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株式会社 日立ハイテクノロジーズ

脳科学の「いま、ここ」 特集 脳機能の可視化技術が可能にしたソリューションビジネスの最前線

「光トポグラフィ」と呼ばれる技術がある。1995年、日立製作所が世界に先駆けて開発した“脳機能を可視化する”技術だ。一般になじみは薄いが脳科学や認知科学、心理学、教育学などの研究分野ではその有効性が認められ、医療分野での実用化も進んでいる。また最近では、この先端技術を産業応用する動きが活発化している。中でも日立ハイテクノロジーズが手掛けるプロジェクトは、人間の暮らしを豊かにするものばかり。そんな同社の取り組みに多くの企業が熱い視線を注ぐ。

世界に先駆けた日本の技術

光トポグラフィにより世界で初めて新生児の言語認知活動の画像計測に成功

光トポグラフィにより世界で初めて新生児の言語認知活動の画像計測に成功

「光トポグラフィ*1」は、近赤外光を利用して脳機能を計測する技術

 人間の脳は活動が増すと局所的に血液量の変化が起きる。エネルギー源となる酸素などを脳に送るため、血液量が増大するからだ。その際、酸素運搬の役目を担うのが、主に赤血球に含まれるヘモグロビン。ヘモグロビンは酸素と結合すると鮮紅色に、酸素を離すと暗赤色になるなど、可視光を吸収すると特有の色を示す色素タンパク質。この性質を利用し、頭皮上から微弱な近赤外光を照射し、戻ってきた光を検出することでヘモグロビンの濃度変化を計測する、分光学的計測法が「光トポグラフィ」。日立製作所中央研究所が世界に先駆けて実用化にこぎつけた技術である。

 光トポグラフィは当初、脳の表層を形成する大脳皮質機能をマッピングすることを目的に開発された。人間の脳は三層構造になっている。一番内側に生命活動を司る「脳幹」があって、感情を司る「大脳辺縁系」がその周りを覆い、さらに知的な活動を司る「大脳皮質」がそれらを包み込む[図1]。この一番外側にある大脳皮質は言語、行為、知覚、記憶、注意、判断といった高次脳機能を司り、いわゆる“人間らしさ”を表現する。こうした機能を発揮する大脳皮質の機能局在[図2]を可視化し、最後の未知領域とされる脳を解明することで、広く社会の発展に資することをめざしたのだ。

 実際、光トポグラフィなどの脳機能画像計測法によって脳の活動を観測することにより、生物学的に裏付けられた脳、つまり“人間”への理解が進むといえる。

 様々な研究が進められている中で、脳の信号だけで、機器や装置を動かすことができる技術や装置、いわゆる「ブレインマシンインタフェース」と呼ばれるテーマがある。日立製作所では1999年頃からALS*2患者を対象にしたブレインマシンインタフェースの開発に取り組んでいる。

 ALS患者は病気が進行すると全身が動かなくなり、自立的に意思表示すらできなくなる。ところが脳だけは正常に機能するため、ALS患者が意図的に脳を働かせると前頭葉の血液量が変化する。この現象を利用して、患者の意図に基づくYes/Noの答えを返す意志伝達装置の開発が可能になったのだ。

こうした研究の末、2005年に『心語り』と命名したALS患者用の意志伝達装置の製品化に成功する。

*1
日立製作所の登録商標。しかし、計測方法の概念を表す適切な名称・学術用語が他に無いため、2005年にその使用を公開。
*2
ALS(Amyotrophic Lateral Sclerosis):筋萎縮性側索硬化症。脊髄の運動神経が侵されて全身の筋肉が動かなくなる進行性の難病。

図1 脳は大きく分けて3層の構造から成り、中心部から外側に向かうに従って高次な機能を担っているイメージを示す
図1 脳は大きく分けて3層の構造から成り、中心部から外側に向かうに従って高次な機能を担っているイメージを示す

図2 大脳皮質の部位と司る高次脳機能/大脳を左半球から見た図 マッピング例/前頭連合野の脳活動 小泉英明編著「育つ・学ぶ・癒す脳図鑑21」から改変
図2 大脳皮質の部位と司る高次脳機能/大脳を左半球から見た図 マッピング例/前頭連合野の脳活動
小泉英明編著「育つ・学ぶ・癒す脳図鑑21」から改変

ウェアラブル光トポグラフィの出現が脳機能計測をさらに身近なものへ

 つい最近までは“知る人ぞ知る”技術だった光トポグラフィだが、少しずつ我々の身近な技術になりつつある。産業応用という形で利用される機会が増えてきたからだ。背景には光トポグラフィの技術的なメリットがある。

 「光トポグラフィが利用するのは近赤外光。人体に負担なく、赤ちゃんから高齢者まで安全に脳機能の計測が可能です。しかも、光だから電波の影響を受けにくい。つまり、実験室に入らなくても職場や自宅など日常環境の中で計測することができます」。こう解説してくれたのは日立ハイテクノロジーズ(以下、日立ハイテク)の長谷川清氏だ。

 2014年4月、日立ハイテクは日立製作所から研究用途・産業用途向け携帯型光トポグラフィ装置の販売、サービスおよびコンサルテーション事業の移管を受けた。長谷川氏は日立製作所時代から進めてきた各種プロジェクトを継承するメンバーだ。「ターニングポイントとなったのは、やはり世界初となる携帯型の『ウェアラブル光トポグラフィ(WOTシリーズ)』[表1]が開発されたことでした。小さい上にワイヤレス、しかも最大4名まで同時計測できることから、従来の脳機能計測では困難だった複数の人間のコミュニケーションを計測することが容易になり、光トポグラフィを利活用できるケースが飛躍的に増えました」(長谷川氏)。

株式会社日立ハイテクノロジーズ新事業創生本部 企画部 専門部長 長谷川 清
株式会社日立ハイテクノロジーズ
新事業創生本部 企画部 専門部長
長谷川 清

表1 日立ハイテクの計測技術
表1 日立ハイテクの計測技術

脳科学産業応用の実際とその成果

“脳を育む”バンダイのベビラボ®『すくすくあそびDX』とブロックラボ®『ビークルブロックシリーズ』©やなせたかし/フレーべル館・TMS・NTV

“脳を育む”バンダイのベビラボ®『すくすくあそびDX』とブロックラボ®『ビークルブロックシリーズ』©やなせたかし/フレーべル館・TMS・NTV

3つのコンサルテーションメニューで脳科学産業応用の価値を創造

 長谷川氏が所属する日立ハイテク新事業創生本部の応用脳科学ビジネスは、大きく分けて2つある。大学や研究機関などに対するハードウェアの販売と、脳科学の産業応用に関するコンサルテーションだ。さらにコンサルテーションには3つのメニューを用意して、顧客のニーズに応えている。

 「ひとつは企業のモノづくりに脳科学の知見を生かそうという提案です。そのための実験を行い、かつその結果がモノづくりにおいて適切に表現されているかを第三者の専門家に検証していただきます。審査をクリアしたものについては、私たちが主体となって作った『Brain Science マーク*1』を製品パッケージなどに貼っていただき、脳科学の見地からきちんと検証されたブランド商品であることをアピールしていただけるのです」(長谷川氏)

 日立では、これを「Brain Science マーク付与コンサルテーション」[図1]と呼んでいるが、初めてBrain Science マークを取得した商品は、バンダイ初のベビートイブランドとなった「BabyLabo®」(ベビラボ)とブロック玩具「BlockLabo®」(ブロックラボ)だった。

 バンダイと日立との出会いは2007年にさかのぼる。当時、“赤ちゃんの成長に合わせたベビートイを開発する”という夢に向かって動き出していたバンダイの商品開発チームが、日立の光トポグラフィに注目する。この技術があれば、ユーザーである赤ちゃんの成長に合わせた、より赤ちゃん自身の満足を追求したおもちゃを開発することができると直感したのである。

 実際、BabyLaboの立ち上げでは延べ250人の赤ちゃんに協力してもらい、どの月齢の子がどんな出来事に反応するのか、脳機能計測や行動計測によって赤ちゃんの視覚や聴覚における「分かる」「好む」を調査している。光トポグラフィによる脳機能計測では、生後5~6カ月の赤ちゃんの場合、人間の「いないいないばぁ」よりもアンパンマンの「いないいないばぁ」を見たときのほうが、注目したときに生じる脳の血流量変化が大きいということが分かった[図2]。

 そこでバンダイは、プレイマット「脳を育む すくすく遊びDX(デラックス)」に「いないいないばぁ」をするアンパンマンを採用。この他、検証結果に基づく様々な工夫をラトルやメロディユニットなどの仕掛けに取り入れ、成長段階に応じたおもちゃをシリーズ化。ベビートイ市場でも久々となるヒット商品を、世に送り出すことに成功した。現在、総売上32億円を突破し、いまなおマーケットを拡大し続けている(下記コラム参照)。

図1 Brain Scienceマーク付与までの流れ
図1 Brain Scienceマーク付与までの流れ

図2 5~6カ月の赤ちゃんの「いないいないばぁ」に関する検証「BabyLabo®」「BlockLabo®」は株式会社バンダイの登録商標です。
図2 5~6カ月の赤ちゃんの「いないいないばぁ」に関する検証
「BabyLabo®」「BlockLabo®」は株式会社バンダイの登録商標です。

 また最近の新たな試みとして、脳科学を学習に活用することも行っている。DeNAが小学生を対象とした学習コンテンツ“アプリゼミ”のサービスを開始したが、そこには学習を続けてもらうための視覚的報酬や呼びかけの有無、提示するタイミングの違いによる学習状況を比較検証してその結果を取り入れている。

楽しく学べるアプリゼミ
楽しく学べるアプリゼミ

*1
Brain Scienceマーク:(株)日立製作所の登録商標である。

Column

株式会社バンダイ
プレイトイ事業部 デピュティゼネラルマネージャー 村瀬 和絵氏
株式会社バンダイ
プレイトイ事業部
デピュティゼネラルマネージャー
村瀬 和絵氏

実際にオモチャで遊ぶのは赤ちゃん。
まずは言葉を話せない赤ちゃんの“分かる”を、私たち大人が理解する必要がありました。

 赤ちゃんが本当に分かっていることは何か。赤ちゃんの脳機能の検証を通じて、私たち開発者側がそれを理解すること。そこから始まったバンダイ初のベビーブランド開発は、日立の光トポグラフィ技術と脳科学の知見無くして完成することはなかったと思います。

 2010年に発売を開始したベビラボシリーズは、5年経った現在ベビーブランドとして確固たる地位を確立し、売上を伸ばしています。しかも、“脳科学に基づいて開発”されたオモチャだという点に価値を見いだしている購入者が多く、立ち上げ当初、延べ250人もの赤ちゃんの脳を検証したかいがあったと喜んでいます。現在はブロックラボも合わせて600人を超えています!

 海外の有名ブロックメーカーがほとんどのシェアを占める中、ブロックラボは発売から3年で1歳から3歳のブロック市場第2位、約30%のシェアを獲得するまでに成長しただけでなく、新しい価値の提供によりブロック市場全体の活性化と底上げに貢献することができました。ブロックラボの開発では脳機能の検証に基づき、簡単すぎず、難しすぎず、適切な時期に適切な刺激を与えるブロックを開発することが大切だということを改めて教えられました。

 メーカーの中にいると市場から次の商品開発のヒントを得ようとしてしまいがちですが、日立ハイテクはまったく別の視点から、たとえば「こういう研究事例があるのでここからアイデアを考えてみませんか」と提案してくれます。こうしたアプローチは本当に新鮮でしたし、こうした取り組みの中でしか生まれない発想がたくさんあったと思います。

 私たちのチームがベビー市場で提供できる価値がまだまだあると思っているので、今後はそのあたりを開拓していきたいですね。また、ベビー向けはお母さんが選んで購入する商品ですので、たとえば泣き止まない時とか寝ない時に、お母さんの負担を軽減できるような商品ができないものかと、日立ハイテクと相談しているところです。楽しみにしていてください。

企業向けの脳科学活用支援とニューロマーケティング

ブース空間4パターン(白・赤・黄・青)
ブース空間4パターン(白・赤・黄・青)

「コンサルテーションメニューの2つ目は、脳科学の活用支援です。脳科学活用には事前調査、実験デザイン策定、解析など、専門的な知識やノウハウが必要となるため、お客様でモノづくりにおける脳科学の研究を深めたいというご要望に対し、部分的または全面的に支援します。従来はインタビューやアンケートに基づく主観評価によって、顧客ニーズを探り出そうとしていましたが、なかなか上手くいかない。ならば脳計測によって人間の脳に直接問うことで新しい指標を作り上げ、お客様のモノづくりや、サービス構築をお手伝いしようというものです」(長谷川氏)。

 これに当てはまるのがデザイン評価や感性評価だ。こうした評価は個人差が出やすいため評価がバラバラになりがちだ。たとえば左のイラストをご覧いただきたい。これは机を囲むパーティションの色を4パターン描いたものだが、単純な計算作業をする場合、作業効率が一番いいのはどの色だろうか。じつはこの問題、東京電機大学渡邊朗子研究室と日立ハイテクとで「環境評価」をテーマにした共同研究の一部だ。結論から言うと、脳の血流量、計算の正答率ともに黄色が一番良かった。だが、こうした結果は主観評価では明確に導き出しにくい。環境評価については、生体信号でも合わせて見ていく必要があるようだ。いずれにせよ主観評価のみでは導き出すことが難しい評価も、脳科学を活用することにより、人の脳活動に即した環境デザインの新しい指標を作り上げることが可能となる。

 東日本旅客鉄道株式会社では鉄道車両における「振動乗り心地評価」に、アンケートによる主観評価だけではなく、より客観的な評価手法としてウェアラブル光トポグラフィによる脳計測の適用について研究に取り組んでいる。これは、移動空間における“快適”を追求しているからに他ならない。

 長谷川氏は続ける。「3つ目は、いわゆる“ニューロマーケティング”の提供です[図2]。アンケートが主体の従来マーケティング調査に、「行動(視線)計測」と「脳活動計測」を組み合わせることで、CMなどの広告素材を見ているときの脳活動と視線を可視化します。アンケートだけではキャッチアップできない消費者の反応をダイレクトに捉えることができるため、テレビCMや新聞広告などの広告評価、POPやポスターなどの陳列評価、プロダクトデザイン、ユニバーサルデザインなど出来上がったものの評価や、コンテンツデザインなどの作成途中での評価など幅広い分野で活用できるマーケティング手法です」。


ウェアラブル光トポグラフィによる計測中の様子

 当然のことだが、顧客が脳機能計測を活用して何を知りたいかによって計測デザイン、つまり計測のための実験計画は変わってくる。仮説を立て、実験の段取りを組み、計測を通じてクライアントが求める確かなデータを提供することが重要であることはいうまでもない。日立ハイテクはこの計測デザインを導き出すコンサルテーションに独自のノウハウを持ち、これまで顧客の期待にしっかりと応えてきた。脳科学をビジネスに取り入れようとする企業が信頼を寄せているのは、優れたハードウェアの機能だけではないのだ。

図2 【ニューロマーケティング】デザイン・印象に関する評価例
図2 【ニューロマーケティング】デザイン・印象に関する評価例

センシングソリューションの将来展望

ヒューマンセンシングソリューションで人間の暮らしを、子どもたちの未来を豊かに

ヒューマンセンシングソリューションで人間の暮らしを、子どもたちの未来を豊かに

計測テクノロジーというDNAを活かして新たなセンシングソリューションを

株式会社日立ハイテクノロジーズ 新事業創生本部 副本部長 工学博士 禰寝(ねじめ) 義人
株式会社日立ハイテクノロジーズ
新事業創生本部 副本部長 工学博士
禰寝(ねじめ) 義人

2014年4月、日立ハイテクに誕生した新事業創生本部のミッションはその名の通り、センシングデータに関わる計測・分析技術とデータ解析技術をコアとした新規事業を創生すること。ターゲット分野としてはライフサイエンス、環境・新エネルギー、社会イノベーションと多岐にわたる。今回の一連の脳科学の取り組みは、その中の一例である。

 「脳機能を計測するハードウェアを製造、販売するビジネスを育てていく傍ら、製品を利用した脳機能計測の“意義”とか、計測データの“価値”というものをつくり上げ、それをコンサルティングサービスというソリューション事業として提供する2つのビジネスを同時にやっていく。私たちはセンシングソリューションと呼んでいますが、こうした事例をいくつかつくっていこうというのが今の新事業創生本部のコンセプトです」。こう語ってくれたのは日立ハイテクの禰寝(ねじめ)義人氏。新事業創生本部の副本部長である。

 いま、インターネットはすべてのヒト・モノ・コトがコミュニケーションするための情報伝達路に変わりつつある。実際、IoT(Internet of Things)やM2M(Machine to Machine)のように機器間で通信し、連携するといったモノの情報をセンシングして、付加価値を付けて提供するというシステムがトレンドになっている。

 以前、本シリーズの Vol.07「新幹線運行のいまここ」では、レールや電車線の状態をモニタリングする検査用新幹線『East-i』が活躍していることを紹介した。『East-i』には時速275km(2013年11月現在)という新幹線の営業速度での軌道(レール)検測・架線(電車線)検測を可能にするセンサーが搭載されていて、検測したデータを新幹線の安全運行に役立てている。これもセンシングソリューションのひとつの例だ。

 「“計る” “見る” “解析する” “分析する”という計測テクノロジーがDNAとして根底にある。今後もそのDNAを活かして、日立ハイテクらしいビジネスを創出していきたいですね」(禰寝氏)。

デジタル化される脳情報 脳ビッグデータの利活用に期待

 かつて、万歩計がそうだったように、人の動きを計る装置は独立型の商品がほとんどだった。しかし、最近は装置の多くがITでつながっている。「同様に脳情報もこれからはクラウドとつながり、ビッグデータになっていく」[図1]と言うのは長谷川氏。「そうした時代の到来に備え、光トポグラフィ装置のさらなる小型化や、情報通信ネットワークに対応したハードウェアを開発すると同時に、それらの機器とクラウド環境を利用した新しいビジネスモデルを構築する必要があると思っています。ヒューマンセンシングがITとつながった世界をめざしつつ、プロジェクトを展開していきたい」。

 ヒューマンセンシングのデータの中には、解析が難しいものや計算が複雑なもの、あるいは分量がものすごく多いデータもある。たとえば遺伝子情報などもヒューマンセンシングの一つで、かなりのビックデータであるといえる。そういったものを含め、全てを関連づけて相関を取りながら、“何が変わると何が良くなるのか”ということを解析していくと、いろいろなアプリケーションに役立つ可能性のあることが分かる。脳科学の産業応用は始まったばかりであり、革新的なサービスの登場次第では、脳ビッグデータの収集と活用が急速に拡大する可能性があるのだ[図2]。

 禰寝(ねじめ)氏は言う。「脳は宇宙と同様に最後の未知領域、科学技術分野の残されたフロンティアだと思います。その未知なる情報を正確に計るというのは、“計測”をビジネスの柱とする我々としてはぜひチャレンジしたい領域です。新たな計測が可能になれば新たな価値が生まれ、そこに新たなビジネスも生まれます。未来の人々の暮らしが笑顔にあふれ、一層豊かなものになっているでしょう。日立ハイテクがそこに一役買っていたら素敵なことだと考えています。」

図1 脳科学の産業応用を推進する脳ビッグデータ
図1 脳科学の産業応用を推進する脳ビッグデータ

図2 ヒューマンセンシングデータ事業全体像
図2 ヒューマンセンシングデータ事業全体像

株式会社日立ハイテクノロジーズ

東京都港区西新橋1-24-14 〒105-8717
TEL:03-3504-7111 FAX:03-3504-7123

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ここに掲載しているコンテンツは、日本経済新聞 電子版広告特集「社会を豊かにするハイテクソリューション」として、2012年6月~2015年3月まで掲載されたものの転載です。