産 業 医学 Jpn J Ind Heatth 1992; 34: 95-115

総 説 生体情報を利用 した作業者の心身状態

評価法の現状 と動向

高 野 研 一*,長 坂 彰 彦*,吉 野 賢 治*

A REVIEW ON ASSESSMENT TECHNIQUES FOR WORKERS'

PHYSICAL AND MENTAL CONDITIONS

BY PHYSIOLOGICAL MEASUREMENTS

Kenichi TAKANO,* Akihiko NAGASAKA* and Kenji YOSHINO*

It was only a several decades ago that physiological measurements were recognized as effective indicators of human physical and mental conditions in occupational health or ergonomics. The recent rapid progress in sensor and signal processing techniques, however, made these available for practical evaluation techniques. This paper is an overview of the accumulated techniques in several fields including experimental psychology, physiology, medical sciences, and ergonomics. The major topics described herein are as follows: 1) properties and merits of physiological measurements compared with the other techniques, 2) applicability of various physiological indicators evaluated from noninvasive, ambulatory and continuous monitoring techniques, 3) practical physiological measurements and signal processing systems which can be applied at actual workplaces and environment, 4) effective and useful evaluation techniques of physiological indicators such as ECG, blood pressure, respiratory parameters, EEG, EBP, EMG, body movements, body temperature, perspiration, eye movements, CFF and electrodermal activities.

Our review of 235 published papers has shown that physiological measurements have made a significant contribution to the assessment of physical and mental workload, CNS (central nervous system) activity level and work performance. However, further studies should be mede on detail mechanisms and individual variations.

Key words: physiological indicator; measurement technique; signal processing; worker; assessment; occupational health; workload; arousal; human performance

I.緒 言

作業者の作業負荷,覚 醒度,お よび疲労など心身状態

の良否 は,作 業能率や過誤率 などのパフ ォーマンスに大

きな影響を与えることは周知 のとお りで あ り1～5),生産

の質 ・量に直接作用する重要 な要素である.

近年,居 住環境な どのアメニテ ィが指向され,職 場環

境におけるアメニテ ィを も配慮すべ き趨勢 となってきて

いる.そ の際,基 本 となるのは,作 業条件や環境条件 と

の不調和によ り,人 間が本来有 している諸機能に低下や

乱れを生 じていないかを調べ,そ の原因を解明 し,作 業

方法,勤 務形態,休 憩形式 の工夫,改 善 などを実施 して

い くことである。

作業者 の心身状態 を把握す る有力な手法は,主 に,産

業医な どに よる面接調査やCMIな どに代表 され るア ン

ケー トなどで あ り6～8),多岐にわた る問題をマ クロに し

か も定性的に捉えるのに適 して い る.一 方,生 体情報

は,個 々の因果関係を実験 的に評価で きることを特徴 と

してお り,生 体情報 の利点を生か した評価研究 は最近 盛

んになって きている.ま た,近 年のME(medical elec

tronics)機 器の普及 とともに.そ の計測法 ・解 析法につ

いても急速な進歩を遂 げている.し か し,生 体情報評 価

法は,主 に医学的な診断の道具 として利用 されてきた経

緯があ り,健 常者すなわち作業者の心身状態 の判定に利

用 しようとす る試みは比較 的新 しく,「 生体機能のみか

* 財団法人 電力中央研究所 ヒューマ ンファクター 研究 セン

ター

平成3年7月17目 受付* Human Factors Research Center, Central Research

Institute of Electric Power IndustryReceived for publication, July 17, 1991

96 産 業 医学 34巻, Jpn J Ind Heatth, Vol. 34. 1992

Fig. 1. Standard schematic flow of procedures in order to improve work situations and

environments by ergonomical and occupational techniques in industries.

た」など5,9)代表 的な名著 があるものの,近 年の進歩を

反映 している とは言 いがた く,成 果の総合化,実 用化 と

い う観点か ら,適 用対象や適用法 について系統的に取 り

まとめ,今 後の方向性を明確に してお く必要がある.

したがって,本 論文では,「作業が人間に及ぼ す 諸 影

響」を生体情報 の変容 とい う観点から総合的に調査を行

った結果 について述べた.具 体的には,人 間一機械系に

おいて作業者 の特性を的確に把握できる生体情報評 価法

の現状 とその動 向につ いて取 りまとめた.

II.生 体情報評価法の位置づけとその特徴

1.作 業における人間の役割 りと特性

作業で要求 され る人 間の特性について考 え る と10～13),

機 械系に比 して人間系は情 報処理速度,耐 久性,持 続性

に劣るが,操 作性,コ ミュニケーション,柔 軟性 ・適応

能力において優れた特性 を示す ことがわか り,人 間側の

長所を最大限に利用 し,同 時に合わせ もっている短所を

いかに してカパ ーしてい くかが基本的な考 え方 である.

このためには,作 業者 に影響を及ぼす外的要因 と心身状

態 との因果関係を追求 してお く必要がある.

2.人 間特性評価に利用され る各種手法

人間に絡む種 々の問題解決を図るためのこれまでの方

法 を簡略化す るとFig. 1に 示す ような流れ図 とな り,

各段階では次の ような手法が主に 用 い られ て き て い

る14,15).

(1)資 料調査法

(2)ア ンケー ト法

(3)イ ンタビュー法

(4)現 場調査.視 察法

(5)過 去災害 分析法

(6)生 体情報評価法

(7)シ ミュレーシ ョン法

(8)ア ウ トプッ ト法

3.生 体情報評価手法 の位置づけ

作業能率の向上 および過誤率 の低減を 目標に根本的に

諸問題の解決を図るためには, Fig. 1に 示す調査,分 析,

評価,対 策,予 測 の各段階でそれぞれ最 も適切な人間工

学的手法を選択する必 要 が あ る.生 体情報評 価法は,

Haddon, Schuman, Kleinら によ り提唱 されてきた方

法であ り15),人間側 の要 因として考え られてきた生体機

能や行動機能 の低下 などが原因 となる種 々の問題を解決

す るための道具として有効に活用で きる.特 に,個 々の

具体的なケースでの作業側 の条件 と人間側 の反応 につい

て,そ の因果 関係を実験的かつある程度 の定量性 をもっ

て把握できる点に最大のメリットがある.ま た,生 体情

報評価法は, Fig. 1に おける分析 ・評 価の段階で威力を

発揮す ることになるが,他 の方法に比べ て優れている点

をまとめると以下の とお りとな る.

(1)作 業 内容に応 じて多種類 の生体情報の内か ら最適

な ものを選ぶ ことができる.

(2)因 果関係の解明が必要 な場合,実 験的な手段を取

れる.

(3)得 られた計測値はほとんど定量性がある数値デー

タであ り,個 人差等のばらつきを定量的に評価で

きる.

(4)被 験者 の意志に より計測値が変化することが少な

く,デ ータに客観性がある.

(5)急 激 な心身状態の変化に対 しても対応で きる柔軟

性 と即応性をもっている.

III.生 体情報評価法の現状

1.生 体情報計測 システムに要求 され る条件

生体情報 の計測機器は,主 に医療施設において使用 さ

れ るME機 器 を基本 としたものであ り,産 業医学,人 間

高野ほか:生 体情報を利用した作業者の心身状態評価法の現状と動向 97

Table 1. Characteristics of various physiological information evaluated by practical measuring

to techniques: non-invasive, ambulatory, continuous monitoring, remote sensing.17)

A: satisfactory, B: possible, C: impossible.

工学分野に適用す る場合には,相 応の工夫をこらす必要

がある.さ らに,作 業者のよ うに活動状態の人間の生体

情報を計測するシステムには,以 下に述べる種 々の制約

が課せ られ る16,17).

(1)小 型軽量かつ被験者の行動 に制約を きた さないこ

と.(無 拘束性)

(2)計 測に より被験者の体を傷 つけず,極 端 な苦痛を

与 えないこと.(無 侵襲性)

(3)時 系列的かう連続的な変動特性の検討が可能 なこ

と.(連 続監視性)

(4)作 業者 に無接 触で遠隔 よ り監視が可 能 な こ と.

(遠隔 監視性)

この うち, (1), (2), (3)は満たすべ き必要条件 であ り(4)

については望 ましい条件であると考 えられる.各 種生体

情報について(1)から(4)の各条件を満足 してい るか否かに

ついて調べた結果はTable 1に 示す17)とお りであ り,有

効な生体情報であっても現場 向きの計測 法が開発されて

いないなどの欠点を もつ場合 には,こ れを克服する技術

の開発 も必要 である.

しか しなが ら,最 近 の電子 回路技術.通 信技術,信 号

98 産業 医学 34巻 , Jpn J Ind Hsalth, Vol. 34, 1992

Table 2. Functional classifications of available sensors and typical examples of sensors used

in physiological measurements.17, 18)

処理技術などの向上に伴 い,新 たなセンサの開発 および

記録装置の小型化などが急速に進み,作 業現場 において

計測可能な生体情報の種類 も増えつつある18,19)

現状において,こ れ らの生体情報の うち,活 動 中の作

業者を計測対象 とで きる生体情報の種類はTable 1に 示

す ように,心 電図,呼 吸量,呼 吸数,呼 気中酸 素濃度,

筋電図,体 温,発 汗量などが適 してお り,血 圧,脳 波,

身体運動, CFF,皮 膚電気活動 などは,セ ンサ の小 型

化,ノ イズの除去など多少 の工夫を施せば計測可能であ

る.

2.生 体情報計測システムの構成

既存 の基本的な生体情報計測 システムは大別 して, (1)

セ ンサ部, (2)信号前処理部, (3)信号解析部, (4)データ

記録部 お よび表示部, (5)再生部の5つ の部分か ら構成

され る17),ま ず,セ ンサ部については, Table 2に 示す

とお り,そ の測定原理 によ り6系 統に大別され,す べて

のセ ンサは この範疇に含まれる.ま た,そ れぞれの系統

はさらに2～3の 項 目に分類 され るが,最 近,最 も進歩

の著 しい部分であ り,新 しいセ ンサ も続 々と開発されて

きている.生 体か ら得 られた情報はセンサに より電気信

号に変換 され18),信 号前処理部から信号解析部へ と導か

れ種 々の解析処理が行われる.こ の解析はTable 3に

示す ように5つ に大別 される20,21)近 年,生 体信号処理

の分野においてもスペ ク トラム解析,画 像処理が脚光を

あび,種 々の生体情報の解析に応用 されてい る.解 析結

果 あるいは原データは記録部にて各種記録媒体にご記録 さ

れる.近 年, IC・LSI等 の集積度は格段に向上 し,従 来

の記録紙,磁 気テープに代わ りつつある.各 種記録媒体

を比較すると, ICメ モ リが最 も優れ,次 いで,磁 気テー

プが続いてお り,記 録媒体の小型 ・軽量化は作業現場 で

の生体情報収集には重要 な要素である.

計測 システムの全体構成については, III-1で 示 した

とお り,現 場適用性 の観点か らシステムに要求 され る条

件(無 拘束性,無 侵襲性,連 続監視性,遠 隔監視性)を

高野ほか:生 体情報を利用した作業者の心身状態評価法の現状と動向 99

Fig. 2. Several block-diagrams of the physiological measurement systems: (a) a traditional type, (b) a transmission type, (c) a portable type, (d) a remote sensing type.

Table 3. Classifications of available analytical techniques and typical examples of analytical techniques used in physiological measurements.20,21)

勘 案 す る と, Fig. 2に 示す さ まざ まな計測 シ ステ ムの う

ち,従 来 の携帯 部 と監 視部 を コー ド線 で結 ぶ方式(a)で は

無 拘 束性 を満 足 しな いた め,最 近 で は(b), (c)の無 線 送 信

型,携 帯 型 が実 用 的 であ る.こ の形式 の シス.テ.ムと して

は,臼 井 のISPP22),著 者 らの開発 した シス テ ム23)が 挙

げ られ る. (d)の リモ ー トセ ン シ ング型 は最 近 注 目され て

きた方式であ り,計 測で きる生体情報 もサ ーモ グラフ ィ

ー装置に よる体温 脚,画 像解析装置を利用 した3次 元 の

身体挙動25)などに限定 される.

この ように,生 体情報計測 システムの構成を考 える と

(b), (c)のシステ ム構成が現状の労働現場 において有効 に

活用できる姿 といえよ うが,今 後 はさらに携帯部 の小型

100 産業 医 学 34巻, Jpn J Ind Health, Vol. 34, 1992

化あるいは無拘束性の追求,さ らに遠隔監視性への発展

などが新たな方 向として挙げ られ る.

3.各 種生体情報の評価手法の現状

ここでは,お のおのの生体情報に関す る解析 ・評価手

法 について,こ れ までの研究成果お よびその動向を概括

す る.た だし,す べての成果を網羅することは事実上不

可能であ り,取 捨選択 は以下の方針に従 った.

(1)作 業 中の計測 としてふ さわ しい生体情報(Table 1

の○印)に 絞 りこむ.

(2)本 論文の趣 旨に直接的に関連 しない医学的,臨 床

的分野の知見は割愛する.

(3)作 業者 の心身状態 やパ フォーマ ンスの推定に とっ

て重要な評価法を優先す る.

(4)計 測法は,特 に重要 なもの(最 新の装置や計測法)

を除 き割愛する.

1)循 環系の生体情報

(1)心 電図:心 電図の解析法は大別 して, R, S, T

波などの出現頻度,出 現周期 などのパ ラメー タ に 着 目

し,そ の分布や傾向を評 価してゆくパ ラメータ解析 とそ

れ らの結果にスペク トラム解析を施す2種 類がある.前

者 で古典的かつ代表的なのは, R波 の出現頻度すなわち

心拍数か ら肉体作業 の労働強度を推定す るものであ り,

さまざまな環境中での算定式が提案されている26～32).ま

た, Dayalら33)は 温熱負荷の評価に心拍数 を利用す る方

式(HRI: heart rate index)を 提案 し, HRIは 作業者

の生理的負担 とい う観点から被服,作 業負荷 などの影響

を加味 して温熱負荷 を評 価できるとしている.ま た,心

拍数 と直腸温 の関係か ら安全心拍数の限界を示 した例 も

ある34).

一方,精 神.神 経作業 を対象 と した 研 究 と し て,

Manenicaら は一連の連続単純作業では覚醒時 の心拍数

が低下すると作業 ミスが多 くなる傾向にあることを指摘

してお り35,36),これは中枢神経系(CNS)が 不活性すな

わち通常 の状態からさらに覚醒度が低下すると,心 拍数

が低下 し,単 調作業に伴 う意欲や注意力 の減退に結びつ

いて ミスが増 え る確 率 が 増 加 した も の と推 察 され

る17,37,88)また, Kar1sbeekら はR-R間 隔の一定時間

ごとの変動 の程度(1分 ごとのR-R間 隔 のば らつ きをス

コアに したもの),す なわ ち洞性不整脈(sinus arrhyth

mia)ス コアに注 目した.こ のスコアは 作業負荷を増 し

てい くと徐々に低下,一 定 の限度 を超 えると逆 に増加 し

てい く傾向にあると指摘 して い る39～42)ま た,広 瀬 は

RRV(R-R間 隔 の二乗 の平均値か らR-R間 隔 の平均値

の二乗 を差 し引いたもの)と い う値を定義 して,こ の値

も洞性不整脈スコア と同 じ傾向を示す としている43).そ

Fig. 3. Typical example of power spectrum of R-R interval sequence with 1/f to 1/f2 fluc

tuations and two peaks about 0.1 Hz and 0.3 Hz.54)

の後 の研究 にお いて も, R-R間 隔 時系 列 の波 数(wave

number)な どが提 案 され44,45),こ れ らの値 は個人 差が

大 きい もの の46,47),精 神 作業 負 荷 の評 価に有 効 であ ると

述 べ て い る.ま た,横 溝 らは心拍 数 の 標準 偏差 と変動 係

数 を 因子 分 析す る こ とに よ り,精 神 作業 を 作業 負担 の見

地 か ら分類 で き る と して い る48)

た だ し, Luczakら49,50)は,こ れ らの指 標 は精神 作業

時 のパ フ 才一マ ンス の指 標 とな るが,環 境 因子 の変 化や

運 動 に よる擾乱 のあ る場合 には評 価 が難 しい と指摘 して

い る.

次 に,心 電 図 に関連 した スペ ク トラム解 析 につ いて述

べ る.ス ペ ク トラム解 析 で最 も利用 頻 度 が 高 い の は,

FFT(fast Fourier transformation)法 で あ るが,近

年,自 己回 帰 モ デ ル(AR法)な どFFT法 の欠点 を カ

バ ーす る よ うな い くつ か の手 法 が計 算 機 の高 速 化に伴 っ

て広 く使わ れ る よ うに な って きた51～53).こ の スペ ク トラ

ム解 析 は ほ とん どがR-R間 隔 時 系列 デ ータに対 して適

用 され て い る. Fig. 3にR-R間 隔 に適 用 され た 例を示

す が,横 軸 に周波 数 成 分 の対 数 を と り縦 軸 に パ ワーを と

る と,明 らかに1/fリ ズ ムが 観測 され,そ れ に血圧 性 リ

ズ ム(～0.1Hz),呼 吸 性 リズ ム(～0.3Hz)が 重畳 した

ス ペ ク トラムが観 測 され る41,49,54,55).ま た,健 常者 の安

静 時 の スペ ク トラ ムの傾 きは1/fに 近 い もの の,騒 音,

高野ほか:生 体情報を利用 した作業者の心身状態評価法の現状と動向 101

緊張の高 まりに よって1/f2に 近 づ く と の報 告 も あ

る54,56)ま た,単 純なpaced繰 り返 し作業を実施 した

場合には, 0.05～0.1Hz49), 0.4～0.5Hz41)付 近に作業

負荷に対応 した波 高のピークが現れるとい う報 告 も あ

る.こ れ らは,い ずれ も自律神経系機能を反映 した もの

とされているが41,44),今後,発 現過程 のメカニズム解明

が期待され る.

② 血圧:血 圧は従来から 「連続 的に測定できないこ

と」「被験者を拘束 しなければ測定できない」5,9)など作

業 を干渉する結果 となるため作業中の変動特性に関する

研究は少ない.近 年,耳 殻部あるいは手指 の血流変化か

ら無拘束,無 侵襲で連続的に血圧を測定す る方法が提 案

されている57～59).血圧は精神的な緊張に敏感に反応 し,

計測行為に よっても影響が現れ るが,血 圧の短期的な変

動からプ ラン ト運転操作,航 空機運転,あ るいは自動車

運転者な どの緊張度を推定するための手掛か りが得 られ

るもの と考えられている4,9,60,61).血圧は心拍数 が 増 加

す ると上昇するといった線型関係にあ り,極 度の精神作

業負荷が加 えられ ると交感神経系が活性化す ることに よ

り,心 拍数が増加 し,そ の二次的な反応 として血圧が上

昇す るという見方 もある44,60).し か し,短 期間の血圧

変動は,外 界か らのさまざまな影響を受けて変動す るた

め,他 の生体情報すなわち心拍数 などの情報と組.み合わ

せて評価する必要がある62).

このような短期間での変動 とは別に血圧についても心

拍数 と同様に概 日的な リズム,概 週的な リズムな ど長期

的 なゆるやかな変動が観測 され,自 律神経 の活動状況 と

も一致す る68,64).通常時 の最低血圧 と心拍数 の関係を最

大エ ン トロピー法 で分析す ると24±3, 12±2時 間の リ

ズムが観測 され65),時 差 を伴 うジェット旅行では この リ

ズムが伸縮すると報告 されている63).これは,月 単位,

週単位の直交代勤務 と生体 リズムの関係など勤務形態の

適正化,夜 勤時 の仮眠のと りかたなどの検討に活用 でき

ると考え られ る.

2)呼 吸系の生体情報

呼吸系の生体情報である呼吸数,呼 吸量,呼 気中酸素

濃度お よび酸素消費量 などは,互 いに密接 に関連す るた

め,こ こでは まとめて議論す ることとす る.ま ず,呼 吸

数はサ ーミス タ式のセンサなどで簡 便 に 計 測 さ れ る

が17,23),自律神経 系,体 性神経系双方 の影響を受け,随

意 的に調節できるため9),呼 吸数 のみを評価 して作業パ

フォーマ ンス と関連づけることはあま り意味がない とす

るみかたが多い5,9)た だ し,運 動負荷や作業負荷な ど

エネルギー代謝 の増加に よって呼吸数が直線的に増加す

ることは周知の事実である.し か し,こ のエネルギー代

謝率 との相関性 も心拍数などと比 較 す る と か な り悪

い32).

一方,呼 吸数 は自律神経 系の支配に よる情動反応の指

標 となることが報告されてお り38,66,67)過度の緊張感や

精神作業負荷は呼吸数,心 拍数,血 圧 の 増 加 を 招 く

が66,67),極度の注意の集中では 「息 こらし」現象に よ り

む しろ呼吸数は減少す ることもある5,9).ま た,極 端 な

暑熱環境 での作業では熱障害 の前 兆として,呼 吸数の極

端 な増加が認め られる68).し か し,呼 吸数 のみによる評

価は会話や意図に よる擾乱を受けるきらいがあるので注

意す る必要がある.

呼吸数以外 の呼吸系生体情報,す なわ ち呼吸量 と呼気

中酸素濃度か ら算出され る酸素消費量(エ ネルギー代謝

率)は 従来 よ り肉体作業の労働強度を示す指標 として利

用 されている69～71).ここで呼吸量 と呼気 中酸素濃度のセ

ンサについてふれてお く.呼 吸量 センサの種 類 は 翼 車

型,差 圧型,熱 線型,超 音波な どさまざまな形式が開発

されているが72～75),携帯性,価 格,消 費 電力な どの点を

考慮す ると,実 作業員の呼吸量の測定には翼車型が実用

的である76～77).呼気 中酸 素 濃 度セ ンサは,ポ ー ラログ

ラフ式(ガ ルバ ニックセル式),限 界 電流式 などが 開 発

されているが78～80),安定性,精 度,消 費 電力な ど一長一

短がある.ま た,二 酸化炭素濃度は赤外線吸光度の違い

を利用 したセンサが使用 されるが,小 型化するのは難 し

い81).

1960年 以降,呼 吸数のパ ラメータの測定は,お のおの

独立に測定せず多機能を一括 して測定す るマルチパ ラメ

ータ計測が主流 となってきてお り82),携帯型,テ レメ ト

リー型 などが開発されている.作 業中のエネルギ ー代謝

率を測定する装置は,無 拘束が原則であるが,オ キシロ

グ77),著者 らが開発 した装置(Fig. 4参 照)78)フ ロース

ルー式75)などが開発され,同 時 に呼吸数,体 温,心 拍数

も測定 できる ものもある.

労働 強度や体 内産熱量の指標 として最 も代表 的なのは

このエネルギー代謝率 であるが,呼 吸商,呼 気 ガス温度

な どを適 当に仮定すれば呼吸量 と呼気中酸素濃度か ら算

出でき76),こ れを指標 としてさまざまな動作や作業が労

働強度の観点から分類 されてい る71).ま た,高 温 の許容

基準83)や作業継続可能時間4,84)などもエネルギー代謝率

との関係で述べ られている.ま た,全 身持久力の指標 と

して用いられている最大酸素摂取量85,86)は,通常,エ ル

ゴメータを用いて測定 され,苛 酷な肉体作業に従事す る

作業者の適性の判断な どに応用 できるものと考 え ち れ

る.

一方,精 神 作業については大島は精神作業時 の作業負

102 産業 医学 34巻, Jpn J Ind Health, Vol. 34, 1992

Fig. 4. Example of the ambulatory energy expenditure monitoring system developed by

authors.76)

荷を表す指 標 として呼吸系機能 の指標か ら呼吸抑制度 と

緊張度を求めている87)が,実 用的には他の生体情報 と組

み合わせて評価す ることが望 ましい。

3)脳 神経系の生体情報

(1)脳 波:脳 波計測は, 8～13チ ャンネルの脳波計で

行 うが,信 号 レべルが他 の生体情報 に比べ1/10程 度で

あ るため88),雑 音 が混入 しやす く9),原 則 として静電遮

断室で計測すべ きで雑音源 となるような電子機器近傍で

は計測が難 しい.作 業者を対象 とす る場合 は後頭部や前

額部な どからの単極誘導が利用 され ることも多 く89～91)

体動,筋 電,心 電,発 汗お よび まばたきのアーチファク

トに注意すべ きである9).

脳波の解釈は臨床的には原波形の読み取 りが基本であ

るが,原 波形をチ ャー トに記録 して判断す るには熟練を

要す る92)ため,以 下 の よ うな 各種 解 析 法 が 使 わ れ

る93～95).

i.物 理的分析法: (1)帯域 フィルタ法, (2)零交叉法,

(3)連続 スペ ク トル法, (4)平均振幅法

ii.理 論的分析法: (1)周 波 数 スペ ク トル法, (2)自

己 ・相互相関分析法, (3)自己回帰分析法, (4)位

相分析法

iii.シ ミュレー ト分析法: (1)用手的計測法, (2)波形

認識法

iv.そ の他: (1)空 間分析法, (2)平均加算分析法, (3)

多変量解析

これ らの分析方法の うちiの 物理的分析法は,以 前か

ら多 く用いられてきたが,臨 床的な判読の印象から掛け

離れた結果 しか得 られない こと94,95),および標準値の作

成がで きなか ったこと95)から最近はあま り用い られてい

ない.そ こで主流 となって きたのが理論 的分析法 として

の周波数 スペ ク トル分析 法 で あ り,高 速 フー リエ変換

(FFT法)95～97),自 己回帰 モデル(AR法)98,99), Walsh

power spectra1法100～102)などである.最 近は上記ii～iv

を組み合わせた特徴的な解析が試み られ て い る108～105).

他 の生体情報 に比べ て,脳 波には多様な解析手法が適用

されて きた実績があ り,こ こでは,心 身状態の評価に絞

って,代 表例を紹介す る.

脳波 と作業者 の心身状態の関係で最 も著名なのは,橋

本 らに よる,意 図的 に酸素不足状態を起 こして計測 した

覚醒度に応 じた代表的な原波形パターンである9)こ れ

は,精 神作業 中に人間が陥った覚醒度に応 じて,特 徴的

なパ ターンの波形が出現する頻度が高いとしているもの

である.深 沢 らも,単 純な精神作業時の脳波,ま ばた き

および顔の表情を同時に計測 し,そ れ らか ら著 しく覚醒

度が低下 した と判断 された状態 では,パ ン ドパスフ ィル

ターを利用 して計測 した脳波の低周波数成分が増加す る

場合があ り,玄 ばたきの形態 もゆっく りした 玄 ば た き

(スロープ リンク)に 変化す るとして い る106).また,

高野ほか:生 体情報を利用 した作業者の心身状態評価法の現状と動向 103

Burchら107), Davies108), Haiderら109)も 皮膚抵抗水準

(SRL, SPL)や パフォーマ ンス(作 業能率,過 誤率)と

の関係を調べ,長 時間の単調作業で,し かもパフ ォーマ

ンスの有意 な低下 が認 められた場合には,脳 波の低周波

数成分が増加 し,皮 膚抵抗水準 も増加するとしてお り,

同 じくこれは中枢神経系の活動度の低下す なわち通常状

態か らさらに覚醒度が低下 した ことに起 因す るとしてい

る.な お,覚 醒度が通常 よ り低下 して も,必 ず しもα波

成分が増加 しないとする報告 もな されている110).

近年,特 定周波数帯域 の頭皮上 での分布状況が視覚的

に捉えられる機器が開発 されてお り.こ れを利用するこ

とに より, α, δ, θ, β波 の頭皮上全体での傾 向として

視覚的に捉えられ ることか ら,覚 醒度の判定精度を増す

ことができる(Fig. 5).ま た,脳 波の α波をパ ン ドパス

フ ィルターに よって抽出した値のゆらぎパ ワーについて

も,周 波数ゆ らぎが1/f分 布を示す ことが 知 られてい

る,鈴 木 らは安静時,快 適時,不 快時の3つ の状況での

ゆらぎを計測 した.そ の結果,不 快時は2オ クターブ,

安静時は3オ クターブ,快 適時は4ナ クターブにわたっ

て, α波の出現強度 の パ ワースべ ク トラムが1/f特 性

を示す ことか ら快 適 時には広い帯域にわた って1/f特

性を示す傾向があるとしてお り55),快適性の評価を定量

的に行 った試み として注 目できる.

睡眠段階の判定にもしば しば脳波の周波数解析が使わ

れ,眼 球運動,筋 電図および α, δ, θ波の出現頻度か

ら睡眠の深 さを示す6段 階(レ ム,ノ ン レム睡眠 など)

に よる睡眠段階が判定 される62,98).こ れ は,疲 労 と回

復,睡 眠の効果 などの検討に応用で きるもの と思 わ れ

る.

次に,周 波数解析によるα波 の出現頻度あるいはその

振幅の2次 元の情報について, 5～10秒 程度の時間区分

ごとの特徴抽出を行った試み もな さ れ て い る110,111).

Lanskyら は,脳 波のα成分を しきい値法 と積分法によ

り検 出し, α波成分がある一定以上 になる場合(α 活動

期)と ならない場合(非 α活動期)の 交代 のようすが待

ち行列 に類似 してお り,安 静時 と文字認識作業時でパタ

ーンが異なると指摘 している112,113).こ のような手法の

応用 として被験者 の精神状態や作業 内容を脳波解析結果

か ら推定 しようとする試み もな され て い る.例 えば,

Shinら は脳波 を活動状態(active mode)と 休 止 状 態

(passive mode)の2種 類に分類 し, Baysian分 類に基

づ く弁別解析 と平均推論を用いた統計処理から,精 神状

態 をある程度推定できた としている119).また, Kolesら

は知能検査時 と運動機能実施時の脳波のパ ワースべ クト

ラムを比較 した結果,パ ワー密度分散,左 右 パワー比,

(a) a color contour line map of 12 electrode EEG spectrum.

(b) a light and shadow map of 12 electrode EEG spectrum.

Fig. 5. Typical example of the 2-dimensional EEG topography: (a) color contour line map,

(b) light and shadow map (offered by Nihon denki-sanei Co. Ltd.).

前頭後頭位相差 などに若干の統計的な有意差が認め られ

たとしている91),し か し,こ れ らか ら精神状態や作業 内

容を推定するには有意差 が小 さく難 しいとも述 べ て い

る.

(2)誘 発脳電位(CEP):脳 波 のうち,特 定 の刺激,例

えば,音,光,あ るいは電気刺激 などに反応 して,一 定

の潜時(通 常100ms程 度)後 に発生す る特徴的 な脳波

波形を誘発脳電位 とい う.た だ し,通 常は脳波に埋 もれ

ているので,き れいな誘発脳電位波形 を得るには,同 じ

刺激を多数回与え,そ の反応を 平 均 化す る 必 要 が あ

り9,21),作業場 での計測には困難を伴 う.

誘発脳電位では,刺 激後90～120ms後 に生ず る陰性

波(NI)と150～180ms後 に発生す る陽性波(P2)の 電

位差が注意力 の関数 と考えられてお り,こ の値が大 きけ

104 産業 医学 34巻, Jpn J Ind Health, 4 Vol. 34, 1992

Fig. 6. Comparison of EMG spectrum in normal

and fatigued musc1e.131)

れば覚醒度が高 く注 意 も集 中 して い た と判 断 され

る9,115,116)一方,作 業負担の微妙な違 いは評 価で きな

い との報告 もある117).

長沢 らは模擬操縦装置 を使った試験を行い,心 電図や

副次課題(音 刺激)と ともに この誘発脳 電位(N1-P2)

を計測 し,複 雑 で高度 な課題 では この電位差が縮小する

傾向にあると指摘 して お り118),精神作業負荷 の指標に

なる可能性があるとしている.

Isrealら は航空管制を模擬 した単純なCRT作 業 を主

課題 として実施 している場合の副次課題(flash)の 刺激

および主課 題のCRT上 のターゲッ トの方向転換後300

msに 生ず る陽性波P300の 波高が精神作業負荷 の増加 と

ともに減少 した と報告 している119).

4)身 体運動系の生体情報

(1)筋 電図:筋 電図の計測には針電極 と表面電極が主

に用い られ るが無侵襲計測 を原則 とすれぼ,表 面電極と

なる9,16)そ の解析法は心電図の場合 と同様にパ ラメー

タ解析 とスべ ク トラム解析が主体であ り,主 に筋 トル ク

や筋疲労 の程度 を調べ るために用 いられる.ま ず,パ ラ

メータ解析では, Inman, Lippold, Rauら は筋電図積

分値 と筋張力の間には,比 例関係あるいは放物線 関係が

あると報告 している120～123). Ericsonら は筋電図の確率

振幅密度関数(APDF)と,著 者 らは筋 電 図 波 高と,

Bergstromは 筋電パルス数と,筋 張力の間にも同様に比

例 関 係が 成立 す るこ とを確 か めた23,124,125)ま た,筋 疲

労 が増 す につ れ,ど のパ ラメ ータ も増 加 傾 向 に ある と し

てい る124,126)た だ し,個 人 差 の問 題 な ど定 量 的 な取扱

いは まだ 不十 分 で あ るが,筋 負担 の評 価 に活 用 で き る も

の と思 わ れ る.

次 に,ス べ ク トラム解 析に つ いて は,筋 電 図で は一次

処 理 を 行わ ず に原 信号 に直接 スペ ク トル解 析す る ことが

多 い.そ の ため の装 置 もbank filterを 利用 した ものや

FFTを 利用 した ものな どが 開発 され て い る127～129).作

業 中 の各 周波 数 成 分 ご との相対 パ ワ ーを調べ る と,筋 疲

労 の進 行 と ともに13～32Hz程 度 の徐波 成 分 の増 加 あ る

いは 中心 周波 数 の低 下 が観測 され る127,130～132). FFT解

析 結果 にお い て もFig. 6に 示 す よ うに,徐 波 成 分 の増 加

は筋疲 労 の 良 い指標 とな る こ とが わ か る130,131).筋 部位

を変 え て複数 電 極 を装 着す れ ば部 位 ご との局 部 筋疲 労を

評 価 す る こ とが 可能 とな る23,133).

Brodyら は表 面 筋 電図 を シ ョッ ト雑音 とみ な して,統

計 的 モ ー メ ン トに よ り,筋 張 力 の増 加 と活 動筋 数 お よび

振 幅 の 関係 を求 め て い る134,135)が,筋 張力 の増 加 ととも

に活 動 筋数 は減 少 し,振 幅 が著 し く増 加す る と し て お

り135),上 述 の結果 を裏付 け て い る.

(2)身 体 挙動:姿 勢,し ぐさや さ まざ まな身 体挙 動 の

計 測 が 作業 研究 に利用 され て きた こ とか ら,身 体挙 動 も

広義 の 生体情 報 に含 め る こ とが で き る.こ の 分析 には次

の よ うな方法 が用 い られ る.

i.作 業 観察 に よる方法 で結果 を 記 入す る メモ とス ト

ップ ウ ォ ッチを 利用 す る136)

ii.ビ デ オ カ メ ラや 映 画撮 影(高 速 度 カ メ ラ)な どの

映 像 を分 析 す る 方法137,138)

iii.発 光 ダイ オ ー ド(LED)を 身 体 各部 に 装 着 し,

LEDの 発 光周 期 に 同期 させ た2台 の赤 外 線 カ メ

ラで 撮影 し,発 光 部位 を2値 化 した画像 処理 に よ

って検 出 して, 3次 元 座 標を 求 め る方 法139～141)

iv.任 意 の形 状 の マ ーカ(色 マ ー カ)を 身 体各 部 に装

着 し,そ の反 射 光 を2台 の カメ ラで撮 影 し,色 抽

出な どの画像 処 理 に よって3次 元 座標 を求 め る方

法142,143)

v.身 体 各 部 位に装 着 した 加速 度 セ ンサ ーか らの信号

を計測 し,速 度,位 置 お よび各 部 の3次 元座 標を

求 め る方 法144,145)

上 記iii～vは 外部 か ら非接 触 で計 測 で きる装 置 が開発

され て お り,お おむ ね,身 体各 部 の3次 元 座 標 を30～

100Hzで 計 測 し,い ずれ も高速 か つ 大容 量計 算機 に よ

りリア ル タイ ムで各種 解析 を 行 い,身 体各 部 お よび重 心

の運 動 軌跡,運 動量,速 度,加 速 度,角 速 度 な どの デ ー

高野ほか:生 体情報 を利用 した作業者の心身状態評価法の現状 と動 向 105

(a) a stickpicture of simple walking.

(b) a position/velocity/acceleration time sequential data.

Fig. 7. Example of human motion analysis in walking measured by the method IV in chapter III. 3, 4) (2): (a) stick-picture, (b) position/velocity/acceleration sequence I data (offered by MTEC Co. Ltd.)

タを得 る こ とが で き る(Fig. 7)143).

Iwataら は,上 記iiの 方法 に よ り,実 際 の工 事 現場 で

働 く作業 員 の動 作 を詳 細 に解 析 し,各 人 体 セ グ メ ン トの

動 作情 報 を ミニ コン ピ ュータで処 理 し, 3次 元 グ ラフ ィ

クスに 画像 化 す る と ともに,重 心 の移動 状況 あ るいは仕

事 量 な どを解析 的計 算 に よ り得 てい る146).同 じ く,岩 田

らは簡 単 な荷役 作業 を対 象 に身 体運 動 モデ ル を 構 築 し

て,そ のモデルと運動解析の結果 がほぼ一致 しているこ

とを証 明している148)ま た, Winterは 歩行時 の消費エ

ネルギーと身体各部 の力学的エネルギーの関 係 を 分 析

し,シ ネカメラ等を用いて詳細な運動解析を行 えば,遠

隔的に作業員 の労働強度を計測 できる としているが,現

状の技術では精度 などの点で問題があるとしてい る147)

床反力計,筋 電図および身体運動計測 を組み合わせて,

106 産 業 医学 34巻, Jpn J Ind Health, Vol. 34, 1992

人 間の動作分析を行い,作 業負担評 価148,149),疲れない

姿勢研究150,151),ロボ ッ ト設計152)などに役立て ようとし

た例が報告 されている.

また,「 あ くび,よ そ見 など直接作業 と関係ない副次

行動」 の計測か ら作業 中の 「飽 き,い やけ」な どモチべ

ーシ ョンや感情 などの評価に利用す る方法 もある153,154)

その他,動 作時間分析 には長い歴史があ り,工 程に含

まれ るさまざまな動作,姿 勢 などを分析 して能率改善,

負担軽減,自 動 化,作 業分担改善などに結び つ け て い

る136).

最近,人 間のエネルギー消費 の近似値を与える水銀 ス

イ ッチやデ ィジタル式 の振 り子を用い,心 電図も同時 に

記録できるポータブルなエネルギー消費 量測 定 器 が 開

発 されてお り,日 常の基本的 な姿勢 の識別 も 可 能 で あ

る155).動作分析によ り,対象作業 の基本動作を分類 して

おけぼ,作 業者 の消費エネルギーの簡便な計測法 として

活用できる.

5)熱 調節系 の生体情 報

(1)体 温:作 業者に とって暑熱の問題は古典的な課題

であ り,体 温調節系の特性を把握 してお く必要がある.

熱バ ランスは熱源 としての体 内産熱量 と熱放散(対 流,

伝導,蒸 発)と が均衡 して成立する156)体 温 は被服や環

境温度 と密接 に関係 しながら,対 流,伝 導お よび蒸発の

程度に影響を及ぼす重要 な生体情 報 で あ り156),大別 し

て人体 内部の温度を表 す内部温 と皮膚表面の温度を表す

皮膚温 とに分けられる.皮 膚温 の測定 は零電位法を用い

るべ きであるが,一 般には薄いテープで皮膚表面にサ ー

ミス タを固定 して測定する.皮 膚温 は身体各部で温度が

異なるため,平 均皮膚温 が指標とな り, 10～12ポ イン ト

を加重平均 して求める157).最近ではサ ーモグラフ ィー

を用いれぼ瞬時に非接触で各部 の皮膚温お よび平均皮膚

温 が測定 できる158).

内部温 の代表的指標は直腸温 で あ り159),この代替 と

して耳 内温,腋 窩温,口 内温 などが挙げられる72,160).ま

た,皮 膚表面か ら内部温 を無侵襲で計測する方法 も開発

されている161,162).

平均 皮膚温は作業者の自覚的な温冷感,快 適 感 と良い

相 関関係にあ り163,164),人間が最 も快適 と感 ず る の は

33℃ 近辺である164,165).これは,至 適温度を評 価す る時

に重要である.皮 膚温 が35℃ を超 えると急速に暑 さを

感 じ, 36.5℃ を超えると発汗に よる体温調節が 限界 に

達す るとしている169)ま た,サ ーモグラフ ィーを利用 し

て,作 業者の温冷感が身体部位の どの部分 の皮膚温に最

も敏感に左右され るかを検 討した結果 も報 告 され て お

り,顔 面,特 に頬の皮膚温 の上昇が暑 さを感 じさせる と

している166).こ れは,フ ー ドマスクなどを装 着す るこ

とによって,顔 面の皮膚温 が上昇す ることに対応 し,適

当な風を送 ってや ることに より緩 和 される167).こ のほ

か,精 神 作業時の顔面 のサ ーモグラフ ィー計測では,鼻

の温度が作業者の覚醒度 の指標となるとい う報 告 が あ

る168)

一方,内 部温については, WHOで は高温作業の許容

基準 として直腸温を用いてお り,こ れが38℃ を超えな

い ことが望 ましい としている159).直 腸温は酸素摂取率,

水負債量 との間に良い相関があ り発汗量 とも密接に結び

ついていることか ら169,170)高温 作業時 の作業安全の目安

として利用できる.直 腸温な ど体温 の上昇は血液温度の

上昇,血 流の増加な どを引き起 こし,心 拍数や呼吸数に

も影響を与える171).また,高 温環境 中での作業では,直

腸温が上昇す ると精神 作業での過誤 が増大す ると報告 し

てお り172,173),ほぼ感覚温度が35℃ を超えた状態で1時

間以上 作業を継続すると悪影響があるようである.こ の

ほか,大 島 らは舌下温 と眠気 の段階 には深 い関係がある

としている4).

著 者らは, Fig. 8に 示す ように肉体作業中の直腸温が

どの程度変化す るかについて, 3種 類の衣服を着用 した

場合の直腸温上昇予測式を求めた84).軽 装での予測式に

ついてもGivoniら174), Daya1ら33)な どい くつか報告

されている.

(2)発 汗量:発 汗 は体温 と関連が深 く,温 熱 ス トレス

評価に利用 され る.発 汗量は作業前 後の体重変化を人体

天秤などで測定するが.連 続的に発汗率を測 定 で き な

い.連 続的に測定で きる装置 もい くつか考案 されてはい

るが175～177),作業中に測定す ることは難 しい.

同一環境温 度では,発 汗量は作業時の全熱産生量に比

例する170).また, McArdleら178)を は じめ とす る多 くの

研究者 は,発 汗量から作業負荷 と温熱負荷を併せて評 価

できるとしている.特 に,発 汗量をべ ースとした温熱指

標P4SR(許 容限界 は4時 間に4.5l以 上 の発汗が予測

される場合)が 高温 作業の許容基準 として知 られ て い

る178).ま た,発 汗量の生理的許容限界 として, 1日8

時間労働あた り4～6l5),体 重 の5.4%179)が 提 唱され

ている.し か し,発 汗 量は個人差,飲 水 の可否,順 応な

どの諸条件に左右 され るので目安 として用いるべ きであ

る180,181).

6)視 覚系 の生体情報

(1)眼 球運動:視 覚は受容可能な総情報量 の 約80%

を受 け取 り182),五感の うちでも特 に重要である.眼 球運

動の計測法 は大 きく分けて2つ の方法がある. 1つ は眼

振図(EOG)で あ り,顔 面 の眼球の周囲に筋電センサを

高野ほか:生 体情報 を利用 した作業者の心身状態評価法の現状 と動向 107

Fig. 8. Predicted results of acceptable working period until the rectal temperature exceeds

1.0•}0.2 degree84): -1•‹ up, ---0.8•‹ up, -.-1.2•‹ up. (a) with S type suit, (b) with T

type suit, (c) with P type suit.

貼 りつけて眼瞼筋の緊張を計測す る手法である9).眼 振

図計測 に より正確な眼球回転角度,回 転速度な どを求め

るには注意深い計測が必要 であ り183),まぼたき,他 の顔

筋運動な どに よるアーチ ファク トが混入す るため,後 処

理が難 しいとい う欠点がある9).こ のEOGか ら急速眼

球運動(REMs)を 検 出す るため,西 川 らは次の装置を

開発 した186)ま ず, EOGの 原 波 形 をFFTに かけ,

winner filter,逆FFT, 1回 微分, 2回 微分 と処理を

施 し,し きい値 以上のパ ルスをREMsと して分離する

方法である.こ のREMsは 睡眠 の深さを知 る場合に有

効な指標 とな るが92,187),その他, CRT作 業時 の 疲労

や188),覚醒度の低下 に伴いREMsが 減少す ること189),

お よび精神作業負荷が大 きいとREMsが 増 加 す る こ

と190)が報告 されている.一 方,眼 球運動回数 の増加 は眼

精疲労を助長すること191),眼球運動の必要回数 か ら計

数作業 の検査時間の予測192)が行われている.

もう1つ の計測法は光学系を応用 した眼球運動計測装

置(EMRS: eye movement recording system)で あ り,

アイ カメラ184),アイマークレコーダ185)と称される機器

を装着 して計測する.最 近, TV電 波を利用 した無拘束

計測 も可能 とな り184),正確な視点,眼 球回転速度と方

向の計測が可能でまばたきも検 出できる. EMRSは 解析

が比較的簡便であるためにインタフェース評価な ど人間

工学分野で活発に用い られている. Megawら はEMRS

を利用 して種 々の作業中の眼球運動を計測 し,外 的な要

因で起 こる.眼球運動の解析から視覚的な作業条件の適性

を判断で きるとしている193).伊藤はVDT作 業を対象 と

して,注 視お よびサ ッケー ドな どの眼球運動を解析 し,

視覚に よる情報処理過程をモデル化してお り194), VDT

表示形態 の設計に役立て られる としてい る.ま た,長 坂

らは数種 のCRT表 示形態(グ ラフ)に ついて異常値検

出時の眼球運動を計測 し,累 積注視時間と視線移動総距

離が 良好 な表示形態 の場合に短 くな ることを示 し195),同

時に誤答率 とも関係があることを示 した196).

(2)ま ばた き(瞬目):ま ばた きは眼振 図の計測 と同時

に計測 でき双方を組み合わせた評価 も行われる.す なわ

ち,眼 球運動がそれほど多 くな く,ま ばたきの回数が著

しく増 加す るような場合は,覚 醒度 の低下に関連がある

とされてい る9).ま た,著 者 らは,CRT監 視作業時のま

ばた きの発生間隔を調ベ,覚 醒度の低下 の前兆 として間

隔の短い群発性 のまばたき(間 隔1s以 下)が 多 く見 ら

れ,さ らに醒覚度が低下すると間隔の長いまばた き(間

隔15s以 上)が 多 くな りミスも増 大す ることを 指摘 し

た197).このほか,ま ばた きの発生パ ター ンと覚醒度を結

びつけた研究も報告 されてい る106,198).吉岡 らはMAG

法 と称す るホール素子を利用 したまばたき検 出装置を利

用 し,ま ばた きの際 の上眼瞼 の動きを まばた き波形 とし

て取 り出 し,覚 醒度の低下に伴い,ゆ っくりとした波形

に変化する傾向にあること,お よび脳波 の徐波 化の傾 向

に一致す ることを指摘 した199,200)(Fig. 9参 照).ま た,

田多は興味の程度 とまばたき数は逆比例す る傾 向にある

と指摘 している201).

ただ し,ま ばた き単独を評価指標とするのは危険であ

り,脳 波,皮 膚電気活動な ど他の指標 との関連性を調べ

る必要 がある.今 後 は,非 接触計測で きるとい うメ リッ

トを生か して,不 随意性 まばた きと意識性まばたきを分

離 して評価で きるな どの工夫が必要 となる.

(3)瞳 孔径:瞳 孔 径は計測 が難 しく,頻 繁に利用 され

る ようになったのは眼球運動に利用 されるアイマークレ

コーダが登場 してか らである.

瞳孔径が明るさに敏感に反応することは知 られていた

が,最 近,感 情や意欲 といった精神的状態 にも反応す る

108 産 業 医学 34巻, Jpn J Ind Health, Vol. 34, 1992

Fig. 9. Typical examples of blinking wave forms in drowsy or awaken arousal condition.199,200) (a) shapes of awake blink, (b) shapes of drowsy blink.

ことが指摘 され るようになってきた202～206).また,覚 醒

度 とも密接に関係すると報告 されている.

Kahnemanら は202,203)瞳孔径は交感神経系 の活動 に密

接 に関連 し,与 えたタスクの難 しさ,複 雑 さなどによ り

瞳孔径が変化するとし,タ ス ク実行中には瞳孔径が拡大

するとしているなど同様 の報 告 は 多 い204,205)Tapta

gapornら は206)視覚的な快適 さと瞳乳 径との関連 を 調

ベ,ど の明るさにおいて も,視 覚的に快適な場合には瞳

孔径が拡大すること,同 時 に精神作業負荷や緊張感が増

す と瞳孔径が拡大するとしてい る.

7)生 理代謝系の生体情報

(1)プ リッカ(CFF):ブ リッカ(CFF)と は暗視野中

の赤色の ランプの点滅を識別で きる最大の周波数をい う

がこれは視覚機能の健全性を検査す るのではな く,こ れ

を媒介 として中枢神経系の活動 レベルを見ているとされ

ている4,9).また, CFFは, 24時 間の生体 リズムに近い

きれいな カーブを描 く4)な ど覚醒度との関連が深 い.覚

醒度が良好な場合 はCFFは 高 く,作 業時 の加算 も速 く

ミスも少ない17).一 方,自 動車運転時にCFFが 著 しく

低下 した場合にはパフ ォーマンスが低下す る,事 務作業

あるいは監視作業 を継続 して行 うことに よりCFFが 低

下する,な どいずれもCFFと 覚醒度 との関連 を指摘す

るものである207～210)また,大 島 らは徹夜 作業時 の被験

者 のCFF,舌 下温,心 拍数,眠 気の段階について調べた

結果, CFFと 眠気な どのベ ラメータはほぼ一致 した傾

向を示 していることがわか り,精 神 ・神経 疲労を検出す

る良い指標 とされてお り4,211),このCFFは 入浴や休憩

な どで回復 す る4).

一方,眼 精 疲 労 とCFFに も関連 が あ る との指摘 もあ

る212).

(2)皮 膚 電気 活動:皮 膚 電 気活 動 に つ いて は,い まか

ら80年 ほ ど以前 か らその 存在 が知 られ て お り213),特 に,

情 動反 応 の指 標 と して用 い られ て きた214).こ のた め,心

理 学,行 動 科学 な どの分 野 で多 く利 用 され,嘘 発見 器 も

この 現象 を 利用 した も の で あ る.皮 膚電 気活 動 の計測

法,生 理 学的 意 味 につ いて は,別 に詳 しい論 文215～218),

著 書219,220)が あ るの で割 愛す る.よ く利用 され てい るの

は手掌 部 や足 蹠 部 な どの皮 膚電 気抵 抗 反 射(SRR),皮 膚

電 気抵 抗水 準(SRL),お よび皮 膚 電位 反 射(SPR),お

よび 皮膚 電 位水 準(SPL)と 呼 ばれ る も の で, SRRと

SPR,な らび にSRLとSPLは 厳 密 には 原理 や計測 法

が 異 な るが,ほ ぼ 同 じ生理 学 的意 味 を もつ と 考 え ら れ

る216,221,222)た だ し,そ の計測 法や 評 価法 に は一 長一短

が あ る219)ま ず, SRL, SPLに つ い て紹 介す る と,代

表 的 な評 価 法 と して確 立 して い るの は作業 者 の 覚醒度 の

指 標 とな る こ とで あ り215,223),睡 眠 段 階 の判 定 な どに利

用 され て きた224)こ れ まで,覚 醒度 の指 標 とな る生 体情

報 として脳 波, CFFな どに つ いて述 べ た が, SRL, SPL

は比 較 的計測,解 析法 が簡 単 であ る こ と,連 続 的に計測

で き るな どの 長所 が あ り,近 年,覚 醒 時 と りわ け監 視作

業 時 な どの作 業者 のパ フ ォー マ ンス との関連 で用 い られ

る こ とが多 くな って きた108,225)そ の代表 的 な ものは,

自動 車運 転 時9,223,226),航 空 機 操縦 時227),信 号 検 出作業

時108,225)な どに お いてSRL, SPLを 覚醒 度 の指 標 として

高野ほか:生 体情報を利用した作業者の心身状態評価法の現状と動向 109

計測 した例である.ま た, SRL, SPLの 増加は脳波の徐

波成分の増加傾 向228,229), CFFの 低下傾向230)と も一致

することも指摘 されてい る.ま た, SRLの 高低を周波数

変換 して音声を発生 させ本人 にフィー ドバ ックさせるバ

イオフィー ドパ ックの手法が提案され て お り231),リラ

ックス,疲 労回復に効果があるとそれてお り,疲 労回復

法 として利用できる可能性がある.

次 に, SRR, SPRに ついて述べる.こ れ らは,情 動,

興奮,緊 張,な どの精神的な状態 によ り,活 発になるこ

とが知 られていた219)が,近 年,作 業中のSRR, SPRが

注 目され,高 次の精神活動 とも密接に関連性も指摘され

ている.作業 の複雑 さ202),注意の集中232),作業負荷225,233)

な どが高まることによ り, SRR, SPRの 発生頻度や振

幅が増 加する とされている.ま た, SPRの 振幅,波 形お

よび反 応 総 量 との関係 も議論 されている220).ただ し,

このSRR, SPRは 慣れや覚醒度の低下によっても反応

が減少す る傾向にあることや肉体的な運動 によって も発

生することに注意する必要 がある219,220,225,234).

最近, SRR, SPRと 同様の意味 をもつ高感度 の 湿度

センサを用いた精神性発汗連続測定装置 も開発 されてい

る235).

IV.生 体情報評価法の将来

各生体情報を利用 して作業者の心身状態やパ フォーマ

ンスを評価す るための手法 を紹介 してきた. III章で述べ

た とお り,作 業現場 での計測を第一義的に考 えると, (1)

無侵襲, (2)無拘束, (3)連続監視, (4)遠隔監視ができる

ことが望 ましい.近 年のセ ンサ技術,テ レメ トリ技術の

発展によ り,こ れらの条件を満たす生体情報が増 えてき

た ことは事実である.今 後は,セ ンサのより一層 の小型

化,電 気,電 子回路の集積 化,電 池の大容量化,記 憶素

子 ・マイクロ演算器の高度利用など他領域 の成果をいち

速 く取 り入れる努力が期待 される.生 体情報の解析につ

いて も信号解析 ソフ トウェアの充実やハー ドの高速化に

より,さ らに高度な組合せが可能 となるであろ う.

最後に問題 とな るのが,生 体情報 の計測,解 析結果の

評 価法であるが,こ れについては,長 い歴史的な流れに

支えられた ものであるだけに,短 時 間で進展するもので

はなく,地 道な長い努力が要求 されるところである.そ

の意味 で本稿は これまでの膨大な成果 の一部を紹介 した

にすぎないにしても,こ れを土台 として画期的で有効な

評 価法が提案 され ることを期待 したい.そ のためには,

生体情報の変容 メカニズムの解明も必要 であろ う.

このように,一 連の計測 ・解析 ・評 価手法の進歩 によ

り,作 業者 を取 りまく諸 々の環境改善,例 えば負担 の少

ない交代制,適 切な休憩,効 果的なス トレス解消法,人

的過誤 の防止策の提案など作業安全 と信頼性 の向上に応

用するメ リッ トは大 きいもの と思われ る.

本稿を進め るに従い,生 体情報の もつ本質的なあい ま

い さ,生 理学的 なメカニズムの解釈の困難さ(ブ ラック

ボ ックス的),個 人差の問題などがあらためて実 感 され

た.こ れを完全に解決す るのは難 しいとして も定量性を

もつ とい うメ リッ トは利用価値があるもの と考えられる

ことか ら,他 の社会科学的手法 と連携を強化 し,境 界領

域の分野 として確立 してい くことが重要であ る と考 え

る.

稿を終えるにあた り,図の引用にご快諾をいただきました三

菱電気中央研究所,大 須賀氏お よび産業医科大学産業生態科学

研究所,神 代氏に感謝いたします.ま た,写 真のご提供をいた

だきました日本電気三栄株式会社および株式会社エムテックの

皆様に感謝いたします.

文 献

1) Mundel ME. Productivity measurement and im

provement. In: Salvendy G, ed. Industrial engineering. New York: John Wiley & Sons, 1982: ch.

1.3, 1.4, 2.3.2) Salvendy G, ed. Handbook of human factors.

New York: John Wiley & Sons, 1987: 844-860.3) Behravesh MM, Karimi SS. Human factors af

fecting the performance on inspection personnel in nuclear power plant. Nucl Plant 1989; 7: 16.

4) 大島正光.疲 労の研究,第2版.東 京:同 文書院, 1979.

5) 労働科学研究所編.労 働 の生理的負担.川 崎:労 働科学

研究所出版部. 1956.

6) Drake LE. MMPI profiles and interview behavior. In: Welsh GS, Dashlstorom WG, eds. Basic readings on the MMPI in psychology and medicine. Minneapolis: Univ of Minnesota Press, 1956.

7) Brodman K, Erdmann AL Wolff HG. Cornell medical index. New York: Cornell University

Medical College Publ. 1949.8) 鷲 谷 徹,進 藤 弘 基,高 橋祐 吉,ほ か.技 術 革 新 と労 働

の人 間化.労 働 科学 叢 書87.川 崎:労 働科 学 研 究所 出 版

部, 1989.

9) 橋本 邦 衛,遠 藤敏 夫.生 体 機 能 の見 か た 人 間工 学 へ の

応 用.東 京:人 間 と技術 社, 1973.

10) 大 島正 光.マ ンア セ ス メ ン ト.労 働衛 生1978; 19: 28-

31.

11) 浅居 喜 代 治.現 代 シ ステ ム工 学 の基 礎.東 京:オ ー ム社,

1979.

12) 永 田 晟.身 体 運動 工 学.東 京:杏 林 書院, 1981.

13) 本 田時 雄.産 業心 理 学.東 京:福 村 出版, 1974.

14) Morgan CT. Human engineering guide to equip

ment design. New York: MdGraw-Hill, 1963.

15) 柏木 繁 男.マ ン ・マ シ ン事 故 の分 析 と管理.川 崎:労 働

科 学研 究所 出版 部, 1975.

16) 沖 野 遙.理 工学 者 の た めめ 生体 計 測 入門,東 京:コ ロ

ナ社, 1981.

110 産業 医 学 34巻, Jpn J Ind Health, Vol. 34, 1992

17) 高野研一,吉 野賢治,石 井敬一郎,ほ か.原 子力発電所

検査監視作業時の生体機能監視技法に関する基礎的検討.

電力中央研究所研究報告1982; 282005: 8-10.

18) 豊田 実.セ ンサ技術 とその応用.メ カ トロニクス1981;

6(3,増 刊号): 2-5.

19) 斉藤興治.正 確な診断技術確立のために期待 される医用

センサ.メ カ トロニクス1981; 6(3,増 刊号): 29-32.

20) 大島栄治.大 規模プラン トにおけるマンマシン系と安全

性.計 測と制御1980; 19: 845-851.

21) 鈴木良次,佐 藤俊輔,池 田研二,ほ か.生 体信号-計 測

と解析 の実際-.東 京:コ ロナ社, 1989.

22) 臼井支朗.会 話型 生体信号解析システム.医 用電子 と生

体工学1983; 62: 55-62.

23) 高野研一,吉 野賢治,長 坂明彦.作 業従事者 の生体信号

解析システムの開発 と そ の適用性評価.勇 働科学1989;

65: 284-295.

24) 日本アビオニクス(株).サ ーマル ビデオシステムTVS.

取扱説明書.東 京, 1985.

25) 吉野賢治.人 間の振舞いの計 測 の現 状.計 測 と制御

1991; 30: 611-615.

26) 橋本邦衛.定 常状態の成立条件に関する研究(第1報)

動的筋作業における脈拍数の定常化条件について.労 働科

学1934; 31: 238-244.

27) 酒井 郎,動 的筋作業に於ける定常状態の成立限界を決

定す る指標について.昭 和医学雑誌1954; 15(1): 9-15.

28) 佐藤繁三.労 働時におけ る酸素摂取量に就て.体 力科学

1959; S: 123-131.

29) 桑 田百代,杉 浦徳美.家 事労働の負担について一エネル

ギー代謝率 と心拍数増加率との関係.家 政学雑誌1970;

21: 406-411.

30) Rushmer RF, Smith OA. Cardic control. Physiol Rev 1959; 39: 41-68.

31) Berggren G, Chiristensen EH. Heart rate and body temperature as indices of metabolic rate

during work. Arbeitsohvsiologie 1950: 14: 255-260.32) 吉野賢治,石 井敬一郎,仲 佐博裕,重 田定義.定 検保修

員の防護服着用時の人間工学的特性(そ の2)一 モデル作業

時におけ る生体特性の基礎的検討.電 力中央研究所研究報

告1980; 280008.

33) Dayal D, Ramsey JD. A heart rate index for assessing heat stress. Proc 6th Congr Int Er

gonomics Assoc Mayland, 1976: 537-543.34) Tanaka M, Brisson GR, Volle MA. Body tem

perature in relation to heart rate for workers wearing immpermiable clothing in a hot environ

ment. Am Ind Hyg J 1978; 39: 885-890.35) Manenica I, Corlett EN. A study of a light repeti

tive task. Appl Ergon 1977; 8w(2): 103-109.

36) Sharit J, Salvendy G, Deisenroth MP. External and internal attentional environments I. The utilization of cardic deceleratory and acceleratory responce data for evaluating difference in mental workload between machine-paced and self-paced

work. Ergonomics 1982; 25(2): 107-120.37) Walter DO. Advances in EEG analysis. Elec

troencephology and Clinical. Neurophysiology 1966 (suppl 27): 23-27.

38) Ax A, Luby ED. Automatid response to sleep deprivation. AMA Archt Gen Psychiat 1961; 4: 55-59.

39) Karlsbeek JWH. Sinusarrhythmia and the dual task method in measuring mental load. In: Shin

gleton W, Fox JG, Whitfield D, eds. Measurement of men at work. New York: New York Van Nostrand Reinhold, 1971: 101-114.

40) Karlsbeek JWH. Objective measurement of mental workload possible applications to the flying task. Proc of 55th AGARD Conf Problems of the

Cockpit Environment. 1968.41) Mulder G. Sinusarrhythmia and mental work.

load. NATO Conf Ser 3. 1979: 327-343.42) Karlsbeek JWH, Ettema JH. Scored regurarity

of the heart rate pattern and the measurement of

perceptual or mental load. Ergonomics 1963; 6: 306-307.

43) 広瀬通孝.ヒ ューマ ン・インタフェースの定量的評価の

方法論.テ レビジ ョン学会技術報告1986; VV 178-6.

44) 伊藤泰子.時 間的な圧迫を加えた鍵打作業を行 うことに

よる生体生理学的 な反応の変化と主観的な評価との関係.

人間工学1988; 24(4): 253-260.

45) 村田厚生,三 宅晋司.マ ニピュレーシ ョン作業における

作業負担-心 拍変動性(HRV)を 指標 として.人 間工学

1989; 25(suppl): 136-137.

46) 高野研一,吉 野賢治,長 坂彰彦.生 体情報を利用 した精

神作業負荷 の 評価に関する基礎的研究.産 業医学1990;

32: 105-117.

47) 大須賀美恵子,寺 下由美,下 野太海,ほ か.メ ンタル ワークロー ドの指標と して用いるための生理反応に関する基

礎的検討(2).第4回 ヒューマン ・インタフェース.シ ンポ

ジ ウム論文集.東 京, 1988: 271-276.

48) 横溝克己,小 松原 明哲,本 田勝己.心 拍数を利用 した事

務作業の分類.人 間工学1981; 17(suppl): 70-71.

49) Luczak H. Fractioned heart rate validity Part

II: experiments on superimposition of components

of S tests. Ergonomics 1979; 22: 1315-1323.

50) Hamilton P, Mulder G, Strasser H, et al. Final report of physiological psychology group. NATO

Conf Ser 3. 1979: 367-377.

51) 山本紘世,杉 浦雅人. 3)基 礎活動 の分析.臨 床 検 査

1981; 25(1,臨 時増刊): 1300-1306.

52) 白井支朗,伊 藤宏司,三 田勝己,(伊 藤正美監修).生 体

信号処理 の基礎.:東 京:オ ーム社, 1985.

53) Takata K, Watanabe Y. Time series analysis on R-R interval of ECG using AR model. ICCS. Tokyo, 1978.

54) 三宅晋司,神 代雅晴. 1/fゆ らぎの快適性に関する実験

的検討. 1/fゆ らぎの音圧変動をもつ疑似エアコンノイズ

の生体影響.人 間工学1991; 27(1): 1-8.

55) 鈴木真人,尾 高敏則,小 杉幸夫,ほ か.脳 波の周波数ゆ

らぎとそれを用いた除痛効果の定量的判定.電 気 通 信 学

会,技 術研究報告1980; 80(188): 33-40.

56) 市丸雄平.ホ ルター心電図の心拍 スペク トル解析.医 用

電子 と生体工学1988; 26: 446-451.

57) 大塚邦明. 48時 間血圧モニタリングによる血圧 目内変動

の観察.昭 和63年 度厚生省循環器病研究報告集. 63-公-61

循環器病管理における非観血的24時 間モニタ リングの意義

に関する研究.東 京:国 立循環器病 センター, 1989: 596-

602.

58) Yamakoshi K, Kawarada A, Kamiya A, et al. Long-term ambulatory monitoring of indirect arterial blood pressure using a volume-oscillometric method. Med Biol Eng Comput 1985; 23: 459-465.

59) Yamakoshi K, Kamiya A, Shimazu H, et al.

高野ほか:生 体情報を利用した作業者の心身状態評価法の現状 と動向 111

Noninvasive automatic monitoring of instanteneous arterial blood pressure using the vascular unloading technique. Med Biol Eng Comput 1983; 21: 557-565.

60) Ettema JH, Zielhuis RL. Physiological parameters of mental load. In: Hashimoto K, ed. Methodology in human fatigue assessment. London: Taylor and Francis, 1971.

61) 平 岩 明,嶋 津 秀昭,川 原 田淳,ほ か.動 脈 血 圧 を指 標

と した コ ン ビュ ータ端 末 応答 速 度 の一検 討.ヒ ュー マ ン ・

イ ンタ フ ェー ス ・シ ンポジ ウ ム論 文 集.東 京, 1988: 207-

210.

62) Mckenzie RF. Assessment correlates of workload and performance. Agardograph, North Atlantic Treaty Organ Asv Group, Aeronaut Res Dev 1979; 145-161.

63) Halberg F. Chronobiologia of human blood pressure. Minneapolis: Meditonic, 1988.

64) Otsuka K. Circadian amplitude of diastolic blood

pressure gauges family history (FH) of high blood

pressure in nurses. Chronobiologia 1988; 15: 266-267.

65) 渡 辺 晴雄.ヒ トの血 圧 の連 続 測定 で 最 近わ か っ て きた こ

と.日 本生 理 学会 誌1988; 52: 151-153.

66) 桐原 藻見 編.疲 労 判 定の た め の機 能検 査 法.東 京:日 本

産 業衛 生協 会 出版 部, 1957: 165-167.

67) 内久 根聖 志,町 田信夫,李 治 郷,ほ か.自 動 車 の 高速

走 行に お け る運転 者 の 身心反 応 に つ いて.日 本人 間工 学 会

関 東支 部第20回 大 会 講 演集. 1979: 94-95.

68) 中 山昭雄 編.温 熱 生 理学.東 京:理 工 学社, 1981.

69) 古沢 一夫.作 業 の エ ネルギ ー 代謝 率-RMR-に つ い て.

兵 庫 県立 医 科大 学紀 要1949; 1: 53-58.

70) 沼尻 幸 吉,石 井雄 二,安 藤 清,ほ か.呼 気 分 析 に よ る

体 内産 熱 量測 定 法 の 吟 味.体 質医 学研 究 所報 告1953; 3

(2): 285-291.

71) 沼 尻幸 吉.活 動 の エネル ギ ー代 謝,第2版.川 崎:労 働

科学 研究 所 出版 部, 1979.

72) 戸 川達 雄. MEセ ンサー エ レク トロニ クス1981; 7:

755-764.

73) 田村 正士,板 倉 康 太郎.一 般 ス パ イ ロメー タ.耳 鼻咽 喉

科1981; 53(10): 811-817.

74) 鈴木 直樹,内 山 明彦,広 瀬次 宏,ほ か.呼 吸系 の測定 シ

ステ ム.医 用 電子 と生体 工学1981; 19(2): 132-138.

75) Tamura T, Nemoto T, Nakajima K, et al. Portable device for monitoring oxygen uptake. Med Biol Eng Comput 1986; 24: 186-192.

76) 吉野賢治,高 野研一,重 田定義.無 拘束エネルギー代謝

率 リアル タイムモニタ リングシステムの開発と性能評価.

産業医学1985; 27: 390-399.

77) Humphrey SJE, Wolf HS. The oxylog. J Physiol 1977; 267: 12-13.

78) Vos JA, Kimmish HP, Kreuzer F. Investigations during exercise with an improved Po2 telemetry system. Biotelem Patient Monit 1972; 7: 121-129.

79) Murray RH, Marko A, Kissen AT, et al. A new, multichannel, personal radiotelemetry system. J Appl Physiol 1968; 24: 123-130.

80) Tamura T, Higuchi T, Sato K, et al. Evaluation of ambulatory oxygen uptake measurement. Proc of 24th FIMS World Congr of Sports Med 1990.

81) 島田喜代男,矢 野 誠,紫 谷亨一郎.医 療用 として注 目

され る生体計測用炭酸 ガスセンサ.メ カ トロニクス1981;

63(3): 68-70.

82) 池田研二.新 しいパイオテ レメ トリ方式.医 用電子 と生

体工学1980; 18(7): 479-484.

83) 日本産業衛生学会.高 温 の許容基準.産 業医学1986;

28: 224-226.

84) 吉野賢治,高 野研一,長 坂彰彦,重 田定義.高 温作業者

の温熱ス トレス発現予測についての実験的研究一 とくに作

業衣服と作業強度および環境温度条件との関係.産 業 医学

1987; 29: 466-479.

85) Astrand PO, Rodahl K. Textbook of work physiology. New York: McGrow-Hill, 1970.

86) 猪飼道夫.身 体運動の生理学.東 京:杏 林書院, 1978:

162-166.

87) 大島正光.人 体呼吸量の連続描記方法について.労 働科

学1949; 25(3): 127-128.

88) 吉田 徹.医 用計測技術.東 京:コ ロナ社, 1979.

89) 石山陽事,江 部 充:脳 波の頭部外基準単極誘導法に関

す る研究.医 用電子と生体工学1980; 18(5): 334-340.

90) 日野正章,阿 部善右衛門,石 山陽事.脳 波の単極導出に

おけ る心電図除去の自動化-平 行型頭部外基準単極導出に

関す る検討.電 子通信技術学会研究報告1981; 184: 17-24.

91) Koles ZJ, Henry PF. Mental activity and the E. E. G.: task and workload related effects. Med Biol Eng Comput 1981; 19: 185-194.

92) Simon O, Brass B, Buser P(太 田龍 朗,訳).臨 床

脳 波 ア トラ ス.東 京:星 和 書店, 1981.

93) Kellaway P. Automation of clinical EEG. New York: Raven Press, 1973.

94) 山本紘 世.臨 床 脳 波 の各 種 の コ ン ピュ ー タ解 析.神 経 進

歩1975; 19: 1075-1083.

95) 山本 紘 世,松 浦 雅人. 3)基 礎 活 動 の 分 析.臨 床 検 査

1981; 25(11): 1300-1306.

96) Blackman RB, Turkey JW. The measurement of power spectra from the point of view of communication engineering-Part I. Bell Syst Tech J

1958; 37: 185-284.97) 佐藤謙助.脳 波と誘発電位 の 要 素 波.脳 波 と筋電図

1979; 7: 169-174.

98) 方野健次,石 井直宏,岩 田 彰,ほ か.脳 波の 自己回帰

モデルを用いた睡眠ステージの自動判定,医 用電子 と生体

工学1982; 20(2): 29-35.

99) Jansen BH, Bourne JR, Ward JW. Auto regressive estimation of short segment spectra for com

puterized EEG analysis. IEEE Trans Biol Eng 1980; BME-27(7): 370-375.

100) Smith JR, Yeo WC. Walsh power spectra of human encephalograms. Proc Symp Walsh Functions. 1972: 159-162.

101) Larsen H, Lai DC. Walsh spectral estimates with applications to the classifications of EEG signals. IEEE Trans Biol Eng 1981; BME-28(9): 630-638.

102) Smith WD. Walsh versus Fourier estimations of the EEG power spectrum. IEEE Trans Biol Eng 1981; BME-28(11): 790-793.

103) 竹 田晴 見,畑 四郎,池 田義 弘.マ イ ク ロコ ン ピュ ー タ

を 用 いた 脳 波 の2次 元 表 示 パ タ ー ン処 理.人 間工 学1981;

17(特 別 号C-18): 184-185.

104) Giese DA, Bourne JR, Ward JW. Syntactic analysis of the electroencephalogram. IEEE Trans Syst Man Cybern 1979; SMC-9(8): 425-435.

105) Lin AJ, Winters WD. Real-time detection of the

112 産業 医 学 34巻, Jpn J Ind Health, Vol. 34, 1992

EEG using a two component wave model. Com

nut Proarams Biomed 1980: 11: 201-208.

106) 深沢 延,安 次積昭男,柳 島孝平,ほ か.脳 波 などを用

いた 自動車運転者の覚醒度の評価法について.第20回 日本

人間工学会講演論文集, 1979: 256-257.

107) Burch NR, Greiner TH. A bioelectric scale of human alertness: concurrent recordings of the EEG and GSR. Psychiatr Res Rep 1960; 12: 183

-193.108) Davies DR. Skin conductance, alpha activity,

and vigilance. Am J Psychol 1965; 78: 304-306.

109) Haider M, Koller M, Groll-Knapp E, et al. Psychophysiological studies on stress and machine

paced work. Proc Machine Pacing and Occupational Stress. London: Taylor & Francis 1981: 303

-309.110) 西村千秋,小 坂明生,常 光和子,ほ か.皮 膚電位水準に

よる自動車運転時の覚醒水準評価の試みII-諸 生理量の

比較.人 間工学1987; 23(2): 111-118.

111) Itakura F. Minimum prediction residual principle applied to speech recognition. IEEE Trans Acoust Speech Signal Process 1975; ASSP-23-1: 67-72.

112) Lansky P, Bohdanecky Z, Indra M, et al. EEG alpha activity processing and modeling. IFAC IFIP Symp Softw Comput Control 2nd. 1979: 311

-313.113) Yunck TP, Tuteur FB. Comparison of decision

rules for automatic EEG classification. 8th Ann Meet Northeast Bioengineer Conf 1980: 362-370.

114) Shin H, Barr RE, Welch AJ. Analysis of the EEG during mental activity using multiple time

domain parameters. IEEE Front Eng Health Care 1981; FEHC 9(5): 286-289.

115) Defaylle M, Dinard JP, Gentil MT. Averaged evoked potentials in relation to attitude, mental load and intelligence. In: Shingleton WT, ed. Measurement of a man at work-An apprasal of

physiological and psychological criteria in manmachine system. London: Taylor & Francis, 1971: 81-100.

116) Regan D. Evoked potential in psychology, sensory physiology, and clinical medicine. London:

Chapman and Hall, 1972.117) Wastell DG, Brown ID, Copeman AK. Evoked

potential amplitude as a measure of attention in working environment: a comparative study of telephone switch board design. Hum Factors 1981; 23(1): 117-121.

118) 長沢有恒,萩 原裕子,荒 巻定仁,ほ か.付 加作業による

作業負担測定法の研究(2)-リ ンク ・トレーナー習熟にとも

な う付加作業の変容.医 実報告1980; 21(2): 61-73.

119) Israel JB, Wickens CD, Chesney GL, et al. The

event ralated brain potential as an index of displaymonitoring workload. Human Factors 1980; 22

(2): 211-224.120) Inman VT. Relation of human EMG to muscle

tension. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1952; 4: 184-194.

121) Lippold OCJ. The relation between integrated action potential in a human muscle and its isometric tension. J Physiol 1977; 117: 492-498.

122) Rau G. Anwendung der Electromyographie bei

der Beurteilung koerperlicher Momentan and Langzeitbeanspruchung. Z Arbeitwiss 1977; 32(2): 112-120.

123) Zuniga EN, Simons DG. Non linear relationship between averaged electromyogram potential and

muscle tension in normal subjects. Arch Phys Med 1969; 50: 613-616.

124) Ericson BE, Hagberg M. EMG signal level versus external force: a methodological study on computer aided analysis. 6th Int Congr Biomech USA, 1978: 251-255.

125) Bergstrom RM. The relation between the number of impulses and the integrated electric activity in electromyogram. Acta Physiol Scand 1959; 45: 97-102.

126) Edwards RG, Lippold OCJ. The relation between integrated electrical activity in fatigue muscle. J Physiol 1956; 132: 673-681.

127) Petrofsky JS. Filter-bank analyser for automatic analysis on the e. e. g. Med Biol Eng Comput 1980; 18: 585-590.

128) 八木 孝,氷 室利彦,山 口敏雄,ほ か.筋 電図とMKG

のデータ収集 システムの試作.東 北歯大誌1983; 10: 220-

229.

129) 鈴木宏哉,尾 崎久記,小 池敏英.マ イクロコンピュータ

を利用した生体信号の解析.茨 城大学教育学部紀要1983;

32: 67-77.

130) 佐藤陽彦,石 井 勝.動 的筋作業における局所疲労の評

価.人 間工学1977; 13(6): 255-260.

131) Petrofsky JS, Phillips CA. Interactions between fatigue, muscle temperature, and blood flow and the surface EMG, IEEE Trans Biomed Eng 1980;

BME 27(9): 520-526.132) Anderson GBJ, Schultz AB, Ortengren R. Trunk

muscle forces during desk work. Ergonomics 1986; 29(9): 1113-1127.

133) 三沢哲夫,吉 野賢治,重 田定義.VDT作 業の一連続時

間に関する実験的研究.産 業医学1984; 26(4): 296-302.

134) Brody G. A model for myoelectric signal generation. Med Biol Eng 1974; 12: 21-41.

135) Kanosue K. The number of active motor units and their firing rates in voluntary contraction of human brachialis muscle. Jpn J Physiol 1979; 29:

427-443.136) Barns RM. Motion and time study, design and

measurement of work. New York: John Wiley & Sons, 1980.

137) 松 井 秀治.各 種 姿 勢 の重 心移 動 に 関 す る研 究.体 育 学 研

究1956; 2(2): 65-76.

138) Murray MP, Seireg A, Scholz RC. Center of

pressure and supportive for ceduring human ac

tivities. J Appl Physiol 1967; 23(6): 831-836.

139) 石 川 正俊,下 条 誠,武 田常 広,ほ か.動 態 の三 次元 計

測.製 品 科学 研 究所 報 告1980; 91: 1-15.

140) Andriacchi TP. Three dimensional coordinate

data proccessing in human motion analysis. J

Biomech Eng 1979; 101: 279-283.

141) ナ ッ ク(株).技 術資 料No. 840571. 1982.

142) 長 坂 彰彦,高 野研 一,吉 野 賢 治.運 転 ・保 守 時 の人 間行

動 モ ニタ リン グ手法 の 確 立(そ の5)一 人 間特 性 総合 解 析装

置(フ ェー ズII)の 開 発 と そ の性能 評 価.電 力 中央 研 究所

報告1991; No. S90003.

高野ほか:生 体情報を利用 した作業者の心身状態評価法の現状 と動向 113

143) (株)エ ムテ ツク. 3次 元動態解析 シ ス テ ムLAVAC

version 1.0. 1990.

144) 横地 裕,加 藤雅彦,中 島浩二,ほ か.姿 勢および運動

量の 自己記録昨日を備えた超小型Holter心 電図記録装置

の開発.医 用電子 と生体工学1988; 26(特 別号): 376-382.

145) 山崎信寿.加 速度計による歩行障害の計測 と評価.第20

回日本人間工学会講演論文集. 1979: 192-193.

146) Iwata K, Moriwaki T, Kawano T, et al. Modeling and dynamic analysis of three-dimensional human body via computer graphics. Mem Fac

Eng Kobe Univ 1981; 27: 15-23.147) Winter DA. A new definition of mechanical

work done in human movement. 7 Appl Physiol: Respirat Exercise Physiol 1979; 46(1): 79-83.

148) 岩田一 明,森 脇俊道,川 野常夫,ほ か.荷 役作業におけ

る作業者 の運動動作解析 と評価の研究(第2報)一 コンビュータグラフィクスによる三次元動作解析.精 密機械1982;

48: 1465-1470.

149) 江原義弘,別 府政敏,野 村 進.歩 行の効率.バ イナ メ

カニズム学会編.バ イオメカニズム9.東 京:東 京大学出

版会, 1988: 93-103.

150) 長町三生,丹 下 敏,畝 正二,ほ か.ダ イキ ン工業に

おける職務再設計.大 阪:高 年齢者雇用開発協会, 1983.

151) 谷井克則. EMG-ス テックピクチャーの動作分析への応

用.人 間工学1981; 17(1): 45-47.

152) 中野栄二,小 谷内範穂,新 井健生,ほ か.ロ ボ ット工学

応用技術.機 械 の研究1982; 34(11): 1285-1289.

153) 三上行生,泉 総一,神 代雅晴,婦 人労働者の作業能力

と負担 からみた作業適性に関す る研究(1)-波 形検査作業を

対象 として.人 間工学1989; 25(1): 41-52.

154) 岸田孝弥.単 調労働と副次行動.東 京:高 文堂, 1985;

137-141.

155) 横地 裕,加 藤雅彦,中 島浩二,ほ か.姿 勢および運動

量の自動記録を備 えた超小型Holter心 電図記録装置の開

発.医 用電子 と生体工学1988; 26(特 別号): 376.

156) 中山昭雄編.温 熱生理学.東 京:理 工学社, 1981.

157) 人間環境系編集委員会.人 間-環 境系.上 巻.東 京:人

間と技術社, 1972.

158) Woodrough RE. Infra-red temperature measurement and thermal imaging systems. In: Medical infra-red thermography-principles and practice.

Cambridge: Cambridge Univ Press 1982: 112-124.159) Report of WHO Scientific Group. Health factors

involved in working under conditions of heat stress. WHO Tech Rep, No. 412. Geneva: WHO,

1969.160) 蓑島 高編,日 本人人体正常数値表.東 京:技 報堂,

1958.

161) 戸川達男.新 しい体温計測法(深 部体温計)の 臨床応用.

医学のあゆみ1980; 113: 996-1003.

162) 宮川道夫.生 体内温度分布推定法についての検討.電 気

通信学会技報1980; MBE 80-58: 25-32.

163) Gagge AP, Stolwijk JAJ, Hardy JD. Comfort and thermal sensations and associated physiological responses at various ambient temperatures. Environ Res 1967; 1: 1-8.

164) Winslow CEA, Herrington LP. Temperature and human life. Prinston: Prinston Univ Press, 1949.

165) Fanger PO. Thermal comfort analysis and ap

plications. In: Environmental engineering, New York: McGraw-Hill, 1970.

166) 長坂彰彦,吉 野賢治,高 野研一.温 熱環境下作業時にお

ける温熱ス トレスの身体影響(そ の2)ー サ ーモグラフィ手

法に よる皮膚温,自 覚症状,温 熱環境下熱環境条件の相互

依存性の検討,電 力中央研究所研究報告1986; 285060.

167) 長坂彰彦,吉 野賢治,高 野研一.温 熱環境下作業時にお

ける温熱ス トレスの身体影響(そ の4)ー サ ーモグラフ ィ手

法による皮膚温,自 覚症状に与える風の影響の検討.電 力

中央研究所研究報告1987; T86099.

168) 岩田洋夫.サ ーモグラフィによる作業覚醒度の リモー ト

センシング.第2回 ヒューマン ・インタフェース ・シンポ

ジウム論文集. 1986: 113-118.

169) Nielsen M. Die Regulation der Korpertemperatur bei Muskelarbeit. Skand Arch Physiol 1938; 79: 193-230.

170) Nielsen B. Regulation of body temperature and heat dissipation at different levels of energy and heat production in man. Acta Physiol Scand 1966; 68: 215-227.

171) Kamon E, Belding H. Heart rate and rectal temperature relationship work in hot humid environments. J Appl Physiol 1971; 31: 472-477.

172) Pepler RD. Performance and well-being in heat. In: Hardy JD, ed. Temperature, its measurement and controll in science and industry. New York: Reinhold Publishing, 1963: 3, Part 3.

173) Wing JF. Upper thermal tolerance limits for unimpaired mental performance. Aerospace Med

1965; 36(110): 960-964.174) Givoni B, Goldman RF. Predicting heart stress

rate response to work, environment, and clothing.

J Appl Physiol 1973; 34: 201-204.175) Nilsson GE. On the measurement of evaporative

water loss methods and clinical applications. Linkoping Univ Med Diss 1977: 48-56.

176) 久 野 寧.汗 の話.東 京:光 生 堂, 1964.

177) 登 倉 尋實.被 服 と温 熱生 理 学.繊 維 機械 学 会 誌1982; 35

(8): 328-333.

178) McArdle B, Dunham W, Hollong HE. The

prediction of physiological effects of warm and

hot environments. Med Res Council Rep 1947; No.

RNP47/391.

179) 伊 藤 真次.夏 日無 飲 水長 途歩 行 実 験.日 本 生理 学 会誌

1942; 7(101): 517.

180) 肝 付 邦 憲,現 場 に お け る発 汗量 の見 直 しへ の 試み.労 働

の科 学1982; 37(7): 385-390.

181) 石 川 清文.高 温 環境 基 準 につ い て.第6回 人 間-熱 環 境

系 シ ンポジ ュ ウム報 告 集. 1982: 27-29.

182) 大 久 保堯 夫,斉 藤 進,斉 藤 真.視 覚作 業 に おけ る注

視点 分 布 に 関す る研 究.日 本 大 学生 産 工学 部 報 告A1985;

18(2): 55-63.

183) 友 田泰 行,堀 井 健.探 索 に おけ る眼球 運 動 特 性.人

間 ・生 体工 学 研 究報 告 書.関 西 大学 技 術研 究 所, 1985.

184) 竹 井 機器 工 業(株)ト ー クア イ仕様 ・使 用 説 明書. 1990.

185) Megaw T. An evaluation of NAC Eye Mark

Recorder. IEA '82. Tokyo, 1982: 390-391.

186) 西 川 昌利,石 井直 宏,岩 田 彰,ほ か.急 速 眼球 運 動 の

信号 の検 出.電 気通 信 学 会論 文誌1983; J66-D(1): 33-

40.

187) Sanderson AC, Segan J. Richey E. Hierachical

modeling of EEG signals. IEEE Trans 1980; PAMI-

2: 405-410.

188) 石 井 威 望,岩 田 洋夫.動 画 像 処理 に よ る人 の視 線 の追 跡.

第30回 信 号 処理 学 会講 演 論文 集. No. 2, 1985: 1237-1238.

114 産 業 医学 34巻, Jpn J Ind Health, Vol-34, 1992

189) 野 呂影 勇,戸 上 英憲,小 野 村 寅夫. VDT作 業 の健 康 管

理 に コン ピ ュー タ技術 を 利 用す るた めの コ ンセプ ト.ヒ ュ

ー マ ン ・イ ンタ フ ェー ス ・シ ンポ ジウ ム 論 文 集 . 1985:

255-258.

190) 斉 藤 進,津 久 井一 平,林 嘉 男.眼 球 運 動 特 性 か らみ

た パ イ ロ ッ ト作業 の人 間工学 的 評 価.人 間 工 学1987; 23

(特 別号): 52-53.

191) 野 呂影 勇. VDT作 業 に おけ る視覚 特 性 につ い て(1)-眼

球 運 動 のパ フ ォーマ ンス.日 本 人 間工 学 会第24回 大 会講 演

集. 1983.

192) 斉藤 幸 子,佐 野 吉雅,飯 田健 夫,ほ か.計 数 検 査作 業 時

の視 覚特 性.人 間 工学1979; 15(6): 199-205.

193) Megaw D, Richardson J. Eye movements and

industrialinspection. Ergonomics 1979; 10(3): 145-

154.

194) 伊 藤 謙 治.ヒ ュー マ ンコ ン ピュー タ イ ン ター フ ェー スに

お け る表 示 情報 設 計 のた め の視 覚 認知 モ デ ル.人 間工 学

1988; 24(3): 177-187.

195) 長 坂彰 彦,吉 野 賢 治,高 野 研一.運 転 ・保 守 時 の人 間 行

動 モ ニタ リング手 法 の確 立(そ の2)-視 覚 系挙 動 情報 に よ

るCRT表 示 良否 判定 に関 す る基 礎検 討.電 力 中央 研 究 所

研 究報 告1988; S88002.

196) 長 坂 彰 彦,吉 野 賢 治,高 野研 一.運 転 ・保 守 時 の人 間 行

動 モ ニ タ リング手 法 の確 立(そ の4)-誤 答 率 と視 覚系 挙 動

の関 係.電 力 中央 研 究所 研 究報 告1988; S89004.

197) 高 野 研一,吉 野賢 治,長 坂 彰彦.原 子 力発 電 所 に おけ る

ヒ ュ ーマ ンフ ァク ター評 価 法-瞬 目現象 を利 用 した覚 醒 水

準 の評 価 法.電 力中 央研 究 所 研究 報 告1985; 284055.

198) 保 坂 良資,渡 辺 瞭.ま ば た きの 発生 パ ター ンを 指標 と

した 覚 醒水 準 評 価の 一方 法.人 間工 学1983; 19(3): 161-

167.

199) 吉 岡 英 明,宮 田 洋,大 須 賀美 恵 子,ま ばた きを利 用 し

た 傾 眠 防止I.磁 気 セ ンサ 法(MAG法)に よ る 波 形 計

測.人 間工 学1987; 23(特 別 号); 182-183.

200) 宮 田 洋,吉 岡英 明,大 須 賀美 恵 子.ま ば た きを利 用 し

た傾 眠 防 止II.監 視 作 業場 面 へ の適 用例.人 間工 学1987;

23(特 別 号): 184-185.

201) 田多 英興.興 味の 関 数 と して の 自発 性 瞬 目率 の 変化.日

本 心 理 学 会第49回 大 会 論文 集.生 理11-5. 1985: 345.

202) Kahneman D, Tursky B, Shapiro D, et al. Pupillary, heart rate, and skin resistance change during a mental task. J Exp Psychol 1969; 79(1): 164

-167.203) Kahneman D, Beatty J. Pupil diameter and load

on memory. Science 1966; 154: 1583-1585.204) Goldwater BC. Psychological significance of

pupillary movements. Psychol Bull 1972; 77: 340-355.

205) Janisse MP, ed. Pupillary dynamics and behavior. New York: Piemn, 1974.

206) Taptagaporn S, Saito S. Analysis of pupil movements for ergonomic evaluation of visual environments. 6th Symposium on Human Interface. Tokyo, 1990: 617-624.

207) 橋 本邦 衛. Flicker値 の 生理 学 的 意味 と測 定 上 の諸 問 題

-FlickerTestの 理 論 と実 際 .産 業医 学1963; 5: 563-

578.

208) Simonson E, Enzer N. Measurement of fusion

frequency of flicker as a test for fatigue of the cen

tral nervous system. J Int Hyg Toxicol 1941; 23

(2): 83-89.

209) 米 山信 三.眠 気 の発 生 と ワー ク ロー ド.人 間 工学1987;

23(特 別 号): 130-131.

210) 平 柳 要,前 田 隆,谷 島 一嘉,ほ か.ト ラッ ク運 転 時

の アル コール が運 転 手 の心 身 に及 ぼす 影響 の分 析.人 間工

学1987; 23(特 別号): 134-135.

211) 山 口喜 久,宮 本 晃,桜 井 葉子,ほ か.近 代 疲労 の定 量

的 評価(5).人 間 工学1987; 23(特 別 号): 236-237.

212) 岩 崎 常 人,秋 谷 忍. CRT画 面 上で の視 覚 作業 にみ ら

れ るCFF値 の変 化 とそ の生 理学 的 意 味.人 間工 学1990;

26(4): 181-184.

213) Verguth O. Das psychogalvanische reflex-phanomen. Berlin: Karger, 1909.

214) Lacey JL, Lacey BC. The ralationship of resting automatic activity to motor impulsivity. In: The brain and human behavior, Baltimore:

Williams and Wilkins. 1958: 144-209.215) 渡辺尊己,山 崎勝男,新 美良純.皮 膚電位水準および皮

膚電位反射測定の方法論的諸問題.精 神神経誌1969; 71:

17-31.

216) Wilcott RC. The partial independence of skin

potential and skin resistance from sweating. Psychophysiology 1964; 1: 66-76.

217) 新 美 良 純,渡 辺尊 己,山 崎 勝 男.皮 膚電 位 活 動 と覚醒 水

準.神 経 進歩1971; 15(1): 127-139.

218) Martin I, Venables PH. Mechanism of palmar

skin resistance and skin potential. Psychol Bull

1966; 65: 347-357.

219) 新 美 良 純,白 藤 美 隆.皮 膚電 気 反 射-基 礎 と応 用.東

京:医 歯 薬 出版, 1969.

220) 新 美 良 純,鈴 木二 郎 編.皮 膚電 気 活 動.東 京:星 和書店,

1986.

221) 寺 島宜 彦,富 田 豊,堀 内敏 雄.バ ル サ ルバ 刺激 に よる

皮 膚電 位 反射 の 測定.人 間工 学1989; 25(特 別 号): 74-75.

222) Lykken DT, Miller RP, Strahan RF. Some properties of skin conductance and potential. Psycho

physiology 1968; 5: 253-268.223) Malmo RB. Measurement of drive: an unsolved

problem in psychology. Symposium on Motivation. Nebraska, 1958: 44-105.

224) 新美良純,渡 辺尊己,堀 忠雄.ヒ トの皮膚電位活動の

睡眠深度 との対応.日 本生理誌1968; 30: 231-44.

225) 高野研一,吉 野賢治,長 坂彰彦.運 転 ・保守時の人間行

動モニタリング手法の確立(そ の1)-覚 醒度が人間信頼性

}こ与える影響 の検討.電 力中央研究所研究報告1988; S

88001.

226) 西村千秋,小 坂明生,常 光和子,ほ か.皮 膚電位水準に

よる自動車運転時の覚醒水準評価の試みI-路 上運転時の

皮膚電位変化.人 間工学1987; 23(2): 103-110.

227) Levy EZ, Johnson GE, Serrano JJ, et al. The use of skin resistance to monitor states of consciousness. Aerospace Med 1961; 32: 60-66.

228) Malmo RB. Activation. In: Experimental foundation of clinical psychology. New York: Basic Books, 1965: 386-422.

229) Burch NR, Greiner TH. A bioelectronic scale of human alerthness concurrent recordings of the EEG and GSR. Psychiatr Res Rep 1960; 12: 183

-193.230) 谷 島 一 嘉.心 身反 応 の 人 間工学 に関 す る検 査 法-自 動 車

技 術1974; 28: 253-257.

231) 西 村 千 秋,小 坂 明生,常 光 和 子,ほ か.自 動 車運 転 時に

お け る覚 醒水 準 の フ ィー ドバ ッ ク制 御.フ ィー ドバ ッ ク研

究1984; 11: 28-33.

高野 ほか:生 体情報を利用 した作業者の心身状態評価法の現状 と動向 115

232) Gliner JA, Harley JP, Badia P. Elicitation and habatation of the orienting response as a function of instructions, order of stimulus presentation and omission. J Exv Psvchol 1971; 89: 414-416.

223) 徳田哲男,丸 山仁司.反 復軽作業において高年齢者にと

って有効な生理的測定指標の抽出 と作業特性に関す る基礎

的研究.人 間工学1987; 23(3): 163-172.

234) 高野研一,吉 野賢治,長 坂彰彦.運 転 ・保守時の人間行

動モニタリング手法の確立(そ の3)-人 間特性総合解析装

置(フ ェーズI)の 開発 と性能評価.電 力中央研究所研究

報告1988; S89003.

235) 坂 口正雄,小 野伸幸,亀 井智成,ほ か.湿 度センサを用

いた精神性発汗連続記録装置-温 度補償とその特性.医 用

電子 と生体工学1990; 28(2): 137-142.

著 者 へ の 通 信 先:高 野 研 一, 〒201狛 江 市 岩 戸 北2-11-1　 財 団 法 人 電 力 中 央 研 究 所 ヒ ュ ー マ ン フ

ァ ク タ ー 研 究 セ ン タ ー　 Reprint requests to Human Factors Research Center, Central Re

search Institute of Electric Power Industry, 2-11-1, Iwatokita, Komae, 201 Japan

(K. Takano)