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Development of a neurophysiological "choking under pressure" index and its application to neurofeedback training

Research Project

Project/Area Number 20K11367
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research InstitutionShibaura Institute of Technology

Principal Investigator

SATO Hiroki  芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (90416933)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 加納 慎一郎  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (00282103)
赤木 亮太  芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (20581458)
堀江 亮太  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60327690)
八幡 憲明  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, グループリーダー(定常) (70409150)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywordsパフォーマンス / 脳活動 / ニューロフィードバック / あがり / 緊張 / 機能的近赤外分光法(fNIRS) / 精神的プレッシャー / ワーキングメモリ / fNIRS / 脳波 / θ波 / パッティング / 近赤外分光法 / 前頭極 / 呼吸 / 脈拍 / 脳 / NIRS
Outline of Research at the Start

精神的重圧がかかるスポーツ競技や人前での発表において、緊張に伴いパフォーマンスが低下する現象を「あがり」と呼ぶ。その発生メカニズムの解明は未だ不十分であるが、近年では神経生理学的研究も進みつつあり、「『あがり』は脳で生じた現象である」ということが分かってきた。本研究では、脳血流信号や脳波、心拍、呼吸を含む複数生体信号群の同時計測、および機械学習を用いた解析を用いて、「あがり」と「良い緊張」を切り分ける総合的な神経生理指標(「あがり」指標)を確立することを目的とする。また、その「あがり」指標を用いたニューロフィードバックトレーニング法を開発し、その有効性の評価を試みる。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to quantify the decline in performance under psychological pressure as a neurophysiological "choking" index and to develop a mental training method utilizing this index. We aimed to investigate brain activity associated with golf putting performance and observed a weakening of brain activity in the right temporal lobe and a section of the dorsolateral prefrontal cortex among individuals with lower performance. Furthermore, an experiment involving a cognitive task revealed a tendency for activity in the left middle frontal gyrus to be correlated with performance under pressure. These findings suggest the potential of utilizing brain activity in the dorsolateral prefrontal cortex as a reliable "choking" index. Building upon these results, we have developed a prototype of a neurofeedback training system using a simple fNIRS device and a smartphone.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の意義は,日常環境下で使用できる脳機能計測技術を用いて,実際の「あがり」状態を検討した点,また,実用化しやすいシステムを構築した点にある.従来研究の多くは,特別な実験室において限定した姿勢で実施されることが多かったため,自然な心理プレッシャー下でスポーツ課題を設定することが困難だった.本研究では,機能的近赤外分光法(fNIRS)を用いることによって,ゴルフパッティングに伴う脳活動を検討することができた.また,小型・安価なシステムとして,fNIRSとスマートフォンを用いたトレーニングアプリのプロトタイプを開発したことにより,脳科学の社会実装に向けて一歩前進したと考える.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Basic Examination of Haemoglobin Phase of Oxygenation and Deoxygenation in Resting State and Task Periods in Adults Using fNIRS2022

    • Author(s)
      Jasni, N.A., Sato, H.
    • Journal Title

      Oxygen Transport to Tissue XLIII. Advances in Experimental Medicine and Biology

      Volume: 1395 Pages: 189-198

    • DOI

      10.1007/978-3-031-14190-4_32

    • ISBN
      9783031141898, 9783031141904
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Exploration of brain activation signals related to golf-putting performance under psychological pressure: A functional near-infrared spectroscopy study2022

    • Author(s)
      Sato H, Manai T, Nakata N.
    • Organizer
      Biennial meeting of the Society for fNIRS
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of Psychological Pressure on Working Memory Performance: An fNIRS study2022

    • Author(s)
      Fujita M, Jasni NA, Sato H.
    • Organizer
      Biennial meeting of the Society for fNIRS
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ニューロフィードバックシステム設計に向けた心理的プレッシャー下での脳波信号解析2022

    • Author(s)
      大嶋英之, 仲田記士, 佐藤大樹
    • Organizer
      LIFE2022(第37回ライフサポート学会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 心理的プレッシャー下における運動パフォーマンスと関連する脳活動信号の探索2022

    • Author(s)
      仲田 記士、眞名井 貴裕、佐藤 大樹
    • Organizer
      第24回光脳機能イメージング学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 近赤外分光法を用いた脳機能計測アプリケーションの展開2022

    • Author(s)
      佐藤大樹
    • Organizer
      第61回日本生体医工学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 単眼視による大脳半球の活性化を介した自律神経活動指標の変化2022

    • Author(s)
      山口佳修, 佐藤大樹
    • Organizer
      第61回日本生体医工学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] A New Multiple Comparison Correction Method for Functional Near-Infrared Spectroscopy and Its Assessment2022

    • Author(s)
      Fujita M, Sato H.
    • Organizer
      Organization for Human Brain Mapping 2022 Virtual conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ワーキングメモリ課題のパフォーマンスに及ぼす精神的プレッシャーの影響: fNIRSを用いた検討2022

    • Author(s)
      ヌルシャリザ アミラジャスニ, 佐藤大樹
    • Organizer
      第24回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 金銭的報酬/罰と認知制御の関係:機能的近赤外分光法を用いた検討2022

    • Author(s)
      大村彩, 佐藤大樹
    • Organizer
      第24回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 金銭的報酬/罰と認知制御の関係:機能的近赤外分光法を用いた検討2022

    • Author(s)
      大村彩,佐藤大樹
    • Organizer
      第24回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ワーキングメモリ課題のパフォーマンスに及ぼす精神的プレッシャーの影響: fNIRSを用いた検討2022

    • Author(s)
      ヌルシャリザ・アミラ・ジャス二,佐藤大樹
    • Organizer
      第24回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] fNIRSによるリアルワールド脳活動計測の応用に向けた探索研究2022

    • Author(s)
      佐藤大樹,仲田記士,佐藤練
    • Organizer
      第24回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 自己選択により実行したワーキングメモリ課題に伴う前頭極の活動2021

    • Author(s)
      佐藤大樹,鎌田隆史
    • Organizer
      第23回光脳機能イメージング学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] fNIRSにおける脳活動の空間的拡がりを考慮した多重比較補正法の提案2021

    • Author(s)
      藤田麻瑚,佐藤大樹
    • Organizer
      第23回光脳機能イメージング学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Hemoglobin phase of oxygenation and deoxygenation in adults: an fNIRS study2021

    • Author(s)
      Nursyarizah Amirah Jasnia, Hiroki Sato
    • Organizer
      International Society on Oxygen Transport to Tissue 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 心理的プレッシャー下におけるゴルフパッティングパフォーマンスと関連する脳活動信号2020

    • Author(s)
      8.仲田 記士,眞名井 貴弘,高野 広大、佐藤 大樹
    • Organizer
      第22回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-29  

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