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アップルウォッチでも測定可能! 動きの「滑らかさ」を世界に先駆け数値化

富山英三郎

「脊髄性筋萎縮症(SMA)」の患者の動きを、モーションキャプチャやアップルウォッチを使い3次元解析するプログラムを開発した岐阜大大学院の研究チーム。本来は薬の効果を数値的に可視化するためのものだが、将来的にはスポーツ選手や舞踏家、職人技が魅せる「動きの美しさ」を数値化できるかもしれない。そんな3次元解析プログラムが生まれた背景や、今後の応用についてなどを同大学院連合創薬医療情報研究科の加藤善一郎教授に伺った。

ぎこちない動きと、
スムーズな動きの違いは何か?

加藤教授は創薬に関する研究を続ける傍ら、現在も臨床医として同大学の小児科でさまざまな患者を診察。医療の現場で得た知見を活用し、いくつもの研究を同時進行させている。そのひとつの成果が、モーションキャプチャやアップルウォッチを使った世界初の3次元解析プログラムだ。これは、全身の筋力が低下していく「脊髄性筋萎縮症(SMA)」患者の体の動きを解析するために生まれた。

「脊髄性筋萎縮症は、まだ研修医だった約30年前に担当していたことがあったんです。当時は薬もなく、視線を使っての会話術などQOL(クオリティ・オブ・ライフ)を改善する程度のことしかできなかった。それから約10年後、『TRH』という薬を、岐阜大学独自で脊髄性筋萎縮症の患者に向けて臨床応用し始めたのですが、その薬効を定量的に評価する方法がないということに改めて驚いたわけです」

脊髄性筋萎縮症の症状を評価する際、これまでは『腕が上がらない=0点』、『途中まで上がる=1点』、『耳まで上がる=2点』など大まかな評価方法が主体だった。

「でも、震えながら腕がぎこちなく上がるのと、スムーズに上がるのでは違いますよね? 『TRH』を投与すると、明らかに動きがスムーズになるわけです。これを臨床的には『滑らかになった』と表現します。しかし、その『滑らかさ』を評価する指標がなかった。これでは、薬を承認する機関に提出しても、どちらも手が上がっている状態と見なされ『治療効果ナシ』と判断されてしまう。そこで何かしらの指標が必要だと考えていました」

加藤教授は、遺伝子の変異によって生まれる病気の研究でも知られている。なかでも、免疫異常の原因物質(分子構造)を世界で初めて『立体的(3D)』に捉え、新薬開発へと導いた功績が大きい。『ハイテク技術を用いて立体構造を解明していく』ことは得意分野なのだ。

「体の動きを3Dで表現しようと考えたときに、スポーツの世界ではモーションキャプチャを使っているなと思ったんです。そこで、学内に眠っていた装置を引っ張り出して計測をしてみました。しかし、既存の方法論では臨床現場で必要とされる評価ができない。つまり、ぎこちなく上がる手と、滑らかに上がる手の違いを数値化できなかった」

モーションキャプチャとは、複数の赤外線カメラを並べた場所でマーカーと呼ばれる小さな球体を体に取り付ける。すると、カメラがマーカーの動きを捉え、軌道を計測していくというものだ。主に、正常な動きと比べてどれくらいズレているのかを計測するものであり、また正常値とされるものは健常者を対象としたものであった。

シンプルを極めたら、
アップルウォッチでも測定できることが判明

「臨床的な所見をどうすれば数学的に表現できるかを試行錯誤をしているとき、大学行きのバスの中で出会った方に話しかけてみたら、偶然にもコンピューターサイエンスを専門とする松丸先生だったわけです」

共同研究者である松丸直樹さんは、会津大学のコンピュータ理工学部、米国ウェイン州立大学コンピュータ研究科を経て、ドイツのフリードリッヒ・シラー大学コンピューターサイエンス研究科で理学博士となった人物。しかし、そんな専門家とタッグを組んでも『滑らかさ』の指標づくりには5年の歳月がかかった。

「できあがってみれば、1ヶ月もあればできたと思えるかもしれない(笑)。基本的な計算方法は、かなり早い段階でほぼ決まっていました。でも、患者さんにお願いするタスク(動き)と、我々が考えている解析手法がフィットするかなども含め、実証して検証して、最終的な計算まで詰めるのに時間がかかったんです」

一般的に、ぎこちない動きとスムーズな動きの違いは、モーションキャプチャを使いマーカーがブレる姿を表現すればいいと考える。そこで『ブレ』とは何かを考えたとき、加藤教授らは『空間精確性』(反復運動した際の、軌道の差を体積に似た数値として算出)と、『滑らかさ』(連続するベクトルの変化のズレから軌道の歪みを算出)というふたつの指標を取り入れた。

「一般的なモーションキャプチャは、20~30個のマーカーを取り付けるので、それもまたモーションキャプチャが臨床現場で敬遠される要因です。そこで、我々はできる限りシンプルなものを作ろうと思い研究開発した結果、マーカーが1つあれば解析できることがわかりました。その副産物としてアップルウォッチに内蔵されている加速度センサーなどを使っても、ほぼ同じ『空間精確性』『滑らかさ』という解析指標を使って評価できることがわかりました。実際の計算式はまったく別物なのですが(笑)」

モーションキャプチャを使う場合は、赤外線カメラなどの装置が必要になるが、アップルウォッチなら専用のアプリを使うだけ。これならば、町のクリニック、さらには在宅でも測定することができる。そうなると、遠隔医療の領域まで広がっていくことが予想される。また、動画に比べてモーションキャプチャやアップルウォッチからのデータは、せいぜい数十キロバイト。そのため、データのやり取りや保存も容易だ。今後、世界中からモーションキャプチャやアップルウォッチからのデータが集まれば、脊髄性筋萎縮症の子どもの標準値も決まってくる。すると、データ解析の手法にも広がりが生まれるかもしれない。

動きの滑らかさを追求すると、
「美」とは何か? にたどり着く

「運動機能を定量評価できるということは、薬の効果を可視化できるだけでなく、逆にどれくらいのペースで悪くなっていくのかもわかります。実は、そこもよくわかっていない部分なんです。また、神経疾患や筋肉疾患の患者さんだけでなく、発達障害の方へも応用できると思われます。さらには、スポーツや踊り、伝統芸能の世界で『キレ』や『美しさ』などと呼ばれる曖昧な表現も、数値で表現できるかもしれません」

私たちがプロのスポーツ選手やダンサーを見たとき、「動きに優雅さがある」「動きにキレがある」などと感心する場面は多い。しかし、なぜそう感じるのかを数学的に表現する術はこれまでになかった。しかし、『空間精確性』と『滑らか』さという指標を応用すれば、従来は曖昧だった『美』の領域へと踏み込むことができる。

「モーションキャプチャはスポーツの分野だけでなく、CGの世界でも使われていたりと、世界中にはさまざまなデータがあります。それらの過去データを使い、我々の解析プログラムで新しい評価軸を得ることができる。そうなると、医療とは違う業界でまったく新しい使われ方が生まれる可能性がある。そうなったら面白いですよね」

最後に、現在気になっている技術についてお話を伺った。

「アップルウォッチなど、ウェアラブルデバイスの進化に注目しています。今後さらに小さくなれば、指の繊細な表現も測定できるなど、ハード面の発達によって次なる展開が生まれる気がします」

加藤善一郎(Zenichiro Kato)
1990年 岐阜大学医学部医学科卒業、岐阜大学医学部小児科入局。
1997年 岐阜大学院医学研究科修了(医学博士)、奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科(国内留学・研究員)
1998年 岐阜大学医学部 助手(小児科)
2004年 岐阜大学医学部 講師(小児科)
2005年 ハーバード大学分子細胞生物学留学 客員研究員
2010年 岐阜大学医学部 准教授(小児科)
2011年 岐阜大学大学院医学系研究科 臨床教授(小児病態学)
2014年 岐阜大学大学院連合創薬医療情報研究科 教授(構造医学)、岐阜大学大学院医学系研究科 教授(小児病態学)

(text: 富山英三郎)

(photo: 岐阜大学)

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ボーダレスな音楽体験を牽引するアート集団、英国ドレイク・ミュージックが初来日! 前編

朝倉奈緒

東京2020に向けて、地方自治体も様々な取り組みを行っている。今回ご紹介をする川崎市では、誰もが暮らしやすいまちづくりに向けて『かわさきパラムーブメント』と題し、様々な取り組みを行っている。本記事では「障がいのある人の音楽表現を支えるテクノロジーの可能性」についてトークセッションが開催された様子をレポート。 25年にわたり音楽家、デザイナー、プログラマー、テクノロジストなど多数の人をつなぎ、音楽×障がい×テクノロジーの分野を牽引してきた英国のアート集団『ドレイク・ミュージック』から、代表のケレン・メイア氏、アソシエイト・ナショナル・マネージャー(アーティスティック・デベロップメント)のダレル・ビートン氏が来日、アソシエイト・ナショナル・マネージャー(リサーチ&デベロップメント)のガウェン・ヒュイット氏がスカイプ参加し、「障がいのある人の音楽表現を支えるテクノロジーの可能性」について熱くディスカッションを交わした。

音楽を奏でることで、
誰もがパーソナリティの発展が可能になる

© British Council

『ドレイク・ミュージック(以下DM)』とは、障がいのあるプロの音楽家の演奏活動を可能にするウェアラブルデバイスや、障がいのある子供たちも簡単に音楽を奏でられるようなタブレットなど、障がいのあるなしにかかわらず、あらゆる人が音楽に親しむことができるアクセシブルな楽器の開発を手掛ける英国のアート集団。 今回、障がいのある人が生き生きと暮らす上での障壁となっている、人の意識や社会環境のバリアを取り除くこと、新しい技術でこれからの課題に立ち向かう「かわさきパラムーブメント」を展開する神奈川県川崎市が、東京2020で英オリンピック代表チームによる事前キャンプ地として決定したこともあり、英国の公的な国際文化交流機関ブリティッシュ・カウンシルと連携して英国で先進的に活動を続けているDMを招聘。デザインを障がいのある人たちとのパートナーシップをもとに作っていくという彼らの活動に、どのようなパワーがあるか、アクセシブルな音楽作りとはどういったものか、それらをどう再定義し、再考しているのか。来日した2名によって、存分に語られることになった。

ケレン:みなさんこんにちは。本日はみなさんとご一緒することができて、大変うれしく思っております。今回、みなさまにお迎えいただいたことに感謝申し上げます。DMは設立が1993年、今年で25年目となりますが、来日するのは初めてです。

DMは音楽とテクノロジー、また、障がいのリーダーです。私たちはイノベーターであり、キュレーターであり、教育者でもあり、そして提唱者として活動しています。あらゆる世代の障がいのある方たちと音楽を奏でるために、新しい、そして優れたテクノロジーを使っています。

私たちは、誰もが音楽を奏でることができ、未知なるクリエイティビティ──つまり創造的な心があると、情熱をもって信じています。そしてこの信念こそが、私たちDMが行う活動全ての中核となり、障がいのある方たちが音楽を奏でることができるよう環境を提供し、ツールやテクノロジー、楽器を作ってサポートしています。

私たちの活動で一番重要だと思っていること、それは障がいのある方が5歳の幼児、25歳の成人、はたまた60歳を超えるシニアでも、音楽を奏でる中で、ご自身でコントロールし、創造的な選択、決断、判断ができるようにするということ、そして音楽を奏でることにより、ますますパーソナリティの発展を可能にするということです。

私たちは新しいテクノロジーやアイデアを活用しながら、あらゆる人が音楽を奏でることができるように門戸を開いています。そしてハードウェア、ソフトウェア、既存のものを作り変えたりあるいは新しいものを作ることで、楽器やツール、テクノロジーをみなさんに提供しています。これは様々な人とコラボレーションすることで実現しています。

DMでは障がいのある人も、ない人もチームのメンバーとなっており、共に障壁をなくしていくために努力をしあい、過去25年の活動の中で1万回もの機会を多くの人たちに提供している実績がある。

では具体的な活動に、どんなものがあるのだろうか?

ジョン・ケリー自身が生み出した
アクセシブルな楽器「ケリー・キャスター」
 

ケレン:DMの活動は主に「ラーニングとパティシペーション」、「トレーニングとコンサルティング」、「研究開発」、「アートとコラボレーション」の4つの領域から形成されており、それら全ての領域が相互に関わりあった形で活動をしています。「ラーニングとパティシペーション」は学校であったり、そのほかの教育の中でプログラムを提供し、あらゆる世代の方たちへ機会を提供しています。また、障がい者の方たちが住む住居型施設やデイケアセンターへもプログラムを提供しています。「トレーニングとコンサルティング」は、DMが行っている活動について様々な個人の方たち、あるいは団体のみなさんに共有しております。いかに音楽作りをインクルーシブにしていくかということ、そしてその中でどうテクノロジーを使うかについて、より多くの方たちが、こういった活動に従事することができるようにしています。

ダレル:私が担当している「アートとコラボレーション」の中では障がいのあるミュージシャンの方たちが芸術的な才能をより発揮することができるようにする活動を行っております。また、そういった音楽家の方たちに新しい作品を作ってもらう委託の事業や、彼らが生演奏できるような枠組も提供しています。本日のトピックはテクノロジーと、我々の研究開発の領域だと思いますので、ここからはガウェンに引き継ぎます。

ガウェン:例えばギターのような従来からの楽器がありますが、技術を使うことであらゆる楽器をよりアクセシブルにして多くの人が使うことができるようにする、という活動をしています。5~6年前になりますが、楽器メーカーやテクノロジストの方たちと、どうすればよりよいアクセシブルな楽器を作ることができるか方法を模索し、たくさんの課題を検討して、多くの声をそこに取り込んでいきました。このような活動はイギリスでは非常に大きな成功を納めており、活動をすることで新しい楽器のデザインを作り出すことにもつながりましたし、アクセシブルな音楽作りとは何か、ということを考え直すきっかけにもなりました。そして、活動の中で最も大きな成功が、『ケリー・キャスター」という楽器です。

開発段階のケリー・キャスター © Emile Holba

ケリー・キャスターは仲間のジョン・ケリー氏が、当初から一緒に取り組んでくれたものです。このプログラムを行う前、ケリー氏はあるツールを使って自分でもアクセシブルな形でギターが弾けるように工夫をされていましたが、このプログラムに参加されてから、色々なテクノロジーに触れる機会がありまして、楽器をデザインする様々な新しい方法があることにも気づきました。そこでiPadだけでなく、物理的な楽器の要素も兼ね備えた、自分が使える楽器を作れないかと考えるようになりました。例えば物理的なギターという楽器と、ソフトウェアの組み合わせを実現するために、私たちはハッカソンを行いました。実験的な取り組みとしてだったわけですが、そこで様々なコンセプトをテストしていた結果、私自身も、仲間も、ケリー氏自身の期待をも上回るものになりました。

テスト段階では、電気線とテープがペタペタと貼り付けられたような、手作り感溢れるプロトタイプでしたが、プロの楽器メーカーの方、チームのメンバー、テクノロジストが取り組んだことで、今では素晴らしい楽器が完成したのです。この楽器はケリー氏ご自身がデザインし、そして自らがアクセシブルな楽器を制作することを実現するために、コミュニティにいたあらゆる人が協力した結果となります。

このようにジョン・ケリー氏のビジョンを支え、それを実現するためにDMは活動をしてきたわけだが、そのプロセスを通じて彼らは「アクセシブルな楽器とは何か?」という考え方が大きく変わった。障がいのある音楽家たちとテクノロジストが一緒に協業して活動することで、こういった優れた創造的なソリューションを生み出し、いかに「社会モデル」が実現されているか。障がいとなるような障壁を外せば、あらゆる人が自分たちの潜在能力を引き出すことができる、という好例である。

アクセシブルな伝統的楽器
「サウンドビーム」をアップデートしていく

ガウェン:私たちがこの活動をする中で使っている、「サウンドビーム」という楽器があります。これは超音波をビームで送り出すことで音を出しますが、古くから存在する、使いやすくて楽しめるアクセシブルな楽器のひとつです。完璧とはほど遠いのですが、非常に便利で汎用的です。問題のひとつは、ものすごく高価だということ。音楽家の方たちが個人的に購入するのに現実的な金額ではなく、多くの人に、また、学校や自宅でも気軽に使えるよう、同じような楽器をより安価でオープンソースのテクノロジーを使った形で実現できないか考えてきました。

そんな時、10ポンドで買える楽器を作るために1000ポンド出すと申し出てくれたサポーターの協力で作られた最新バージョンがこちらです。チップの中に当初プロトタイプで使っていたコーディングが埋め込まれています。そしてそれがダレルの持っているバージョンに繋がっていきました。

これで問題は解決したように見えるかもしれませんが、まだまだ課題は残っています。例えば、製造コスト。私たちは製造業者ではなく、このテクノロジーがオープンソースではないということもあり、10個ほどプロトタイプを重ねてこの形までは繋がってきましたが、DMは本当に小さな団体でして、これ以上進められていないのが現状です。

これから外に出していくということになれば、デザイン面で基本的な問題が残っていますが、オープンソースデザインのメリットは、一度作ったパネルやスクリーンを取り外してバラバラにして、ボタンやスクリーンなどをさらにアクセシブルな形に組み替えていくことができるので、この最新バージョンを作るときにはユーザーインターフェースも、より使いやすいようにするためにスイッチをプラグインしていくというような工夫も重ねています。

後編へつづく

ドレイク・ミュージック
すべての人に開かれ、誰もが参加できる音楽文化を理念に、障がいのある人に障がいのない人と同しじだけ、音楽活動に参加する機会、障がいの有無に関わらず音楽家として対等な関係で活躍することができる社会の実現に向け活動する英国のアート集団。音楽×障害×テクノロジーの分野の前衛として 20 年以上にわたり、多様な人が音楽に親しみ、音楽活動に関わる機会を生み出す補助テクノロジーを創出してきた。あらゆる人々に向けたアクセシブルな音楽サービスを提供するほか、音楽アクセスを向上するために音楽家や文化機関に向けたトレーニングプログラムなども実施。さらには、障がいのある音楽家のためにテクノロジーを駆使し、先進的でアクセシブルな新しい楽器の開発など、その活動は多岐に及ぶ。
http://www.drakemusic.org/

(text: 朝倉奈緒)

(photo: 増元幸司)

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