生体信号から音楽へのインタラクティブ変換システムの設計と応用に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13680949
• 研究機関: 名古屋市立大学
• 研究代表者: 横山 清子 名古屋市立大学, 大学院・芸術工学研究科, 助教授 (50174868)
• 研究分担者: 水野 みか子 名古屋市立大学, 大学院・芸術工学研究科, 助教授 (50295622)
• キーワード: 生体信号 / 心拍変動性 / バイオフィードバック / 音楽 / MIDI / 精神作業 / インタラクティブシステム / リラクゼーション

研究概要

人の身体状態の提示や身体状態の良好な方向への制御を行うバイオフィードバックのために、生体信号から推定される身体状態に実時間で対応する音楽を演奏するシステムの設計とその応用に関する検討を目的とした。
生体信号から音楽へのインタラクティブ変換システムの設計の準備として、実験による音楽、音、映像に対する生体反応の解析を行った。その結果、心電図や脈波から得られる拍動間隔時系列の高周波(0.15Hz以上)成分のパワー(HF)がリラクゼーションを反映する指標であること、心拍変動時系列により生体負担度が評価できること、発汗量とリラクゼーションの主観評価との関連に関する結果を得ることができた。また、リラックス状態の実時間評価法の提案と妥当性の確認を行った。
さらに、音楽理論に基づき、"Interactive Musical Art"や音楽提示形態に関する考察を行い、生体信号から音楽へのインタラクティブ変換システムの音楽的意味を検討した。
「生体信号に対して実時間で音・音楽・映像を提示する」システムを試作した。具体的には、拍動間隔の変動係数により音量制御を行う作業負担度低減システム、測定心電図および指尖脈波の信号波形に対応した音や音楽を提示する心臓循環系の状態モニタリングシステム、CG映像を媒体としたリラクゼーション度合いバイオフィードバックシステム、キーボードやマウスの操作と連動して動作するCGキャラクタの操作者との対話動作を、実時間で測定される操作者の瞬時心拍数により制御し、精神作業やゲームなどの生体負担度低減やリラクゼーションバイオフィードバックなどへの応用を目指したシステムなどである。
試作システムを評価した結果、作業負担度低減や作業効率向上効果、リラクゼーション度合いの向上効果、あるいは、モニタリング装置としての生体状態の分かりやすさや利用の動機付け効果などの可能性を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] K.Yokoyama, M.Mizuno, 他: "Heart rate indication using musical data"IEEE Trans. on Biomedical Engineering. 49・7. 729-733 (2002)
• [文献書誌] 水野みか子: "電子(音響)音楽作品またはメディア芸術としての音楽作品における<作品提示形態>について"名古屋芸術大学研究紀要. (掲載予定).
• [文献書誌] 吉田, 横山, 上原, 倉田, 高田: "二次元自己回帰モデルを用いた心拍・血圧時系列解析"電気学会論文誌C. 123-C・5(掲載予定). (2003)
• [文献書誌] K.Yokoyama, 他: "Analysis of heart rate high-frequency component fluctuation using wavelet transform"Proceeding of IV International workshop on biosignal interpretation. 383-386 (2002)
• [文献書誌] 神谷, 横山, 丹羽: "副交感神経活動度合モニタリングシステムの評価"電子情報通信学会技術研究報告. 102・727. 17-20 (2003)
• [文献書誌] 長谷川, 横山: "心拍変動による温泡バスの快適性・生体負担度の評価"電子情報通信学会技術研究報告. 102・727. 29-32 (2003)