ヒューマンインタフェースのための計測と制御
技術者・研究者向けの専門書籍紹介
発刊日 2009年3月 ISBN978-4-7813-0089-4 C3054
体 裁 B5判，332頁
刊行のねらい
機器やシステムは，第一に安全が確保されるよう，信頼性設計に重点がおかれている。そして，ユーザーである人が，機器の性能や使用環境の状態を判断して，それらに合わせるよう機器を操作している。例えば，自動車の運転手は，ハンドルを操作して進行方向を制御し，アクセルとブレーキとシフトレバーで速度を制御する。運転手は窓を通して外界を見ることで自動車の位置や周囲の交通状況を把握し，速度計で適切な速度にコントロールする，といった具合である。
しかし，日本では，右肩上がりの人口増加が終焉して，ついに人口減少時代に突入する。これからの機器は，このような人から機械への一方通行の情報伝達ではなく，機械も人の状態をセンシングし，それらの情報に基づいて判断・制御することで，身体機能が低下した高齢者でも安心して，かつ快適に使用できることが求められるであろう。そのためには，理工学系の技術者も，生物学，生理学を理解し，ヒューマンインタフェースを考慮した設計を目指す必要があろう。さらに，身体支援の技術開発だけでなく，生活の質 （qualityoflife；QOL） と人間の尊厳を保障できる技術開発に向けて，「からだ」だけでなく「こころ」をどのように捉えるかが課題となってくると予想される。
本書は，ヒューマンインタフェースの対象として，人の「からだ」と「こころ」の両側面に視点をおいている点で，従来の書籍とは一線を画している。そして，「人と機械・システムとのインタフェース」を共通課題として，センシング技術，制御技術の要素から応用までを，第一線の研究者の成果を中心に集積したものである。既に，ユニバーサルデザインについては類書があることから，福祉機器への偏りや重複がないように配慮し，基礎的な要素技術選びから機器・システム設計への参考となることを目指している。
（「巻頭言」より一部抜粋）
2009年3月 著者を代表して 山口昌樹
書籍の内容
【第1編 脳と生理機能】
第1章 脳の統合機能 （有田秀穂）
1. ワーキングメモリー
2. 視覚情報処理
3. 注意機能
4. 認知的判定と運動制御
5. 仕事脳
6. 脳幹・青斑核のノルアドレナリン神経
7. 脳内危機管理センター
8. 集中力と過緊張
9. 情動の統合機能
10. 情動体験と前部帯状回
11. 扁桃体
12. 認知と情動のインタフェース
13. 意欲とドパミン神経
14. 心のバランスとセロトニン神経
15. 言語コミュニケーションと優位脳
16. 非言語コミュニケーションと「心の理論」
第2章 生理応答 （吉野公三）
1. ストレス反応
2. 視床下部-下垂体-副腎皮質系（HPA系）
3. 自律神経系
4. 心理状態評価のための電気生理指標
5. 生理応答機構の数理モデル化と個人差
第3章 疲労の分子神経メカニズム―日本における疲労の実態とみえてきた疲労に陥るメカニズム― （倉恒弘彦）
1. はじめに
2. 疲労の分類
3. 疲労の疫学
4. 慢性疲労に陥るメカニズム
4.1 生活環境要因（ストレス）との関連
5. 遺伝的背景
6. 慢性疲労と脳機能異常
7. CFSに陥る道筋
8. おわりに
第4章 ストレス応答の分子機構 （河合智子，六反一仁）
1. はじめに
2. PrereceptorGClignadmetabolism
3. シャペロンタンパク質とGR
4. GRによる転写調節
5. GRタンパク質とGR遺伝子の構造
6. Mineralcorticoidreceptor（MR）のGCシグナルへの影響
7. 心理的ストレスと末梢血遺伝子発現パターン
【第2編 ヒューマンセンシング】
第5章 生理量の化学計測 （山口昌樹）
1. はじめに
2. ストレスと生体システム
3. 唾液バイオマーカーとその分析
4. 唾液の採取
5. 唾液アミラーゼモニター
6. おわりに
第6章 生理量の物理計測 （山越健弘）
1. はじめに
2. ストレスの最適指標
3. ストレスの物理計測法
3.1 循環動態としての血圧（BP），心拍出量（CO），および全末梢抵抗（TPR）の計測
3.2 規準化脈波容積の計測
3.3 皮膚表面温度の計測
4. 単調運転時におけるストレス評価
5. ストレス緩和法
5.1 循環動態とストレス緩和
5.2 急性ストレスにおける呼吸療法の効果
6. おわりに
第7章 味覚センサ （都甲潔）
1. 味を測るとは
2. 味覚センサ
3. コーヒー牛乳＝麦茶＋牛乳＋砂糖
4. 苦味の抑制効果
5. 味はバーチャル
6. 味覚センサを持ち歩く
7. 食の未来
第8章 匂いの記録と再生 （中本高道）
1. はじめに
2. 匂いの記録再生システムの原理
3. 水晶振動子ガスセンサアレイを用いた匂いの記録再生
4. 質量分析器を用いた匂い記録
5. 遠隔地における香りと映像の同時再現
6. まとめ
第9章 バイオメトリック認証技術 （瀬戸洋一）
1. バイオメトリクスとはなにか
1.1 定義
1.2 バイオメトリック技術の歴史
2. 本人認証とは
3. いろいろなバイオメトリクス
3.1 身体計測的なバイオメトリクス
3.1.1 指紋
3.1.2 顔
3.1.3 虹彩
3.1.4 血管パターン
3.1.5 耳介
3.1.6 汗腺
3.1.7 匂い
3.1.8 DNA
3.2 行動的計測によるバイオメトリクス
3.2.1 声紋
3.2.2 署名
3.2.3 キーストローク
3.2.4 手指動作
4. バイオメトリック技術におけるセキュリティ
4.1 マルチモーダルバイオメトリック認証技術
4.2 脆弱性の明確化
4.3 プライバシーとしてのバイオメトリクス
4.4 キャンセラブルなバイオメトリクス
5. バイオメトリック認証モデル
5.1 認証と識別
5.2 基本的な性質
5.3 基本的処理フロー
6. バイオメトリック認証の誤差とは
7. バイオメトリック技術の標準化の動向
7.1 標準化の目的
7.2 標準化の開発体制
【第3編 生体情報の分析と制御】
第10章 多変量解析と共分散構造分析 （小島隆矢）
1. はじめに
2. 多変量解析概論
3. 生活動線データのMDS
4. コンパクトカメラの満足度
5. 一眼レフカメラのファインダー性能
6. 潜在変数の導入
7. おわりに
第11章 事例ベースモデリング （本田光弘，綛田長生，久下谷任祥）
1. はじめに
2. モデリングにおけるデータの特徴と問題点
3. 従来のモデリング技術
4. ブラックボックスモデリング
5. TCBM（TopologicalCase-BasedModeling）
5.1 TCBMの概要
5.2 TCBMを使ったモデルの作成手順
5.3 モデル完成度の評価
5.4 TCBMのまとめ
6. ビル空調市場におけるTCBMの適用例
6.1 はじめに
6.2 エネルギー需要予測
6.3 機器運転シミュレーション
6.4 省エネルギー量の定量化
7. 1型糖尿病患者に対する血糖値予測
8. まとめ
第12章 ニューラルネットワーク （大松繁）
1. ニューラルネットワークの概要
2. ニューラルネットワークの特徴
2.1 非線形処理
2.2 並列・分散処理
2.3 学習機能
2.4 クラスタリング
2.5 汎化能力
3. ニューロンモデル
3.1 離散時間モデル
3.2 連続時間モデル
4. パーセプトロン
5. 階層型ニューラルネットワークと誤差逆伝播法
6. 自己組織化特徴地図法
7. 学習ベクトル量子化
8. Hopfieldネットワーク
8.1 連想記憶
8.2 Boltzmannマシン
8.3 連続形Hopfieldネットワーク
第13章 遺伝的アルゴリズム―事例研究：GAのハイブリッド化による巡回セールスマン問題の解法― （郄橋良英）
1. はじめに
1.1 遺伝的アルゴリズムの研究目標
1.2 遺伝的アルゴリズムで扱う問題の定式化
1.3 遺伝的アルゴリズムの応用分野
1.4 遺伝的アルゴリズムの特徴と問題点と対策
1.4.1 特徴
1.4.2 問題点
1.4.3 対策
1.5 本稿での報告範囲
2. 遺伝的アルゴリズムの数理的根拠
3. 遺伝的アルゴリズム
4. 事例研究（巡回セールスマン問題へのGAの適用事例）
4.1 巡回セールスマン問題
4.2 TSPを解く様々な解法とGAで解く時の課題と対策
4.3 TSPを解くハイブリッド手法
4.4 拡張遺伝子交叉オペレータ交代法（ECXO：ExtendedChangingCrossoverOperators）
4.4.1 背景
4.4.2 拡張遺伝子交叉オペレータ交代法ECXO（EX（orACO）→EAX）
4.4.3 拡張遺伝子交叉オペレータ交代法ECXO（EX（orACO）→EXX→EAX）
4.5 実験結果
4.5.1 実験データ
4.5.2 多様性と収束性による遺伝子交叉オペレータ交代時期の最適制御実験
5. おわりに
第14章 センサエージェントとセキュリティ （野田和俊）
1. はじめに
2. センサエージェント
3. センサ技術とネットワーク技術
4. セキュリティに関する諸課題
5. センサエージェントにおけるセキュリティ問題
【第4編 ヒューマン・マシンインタフェースの実際】
第15章 公共交通システムの乗客流の推定手法 （古関隆章）
1. はじめに
2. 運転整理の典型的手法と問題点
3. 乗客の立場から見た運転整理案の評価
4. 乗客流の解析：ダイクストラ法の適用とその長所
5. 評価関数で直接記述されない条件の考慮：複数候補を探す方法論
6. 因果律の考慮：運転計画と運転整理における乗客流解析の相違
7. ネットワークにおいて迂回ルートがある場合の乗客流推定手法と均衡分析
8. おわりに
第16章 情報家電に適したヒューマンインタフェース （安村通晃）
1. はじめに
2. 家電とは
3. これまでの家電インタフェース
3.1 機械式インタフェース
3.2 電子式インタフェース
3.3 情報家電のインタフェース
4. これからのインタフェースを考えるヒント
4.1 マルチモーダルインタフェース
4.2 実世界指向／ユビキタスインタフェース
4.3 情報アプライアンス／エモーショナルデザイン
5. 新しい家電インタフェースの試み
5.1 音声入力
5.2 ジェスチャー入力
5.3 触覚入力
5.4 ロボットインタフェース
5.5 新しいサービス
6. おわりに
第17章 空間の観測に基づく人間の活動支援 （新妻実保子，橋本秀紀）
1. はじめに
2. 空間の知能化とヒューマンインタフェース
3. 空間メモリ（Spatialmemory）
3.1 コンセプト
3.2 システム構成
4. 人間の活動支援のための空間の観測
5. 詳細な活動内容の記述に向けて―人と物の観測―
第18章 オペレーティングシステムのアクセシビリティと支援技術 （小松裕子）
1. アクセシビリティ（Accessibility）
2. アクセシビリティの必要性
2.1 インターネット普及と人口の高齢化
2.2 障害者数とパソコン利用
3. アクセシビリティ機能と支援技術製品
3.1 OSに装備されたアクセシビリティ機能
3.1.1 アクセシビリティ機能設定へのアクセス
3.1.2 視覚の不自由を助ける機能
3.1.3 聴覚の不自由を助ける機能
3.1.4 動きの不自由を助ける機能
3.2 支援技術製品の例
3.3 Webアクセシビリティ
4. アクセシビリティの法規と指針
4.1 リハビリテーション法第508条
4.2 JISX8341「高齢者・障害者等配慮設計指針―情報通信における機器，ソフトウェアおよびサービス」
4.3 WCAG
第19章 ブレインマシンインタフェース （満渕邦彦）
1. ブレインマシンインタフェース―その定義と用語―
2. BMIの分類とその実際
2.1 出力型BMIシステム
2.1.1 出力型BMIシステムの基本構成と技術的要素
2.1.2 神経系活動計測装置・電極
2.1.3 運動推定のためのデータ処理
2.1.4 外部機器の操作の臨床・研究例
2.2 入力型BMIシステム
2.2.1 人工聴覚システム（人工内耳）
2.2.2 人工視覚システム
2.3 ニューロモデュレーション：脳深部刺激療法（Deepbrainstimulation：DBS）
2.3.1 脳深部刺激療法とその歴史的経緯
2.3.2 システム構成
2.3.3 病態生理・作用機序
3. 非侵襲型BMIにおける脳活動計測手法
4. 末梢神経型BMI
【第5編 心のインタフェースの実際】
第20章 ストレスの主観評価の方法と実際 （嶋田洋徳，津村秀樹）
1. ストレスの心理学的理解
2. 心理的ストレス反応の分類
3. 心理的ストレス反応尺度
4. 心理的ストレス反応尺度の信頼性と妥当性
5. 心理的ストレス反応尺度の回答バイアス
6. おわりに
第21章 日常生活空間における心身の計測と生活改善―在宅における生体情報計測技術と健康管理― （川原田淳）
1. はじめに
2. 在宅生体情報計測とは
3. 健康自動計測システムによる生理機能の無意識計測
3.1 トイレでの体重・排泄量計測
3.2 浴槽での心電図計測
3.3 ベッドでの心電図計測
3.4 日常行動の在宅自動計測
4. 在宅生体情報計測におけるウェアブル化とユビキタス環境
5. 住居空間における心身の計測と生活改善の可能性について
6. おわりに
第22章 重症心身障害児（者）とのコミュニケーションへの応用―ストレスの計測と情動評価の可能性― （竹田一則）
1. はじめに
2. 重症心身障害児（者）とその情動評価の必要性
3. 重症児（者）における情動変化の計測
3.1 研究1；重症児（者）における医療処置に伴う急性distressとその評価
3.2 研究2；重症児（者）のリラクゼーション活動に伴うeustressとその評価
4. おわりに
第23章 児童生徒の心身ストレスの定量化と不登校対策 （田原祐助，山口昌樹）
1. はじめに
2. 不登校の心身状態
2.1 不登校の精神的症状
2.2 不登校の身体的症状
2.3 コーピング
2.3.1 ソーシャル・スキル
2.3.2 セルフ・コントロール
3. ストレスマーカーとその分析
4. 唾液バイオマーカーと心身状態の関連性
5. おわりに
第24章 リハビリテーション活動におけるストレス （野中猛）
1. はじめに
2. リハビリテーションの歴史的変遷
3. リハビリテーション活動内容
3.1 リハビリテーション活動の構成要素
3.2 リハビリテーション過程
4. 関係者のストレス
4.1 利用者のストレス
4.2 家族のストレス
4.3 職員のストレス
5. おわりに
【索引】
