平成２７年度

地球環境「自然学」講座

第７回

テ―マ

「熱帯雨林の超高周波環境音とその効果」

講師

放送大学教授

仁科 エミ

平成２７年 ７月１１ 日（土 ）

ＮＰＯ法 人シニ ア自然 大学校

講師プロフィール

仁科 エミ （にしな えみ）

1960 年 8月 12 日生まれ（54歳）

1984 年 3月：東京大学文学部西洋史学科卒業

1986 年 3月：東京大学工学部都市工学科卒業

1991 年 3月：東京大学工学系大学院都市工学専攻博士課程修了（工学博士）

学位論文：遮蔽性居住空間における音環境の最適化と制御に関する基礎的研究

1991 年 4月～1992 年 3月：日本学術振興会 特別研究員

1992 年 4月～1993 年 3月：東京大学工学部 助手

1993 年 4月～2009 年 1月：大学共同利用機関放送教育開発センター（その後、大学共

同利用機関メディア教育開発センター、独立行政法人メディア教育開発

センターに改組）研究開発部 助教授

2001 年 4月～2009 年 3月： 総合研究大学院大学文化科学研究科メディア社会文化

専攻 助教授（併任）

2009 年 2月: 独立行政法人メディア教育開発センター研究開発部 教授

2009 年 4月：放送大学教養学部 教授、総合研究大学院大学文化科学研究科メディア

社会文化専攻 教授（併任）、現在に至る

賞 罰

1998 年 日本バーチャルリアリティ学会第一回論文賞

2006 年 日本バーチャルリアリティ学会特別功労賞

他大学非常勤講師など

四日市大学、筑波大学など

所属学会

日本バーチャルリアリティ学会、日本音響学会、日本都市計画学会、日本建築学会、

日本教育工学会、電子情報通信学会、映像情報メディア学会など

業 績（いずれも共著）

・音楽・情報・脳、放送大学教育振興会、2013.

・Inaudible high-frequency sounds affect brain activity，A hypersonic effect,

Journal of Neurophysiology, 83, 3548-3558, 2000.

・The role of biological system other than auditory air-conduction in the

emergence of the hypersonic effect, Brain Research, 1073/74, 339-347, 2006.

・ハイパーソニック・エフェクトを応用した市街地音環境の改善とその生理・心理的効

果の検討,日本都市計画学会都市計画論文集, No.42-3, 139-144, 2007.

・Frequencies of inaudible high-frequency sounds differentially affect brain

activity: Positive and negative Hypersonic Effects, PLOS ONE, e95464, 2014.

熱帯雨林の超高周波環境音とその効果

2015年7月11日

放送大学

仁 科 エ ミ

講義で使うスライドのうち、重要なものを抜粋しました

シニア自然大学校

地球環境「自然学」講座

最新の方法で調べると“気持ちの良い音”はきこえない超高周波に満ちていた

0 20k 50kHz

0

dB

-700 20k 50kHz

0

dB

-700 20k 50k 100k 130kHz

0

dB

-70

筑波の屋敷林 バリ島の村里 ジャワ島の熱帯雨林

0

dB

-70

0

dB

-70

0

dB

-70

0

dB

-70

都市の静寂な室内音

テレビをつけた室内音

都市の通時的な屋外の騒音

トラックが通過している道路の音

0 20kHz 0 20kHz 0 20kHz 0 20kHz

楽器音

0 20k 50k 100 kHz

0

dB

-80

人間の可聴帯域

超高周波を豊かに含む音は、脳の基幹部に働きかけて、人間の心と躰をポジティブに活性化する効果＜ハイパーソニック・エフェクト＞を発現させる

環境音

2

科学者･大橋力が音楽家･山城祥二として遭遇した音の謎への対応

国際的に定められた方式で音質を評価すると、15 kHz以上の高周波はあって

もなくても音質に影響しない。高周波の効果があるといっている技師を被験者にしても結果は変わらない。

＜世界の音響学界の定説＞

研究方法をゼロから組み立て直す

・音源の探索→ 100kHzに達するバリ島のガムラン

・記録再生系の高度化→ 150kHzまで・回路理論の革新→ バイチャンネル系・脳機能イメージング→ PET, BEAM・生理活性物質計測→ 免疫, 神経ホルモン・心理実験条件の変革→ 200秒(10倍)呈示・行動指標の導入→ 最適音量法

超高周波の影響を脳の反応として捉える「身体に聞く」方法の導入

＜大橋力の研究構想＞

従来の主観的な音質評価＝「心に聞く」方法一本槍の見直し

＜山城がｽﾀｼﾞｵで気づいた奇妙な現象＞

50kHz以上の聴こえない超高周波を電子的に強調すると、音の味わいが歴然と深まって感動的になる。LPの全盛期にはこの技を〈隠し味〉として使って大きな業績。

同じマスターテープからつくった作品でも22kHz以上の周波数を記録できないCDではこの隠し味が全然利かず、音質も感動も格が落ちてしまう（録音技師たちの一部も同じ所感）

＜山城祥二 こと大橋力の判断＞

この音と感動の違いにはアーチストとして命をかけることができる。それが科学的に否定されるなら、実験のやり方に問題があるのではないか。過去の研究方法の全面的な見直しに着手。

3

脳の生理計測によるハイパーソニック発見のブレイクスルー

高周波を豊富に含む音（ハイパーソニック・サウンド） 可聴域のみの音（可聴音）

ハイパーソニック・サウンドは時差を伴って脳波α波を増大させる（立ち上がりが遅い上に、残像が残る ）

音なし

可聴音

ハイパーソニックサウンド

音呈示後半100秒間平均

統計的に有意の脳波α波の増大

(N=11)残像遅延

1.0

1.2

1.4

音なし

可聴音

p<0.05

ハイパーソニックサウンド

(N=11)

4Oohashi T, Nishina E et al. High Frequency Sound Above the Audible Range Affects Brain Electric Activity and Sound Perception, Audio Engineering Society 91st Convention (New York) Preprint 3207,1991。

PET計測室

EEGtelemetry

HFC

LFC

音再生系

音監視系

Cyclotron

ポジトロン標識化合物製造投与系

脳血流計測系

脳波計測系

計測制御装置画像解析装置

脳波計BEAM装置

呈示音：ガムラン楽曲

「ガンバン・クタ」

FFT Analyzer

1.5mMICSpeaker

Super TweeterFilterSW

Cutoff freq 22kHz

PwAmp

PwAmp

PET scanner

被験者聴取位置での音

FRS = LFC + HFC

LFC HFC

0

-5020 50[kHz]0

実験条件

背景雑音

HFCLFCBGN

時間経過（秒）脳波計測

脳血流計測酸素15水投与

フルレンジ音 ハイカット音 超高周波のみ ベースライン

0 60 200 0 60 200 0 60 200 0 60 200

LFCBGN

HFC

BGN BGN

Player

酸素15水自動合成装置投与制御装置

領域脳血流と脳波の同時計測によるハイパーソニック・エフェクト検出実験の方法

音源の信号0

-50

[dB]

20 50[kHz]0

PreAmp

超高周波(非知覚)可聴音(可知覚)

被験者

健常成人12名

最大エントロピースペクトルアレイ

5 (Oohashi T et al., 2000)

0

[dB]

-800 20 50 100kHz

人間の可聴域

0 22 50kHz 0 22 50kHz

0

[dB]

-60

0 20 50 125kHz

ハイパーソニック・サウンド（ガムラン音楽）

0

[dB]

-70

時間平均

可聴音 非可聴高周波

0

[dB]

-60

人間の可聴域

(FFT)音楽家･山城祥二としての大橋 力の内観的な認識「可聴域をこえる高複雑性

超高周波の共存･強調で音楽の味わいは玄妙に高まる」

音楽体験の内観的検証と脳機能解析との統合から発見されたハイパーソニック・エフェクト

ピアノ

オーケストラホーミー

琴ガムラン

ポジトロン断層法(PET)による基幹脳の活性の計測

変化なしネガティブな変化 (PCA)

基幹脳ネットワークの活性化

脳幹の脳血流(SPM)p<0.05

p<0.05p<0.05

p<0.01

暗騒音 非可聴高周波

可聴音 可聴音＋非可聴高周波

70

65

6 Oohashi T, Nishina E et al., Inaudible high-frequency sounds affect brain activity: hypersonic effect, Journal of Neurophysiology, Vol.83, 3548-3558, 2000.

基幹脳の活性と脳波α2ポテンシャルとは相関する

超高周波成分を含む音によって脳血流が増加する領域

脳波α波ポテンシャルと脳血流とが相関する領域

(Nakamura S, Oohashi t et al 2000)

相関係数

ハイパーソニック・サウンド

-0.2

0.6

脳波α2帯域活性の後頭部平均（相対値）

主成分分析による基幹脳ネットワークの活性

（相対値）

0.4

0.6

1

1.4

1.6

0.8

1.20.95

1.05

0.85暗騒音 可聴音

N=6

基幹脳ネットワークの活性と脳波α2帯域との相関マップ

脳波α波と視床脳血流

0.5 1.0 1.5Normalized alpha-EEG potential (μV)

65

55

45

rCBF

(ml/m

in/1

00g

brai

n)

7

ハイパーソニック・エフェクトとは

健康の脳機能 美と快の脳機能

前頭前野

基幹脳ネットワーク活性化 (根本現象)

0 20 50 100 125kHz

0dB-70

知覚限界

0.5secハイパー

ソニック・サウンド

(Oohashi T et al. 1991- 2003, ＊Suzuki K et al. 2013)

基幹脳を原点に「こころ」と「からだ」とをいっしょに活性化する

視床･中脳

帯状回皮質

視床下部

中脳

ハイパーソニック・サウンド（可聴音＋超高周波音） 可聴音 暗騒音

脳血流

基幹脳の脳血流増大

脳波電位

脳波α波の増大

1.0

1.2

1.4 P<0.05

relative value

65

70

P<0.01 P<0.05

P<0.05ml/min/100g

自律神経系

免疫系

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

relative valueNK細胞活性

P<0.05P<0.05

免疫活性の改善

内分泌系

20

35

pg/ml

30

25

P<0.05アドレナリン

ストレスホルモンの減少

好感度

音をより美しく感じる

5

1

P<0.05

同じ映像がより美しく視える

高評価

音に感動した

音質がよい

耳当たり

よくひびく

P<0.05 P<0.05

映像に感動した

画質がよい

P<0.05

報酬系 聴覚系

聴覚以外のもろもろの感覚入力に

対しても美・快・感動の反応をいや増す

「あばたもえくぼ」効果

5

1

P<0.05

7接近行動dBLAeq

65

超高周波増強

選ばれた好みの音量

70 P<0.05P<0.05

より大きな音量で音楽を聴く

認知機能が向上する

認知機能＊

7

認知テスト正答率の

変化（聴取前後）

−2

P<0.05%

*

8

脳部位

内側前頭前野

前帯状回

弓状核

外側野

視索前域

室傍核

視索上核

腹内側核

背内側核

ﾏｲﾈﾙﾄ基底核

視床下核

視床背外側核

背側縫線核

青斑核

黒質

腹側被蓋野

中脳中心灰白質

知覚の鋭敏化

ハイパーソニックにより活性化される脳部位

中

脳

間脳（視床・視床下部）

大脳皮質

思いやり・共感

快感発生

覚醒水準上昇

覚醒水準上昇

快適感増進

真・善・美の感動

自己実現の歓びうつ病､ ADHD､ 自閉症､ 統合失調症

不安障害､ パニック障害､ 暴力自閉症

社会性障害高血圧、肥満

メタボリック症候群、摂食障害

自律神経失調、がん性行動異常

コミュニケーション障害、虐待

摂食障害（満腹中枢）摂食障害（空腹中枢）

アルツハイマー型認知症パーキンソン病

振 戦統合失調症、幻覚

うつ病、自殺、睡眠障害、慢性疲労症候群

不安障害、神経症、パニック障害、うつ病

パーキンソン病 統合失調症、拒食症、暴力強迫性障害、ADHD

リストカット、不安障害拒食症、意識障害

高められる心の働き 予防・治療が期待される現代病

ハイパーソニックに期待される心の豊かさの増進と現代病の防御

9

dB可聴音

0 20 50kHz

自然高周波成分 人工高周波成分

ガムラン音 ホワイトノイズ

非定常

定常

＋ ＋

ハイパーソニックを発現させるにはどんな超高周波をどこへ

時間平均

スペクトルは

ほぼ等しい

スペクトルの

変化が異なる

ハイパーソニック発現

ハイパーソニック発現せず

フィルター フィルター

0

-50

0 20 50kHz 0 20 50kHz

dB

0

-50

0 20 50kHz 0 20 50kHz

a 可聴音: 全身超高周波：全身

HFC

LFC p<0.05

最適聴取音量変化

α波の変化

ΔCLL (dBLAeq)

4.5

0

b 可聴音: 耳だけ超高周波：耳だけ

LFC

HFC

c 可聴音: 耳だけ超高周波：全身（耳以外）

LFCHFC

p<0.05

d 可聴音: 耳だけ超高周波：遮音材により遮蔽

LFCHFC

ハイパーソニックを発現させる

条件

可聴音を耳から聴覚系へ

超高周波を体表面へ

最適聴取音量変化

α波の変化

ΔCLL (dBLAeq)

4.5

最適聴取音量変化

α波の変化

ΔCLL (dBLAeq)

4.5

最適聴取音量変化

α波の変化

ΔCLL (dBLAeq)

4.5

ハイパーソニック発現せず

ハイパーソニック減弱

ハイパーソニック発現

ハイパーソニック発現

10

ハイレゾ音源には超高周波成分を含むものもある

http://www.e-onkyo.com/news/276/ からダウンロードできます

ストレス

本来のプログラム

適応のプログラム

デフォルト:OFF

適応コストとストレスを伴う生存

適 応

本来のプログラム

デフォルト:ON

ストレスフリーの生存

本 来

地球生命の“本来・適応・自己解体モデル”

遺伝子が造られた本来の環境

（大橋力,『情報環境学』朝倉書店 1989, 『音と文明』 岩波書店 2003から改図）

自己解体プログラム

ハイ・ストレス

遺伝子にプログラムされた利他的自己解体

自己解体

適応限界を越えた環境

本来と違う環境

12

（大橋 力, 岩波書店『科学』Vol. 75 No. 6, 713-718, 2005, 大橋力,『情報環境学』, 朝倉書店, 1989）

脳の報酬系・懲罰系による行動制御のメカニズム

本来領域 適応可能領域 自己解体領域

行動ベクトル

快さ美しさ 醜さ

不快さ

報酬系 懲罰系

行動ベクトル

適応投資

ドーパミン作動性神経オピオイド作動性神経

等

ノルアドレナリン作動性神経タキキニン作動性神経

等

大脳辺縁系

感情関連の情報処理を担う領域

麻薬･覚醒剤･幻覚剤などでも賦活

報 酬 系 懲 罰 系

扁桃体報酬系・懲罰系神経が集中。情動的価値判定の拠点

13

人類の遺伝子を育んだ環境－熱帯雨林

ヒト

チンパンジー

ゴリラ

2000万 1300万 490万

一次産業の発生

ボノボ

オランウータン

230万 1万5千

熱 帯 雨 林 で の 生 活

700万 16万

現代型ホモ=サピエンスの登場大型類人猿の

祖先の登場

14 （大橋力『音と文明』 2003、仁科他『音楽・情報・脳』放送教育振興会、2013 から改図）

さまざまな環境音・音楽の情報構造

近現代文明圏の音

0

dB

-70

0

dB

-70

トラックが通過している道路の音

都市の静寂な室内音

環 境 音

1sec

0 20k 50k 100k 130kHz

1sec

1sec

0

dB

-700 20k 50kHz 0 20k 50k 100kHz

0

dB

-70

1sec

稲作漁撈文明圏の里と森の音

ボルネオ熱帯雨林

0 20k 50k 100k 130kHz

1sec

0 20k 50kHz

筑波の屋敷林 ジャワ島熱帯雨林

0

dB

-700 20k 50kHz

バリ島の村里0

dB

-70

ピアノ

尺八

バリ島のガムラン

0 20k 50k 100kHz

0.5sec

0 20k 50k 100kHz

フルート

0 20k 50k 100kHz

0

dB

-700

dB

-70

0

dB

-700 20k 50k 100kHz

0

dB

-70

0.5sec

1sec

1sec

音 楽

15

(Oohashi T, Nishina E et al. 2003, 2013)

現代病防御の新しい戦略「情報医療」

100200

dB

-70

0

低密度情報環境

kHz

知覚限界

天然の熱帯雨林型環境情報

人工的な都市型

環境情報

都市化

超高密度環境情報

による適正化

基幹脳の活性低下

心身のストレス病精神と行動の異常発達障害

知覚限界

100200

dB

0

-75

超高密度情報環境

kHz

基幹脳の活性上昇

健康・快適・安心副作用なし

最小限の投資（時間･費用）

予防効果

～脳に適合した情報環境をつくることで現代病を予防し治療する～

16