉と小脳の一領域であり，差異がないことから，WMの基礎的なネットワークは側頭葉と小脳を中心とした機能的結合により形成されることが考えられる．以上より，WM負荷量によって脳内ネットワークは変化することが示された．

[目的]本研究の目的は精神疾患の発症メカニズムの解明に繋がるであろう脳内ネットワークの解明を行うことである．そのため，DTIデータを用いた神経追跡手法により得られる脳神経線維の走行とfNIRS(functional Near-Infrared Spectroscopy)から得られる脳活性部位を3D可視化するシステムを構築した．本稿では提案システムを用いて，RST(Reading Span Test)課題を行った際，時間的に変化する脳活動部位の付近を通る神経線維を検討することを目的とする．[方法]提案システムはDTIデータを用いた神経線維の3次元座標データ，fNIRSの脳血流量変化データを用いて，活性部位付近の神経線維を3次元で描画するシステムである．本システムを用いた評価実験では短文を読みながら文中の指定された単語を記憶するRST課題時の複数の活性部位の関係性を検討した．本課題に必要な部位は前頭前野背外側部(Brodmann Area 9,46)，ウェルニッケ領域(BA 22)，運動野周辺(BA 4)とされている．課題成績が高い被験者，低い被験者各1名の脳血流変化データ，脳神経線維データを用い，各被験者が課題を行った際の時間的に変化する脳活動部位の付近を通る神経線維神経線維の描画を行った．それらの描画結果の比較を行い，課題成績による活性部位付近の神経線維の関係性を調査した． [結果]RST課題に必要とされる部位である前頭前野背外側部，ウェルニッケ領域，運動野周辺の付近の神経線維に着目した．すると，高成績者のみタスク開始と同時にタスクに必要な脳部位を巻き込む神経線維を発火させるための構造的ネットワークの存在が確認された．この理由から暗記を効率良く行うことが可能となり，高成績に繋がったと考えられる．これらの結果からRST成績によって脳特定部位の神経線維の繋がりの構造には違いがあることが示された．[結論]本システムを用いることで，DTIとfNIRSデータから活性部位付近の神経線維を可視化することで脳内ネットワークの解明に繋がることが示唆された．以上より，脳機能情報と構造情報を同時に検討することで時系列で変化する部位を活性させるために発火する神経線維を確認することが可能となり，より高度な議論を行うことが可能である．

【目的】DTI解析による神経線維の走行推定は線維周辺の水分子の拡散情報を用いて神経線維の走行方向を推測し描画を行う．その際，描画された神経線維と実際の脳内の神経線維の構造が一致しない可能性が存在する．また，実物と取得データとの比較のための被検体には死後脳や動物モデルを用いるケースがあるが，保存や再現性の問題がある．本研究では，脳の神経線維を模擬した再現性のあるファントムを作成した．また，撮像時におけるパラメータの違いとファントム溶液の違いが神経追跡に及ぼす影響の検討を行った．これは撮像環境やファントム素材が撮像データに影響を与えることで，神経追跡に影響を及ぼす可能性がある． 【方法】撮像実験には日立メディコ社製ECHELON Vega 1.5 T MRI装置を用いた．撮像パラメータは，パラメータA をTR/TE 2923/90.4 ms，Voxel size 1.88×1.88×3 mmと設定し，パラメータB をTR/TE 2923/90.4 ms，Voxel size 3×3×3 mmと設定した．ファントムは直径約5.3 µmの中空糸（東レ製）を用い比較的単純な構造である直線構造の神経線維束を模して作成した．ファントム溶液には造影効果が期待される塩化鉄水溶液と，純水を用いて比較検討を行った．比較項目として，信号対雑音比 (SNR)，平均FA値，追跡された線維の長さの平均を指標として調査を行った．また線維追跡における神経追跡手法にはEuler法を用いた（FA > 0.25，変化角 < 90°）.【結果・考察】純水，塩化鉄水溶液共にパラメータBによる撮像データの方が，SNR，平均FA値が共に高い値を示す傾向が見られた．よって，パラメータBにおけるデータはパラメータAにおけるデータよりもノイズが少なくFA値が全体的に高い値を示すデータが得られると考えられる．また，純水より塩化鉄水溶液を入れたファントムでSNRが高い結果が得られた．これは，塩化鉄水溶液に含まれる金属イオンの常磁性から得られる造影効果が影響し，プロトンの緩和時間を短縮させ，信号強度が高くなったためであると考えられる．よって，塩化鉄水溶液をファントム溶液として用いることで線維追跡を行う描画手法の検討に際して，より信頼性のあるデータを提供できると考えられる．

ワーキングメモリ (WM) の個人差を測定するリーディングスパンテスト (RST) において，単語を記憶する方略が容量に大きな影響を与えることは知られている．しかし異なる方略を訓練することによる，構造的・機能的な脳への影響は明らかでない．そこで本研究では，RSTにおける2つの方略（イメージとリハーサル）の訓練による脳への構造的影響を拡散テンソル画像法 (DTI) で，機能的影響を核磁気共鳴画像法 (fMRI) を用いて検討した．その結果，イメージ方略の被験者のみRSTの課題成績に向上がみられ，右下側頭回付近の神経髄鞘化の程度を示すFA値が上昇し，前部帯状回の脳活動が上昇した．また，FAが上昇した領域からの神経描画より右下縦束が描画され，脳活動上昇領域である右上後頭葉との関連が確認された．したがって異なる方略の訓練により，WM容量の向上，構造的・機能的な脳への影響は異なることが示唆された．

母国語と第二言語の言語学的な類似性や相違性がどのようにバイリンガルの脳内言語処理に影響を及ぼすのかについて、第二言語学習者の脳血流量と注意量の関係を検討する。留学生10名を被験者とし、fNIRSを用いてリスニング課題遂行中の脳活動を測定した。母国語のリスニングにおいては、左脳よりも右脳での活性領域が広いことから、母国語では右脳を使うことが示唆された。

fNIRS(functional near-infrared spectroscopy) 装置は，脳活動に伴う脳血流変化を計測する．しかし，頭部の動きや傾斜などの体動による脳血流変化が脳活動として誤認される可能性がある．そのため，fNIRSデータから体動成分を除去する必要がある．以前我々は，fNIRSデータの遅れ時間を考慮し，ICA(independent component analysis) を用いた体動除去手法を提案した．しかしICAによるfNIRSデータの分離信号と加速度の相関が低く，体動成分の特定が困難であった．そのため，本稿では体動成分の特定に相関係数だけではなくt検定を用いた手法を提案する．また提案手法の有効性を検討するため，既存手法であるWienerフィルタを用いた体動除去手法との比較を行う．

近年，癌治療や診断技術の進歩による長寿命化や生活習慣の変化に伴い，複数の臓器に癌が発生する多重癌が問題となっている．そのため，定期的に検査を行い，癌の早期発見が非常に重要とされている．現在，医師による癌の発見のための有力な診断方法として画像診断が行われている．しかし，診断対象となる臓器以外の情報は得ることができず，他で発生した癌を見落とすことが問題となっている．そのため，診断画像に他の臓器の癌情報などを付加し，複数の臓器の解析情報をつなげることで，多重癌の見落としを防止することが必要である．これより，一枚の画像から他の臓器の情報取得を可能にし，病気の見落としを防止するシステムが求められる．本稿では，画像解析を行った結果や他の画像情報を画像が持つメタデータに付加することで，他の画像の情報取得，見落とし防止を可能にするシステムを提案する．提案システムで用いる画像として，患者情報など多くの情報を格納できるDICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 画像を想定している．ユーザは画像を提案システムにアップロードするだけで，自動的に画像解析が行われる．そして，得られた癌の発病確率などを複数の画像のメタデータへ付加し，ユーザへ通知が行われる．これより，ユーザは対象としていない他の画像情報を得ることができ，病気の見落とし防止を補助する．今回，提案システムの有用性を確認するために評価実験を行った．提案システムの実装では個人情報やセキュリティの問題上，DICOM 画像ではなく，DICOM画像と同等の検討が可能なExif (Exchangeable Image File) データを含むJPEG 画像を対象としたシステムを構築した．

医療機関において，ベッドにおける患者の寝返りや就床，離床は負傷につながる危険があるため，ベッド上での患者の動作をモニタリングする必要がある．そこで，本研究ではベッドの左右の2本脚に圧電セラミックセンサをそれぞれ配置した安価な起床検知装置を提案し，各センサ波形の和，差から，ベッドの圧力の偏りを機械に学習させ就床，離床，寝返りの方向の識別を行った．識別率は就床92.9%，就床100%，右方向への寝返り86.0% ，右方向への寝返り82.5%となった．

ヒト脳のMRI画像を解剖学的領域ごとに分割ラベリングする際に、事前に脳領域のラベルを学習し、確率的推論を行うことによって、MRI計測で得られた生体内の物理的な微細構造を反映する信号値から標準化手法を用いずに個人脳を直接ラベリングする手法を開発した。学習画像以外の健常者脳をラベリングしたところ、一度学習すると標準化せずにラベリング可能であり、近隣の相関を考慮する信念伝播法で最も滑らかにラベリングできた。

【目的】情報の処理をしつつ，一時的に必要な情報の保持をする働きを担うのがワーキングメモリ (WM) である．WM容量を向上させることにより，反応抑制課題成績の向上や，注意・欠陥多動性障害の症状の改善が見込まれている．しかし，効果的なWM容量の向上方法は未解明である．本研究では，WM容量を計測する課題の一つであるリーディングスパンテスト (RST) における異なる方略を用いた訓練が，脳活動と神経線維へ及ぼす影響について検討する．【方法】健常者12名 (男性10名，女性2名; 平均年齢22.3±0.95歳) を対象に介入実験を行った．被験者12名中8名を1ヶ月間WM課題の訓練を行う訓練群 (イメージ方略の訓練群5名，リハーサル方略の訓練群3名)，残り4名を訓練を行わない統制群に分けて実験を行った．1か月間のWM課題の訓練前後でRST時の脳機能画像と拡散強調画像を1.5 [T] のMRI装置を用いて取得した．データ解析にはSPM8を使用し，脳活動は個人解析と訓練群ごとの集団解析 (paired t-test) を行い (p ＜ 0.001, uncorrected)，拡散テンソル画像法によって測定される拡散異方性 (FA) の変化をVoxel-based analysisを用いて検討した．またDTIStudio (FACT法) を用いてTractographyを行った (FA ＞ 0.2, angle ＜ 70°)．【結果・考察】訓練前後のRSTの正答率の変化は，イメージ方略の訓練群においてのみ成績が上昇した．MRIデータより，イメージ方略の訓練群においては訓練前に比べ，訓練後に前部帯状回と右楔部に有意な脳活動の上昇が生じ，右側頭葉のFA値が有意に上昇した．FA値が有意に上昇した領域からTractographyを行った結果，神経束である右下縦束が描画された．WMの中央実行系の機能を担うとされる前部帯状回の脳活動の上昇，そして視覚イメージに関する神経束である右下縦束のFA値上昇により見込まれる神経線維の髄鞘化は効率の良い情報伝達を可能にし，効果的なWMの使用につながったと考えられる．【結論】RSTにおける効果的な方略はイメージ方略であり，訓練が脳機能と脳構造に影響をあたえた．したがって，WMの訓練方法の違いによって，容量向上の効率や脳活動，また神経線維への影響が異なることが示された．

[目的] 本研究の目的は脳内の機能的および構造的なネットワークの関係性についての検討を行うことである．そのために，3Dプログラミングの一種であるDirect3Dを用いて，DTI (Diffusion Tensor Imaging) データを用いた神経追跡手法により得られる脳神経線維の走行とfNIRS (functional Near-Infrared Spectroscopy) から得られる脳活性部位を3D可視化するシステムを構築した．よって本稿では，基礎的検討として，提案システムを用いた評価実験を行い，脳活性部位間の神経線維の関係性について検討することを目的とする． [方法] 本提案システムはDTIデータを用いた神経線維の3次元座標データと，fNIRSにより計測された脳血流量変化データから判断できる活性部位，およびfNIRSの磁気計測で得られる観測Probe毎の3次元座標データを用いて，活性部位間の神経線維を描画するシステムである．評価実験では，短文を読みながら文中の単語を記憶するRST (Reading Span Test)課題時の複数の活性部位と描画される神経線維の関係性について検討した．この活性部位は，RSTの成績によって異なることが先行研究により示されている．本実験では，それらの活性部位間の神経結合について検討するため，成績が高い被験者と低い被験者各1名の課題時の脳活性データ，および脳神経線維データを用い，各被験者の活性部位間の神経線維の描画を行った．それらの結果を比較し，活性部位間の神経線維の特徴について検討した． [結果] 低成績者では，DLPFCとブローカ領域にのみ神経線維の強い繋がりがあることが確認できた．高成績者では，DLPFCとブローカ領域，ウェルニッケ領域とブローカ領域に神経線維の繋がりが強いことが確認できた．これらの結果から，RSTの成績と特定部位間の神経線維の構造的特徴とが関係することが示された． [結論] 以上の結果より，先行研究で機能的関連が示された領域間に神経線維の構造的な繋がりが存在し，成績によってその特徴が異なることが確認できた．本システムを用いることで，DTIとfNIRSデータから活性部位間の神経線維を可視化することで脳内ネットワークの機能的および構造的な関係性の解明に繋がることが示唆された．"

【目的】 本研究の目的は，マルチタスク時の脳活動とストレスの関係を解明し，より低ストレスでマルチタスクを行うための方略を提案することである．そのための基礎的検討として，本稿ではfMRI (functional Magnetic Resonance Imaging)と，気分を評価する質問（手法？）である短縮版POMS (Profile of Mood States)を用いて，マルチタスクを行ったときの，個人ごとの心理状態への影響の差異と，その違いが脳活動に及ぼす影響について検討する． 【実験方法】 実験課題には、被験者に同時に2つの情報を処理させるマルチタスク（以下Multi）と、1つの情報を処理させるシングルタスク（以下Single）を表現することが出来るonline letter matching 課題を採用した．被験者は健常者16名（平均年齢：22±1歳，右利き15名，左利き1名）を対象とした．本研究ではまず，各被験者のMulti とSingle のタスク時の脳活動をfMRI を用いて計測した．次に，各タスク時の心理状態の変化を短縮版POMS を用いて計測した．Multi とSingle のタスク前後の心理状態が正に変化した被験者を高ストレス群，負に変化した被験者を低ストレス群と定義した．そして，Multi とSingle において，高ストレス群と低ストレス群の脳活動の部位の違いを調査した． 【実験結果】 両タスクにおいて，高ストレス群，低ストレス群の被験者が存在した．このことから，同じタスクを行ったとしても，個人によって心理状態への影響が異なることが示された．Multi において，両群の脳活動を比較したところ，低ストレス群の小脳虫部において活性部位の違いがみられた．Single では，低ストレス群の小脳において活性部位の違いがみられた．このことから，タスクに対する心理状態の違いによって活動する脳部位が異なることが示された．また，小脳虫部は注意や予測を司る部位であることから，タスク時のストレスは注意や予測と関係がある可能性が示唆された． 【結論】 マルチタスクに対する心理状態の変化は個人によって異なり，その違いによって，同じタスクを行っても活動する脳部位が異なるという結果となった．Single でも同様の部位に活性の違いがみられたことからマルチタスクに特有の部位ではないと考えられる．しかし，マルチタスク時の脳活動とストレスに小脳虫部が関係する可能性が示唆された．"

【目的】本研究の最終目的は，非侵襲生体計測装置であるfMRIを用いて快の度合を識別する指標を開発することである．感情の働きは年齢や性別などの違いによっても異なると考えられることから，本稿では快の度合による脳の賦活部位や賦活の度合の違いを男女別に確認することを目的とする．【方法】本実験では，快の度合が異なる視覚刺激を用いて，快の度合に基づく賦活部位や賦活の度合について男女の違いの検討を行った．被験者は男性健常者7名，女性健常者8名（21-24 才，右利き）を対象とした．快の度合について，最も高い度合をHigh，やや高い度合をMiddle，低い度合をNeutralの3段階で定義し，これら度合別に選出した刺激画像を各被験者に提示し，MRI信号を計測した．得られた計測データは，男女ごとに集団解析を行い，性別による賦活部位や賦活の度合の違いについて検討を行った．【結果】男女での脳の賦活を比較すると，女性の方が帯状回や前頭部に賦活が現れやすい傾向が見られた．女性の場合，High画像を見せた際にのみ帯状回に賦活が現れ，MiddleやNeutral画像を見せた際は帯状回には賦活は見られなかった．また，快の度合が低くなるにつれて前頭部の賦活の広さも小さくなった．男性の場合，High画像を見せた際は帯状回での活性は見られなかった．また，女性の場合と同様，快の度合が低くなるにつれて前頭部の賦活の広さも小さくなった．しかし，女性と比べ前頭部での賦活は広くない傾向が見られた．前頭部は注意や関心を司る部位であり，快の度合が高いほどより注意や関心を引いたため，前頭部に賦活の差が現れたと考えられる．また，女性の方が男性に比べ感情強度が強いという報告もあることから，男女での快の度合の違いが前頭部に現れたと考えられる．【結論】本実験では快の度合による脳の賦活部位や賦活の度合の違いを男女別に確認した．男女で共通して快の度合が低くなるにつれて前頭部の賦活の広さが小さくなる結果だったが，男性よりも女性の方が賦活の広さが広い傾向が見られた．今回の結果より，快の度合やその性差の識別が可能であることが示唆された．

【目的】MRI画像を用いた診断が普及するに従い、画像から患者の特徴を自動的に見つけ出し医師による診断を支援する技術が求められている。脳は解剖学的に領域ごとに異なる機能を有することが知られており、画像が持つ特徴の統計的性質及びそこからのズレから特定の疾患の有無を検出する技術の創成も期待できる。本研究では試験的研究として、解剖学的ラベル付けという基本的問題に対して統計的機械学習を駆使した確率的推論による自動的に行う。【方法】構造的特徴毎に計算される平均値から脳の各領域が持つ特有の性質、分散値からその領域毎の個人差の程度を見積もる。これらの平均と分散だけでなく、隣接ボクセル間のラベルの関係性を考慮した確率モデルの各種パラメータに対して、事前に解剖学的ラベル付け済みの多くのデータを用いた疑似最尤法による学習を行う。その結果を用いて新たな被験者の脳の解剖学的ラベル付けを自動的に行う。そのラベル付けは信念伝搬法による高速計算手法を利用した。 【結果】左図がテスト用画像の正解のラベル、右図が本研究における結果である。利用する構造的特徴及び、学習に利用したデータ数が非常に少ない（20人分のFA値とTraceのみ）ものの、良好な結果を見せている。 【結論】本研究は、確率的情報推論により解剖学的ラベル付けを自動化する手法を提案した。使用するデータ数と構造的特徴を多くすることで精度が飛躍的に向上することが期待できる。

【はじめに】技能を習得するためには，理解と習熟の2段階があり，特に手術等の人の命に直接関わる技能は習熟段階に達していることが必須である．現在，習熟の評価には，課題成績を用いているが，これだけでは明確な習熟度判断は不可能である．そのため，習熟度を客観的に判断するために課題成績以外の指標が必要である．そこで，本研究では一ヶ月に渡って継続的に実験を行い，生理的指標を用いて習熟段階までの過程を検討する．本研究の目的は生体情報を用いた客観的な習熟度評価方法の確立である． 【方法】訓練の進展による習熟度の変化及び習熟度判定のための脳血流変化を利用した指標の検討を行うために，個人ごとに能力差の見られる立体視を訓練課題として実験を行った．立体視には，ひらがな一文字が知覚可能なステレオグラムを使用した．また，立体視の不得意な被験者に対し，4週間毎日訓練を行うよう指示し，訓練に伴う習熟度の変化を観察するために週に1回fNIRS （functional near infrared spectroscopy）で脳血流変化を計測した．男性健常者1名，女性健常者4名を被験者とし，計測には日立メディコ製のfNIRS，ETG-7100を使用した．10-20法に準拠し，両側頭部，後頭部，頭頂部，前頭部に計測プローブを配置した．実験は，最初に30秒間安静状態を保ちながら注視と発話を行う．次に60秒間の課題時間に立体視を行う．課題は2秒の注視の画面と最長10秒間表示されるステレオグラムの画面で構成されており，この2画面が繰り返し表示される．ステレオグラムの画面では，発話での回答後，次の画面へ進めるように設定した．最後に安静の時間を50秒間設け，最初の安静時と同様のことを行う． 【結果と考察】課題成績，回答時間，脳血流変化について検討を行った．第一に，課題成績は1分間に立体視出来た画像枚数で評価し，週を追うごとに成績が上昇した被験者は課題に対して習熟していることが分かった．そして，課題成績の上昇の仕方により，2グループに分類した．第二に回答時間について検討した．回答時間と課題成績の相関係数を算出したところ，週を追うごとに成績が上昇した被験者においては，高い負の相関を示した．この結果からも被験者は週を追うごとに課題に対し習熟していることが確認出来た．最後に脳血流変化について検討した．結果を検討する上で，「課題成績が上昇するにつれて，脳血流変化も増加する．一方で，課題成績が定常状態になるにつれて，脳血流変化が減少する」という仮説を立てた．また，取得したfNIRSの時系列データに対し，Z-scoreを使用して正規化を行った．このデータから，週ごとに積分値を算出し線形補間を行った．このグラフの波形により部位を分類した．その結果，課題成績が右上がりの被験者群では，グラフの波形が上昇傾向であり，また，課題成績が定常状態に達した被験者では，グラフの波形は減少傾向となった． 【結論】これらの結果より，課題成績の上昇の仕方と脳血流変化には関係性があることが示唆された．

脳機能マッピングの分野において，多くの実験は被験者の刺激に対する反応を観察することにより検討されている．しかし，様々な異なる課題では視覚刺激や聴覚刺激，または両方の刺激が使用され，同じ脳機能を計測する課題であっても，その反応は異なる可能性がある．また，注意の度合いは刺激によって異なり，その際の反応や脳の活動状態は大きく異なると考えられる．しかし、異なる感覚の相互作用やそれぞれの感覚に対する注意度合いによる脳の活性状態の違いは明らかになっていない．そこで本研究では，視覚刺激と聴覚刺激の2種類のGO/NOGO課題を同時に実施する．そして感覚情報への注意の度合いの変化と、その脳内表現の違いについて反応時間と脳血流変化を用いて検討する．【方法】本実験は，成人健常者11名に対し，functional Near-Infrared Spectroscopyを用いて， GO/NOGO課題を行う際の大脳皮質のヘモグロビン濃度変化量を測定する．そして，課題を10分間行い，視覚刺激と聴覚刺激それぞれに対する平均反応時間とその分散を注意の指標として，注意の度合いによる脳活動状態の違いを検討する．両刺激に対して最も反応が早いときと遅いときを比較し，有意に注意度合いが異なるとき，被験者全員において血流が有意に増加あるいは減少(p<.05)した部位を注意関連部位として着目した．【結果】注意関連部位は前頭部の右下前頭回付近となった．注意度合いの変化と右下前頭回の脳血流変化量について検討した．視聴覚刺激両方に最も注意しているとき，聴覚刺激に比べ視覚刺激に注意しているとき，視覚刺激に比べ聴覚刺激に注意しているとき，両刺激に対して最も注意をしていないとき(低注意状態と呼ぶ)の4つの注意の度合いにおける脳血流を比較した．すると，上記の順に脳血流変化量が増加した．また，低注意状態における反応時間の分散値によって注意度合いを分類した．その結果，反応時間の分散値が小さいときに比べて，分散値が大きいときに右下前頭回の脳血流変化量が有意に増加した．【結論】本研究で得られた結果より，反応時間で注意の度合いを示すことができた．一般に，脳に入力される情報量の多い方がより脳は活性することが知られている．聴覚刺激より視覚刺激の方が課題の持つ情報量は多いため，注意が行われる際も視覚刺激に対して，より脳活動は増加すると考えられる．本実験においても，注意関連部位において情報量に対する注意の度合いが反映されたと考えられる．そして今後，反応時間の分散値を同時に考慮することで，より被験者の注意度合いを詳細に評価することができる可能性が示唆された．

【目的】ワーキングメモリは容量に制限や個人差があるとされているが，トレーニングにより容量を増加させることで作業効率の向上が期待される．これより，ワーキングメモリ容量を増加させようとする研究が多くなされている．しかし，脳機能と関連した評価方法は確立されておらず，自身のワーキングメモリの状態を知ることは困難である．そこで，fNIRS(functional near-infrared spectroscopy)を用いてワーキングメモリと脳機能の関係について検討した．今回は基礎研究として言語性ワーキングメモリ課題であるRST(Reading Span Test)の成績により，ワーキングメモリ容量と脳血流量変化の関係を調査した． 【方法】女性健常者20名に対して，RSTを5回行った時の脳血流量変化を測定した．着目部位はBaddeleyのモデルを参考に中央実行系があるとされる前頭前野背外側部(DLPFC)と音韻ループがあるとされるブローカ野，ウェルニッケ野に設定した．RSTは保持できた単語数で評価され，成績が良いほどワーキングメモリ容量も大きいとされる．成績の高い４名をHigh群，成績の低い4名をLow群とし，脳血流変化の群間比較を行った． 【結果】ワーキングメモリのモデルで中心となるDLPFCの働きの違いを検討するため，タスクに対する血流動体関数を作成し，High-Low群間で比較を行った．その結果，High群ではLow群と比較して関数とDLPFCで有意に高い相関が得られた．また，DLPFCの命令で働くブローカ野とウェルニッケ野の関連について比較したところ，High群ではDLPFCとブローカ野，DLPFCとウェルニッケ野で高い相関を示した．それに対してLow群では， DLPFCとウェルニッケ野では高い相関を示したものの，DLPFCとブローカ野の相関はHigh群に対して有意に低かった． 【考察】DLPFCが注意の制御を行う部位であるならば，課題中にのみ活性すると考えられる．血流動体関数とDLPFCの血流量変化の相関が高いことから，High群では課題中に必要な注意の制御を行うことが出来たと考えられる．また，High群はDLPFCとブローカ野，ウェルニッケ野で高い相関を示し，ワーキングメモリのモデルに対応する各部位が活性していたと考えられる．それに対してLow群は， DLPFCとウェルニッケの相関は高かったが，血流動体関数とDLPFCの血流量変化の相関は低く，注意の制御はできていなかったと考えられる．さらに，DLPFCとブローカ野の相関は低く，情報の更新をできていない可能性が考えられる． 【結論】High群においては，ワーキングメモリの中心となるDLPFCが注意の制御を行うことができたと考えられる．また課題を遂行するためにはDLPFCの活性とブローカ野が同調して活性することが重要であると考えられる．

In the field of functional mapping of the brain, several experiments were investigated by observing the effects of the provided stimuli on subjects. However, the same reactions could be related to different stimuli leading to different processes of higher brain functions and different activity states.The degree of attention is modulated by stimuli, then it may be one of the most significant cause for the reactions and the activity states.Therefore, to associate cerebral function with a particular activity state of the brain, it is necessary to take into consideration the difference in the activity state induced by the degree of attention.The difference in the activity state of the brain that the difference degree of attention based on the interaction of senses and each different senses has been actively discussed, but has not been clarified.In this study, we performed two types of GO/NOGO tasks with visual and auditory stimuli in parallel.In addition, we examined the effect to brain activity with the degree of attention to the multisensory, using cerebral blood flow (CBF) changes or reaction time (RT).The cerebral cortex oxy-hemoglobin concentration changes were observed in five healthy women, while these GO/NOGO tasks were performed using functional near-infrared spectroscopy.Tasks were performed 10 minutes, and the activity states on attention degree are evaluated by the mean and variance of RT every 10 samples as parameters of attention.By comparing the period of the best to the worst responses to auditory and visual for each stimuli, the frontal cortex was focused as the attention-related regions that the CBF changes significantly increased or decreased (p <.05) in common with visual and auditory stimuli in all subjects.The region of indicating the attention was different, because the best performance period is different evaluation between by the mean and by the variance of RT.So, we consider as another parameter the mean and the variance of RT.It is regarded the different degree of attention as when subjects have the most attention to both visual and auditory, to visual than auditory, and to auditory than visual.The CBF changes on the highest degrees of attention of three are compared by using each parameter.And, CBF changes are increased either parameter in the order of the above.The region indicating the attention was different in the mean and variance of RT.It has generally been recognized that more the information input in the brain, more activated the brain is.It is believed that visual stimuli contain more information than auditory stimuli.So, visual stimuli also induce more load on the brain than auditory stimuli when subjects pay attention.In this experiment, it is also suggested that the degree of attention to the amount of information reflected in the attention-related regions, when they have the most attention to stimuli.

【Introduction】 The sound environments affect the results of intellectual works and the cerebral blood flow change was elucidated by the research using fNIRS(functional near infrared spectroscopy) 1). Furthermore, it is reported by psychological researches that there is a gender difference in performances under the influence of environment, and also in the sound which a person feels pleasant or unpleasant2). Since the previous study was conducted by 8 male subjects, the gender difference of the influence of sound environments was not under review. In this research, we investigated the gender difference in the influence of sound environments on intellectual work and brain functions during memory tasks. The experiment was conducted by 10 subjects, which consisted of 5 males and 5 females. 【Methods】 In this experiment, three types of sound environment was used; silence, pink noise, and white noise. The sounds were presented while the subjects were performing an intellectual work. The intellectual work in this experiment was the task to memorize numerical strings; A subject memorized 8 numbers displayed in a circle in 3 seconds, and input them in the correct order within 7 seconds. A subject repeated this task 30 times. As the results of performance, the number of correct characters answered was counted. The influences of the sound environments on the performance were examined by measuring the cerebral blood flow change using fNIRS. After the experiment, questionnaires were completed by the subjects to investigate psychological factors. VAS (Visual Analogue Scale) was used as the measurement of feelings. The subjects marked the scale from 0 to 10 to illustrate their pleasantness. 【Results】 The male subjects showed the better performance in the following order; silence, white noise, and pink noise, while the female subjects showed the better performance in the following order; white noise, silence, and pink noise. From the results of t-test, a significant difference between male subjects and female subjects was observed only at the 5% level under the white noise. A significant difference of the cerebral blood flow changes between a rest and a task was found in more than a half of subjects under every sound environment, and it was observed near inferior frontal gyrus of left temporal region. In this area, the cerebral blood flow changes were increased under the sound environments that subjects showed the better performance. From the results of questionnaires, the order of sound environments that a subject felt pleasant was just the same as the order of sound environments that he or she performed well. According to a psychological study, female are tend to find a white noise pleasant, while male finds it unpleasant. In this experiment, males found silence pleasant, and females found white noise pleasant. From these results, it was considered that the sound environment which a subject felt pleasant made their ability of concentration increased, so that a subject could show high performance and his/her cerebral blood flow was increased. Furthermore, since white noise has the effect of masking, it might mask the operating noises of the fNIRS. The inferior frontal gyrus of left temporal region, which was studied as an activated region in this experiment, is known to be related to working memory. Therefore, in this experiment, it is considered that the cerebral blood flow changes were increased in this area, because this task requires memorizing and retaining the information. 【Conclusions】 This research is aimed to investigate the gender differences in performances and brain functions during memorizing tasks under the influence of sounds. In the experiment, the subjects performed the tasks to memorize numerical strings under the three sound environments; silence, pink noise, and white noise. Then the significant difference between genders was observed at the 5% level under the white noise. The sound environments a subject found pleasant were different between genders, and under the sound environment which a subject found pleasant, he/she achieved the better score in the performance. The activated area was inferior frontal gyrus of left temporal region, and it is observed that the cerebral blood flow changes were increased greatly under the sound environment in which the subject showed the better performance.

Introduction: In recent years

【Introduction】 Social interaction is important for us to live our lives and a topic to attract attention in the field of brain science in recent years. In this area of research, particularly cooperative work is a focus. Cooperative work needs sharing timing. Miyake et al.(2004) investigated the mechanisms of timing control but haven’t done research on brain activity on this occasion. We research interpersonal brain activities during cooperative work in our study. To approach this goal, we have two steps; a Human-Machine system as the first step and a Human-Human system as the second step. To investigate process of interactive shared timing which becomes the basis of human communication, we examine brain activities of two subjects who perform a synchronized cooperative tapping task based on previous study (Kon et al. 2006). 【Methods】 The synchronized cooperative tapping task requires two subjects. One of paired subjects move his/her finger in synchronization with an auditory stimulus produced by the other’s tapping in this task. They move their finger in synchronization with rhythmic tapping given by each other for 150 seconds. Seven healthy women (4 pairs; age: 23 years; right-handed) participated in this study. We focused on inferior frontal gyrus (IFG) and superior frontal gyrus (SFG) as region of interest (ROI), and measured cerebral blood flow changes using fNIRS. We had a questionnaire called KiSS-18 which is one of psychological indexes to evaluate social skills after experiments and developed by Kikuchi (2004). Kikuchi extracted three factors from KiSS-18; problem solution skill, trouble management skill and communication skill. 【Results】 We marked their task performances using synchronization error (SE) which is an interval between time of presented auditory stimulus and button press action. We calculated averages of SE in all subjects. Figure 1 shows differences of the averages of SE between both subjects in each pair. We focus on Pair 4 because they have the largest difference in all pairs. It indicates that they carried out task taking roles as leader and follower respectively. We estimated relationship between cerebral blood flow changes of both subjects using correlation coefficients. The values of correlation coefficients were 0.83 at CH14 and 19 in right SFG and 0.73 at CH18 and 22 in left SFG. Both subjects of Pair 4 have large scores of communication skill, which is a factor of KiSS-18, in all subjects and there was the smallest difference between the scores. It is reported that SFG have the function of predicting the behavior of another person (Cui, 2012). It is suggested that two subjects of Pair 4 perform the synchronized cooperative tapping task paying attention to movement of each other because their SFGs functioned as mentioned above from the results of large correlation coefficients. 【Conclusion】 In order to investigate brain activities when two people work cooperatively, we carried out fNIRS experiment using synchronized cooperative tapping task at Human-Human system. We used KiSS-18 to evaluate social skill. Based on the score of tapping, we focused on a pair because their task performance suggested sharing roles. As the result, the correlation coefficients of their cerebral blood flow changes in SFG showed large values and their scores of communication skill were large and in the same range. Therefore, it is suggested that a pair who have large score of communication skill perform action with predicting the behavior of each other. Further consideration will be needed to yield any findings about a pair whose scores of communication skill are in the same range but small.

Introduction: Proficiency level on skill acquisition is hardly judged only by scores of a test. Therefore, it is needed some indexes to judge the proficiency level objectively other than task score. Then, we have run a long term experiment continuously, and investigated the process of proficiency using a physiological index. This study aims to find evaluation method for the proficiency level using physiological index. Methods: In our experiment, stereoscopic vision was used as a training task in which the difference in one's ability could be observed. A Japanese character (Hiragana) was perceivable through the stereogram used in this experiment. As a long term experiment, some subjects who were not good at stereopsis were directed to practice it every day for four weeks, and their cerebral blood flow changes were measured once a week using fNIRS (functional near infrared spectroscopy) to investigate the changes in proficiency through their practices. This experiment aimed to examine the changes in proficiency caused by the progress of the training, and found an indicator to evaluate the proficiency using cerebral blood flow changes. Subjects were a healthy male and four healthy females. Conforming to the 10-20 method, we measured the both temporal, occipital, parietal, and frontal regions. During the task time, subjects were to gaze a cross mark which was shown in the center of the screen, and during the rest time, they were to say aloud the vowels, ""a i u e o"", repeatedly. Subjects had performed stereoscopic vision in the task time. The task comprised two blocks; in the first block, the subjects were to gaze the screen for two seconds and in the other block, they were showed stereopsis for ten seconds. A subject was allowed to proceed to the next screen, once he/she answered the stereopsis. Results: As experimental results, we examined the task performance, the reaction time and the cerebral blood flow changes. Firstly, the number of answers in which a subject answered correctly within the limited time was examined. We found that subjects had been developing proficiency of this task, because task scores had been increasing in every week. Secondly, reaction time was examined. The correlation coefficient between the performance and the reaction time was calculated, and it was found that a subject whose score had been improving showed a high negative correlation. From this result, it was considered that the subjects had been developing proficiency of this task in every week. Lastly, the cerebral blood flow changes were examined. The time-series row data of each week were visually studied, and it was confirmed that the cerebral blood flow had been decreasing. In order to illustrate numerically, SLOPE of the cerebral blood flow changes during the task time was used as a numeric indicator. Then, to determine the change of the region, the data was colored by the slope change. After data was separated by a positive or negative sign of the slope, the average value of all the regions in all weeks was calculated, and the data was colored using the average value as its thresholds. As the result of the examination on region changes, the cerebral blood flow changes also had been decreasing, as the visual confirmation of the measurement data. From these results, the effectiveness of SLOPE for the proficiency level evaluation was confirmed. However, there were some subjects whose cerebral blood flow change had increased only in the fourth week. At least three reasons can be considered. Firstly, they might have reached the stage of understanding problems in learning skills, but it had not reached the proficiency level yet. Secondly, they might have reached the skilled level, but proficient state was still unstable. Thirdly, psychological factors of subjects had affected. Conclusions: From these results, we found that cerebral blood flow change is decreased when the subjects acquire skills. Cerebral blood flow change slope can be the index for judging the proficiency level.

拡散テンソル画像法を用いた脳神経線維追跡の概要と手法について、レクチャーを行った。基本的なMRIの原理から、DWI、DTIの原理、神経線維追跡の一般的な手法、得られる情報について概要を説明した。

基本的なMRIの原理から、DWI（拡散強調画像）、DTI（拡散テンソル画像法）の原理、神経線維追跡の一般的な手法、得られる情報について概要を説明した。また、脳機能計測と神経線維追跡を統合して、脳機能のつながりと構造的な神経のつながりに関する、最新研究についても報告した。

【目的】 本研究では音環境が数字記憶課題の成績，脳血流変化に及ぼす影響の男女差の検討を目的とした． 【方法】 本実験では，被験者を男性5名，女性5名とし，静音，ピンクノイズ，ホワイトノイズの3種類の音を作業時に提示した．知的作業として，8個の数字を3秒間で記憶し，7秒以内に順番通りに入力する数字記憶課題を行った．各音環境において数字記憶課題を30問行い，それぞれ正答文字数を測定した．作業時の脳血流変化はfNIRS(functional near infrared spectroscopy)を用いて計測した．また，心理的要因の調査を目的とし，実験後にアンケートを行った． 【結果】 男性は静音，女性はホワイトノイズで最も良い成績を示した． t検定の結果，ホワイトノイズのみ男女間の成績に有意差が認められた．また，左側頭部の下前頭回付近が被験者間で共通して活性し，より高成績を示す音環境において，大きい脳血流変化を示す結果となった．快と感じた音の順序と，高成績を示した音の順序は一致する傾向となった． 【考察】 心理学的な既存研究によれば，女性は男性に比べてホワイトノイズ快に思うと報告されている．本実験では，男性は静音を快と感じ，女性はホワイトノイズを快と感じた傾向にあった．このことより，快と感じた音において集中力が高まり，高成績，脳血流量の増加につながったと考えられる．また，ホワイトノイズはマスキング効果により，fNIRSの動作音などをマスキングした可能性がある． 【結論】 本研究では，音環境が数字記憶課題の成績と脳血流変化に及ぼす影響の男女差の検討を目的とした．静音，ピンクノイズ，ホワイトノイズの3種類の音環境の中で数字記憶課題を行った結果，ホワイトノイズ提示下で課題成績に男女差が見られた．快と感じる音は男女で異なる傾向となり，快と感じる音ほど高成績につながる結果となった．また，活性部位は左側頭部の下前頭回付近であり，その部位では高成績を示す音環境ほど脳血流が大きく活性する結果が得られた．

Ⅰ目的: 本研究では，被験者の課題成績に基づき，課題の難易度変化が脳活動に及ぼす影響の検討を目的とする．Ⅱ方法： 音刺激のGO/NOGO課題において，GO信号とNOGO信号の周波数差を変化させることにより，課題の難易度付けを行う．GO信号を1000Hz，NOGO信号を1020，1030，1040，1050，1060，1100Hzに設定し，周波数差が小さいほど，課題の難易度が高いと定義する．各被験者の課題成績はGO/NOGO課題に対するエラー率および反応時間とする．また課題遂行時の脳活動を機能的近赤外分光法(functional Near Infrared Spectroscopy: fNIRS)を用いて計測する．Ⅳ結果: 前頭極における，課題中の被験者12人の平均Oxy-Hb積分値は，NOGO信号を1060Hzに設定時最大となり，課題の難易度が高くなるに伴い，減少傾向が見られた．また下前頭回においては，NOGO信号を1030Hzに設定時最大となり，課題の難易度が低くなるに伴い，減少傾向が見られた．一元配置分散分析（p<.05）の結果より，前頭極における結果にのみ有意差が見られた(F(5,66)=4.3169, p < .05, F(5,66)=0.864, p > .05).下前頭回において，課題成績より，被験者を高成績群，低成績群の2群に分け，平均Oxy-Hb積分値を算出した．高成績群においては，NOGO信号を1030Hzに設定時最大となり，課題の難易度が低くなるに伴い，減少傾向があったのに対し，低成績群では，傾向が見られなかった．一元配置分散分析（p<.05）の結果より，高成績群にのみ有意差が見られた（F(5,30)=3.871, p < .05, F(5,30)=0.702，p > .05）Ⅴ考察及び結論: 前頭極は，未来の予知や，自分の行動の是非に深く関係していると言われていることから，全被験者において，難易度が低い課題で，より音の聞き分けが出来ていると考えられる．一方，右下前頭回においては，高成績群でのみ，難易度の高い課題で脳活動が有意に大きくなる傾向が見られた．右下前頭回は反応抑制に深く関係していると言われていることから，GO/NOGO課題時に主に機能するとされる反応抑制は，課題成績の影響を受けることが示唆された．

【目的】脳は周囲の状況を理解するため，感覚情報を処理する．複数種の感覚情報が入力された時と単体の感覚情報が入力された時では，情報処理の優先順位による活性部位の違いがあると仮定し，単体と複数の刺激が入力された時の脳の処理機構の違いを機能的近赤外分光法(functional Near Infrared Spectroscopy: fNIRS)を用いて検討する．【方法】計測機器はfNIRS 装置（ETG-7100：日立メディコ製)を使用し，122chで全脳を計測した．被験者は22～24歳の健常成人15名とした．実験設計は30sのレストと15sのタスクを5回繰り返すブロックデザインとし，視覚刺激のみの場合，聴覚刺激のみの場合，視聴覚刺激両方を提示する場合の計3回を行った．タスクにおける視覚刺激は7.5Hzで反転するチェッカーボード，聴覚刺激は1000Hzの正弦波音を提示し，レストではどの課題においても被験者は常に画面中央の固視点を見続けた．各試行において得られたデータを加算平均して活性の検討を行った．【結果】視聴覚刺激提示時にのみ活性した領域は両側頭極付近に集中し，単体刺激提示時にのみ活性を示した領域は頭頂葉に見受けられた．【考察】両側頭極付近の活性は，上側頭溝の多感覚統合領野の活動により活性したと考えられる．この領域は視覚と聴覚情報の統合を行う．また頭頂葉には、体性感覚情報と視覚情報を統合する多感覚統合領野が頭頂開溝に存在しており，単体の感覚刺激提示時は，体性感覚情報との統合を優先したのに対し，視聴覚刺激提示時は，視覚と聴覚の関係性を理解するために上側頭溝の活動を優先したため，視聴覚刺激提示時では活性が減少したと考えられる．【結論】感覚刺激が複数の時と単体の時の活性領域を比較したところ，視聴覚刺激提示では，両側頭極付近が活性したのに対し，単体刺激提示時では，頭頂開溝付近が活性した．脳は異種の感覚情報を統合して処理するために，体性感覚情報よりも視聴覚刺激の統合を優先することが示唆された．

現在，内視鏡を用いて早期胃癌の治療を行う際，医師は胃の粘膜の模様や微小血管の走行状態を観察することにより正常部位と病変部位の判断をしている．しかし，正常部位から病変部位にかけての変化の様子を定量的に評価する指標は存在していない．そこで本研究では，NBI併用拡大内視鏡で撮影された画像に対してテクスチャ解析を行うことにより，変化の様子を定量的に示す手法を提案する．本手法では，windowを走査して同時生起行列より6種類，ランレングス行列より5種類の特徴量を求める．次に，正常部位と病変部位で最も有意差のある特徴量をもとに等高線を描画した．また，複数の特徴量の統合を行い，カラーマップを作成することにより変化の様子を示した．その結果，等高線を描画することにより正常部位と病変部位の境界線が得られ，カラーマップにより病変部位の変化の様子が示された．

[Purpose] In the former studies, it was demonstrated that sound environments affect the results of intellectual work and cerebral blood flow changes using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), i. Furthermore, psychology studies have reported that gender-specificity exists in the influence of pleasant and unpleasant sounds on the work environment. In this study, we investigated gender difference in the influence of sound environments by scoring a memorizing numerical string task and observing cerebral blood flow changes. [Methods] This study examined 24 subjects, among which 12 were males and 12 females. In this study, we selected three sound environments, namely, silence; “the sonata for two pianos in D major, K.448” by Mozart; and white noise. Subjects were exposed to sounds while working. The effect on intellectual work was analyzed by measuring the number of correct answers to 30 questions. Subjects had to memorize eight numbers in 3 sec and input them in the correct order in <7 sec. We examined the influence of different sound environments on the task by measuring cerebral blood flow changes using fNIRS. [Results] The results revealed that males showed the best performance when exposed to silence, whereas females showed the best performance in the presence of white noise. The influence of sound environments on the score was significant at 5% level in both males and females as calculated using the two-way factorial ANOVA without replications. Simultaneously, the results of the t-test at 5% level showed significant differences between males and females only in the presence of white noise. In addition, the same significant difference was observed in the average cerebral blood flow change. Cerebral blood flow change in males decreased and that in females increased. Moreover, it was observed that cerebral blood flow change decreases under pleasant sound conditions and increases under unpleasant conditions. Also in this experiment, in the white noise, cerebral blood flow change in males was tended to decrease and that in females tended to increase. Therefore, we suggest that males may feel that the white noise is unpleasant as opposed to females. In conclusion, females showed the best performance in the presence of white noise, under which their cerebral blood flow change increased. Based on these results, we found that there is a gender-specific difference in the performances of intellectual work and cerebral blood flow changes in the presence of white noise.

In this research, an evaluation method of for proficiency assessment using brain functional mapping information is has been established using information obtained after mapping brain function.The target task in this paper is stereopsis.To accomplish the goal of this study, we investigated two subject groups.These groups were divided by on the basis of whether the or not subjects were good at stereopsis or not. Then, we compared the difference of in cerebral blood flow change between the groups. The blood flow change was measured by using functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS), which is known as high time resolution. Then, we examined the progress of stereopsis from its analyzing the fNIRS data.As a training task, the subjects were shown some stereograms, in which they can find one Japanese character (Hiragana).The subjects were measured their cerebral blood flow changes in subjects were measured using fNIRS when they were engaging with stereoscopic vision using fNIRS, and We counted the number of stereogram sheets which that subjects were able to recognize in a limited time frame was counted. This number is defined as proficiency. We The study involved had eleven volunteer subjects (age:22 ± 0.5).Firstly, we classified subjects into two groups on the basis of whether or not the subjects they were good at stereopsis or not.Secondly, to examine the active region, we divided rest and task section data into fifteen pieces, for which baseline processing was performed through the all the channels (CH), into fifteen pieces.Then, these pieces were analyzed using performed t-test (p < 0.01).As the result, for almost all the subjects, there was a significant difference in three CHs near the lower frontal head of almost all subjects.Then, we chose selected these three CHs and the other CHs, where the significant differences were found as interested regions. We calculated the average amount of cerebral blood flow change in the CHs. Finally ,we figured out observed the average sites where of focused site of cerebral blood flow changes occurred. The decrease of the change was found at the subjects who were good at stereopsis showed a decrease in cerebral blood flow change. In the Other related studies, it is reported that the change of in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) were decreased with the progress of stereopsis ability.Therefore, in this study, we concluded that the region of interested region in this study might be DLPFC.In these related studies, the personal ability differences were not mentioned. Since our results are similar to the related study, it we may conclude that DLPFC is related with to the personal ability differences.

[Purpose]In the field of functional mapping of the brain, several experiments were performed by observing the effects of the provided stimuli on subjects. However, the same reactions could be related to different stimuli leading to different processes of higher brain functions and different activity states. Therefore, to associate cerebral function with a particular activity state of the brain, it is necessary to take into consideration the difference in the activity state induced by different stimuli. In this study, we used visual or auditory stimuli during the psychomotor vigilance task (PVT) and the go/no-go task, which are commonly used for measuring the same sustained attention. In addition, we examined the effect of these different stimuli on cerebral blood flow changes or reaction time (RT).[Methods]This experiment measures the inferior frontal gyrus of 34 healthy men performing four types of tasks using functional near-infrared spectroscopy.It has been observed that focused regions are activated when a subject performed these tasks. The change in total hemoglobin concentration between the rest and task periods was calculated for every subject and compared using Student's t test (p < 0.05). The regions which had a significant difference in both visual and auditory stimuli were regarded as active regions.[Results]Subjects were classified into two groups on the basis of the changes in concentration at audio and visual stimulus. In V group, changes in concentration at visual stimulus were larger than that at auditory stimulus. In A group, the changes in concentration at auditory stimulus were larger than that at visual stimulus. In PVT, no difference was observed in RT between V and A group. In contrast, ingo/no-go task, the A group was approximately 20 ms later than V group.[Conclusions]It has generally been recognized that more the information input in the brain, more activated the brain is. It is believed that visual stimuli contain more information and induce more load on the brain than auditory stimuli. However, the A group was activated while performing audio stimulus. These results suggest that the A group was unable to pay attention to the visual stimulus, which had more information. Moreover, the amount of information of the go/no-go task is bigger than that in PVT. Therefore, difference in the activity state of the brain in visual and auditory stimuli was more evident in the go/no-go task.

In this paper, The relationship between working memory capacity and cerebral blood flow change was evaluated using the results of a reading span test (RST), which is a language working memory task. Individual differences exist in working memory capacity. Good methods for evaluating brain functions related to working memory are unavailable, but it is difficult to understand the state of individual working memory. In this study, the relation between working memory and cerebral functions was observed using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). The regions of interest in the brain were the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and the left inferior frontal gyrus (LIFG). It has been reported that DLPFC is responsible for continuing cautions, while LIFG manages language processing. First , the functional relation between DLPFC, which has the function of continuous cautions, and RST was observed. In this respect, cerebral blood flow change in subjects with lower scores was higher than that in subjects with higher scores. Second, subjects were classified into two groups, i.e., high score group and low score group, and features of the two groups were examined. In both groups, LIFG was activated with different active patterns. In LIFG, brain activity was constant for the high score group, while it declined for the low score group. Simultaneously, the brain activity in the DLPFC region for the low score group increased.

[Purpose]We investigated the effect of color temperature on sustained attention from the point of view of brain function using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS).This study aims to derive appropriate light environments for operating efficiency.This study describes that high color temperature improved the performance and the superiority of right hemisphere of the brain.[Methods]To investigate brain activity during sustained attention, subjects performed go/no-go task.Thirty-four healthy young men (age, 21.5 ± 0.5 years participated in this study.We measured cerebral blood flow changes in the inferior frontal cortex (IFC) under sustained attention using fNIRS.During the go/no-go task, subjects were exposed to two different lights (high color temperature at 7966 ± 65 K and low color temperature at 3226 ± 28 K).We investigated the go/no-go task performance and hemispheric dominance during sustained attention.The performance was evaluated based on an error rate and reaction time (RT) of the go/no-go task.Reaction of the subject was counted as error when the reaction time of go trials was >500 ms. Laterality index (LI) was used to evaluate the hemispheric dominance of sustained attention.We investigated the hemispheric dominance using the median of the total hemoglobin change (L: left IFC, R: right IFC) during the go/no-go task.[Results]Approximately 68% subjects demonstrated fast reaction on high color temperature, whereas they exhibited significantly shorter RT on high color temperature (p < 0.05).LI analysis demonstrated that IFC activity was higher in the right hemisphere when exposed to high color temperature.We suggest that high color temperature affects the right hemisphere superiority and improves performances.When we considered error rates, we observed that the group of low error rate was significantly smaller at high color temperature (p < 0.05). These results suggest that the group of subjects with low error rates demonstrated a greater IFC activation when exposed to high color temperature than subjects with high error rates.[Conclusions]This study demonstrates that high color temperature affects the right IFC and is associated with improved cognitive performances.The results reveal that when exposed to high color temperature, almost all subjects performed fast responses.

[Purpose] In recent years, brain functions have been observed using functional brain imaging techniques. However, effects of changes in the task parameters are hardly detected. In this study, we investigated cerebral blood flow (CBF) under task difficulty changes. The aim of this study is to investigate the influence of varying task difficulty, via manipulation of sound frequency within the auditory go/no-go tasks, on measured inhibitory response.[Methods]We used functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) on both sides oflateral and prefrontal cortex to observe brain function activities. Thirteen adults completed the auditory go/no-go tasks. The tasks had a go signal at 1000 Hz and no-go signals at 1020, 1030, 1040, 1050, 1060 or 1100 Hz.[Results]According to the results, the reaction time and error rate tended to increase with decreasing difference in frequency between the go and no-go signals. It is suggested that the difficulty of the test depends on the frequency difference between the go and no-go signals. Thirteen subjects were given auditory go/no-go tasks with different difficulty conditions, namely high, medium, low, with a go signal at 1000 Hz and no-go signals at 1020, 1060, or 1100 Hz. Subsequently, CBF changes were measured using fNIRS. It has been reported that when CBF becomes active in a certain area, oxygenated hemoglobin increases near the area. Our results revealed that CBF of the right inferior frontal gyrus, whose function is to process inhibitory responses, was most active under medium difficulty. CBF of transverse temporal gyrus, whose function is to process sounds, was active under low and medium difficulties at the same level. In contrast, the CBF activation level was lowest under highest difficulty. Moreover, according to the results of the questionnaire survey on subjective difficulty, seven subjects of the thirteenth could not properly differentiate between go and no-go signals under high difficulty. We concluded that CBF of inhibition responses depends on task difficulty in the go/no-go tasks. We observed that when the subject could differentiate between go and no-go signals, CBF response was more active on the right inferior frontal gyrus, and this activation was correlated with the difficulty. However, when the subject could not differentiate between go and the no-go signals, the activation was smaller.

[Objective] The magnetic resonance diffusion tensor imaging (MR-DTI) is an imaging method that measures diffusion of water molecules in vivo. We can reconstruct the three-dimensional image of the nerve fibers called a fiber tracking and a tractography with MR-DTI. However, the fiber tracking process may be terminated or suffer from tracking errors where multiple nerve bundles cross each other in a unit voxel. In this study, we propose a fiber tracking method that tracks fibers in crossing areas of multiple nerve bundles in order to improve the precision of tracking. [Methods] We established the fiber tracking by searching the relevant streamline of fibers based on the curvature and torsion of interpolated streamline in the crossing areas. We demonstrated validity of this method using two types of three-dimensional simulation models, which represented three nerve bundles; a bundle passing from the central part of the corpus callosum (CC) to the fifth visual cortex (V5) (Fiber 1), a bundle connecting the frontal lobe and the occipital lobe including the primary visual cortex (Fiber 2) and a part of the superior longitudinal fasciculus (Fiber 3).We focused on Fiber 1 for the fiber tracking. [Results] We show the tractographies obtained from the fiber tracking for the simulation data set of signal to noise ratio (SNR) = 300 in Fig.1. We counted the number of fibers of which could be tracked from starting area to terminal area successfully. The percentage of the successful tracking by the proposed method showed higher values in comparison with the tracked results by three previous methods. Especially, we obtained 45.2 % increase with the simulation of the curved model. [Conclusions] We proposed a tracking method for the interpolation based on the evaluation of the curvature and the torsion along the interpolated streamlines. We showed robustness for the tracking obtained by the application of the proposed method. The results of this study demonstrated the feasibility of the proposed method in the crossing areas where the diffusional anisotropy of the water molecules has reduced.

The goal of this study is to identify an indicator of the pleasantness levels based on information provided by functional brain mapping. Preliminary examination was performed in this paper. The experiment was performed to verify whether the differences in brain activity observed based on various pleasantness levels of stimuli could be sufficient for classification. In the experiment, the stimuli pictures, which were categorized into 3 pleasantness levels (High, Medium, and Neutral), were presented, and blood oxygen level-dependent (BOLD) signals were measured using MRI. The nine subjects participated in this experiment. The results showed that the higher levels of pleasantness of stimuli were associated with a wider active area around the visual area and a higher active degree in the cingulate gyrus. Moreover, as contrasting higher pleasant stimuli to lower pleasant stimuli, the cingulate gyrus significantly was activated by higher pleasant stimuli. Therefore, the feasibility of differentiating the pleasantness levels based on cerebral activity using the fMRI technique is suggested.

近年の医療技術の発展に伴い，脳卒中や脳梗塞といった脳疾患患者の生存率は大きく向上している．しかし，これらの患者は言語障害や運動障害といった後遺症が残る可能性が非常に高く，障害が発現する以前よりも会話や感情の表現が困難になる．従って，このような感情を適切に表現できない患者をサポートするBMI(Brain Machine Interface)などの感情識別システムの開発が求められている．本研究では特に感情の上位概念である快と不快に着目した．これら快と不快の識別に関する先行研究は多く存在する．しかし，実際に感情識別システムを利用する場合を考えると，快と不快の2値の識別ではなく，度合の識別も重要になる．例えば，患者がケアを受ける時や，温度や照明環境といった部屋の環境等は，どれくらい快いかを段階的に評価，識別することで，より質の高い患者の支援が可能となる．よって本研究では快と不快の度合の識別に用いる指標の開発を目的とし，本稿では，その予備的な検討として，快の度合が異なる刺激に対して識別に十分な脳活動の違いが得られるかを確認する実験を行った．快の度合を高，やや高，通常の3段階で定義した刺激画像を9人の被験者に提示し，MRI装置を用いてBOLD(Blood oxygen level-dependent)信号の計測を行った．集団解析結果では，単純主効果解析において，より高い快を誘発する刺激画像を提示した時，視覚野における活性領域が拡大した．そして，被験者個人においても，被験者9名中8名においても集団解析結果と同じ傾向となった．一方，帯状回においても活性が見られ，その活性は高い快を誘発する画像ほど活性領域の広さが拡大した．また高い快を誘発する画像ほどZ値の値が高くなり，帯状回での活性度合が高くなった．また，高からやや高，やや高から通常を比較した場合，より高い快の活性から低い快の活性を差し引くと，帯状回の活性に有意差が見られることが確認された．以上の結果より，快の度合は視覚野の活性領域の広さと、帯状回の活性領域の広さおよび活性の度合に反映されることが示唆された．よって，fMRIを用いて脳の活性から快の度合の識別を行うことは十分に可能であると考えられる． 近年の医療技術の発展に伴い，脳卒中や脳梗塞といった脳疾患患者の生存率は大きく向上している．しかし，これらの患者は言語障害や運動障害といった後遺症が残る可能性が非常に高く，障害が発現する以前よりも会話や感情の表現が困難になる．従って，このような感情を適切に表現できない患者をサポートするBMI(Brain Machine Interface)などの感情識別システムの開発が求められている．本研究では特に感情の上位概念である快と不快に着目した．これら快と不快の識別に関する先行研究は多く存在する．しかし，実際に感情識別システムを利用する場合を考えると，快と不快の2値の識別ではなく，度合の識別も重要になる．例えば，患者がケアを受ける時や，温度や照明環境といった部屋の環境等は，どれくらい快いかを段階的に評価，識別することで，より質の高い患者の支援が可能となる．よって本研究では快と不快の度合の識別に用いる指標の開発を目的とし，本稿では，その予備的な検討として，快の度合が異なる刺激に対して識別に十分な脳活動の違いが得られるかを確認する実験を行った．快の度合を高，やや高，通常の3段階で定義した刺激画像を9人の被験者に提示し，MRI装置を用いてBOLD(Blood oxygen level-dependent)信号の計測を行った．集団解析結果では，単純主効果解析において，より高い快を誘発する刺激画像を提示した時，視覚野における活性領域が拡大した．そして，被験者個人においても，被験者9名中8名においても集団解析結果と同じ傾向となった．一方，帯状回においても活性が見られ，その活性は高い快を誘発する画像ほど活性領域の広さが拡大した．また高い快を誘発する画像ほどZ値の値が高くなり，帯状回での活性度合が高くなった．また，高からやや高，やや高から通常を比較した場合，より高い快の活性から低い快の活性を差し引くと，帯状回の活性に有意差が見られることが確認された．以上の結果より，快の度合は視覚野の活性領域の広さと、帯状回の活性領域の広さおよび活性の度合に反映されることが示唆された．よって，fMRIを用いて脳の活性から快の度合の識別を行うことは十分に可能であると考えられる．

拡散テンソル画像を用いた神経線維追跡において、統合失調症を定量的に評価するための指標開発を行った。標準脳の区画分け地図に基づいた自動的な関心領域設定を行い、健常者と統合失調症患者で群間に有意差のある指標を見出した。また、神経線維追跡の際に問題となる交叉部での追跡手法の開発を行った。神経線維束の交叉部を補間し、最適軌跡を曲率と捩率によって選択する方法により、交叉部が曲線的な場合に有効であることが示された。

本研究では，脳の活動情報から習熟度評価を行う方法の確立を目的としている．本実験では，目的を達成する前段階として，得意，不得意という能力差の生じる課題における脳活動に関して検討した．本研究では，習熟度の検討を行うために，fNIRS(functional near infrared spectroscopy)を使用し，脳血流変化の計測を行った. また, 訓練課題として立体視を用いた． 本実験の作業課題として，ひらがな一文字が知覚出来るステレオグラムを用いた立体視を行った．また，制限時間内に立体視出来たステレオグラムの枚数を課題成績として調査し, これを習熟度評価のパラメータとした．そして，同時にfNIRSを使用して脳血流変化の計測を行った．被験者は健常者11名(年齢：22-23歳)を対象とした． 最初に，課題成績により，立体視の得意，不得意群に分類した．次に，活性部位を検討するため，ベースライン処理後の各チャンネル（CH）のレスト区間とタスク区間のデータをそれぞれ15分割し，t検定（p<.01）を行った．その結果，両群共通して有意差の見られた部位は，前頭部の右下部，左下部のCHであった．側頭部や頭頂部には共通して有意差の見られた部位はなかった．そこで，前頭部で共通して有意差の見られたCH付近を習熟度の検討をする際の注目部位とした．データの処理方法として，両群で有意差の生じたCH及びその周辺のCHの加算平均を行い，全体の傾向を検討するため，平均値を算出した．注目CHの脳血流変化は，立体視の上達に伴い，減少する傾向が見られた．関連研究において，習熟に伴って前頭前野背外側部の脳血流が減少すると報告されている．これにより，本研究で注目した部位も前頭前野背外側部に該当する可能性があることが示唆され，習熟に伴い，本稿での注目部位で脳血流が減少する可能性があることが確認された．また，注目部位の血流量の変化を，課題が得意な群と不得意な群とで比較したところ，得意な群ほど血流量の変化が少なかった．そのため，個人の能力差に関しても前頭前野背外側部が関係するのではないかと考える．

【目的】 これまでに音環境が知的作業の成績及び脳血流変化に影響をもたらすことがfNIRS(functional near infrared spectroscopy)を用いた研究で明らかにされている．さらに，様々な環境が作業に及ぼす影響や，快・不快に感じる音が男女で異なることが報告されている．そこで，本研究では被験者を男性12名，女性12名とし，音環境が数字記憶課題の成績，脳血流変化に及ぼす影響の男女差を検討した． 【方法】 本実験では，静音，モーツァルト「2台のピアノのためのソナタK.448第1楽章」(以下，モーツァルト)，ホワイトノイズの3種類の音環境を用い，作業時に音を提示した．ただし，全ての音環境にはfNIRS の動作音が含まれている．作業成績として，数字記憶課題30問の正答文字数を音環境ごとに測定した．数字記憶課題とは，円形にランダムに表示される8個の数字を3秒間で記憶し，記憶した数字を順番通りに7秒以内に入力するものである．作業時の脳血流変化をfNIRSを用いて計測することにより，音環境が課題に及ぼす影響を検討した．脳血流変化は，記憶や認知を司るとされている前頭部左下部に着目した． 【結果】 男性は，静音＞ホワイトノイズ＞モーツァルトの順に良い成績を示したのに対し，女性は，ホワイトノイズ＞静音＞モーツァルトの順に良い成績を示した．二元配置分散分析の結果，男女共に音環境の影響は5％水準で有意となり，t検定の結果，ホワイトノイズの音環境においてのみ，5％水準で男女間に有意差が認められた．また，平均脳血流変化量についても同様の有意差が認められた．有意差が認められたホワイトノイズでは，脳血流変化が男性は減少，女性は増加傾向にあった． 【考察】 不快音条件では脳血流変化は減少，快音条件では上昇するとされている．本実験においてもホワイトノイズでの脳血流変化が，男性は減少，女性は増加傾向にあった．そのため,ホワイトノイズを男性は不快，女性は快に感じていたと考えられる．そして，女性被験者は快と感じたホワイトノイズ呈示下で最も良い成績を示し，脳血流が活性したと考えられた． 【結論】 本研究では，音環境が作業に及ぼす影響の男女差を検討した．作業には数字記憶課題を用い，作業時に3種類の音を呈示した．その際の脳血流変化をfNIRSで計測し，音環境による影響を調査した．その結果，音環境が作業の成績と脳血流変化に男女共に影響を及ぼすことが分かった．また，ホワイトノイズ呈示環境において，作業成績および脳血流変化に男女差があることが示唆された．

【目的】同じ脳機能を計測する課題を使用しても，課題により高次脳機能で処理される情報やその部位の活性状態は異なると考えられる．よって脳機能と脳の活性状態を関連付けるには課題による活性状態の違いを考慮する必要があるが，課題の違いが活性状態に与える影響は明白でない．そこで本研究では，同じ注意の持続性を計測する課題であるPsychomotor Vigilance Task(PVT) とGO/NOGO Taskにおいて視覚刺激と聴覚刺激を用いた際，脳血流変化と反応時間にどのような違いをもたらすか検討した．【方法】本実験はfunctional Near-Infrared Spectroscopy装置を用い，国際10-20法に基づき前頭前野下前頭回を測定する．そして健康な男性34名(平均21.6歳)に対し4種類の課題を行う．各課題はレスト区間30[s]，タスク区間120[s]のブロックデザインとし，ランダムな間隔で呈示される刺激にボタンを押すか否かで反応を示す．PVTの視覚刺激として”○”を，聴覚刺激として1000[Hz]の正弦波を呈示する．同様にGO/NOGO Taskの視覚刺激として”○”又は”□”を，聴覚刺激として1000[Hz]又は1100[Hz]の正弦波を呈示する．【成績】被験者毎にレスト区間とタスク区間の総ヘモグロビン濃度変化量を算出し，t検定(p＜0.05) を用いて比較した．視聴覚刺激共に有意差のあった部位を活性部位とした．そして視覚刺激時あるいは聴覚刺激時に活性量の大きい被験者群をV群あるいはA群とした．PVTではV群とA群の反応時間に差はなかったが，GO/NOGO TaskではV群よりA群の方が20[ms]程遅くなった．【結論】脳に入力される情報量は視覚刺激の方が多いと考えられるが，聴覚刺激時により活性したA群がみられた．A群は反応時間が遅く，情報量の多い視覚刺激に対し多くの注意を払えなかった群である可能性が示唆される．またPVTよりGO/NOGO Taskの方が課題のもつ情報量が増え，視覚刺激と聴覚刺激における脳の活性状態の違いが現れやすいことが考えられる．学会奨励賞への応募: 応募する

ワーキングメモリは容量に制限や個人差があるとされているが，トレーニングにより容量を増加させることで作業効率の向上が期待される．これより，ワーキングメモリ容量を増加させようとする動きが多くなされている．しかし，脳機能と関連した評価方法は確立されておらず，自身のワーキングメモリの状態を知るのは困難である．そこで，fNIRSを用いてワーキングメモリと脳機能の関係を検討した．今回は基礎研究として言語性ワーキングメモリ課題であるRST(Reading Span Test)の成績により，ワーキングメモリ容量と脳血流量変化の関係を検討した．結果は，RSTは保持できた単語数で評価され，成績が良いほどワーキングメモリ容量も大きいとされる．注意の維持を行う前頭前野背外側部とRST成績の関係は，成績が低いほど脳血流の活性は大きく，成績が高いほど脳血流の活性は小さい結果となった．これより，高成績群と低成績群に分類して両群の特徴を検討した．両群に言語処理を司る左下前頭回が活性したが，活性パターンに違いが見られた．高成績群では活性が持続しているのに対して，低成績群では活性が低下する傾向が得られた．しかし，左下前頭回の活性低下に伴い，前頭前野背外側部で活性する傾向が得られた．以上より，ワーキングメモリ容量の差異により，言語処理や注意の機構の活性の差異が考えられ，脳血流量変化に違いが生じることが示唆された．

【目的】本研究では，作業効率向上のための適切な光環境の検討を目的とする．本稿では，fNIRS装置を用いて色温度環境が注意の持続に及ぼす影響と脳血流変化の関係性を検討する．被験者実験を通じて，高色温度下においてパフォーマンスが向上し，右半球が優位であることを示す．【方法】被験者実験は高低の2種類の色温度環境下で行った．実験課題は，注意の持続によってパフォーマンスの変化するGO/NOGOTaskを用いた．GO信号を1000 Hz，NOGO信号を1100Hzの音刺激とし，反応はEnterキーを押すこととした．成人男性34名（21.5±0.5歳）を対象とし，注意の持続を司る部位である左右下前頭回付近の脳血流量変化を計測した．fNIRSの設置の際，計測部位は国際10/20を参考にした．GO/NOGOTaskのエラー率および反応時間，fNIRSによる脳血流量変化を対象に検討を行った．エラーは反応時間が500 ms以上のものとNOGO信号の際に反応したものとし，平均反応時間はエラーを除く反応時間とした．脳の優位半球を示す指標としてLaterality Index (LI) を用い，Lは左，Rは右のTask期間中のTotal-Hb濃度変化量の中央値とした．【結果及び考察】高色温度の方が，反応が速い被験者は全体の約 68 %であり，高色温度における平均反応時間が有意に短いことが分かった (p＜.05)．またLI値より，優位半球は高色温度で右半球であることが分かった．さらに高色温度において平均エラー率よりも高い群と低い群に分けると，低い群では高色温度でエラー率が有意に低いことが分かった (p＜.05)．反応が速くエラー率が低い被験者群は血流量変化より，左が活性しており，正確な判断をする左下前頭回が有効に働いていたことが示唆される．【結論】注意の持続および反応抑制課題では，高色温度で，多くの被験者で反応が速くなることが分かった．また，色温度が注意の持続と脳血流量変化に影響を及ぼすことが明らかになった．

脳機能の変化を観察することがしばしば行われる．しかし課題のパラメータ変化による脳への影響はあまり検討されていない．そこで本研究では課題の難易度変化が脳に及ぼす影響を検討した．Ⅱ難易度付け: 初めに音の聞き分けを行うGO/NOGO課題の難易度付けを行う．GO信号を1000Hz，NOGO信号を1010～1100 Hzの8つの周波数に設定し，課題を作成した．GO信号に対する反応時間及び，NOGO信号に反応したエラー率を被験者12人に対し測定した．GO信号とNOGO信号の周波数差が大きくなるにつれて，反応時間，エラー率ともに減少する傾向が見られた．このことからGO信号とNOGO信号の周波数差を変化させることによってGO/NOGO課題の難易度を変化させることができていると考えられる．Ⅲ方法: 難易度付けしたGO/NOGO課題遂行時の脳血流変化をfNIRSを用いて被験者11人で測定した．課題は難易度付けした課題のうち，NOGO信号が1020，1060，1100Hzのものを用いた．Ⅳ結果: 反応抑制を司る脳の部位（前頭葉下前頭回）において，NOGO信号を1060Hzに設定した難易度の課題遂行時における活性量が他の難易度に比べ最も大きく，そのあとに1100，1020Hzと続く結果が得られた．一方聴覚を司る部位（側頭葉横側頭回）において，NOGO信号を1060，1100Hzに設定した難易度の課題遂行時における活性量が同程度なのに対し，1020Hzでは活性量が1020，1100Hzよりも小さい結果になった．Ⅴ考察及び結論: 側頭葉横側頭回の活性が大きいほど音の聞き分けができていると考えられる．そのことより音の区別ができる難易度では，より難易度が高い課題において前頭葉下前頭回の活性量が大きく見られるが，音の区別がつかない難易度では，前頭葉下前頭回の活性量も小さくなることが考えられた．

呈示音の音圧レベルの変化が及ぼす作業者への身体的影響を検討するため、呈示音の音圧レベルの違いが生み出す、作業成績と脳血流変化の差異について検討した。fNIRS装置を用いて、課題遂行時の脳血流量を計測した。White noiseとMozartの曲を呈示した時の、4種の音圧レベルが生み出す数字記憶課題の成績と脳血流量の差異について検討したが、呈示音圧レベルの設定が不十分であり、課題成績、脳血流量ともに差異は認められなかった。

近年、工学的技術の発展に伴い、精神疾患の評価において医師との対話診断のみではなく、特に、脳のMR画像解析手法を用いて精神疾患の病態を定量的に評価し、早期診断や治療に役立てることが期待されている。本研究では、統合失調症を対象として、統合失調症患者14名と健常者21名のMR拡散テンソル画像（MRDTI）を用いて、代表的な連合線維束である下縦束および下前頭後頭束を合わせて神経線維追跡し、患者と健常者の追跡結果を比較・検討した。頭の大きさや線維束位置の個人差を考慮するため、追跡の関心領域は、線形および非線形標準化手法を用いて脳梁を基準として自動的に決定した。追跡が対象とする線維束から外れた誤追跡の判別には、拡散異方性の強さの指標であるFA値、連続する追跡方向の成す角であるフリップ角、追跡が終了するまでに追跡された追跡長を用いた。追跡結果の評価には、追跡開始面における線維束の面積、FA値、見かけの拡散係数MD値および曲率を評価指標として用いた。代表的患者一名の両半球における追跡結果は図のようになり、追跡から得られた評価指標について、患者と健常者・左半球と右半球で二元配置分散分析を行ない、有意差の見られた評価指標についてt-testを用いた事後検定を行った。その結果、下縦束および下前頭後頭束におけるMR-DTIを用いた線維追跡を行うことで、統合失調症の定量評価ができる可能性が示唆された。

近年、精神疾患の評価において医師との対話診断のみではなく、非侵襲的な脳の画像解析という工学的手法を用いて精神疾患の病態を定量的に評価することで、早期診断や治療に役立つことが期待されている。本研究では、統合失調症を対象として、1.5TのMRI装置で計測した統合失調症患者14名と健常者21名の拡散テンソル画像（MR-DTI）を用いて、代表的な連合線維束の一つである下前頭後頭束の神経線維追跡を行い、患者と健常者の追跡結果を比較・検討した。頭の大きさによる個人差を考慮するため、関心領域での追跡開始および終了基準面は、脳梁を基準として個人ごとに選択した。さらに線維束位置の個人差を考慮した上で最適な関心領域を選択するために、個人ごとの基準面間距離は一定のまま、開始面と終了面をそれぞれの基準面から前後に幅をもたせて追跡し、各被験者で左右それぞれの追跡本数が最大となる面を個人の開始面・終了面とした。誤追跡を除外する条件としては、拡散異方性の強さの指標であるFA値＜0.25・連続する追跡方向の成す角であるフリップ角＞45°・追跡が終了するまでに追跡された追跡長＞最短追跡長の110％の3つを設けた。追跡から得られた評価指標について、二元配置分散分析により患者と健常者・左半球と右半球で検定を行い、有意差の見られた評価指標について有意水準p=0.05のt-testを用いた事後検定を行った。その結果、追跡開始面での面積Sは健常者では右半球が左半球に比べて有意に大きいが患者では左右差が見られず、見掛けの拡散係数ADCの平均が左右ともに健常者と比較して患者が有意に大きく、ADCの標準偏差では左右ともに健常者と比較して患者が有意に大きく、左右比較では健常者の右半球は有意に大きいが患者では左右差が見られなかった。よって、MR-DTIを用いた線維追跡を行うことで、下前頭後頭束のS とADCの平均および標準偏差を評価指標の一つとすることにより、統合失調症の定量評価ができる可能性が示唆された。今後さらに他の神経線維束の解析と併せて、定量評価の精度向上を目指す。

代表的な精神疾患である統合失調症を対象とし、その病態を定量的に評価する指標を見出すことを目的とする。連合線維束である上縦束を対象とし、MR-DTIを用いた神経線維追跡を行い、患者と健常者を比較した。頭の大きさによる個人差を考慮するため、追跡する関心領域は脳梁を基準として個人ごとに選択した。追跡から得られた評価指標について、二元配置分散分析で交互作用の見られた追跡開始面での面積Sについて事後検定を行った結果、患者と健常者間に有意差が見られた。

MR-DTIを用いて線維追跡を行う際に、線維交叉部において拡散の異方性が低下することで、誤追跡が起こるなどの問題がある。この問題への対処として、異方性低下部でのテンソルを使用せず、異方性低下部前後の追跡軌跡から曲率偏差を用いた探索により、異方性低下部を補間して線維追跡を行う方法を提案した。脳梁を介した左右半球視覚野間の線維追跡を模したシミュレーション実験および実データへの適用により、その有効性を示した。

統合失調症における大脳白質病変の定量評価を目的とし、生体内にある水分子の拡散異方性を計測できるMR拡散テンソル画像法（MR-DTI）を用いて大脳白質の線維追跡を行った。大脳中心付近の上縦束を追跡対象としたところ、追跡開始面での追跡線維の占める面積Sが、右半球において健常者群に比べて患者群が有意に小さく、健常者は右半球の方が左半球よりも有意に大きいが患者は左右差が無かった。

地球周回軌道上の2機編隊飛行の線形ダイナミクスと安定性について検討した。2機編隊を拘束する宇宙機間力として、静電クーロン力を用いる。解析にはClohessy-Wiltshire運動方程式を用いた。クーロン力のデバイ長特性（デバイ長を超える相対距離の比に応じて指数関数的に減少する）を取り入れることにより、クーロン力を解析した。解析では、運動方程式だけでなく、フィードバック制御則にもデバイ長効果を組み込んでいる。