コロナ禍によるテレワークや、先の見えない社会不安などで精神に不調をきたす人が増えている。そんな中、新たな角度でストレスをチェックする技術に注目が集まっている。それが「瞳孔反応解析技術」。自律神経によって動く「瞳孔」は意識的に操ることができず、その人の興味・関心、自律神経の乱れが如実に現れる。ストレスチェックのみならず、セキュリティ、マーケティング、体調管理、人材育成などさまざまに活用可能な「瞳孔反応解析技術」とは何なのか。

約30年試行錯誤が続く、
職場のストレス問題

2015年12月より、50人以上の労働者を抱える事業所で義務付けられた厚生労働省の「ストレスチェック制度」。これは質問表を労働者に配って記入してもらう方式で、年1回の実施が義務付けられている。目的としては、労働者のメンタルヘルス不調を未然に防止し、職場環境の改善を図るというものだ。現在、「ストレスチェック」で検索すると独自の分析を謳ったさまざまな会社のサイトが表示される。

義務化されるきっかけとなったのは、1984年2月に日本初の「過労死認定」を受けた男性会社員の自殺にある。

その後、1988年に政府は労働安全衛生法を改正し、事業者が講ずるよう努めるべき措置のひとつとして「労働者のメンタルヘルスケアに取り組むこと」が掲げられた。その後も検討会や指針の公示が何度もなされたものの、現場でのストレス拡大や自殺者の増大は収まらず、2008年になって「メンタルヘルス対策支援センター」（現：産業保健総合支援センター）が各都道府県に設置されることになる。

その後も常に話題には上がるものの効果は限定的で、ついに2015年に前述の「ストレスチェック制度」が義務化されたというわけだ。このように職場のストレス問題は、長い間試行錯誤され続けてきたのである。

コロナ禍で労働者の
ストレス問題は複雑化した

近年は少子高齢化による労働者不足や介護離職の問題など、事業者側にも目に見えるカタチで実害が出てきたことで、「働き方改革」の名の下、職場のメンタルヘルス改善に関しても意識は高まりを見せていた。それが、2020年からのコロナ禍で状況は一変する。

これまで厚生労働省が設けていたストレスチェック制度は、あくまでも「原因が職場にあるストレス」を軸として設計されていた。それが、テレワークなど働き方が多様になったことでこれまでのチェックでは見逃すケースが出てきたのだ。先行きが見えない社会不安や、家庭内トラブルなどストレスの要因はより複雑化され始めている。

瞳孔は、人種・性別・年齢によらず、嘘をつけない

そんななか、新たな角度でストレスをチェックする手法に注目が集まっている。それがアイトラッキング（視線計測）を含む「瞳孔反応解析技術」だ。今まで取得できなかった「人間の無意識の反応」を数値化して客観的データを解析するシステムだ。この分野は夏目綜合研究所がほぼ世界唯一。代表取締役社長の臼倉 正氏に話を訊いた。

「瞳孔というのは、交感神経が活発になると拡大し、副交感神経が活発になると縮小する、自律神経の出先機関みたいなものです。視覚、聴覚、触覚、味覚、嗅覚といった五感に反応するので、あらゆる分野に応用できます。ストレスチェックは、瞳孔反応解析で導き出されるひとつの事例に過ぎません」

同研究所のコア技術は、独自のアルゴリズムでノイズを除去し、被験者それぞれのキャリブレーションを短時間に正確におこなうことができる点。これにより「興味関心」や「注目」だけを抽出することが可能となる。

設備としては、まず近赤外線センサーとモニターがある。これで瞳孔の収縮・拡大、さらに視線を追尾。明暗反応による瞳孔の変化を除去するためには輝度カメラを用いている。それらのデータをコントロールボックスに集約し、分析はクラウド上でおこなう。

モニターの下にあるのが近赤外線センサー、その横にコントロールボックス。手前にあるのが輝度カメラ。

「アイトラッキングだけですと、視線が止まっていてもボーッと見つめているだけかもしれません。しかし、瞳孔の反応は1秒間に60フレームと素早く、興味関心注目が高まった瞬間を捉えることができます。そのため、意識的に視線を逸らしても時すでに遅しで、反応を測定することができます」

科学警察研究所に採用された実績

この技術が注目されることになったのは、2017年に警察庁の附属機関である「科学警察研究所」に採用されたことが大きい。一例として、封筒に入ったお金を盗んだ疑いのある人は、お財布に入ったお金の画像を見ても瞳孔は反応しないが、封筒に入ったお金の画像を見るとでは瞳孔が反応するという。

「3年ほど一緒に実験のお手伝いをして、彼らの求める精度まで達したことで採用いただくことになりました。」

エンタメやマーケティング
分野からも注目されている

上記のようなセキュリティ分野での活用以外には、エンターテイメントの領域でも多くの実験がなされている。松竹では、被験者に数本の映画の予告編を見てもらい、どの予告編のどの時間帯のどの部分に高い興味関心注目が集まったかを検証。予告編と興行収入の関連性の調査を行った。

赤系統のモザイクは、瞳孔が大きくなり注目している部分。青系統のモザイクは、視線を向けているが、瞳孔の反応は大きくなっていない部分。これにより、表示されるカットや構成要素ごとの注目度合いがわかり、演出意図が達成できたのか、メッセージは伝わっているのかが判明する。

「コロナ禍でエンタメ各社との取り組みが一時ストップしてしまったのですが、今後は絵コンテやキャスティングの段階から、弊社のシステムを取り入れることが可能だと考えています。商品のイメージキャラクター選定において、どの女優さんやタレントさんが商品イメージにマッチしているのかという組み合わせは、すぐにでも検証できると考えています」

「ストレスチェック」に関しても、基本的な方法論は同じだ。表示される設問と選択肢に対し、どこで反応したのかを見ていく。そのため、被験者はシートに記入することなく、瞳孔反応だけでストレス度合いをチェックされてしまうのだ。つまり、会社に忖度をすることができない。

空港での使用を想定した、据え置き型のシステム。被験者はCMを見たり設問を黙読するだけで、テストされている感覚もなく進んでいく。

回答だけでなく設問自体への
反応も考慮される

「大きな特徴は、回答だけでなく、どの設問がその人にとって重要事項なのかがわかる点です。例えば、『非常にたくさんの仕事をしなくてはならない』という設問に対して、『そうだ』というネガティブな回答をしているとします。その場合、何かしら対策が必要だということになる。しかし、この人はそもそも『非常にたくさんの仕事をしなくてはならない』という設問に反応していない。つまり、この問題を改善しても彼の満足度は得られないわけです。

一方、同じネガティブな回答ながら、『高度な知識や技術が必要な難しい仕事だ』『集中する必要がある』『勤務中は仕事のことばかり考えている』という設問に対して強く反応していたとする。そうなると、この人は今の部署が向いていないのでは？ ということがわかります」

自律神経の乱れを測定して健康管理

「瞳孔反応解析技術」は医療分野への応用も可能だ。恥ずかしさゆえに問診で嘘の回答をしてしまう人や、クスリ欲しさに症状をでっちあげる人を防ぐ他、瞳孔の明暗反応を見ることで自律神経の乱れがわかる。

「自律神経が正常の場合は、明暗の反応がリズミカルな波形になる。しかし、自律神経が乱れているときは、その波形が崩れるんです。以前、精神科の先生がパーキンソン病の男性で測定をされたのですが、同じ刺激に対して波形がガタガタになっていました。

しかも、何かしらのデバイスを装着することなくモニターを見るだけでデータが取れますので、拘束されるのが苦手な方にも対応できます。この分野に関しては、医療関係者さまと一緒に治験や臨床試験を行っていく予定です」

自律神経の乱れはストレスや疲労のみならず、何かしら体調が崩れていることを察知する重要なメッセージ。今後、小型化できれば用途はさらに広がりそうだ。

「使用例として、ライドシェアなどを利用する際、運転手や車の評価以外に、ドライバーの今日の体調（自律神経の状態）という評価があればいいなと考えています。瞳孔を気軽に計測して体調を評価できたら、ドライバーにとっても利用者にとってもいい。事故を未然に防ぐという意味でも利用価値があると思います」

アイトラッキングの観点でいえば、VRゴーグルからスタートするのが現実的だろう。すでにHTC社のハイエンドモデル『VIVE PRO Eye』には搭載されている。また、将来的にスマートグラスの分野にも波及することが予想される。そこに夏目綜合研究所の「瞳孔反応解析技術」が加わることで、エンターテイメントから医療、ヘルスケア、セキュリティ、スポーツなどさまざまな分野での利用が期待される。

未来は瞳孔反応に応じて
周辺環境がカスタムされる!?

「目は心の窓」と言うが、瞳孔は「心」のみならず「体調の窓」にもなりうる。また、世界中どの人でも瞳孔は「黒色」であり、自律神経を意識的にコントロールできない。この普遍性は大きな可能性を秘めている。

「プロダクト側の人間なので、iPhoneが発売されたときに悔しくて。それに代わるものとして、同じくらい身近なものを考えると『鏡』だと思うんです。鏡に瞳孔を測れるものが装備されていたら、スマートハウスのコアな部分になるのかなと思っています。帰宅後に玄関で鏡を見たら、音楽か変わって、匂いが変わって、お風呂の温度が変わってと、そんな時代を夢見たりしています」

ストレスの多くが環境に起因するのだとしたら、それを取り除くさまざまな施策が瞳孔を測定することで生み出されていく。そんな未来には、ストレスチェックの質問表は消えていることだろう。

臼倉正（うすくら・ただし）
1990年國學院大学卒業後、外資系消費財メーカーで営業、マーケティング業務に従事。2005年に起業し、フリーペーパー事業に始まり、PPCやスマホアプリ事業などに拡大。2014年に会社を売却し、2016年、夏目綜合研究所の代表取締役に就任。

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高齢化社会が進むにつれて、ますます重視されているのがQOL（Quality of Life／生活の質）だ。単に長生きできればいいというものではなく、命あるかぎり、充実した日々を過ごしたいという思いは、すべての人に共通するだろう。ところが、年齢を重ねるとQOLを損なうさまざまな事象と向き合うことになる。骨や関節軟骨などの変性による、骨粗鬆症、変形性脊椎症、変形性関節症などの疾患はその典型だ。上智大学理工学部機能創造理工学科では、人工関節を中心とした生体機能材料の研究によって、骨や関節に悩みを抱える患者を救おうとしている。研究のリーダーである久森紀之教授にお話をうかがった。

人工関節の多くは輸入品だが、
そのことによる問題も生じる

人工関節には、膝関節、股関節、肩関節、肘関節などがあるが、久森教授が専門領域としているのは人工膝関節だ。変形性膝関節症や関節リウマチによって膝関節の損傷が進むと、人工膝関節置換術という手術が行われ、その件数は現在、年間8万件に達する。これほど広く用いられている人工膝関節だが、まだまだ改良の余地は多い。

「日本で使われている人工関節はほとんどがアメリカやヨーロッパから輸入したものです。もちろん、手術においては患者さんの形状にできるだけ合った人工関節を選ぶのですが、輸入品は欧米の人の体型や体格、生活様式に合わせてつくっています。すなわち、日本人の患者さんに、完全に合っているとは言えないわけです。輸入品に頼るのではなく、日本人の体型、体格、生活様式に合わせた人工関節を、出だしから考える必要があります」

新たな独自の人工関節を設計する際は、日本の実情に合わせて、耐久性の向上も考慮される。現在の人工関節の耐久性は10～15年とされているが、高齢化が進む日本においては現状の耐久性が二次的な問題を発生させる恐れがあるのだ。

「70歳で人工関節にすると、80～85歳のときに交換する必要があります。高齢での手術は患者さんにとって肉体面、精神面で大きな負担になりますから、予期せぬ疾病を誘発するリスクもあるでしょう。そこで私たちは現状の2倍、20～30年の耐久性を目指して、研究・開発を進めています」

日本人の体型、体格、生活様式に合い、耐久性も向上させた人工関節をつくるとなると、素材と形状の両面から改良を進める必要がある。

「現在、人工関節の土台となるパーツの素材はチタンが一般的です。体内に入れていても毒性のある成分が出ることはないうえに、軽くて丈夫なことから選ばれているのですが、体に本当に適しているのかというと、確証はありません。そもそも、人工関節に使われているチタンは医療用に開発されたものではなく、航空機の材料として用いられているものです」

現行のチタンが、人工関節の素材としてベストであるとはかぎらないのだ。しかし、久森教授は、現時点ではチタンから離れるつもりはない。チタンを主成分としたチタン合金で、最適な素材がないかと探っている。

「まったく違う素材で、より人工関節に適したものがあるかもしれません。しかし、その素材を発見し、さらには安全性を検証して認可を受けるとなると、長い時間がかかります。私たちの仕事は、研究成果を社会にフィードバックする使命もありますから、スピードは重視します。そうなると、より優れたチタン合金を開発するほうが現実的なのです」

高度な医療である機能創造の研究を
慶應大学医学部とジョイントで行う

膝の動きを忠実に再現できる装置を開発した。たとえば、この装置に膝関節の模型を取り付けると、前十字靭帯や後十字靭帯、外側側副靭帯や内側側副靭帯にどのような力がかかるか、正確に測ることができる。

チタンについては、その長所である高い強度が、人工関節においてはマイナス要素となっている面もある。

「骨に対してチタンが強すぎるのです。我々の骨というのは体に力が入ることによって、毎日、入れ替わり、骨に力をかけないと痩せてきてしまいます。体内にチタンを入れると、チタンが力をもってしまい、場合によっては骨が痩せてしまうことがあります」

形状の改良については、ここ10年ほどで急速に進化かつ一般化した3Dプリンタが大いに役立っている。

「従来の人工関節は、いくつかあるサイズのバリエーションのなかから、患者さんに合ったものをインプラントしてきたわけですが、3Dプリンタを使うことにより、オーダーメイドで人工関節を提供できるようになります。ジャストフィットサイズのものを提供でき、骨質も考慮できるという意味では、3Dプリンタは整形外科領域において、非常に有効な手段になっています。実際に私たちも、チタン合金の粉末を使って3D造形した人工関節のサンプルをつくっています」

上智大学理工学部機能創造理工学科は、人工関節をはじめとする機能創造の研究を慶應義塾大学医学部と共同で行っている。

「ドクターは医者の考えで患者さんに向かいます。我々は医療で必要な実験の手法や、解析の方法、シミュレーションといったものを工学部の知見をもって行います。両者がジョイントすることで、医学に貢献することができれば、すばらしいことです」

上智大学理工学部と慶應大学医学部のジョイントによる大きな成果のひとつが、膝の動きを模擬できる装置の開発だ。この装置を用いると、膝を伸ばしたり、曲げたり、ひねったりという生理的な動作を忠実に再現できて、そのときに、膝関節のどの部分にどれだけの力がかかっているかを計測することができる。

「たとえば、どのような方向に、どれくらいの力を入れたら靭帯が切れるのかということがわかります。それを医学的なデータとして活用すれば、もっといい手術の手法や再建が提案できたり、新しい素材を使った人工靭帯をつくったりすることも可能でしょう。

痛みを解消する新しい装具は
膝の根本的な治療を可能にする

慶應大学医学部、義肢装具メーカーと共同開発した装具は膝痛の根本的な治療も可能にして、歩く楽しさを取り戻す。

膝を傷めている患者の歩行をサポートする装具も、上智大学理工学部機能創造理工学科と慶應大学医学部とのジョイントで開発した医療器具のひとつだ。

「膝が悪くて歩けないというのは、多くの場合、骨と骨が擦れて痛いからなのです。従来は、サポーターなどで膝を固定し、骨と骨が擦れないようにするという対処法が一般的でした。しかし、これでは治療を先延ばししているだけであり、膝の周りの筋肉は衰えるだけです。私たちは、骨と骨が離れていれば痛くはないという点に着目して、新しい装具を開発しました」

具体的には、装具の膝の部分に設けたリンクによって、膝を伸ばした状態のときには大腿骨（太ももの骨）と脛骨（膝から下の脚の骨）が強制的に離れるような仕掛けをつくり、骨と骨の接触を防いでいる。

膝の部分にリンクを設けたことにより、膝を伸ばしたときに大腿骨と脛骨が強制的に離れるようになっている。

「理論的には、大腿骨と脛骨が離れれば痛まないのですが、膝の小さなリンクによって本当に体重を支えられるのか、大腿骨を実際に持ち上げることができるのかということを、各種の計測により数値で示し、効果をエビデンスとして証明しました。実際に、この装具を試用した方からは、まったく痛みを感じずに歩くことができると、好評をいただいています」

この装具は、慶應大学医学部ならびに沖縄の義肢装具メーカーと共同で開発した。

「一般的に、現代の研究は、一個人や研究室だけで成果を上げることは難しい。工学があり、医学があり、メーカーがあって、チームとしてまとまることが非常に大事なのです。プロフェッショナルな集団が集まることによって、研究の成果が世に出るスピードが早くなります。工学だけでバイオマテリアルの研究を進めることには限界があると思います」

久森教授が進めている研究のなかで、実用化すれば有意義なもののひとつに、人工骨の新素材がある。現在、人工骨の主原料は歯磨き粉にも用いられているアパタイトであり、久森教授もアパタイトを基本とした素材を想定している。

「アパタイトとコラーゲンをミックスした材料を体に入れれば、骨の生成が早くなるのではないか、サンゴのような生物由来のカルシウムも利用できるのではないかなど、仮説を立てて研究しています」

近年、サンゴの白化現象が、地球温暖化を原因とするシンボリックな出来事として報じられている。環境悪化を食い止めることがなにより大事なのだろうが、死滅したサンゴの有効利用を考えることも大切な視点だろう。そこには久森教授の研究に対する信条が表れているように思える。

久森紀之（Noriyuki Hisamori）
1971年、東京都生まれ。工学院大学工学研究科工学化学専攻博士修了。1999年より、上智大学理工学部機能創造理工学科にて、高度医療技術に用いる生体機能材料について、ならびに環境強度および破壊力学に基づく構造物の安全安心性について研究中。現在、理工学部教授。慶應義塾大学医学部スポーツ医学総合センター非常勤講師。ソフィアオリンピック・パラリンピックプロジェクト研究部会長。研究の先には患者さんがいるので、「誠実に、謙虚に」がモットー。