研究開発

カオスとは

カオスとは、あるシステム(系)が確固たる規則(決定論的法則)に従って変化しているにもかかわらず、 非常に複雑で不規則かつ不安定にふるまい、遠い将来における状態がまったく予測できない事象のことです。
カオスの性質として、以下の特徴があります。

1. 鋭敏な初期値依存性がある(初期値を変えて追試ができる事は稀である)
2. 特徴的な周波数成分が無く、広帯域なパワー・スペクトルを持つ
3. アトラクタの部分空間を通過する隣接軌道は、ほぼ同じ方向である
4. 相関関数が時間とともに急速にゼロになる
5. 最大リアプノフ指数が正である
6. 非整数のフラクタル次元を持つ

2,4,5,6の特徴はランダムでも起こる。3の特徴は準周期でも起こる。

生体情報とカオス

生命現象の原理」を追求する生理学における基本原理は、アメリカの生理学者Walter B.Cannonにより命名された「ホメオスタシス (ギリシア語からの造語)」だといえます。
ホメオスタシス(homeostasis)は「生体内の組成・物理的状態を一定の(homeo)状態(stasis)に維持する機能」です。
「生体が生命を維持するためには、ホメオスタシスを保つことが必要である。ホメオスタシスが保たれるのは、生体に負のフィード バック回路からなる自動調節機能が存在するからである」といわれてきました。
そして、生命徴候(バイタルサイン)=生命の維持に直結する心拍・呼吸・血圧・体温などをホメオスタシスの概念にあてはめると、 一定の値(正常値)から外れるような外乱が加われば、それを補正するようにフィードバックが働き、それらの値が安定していればいるほど 生体の制御系がうまく働いている、とみなされていました。

しかし、実際に調べてみると健常な被検者が安静を保っていても、心臓の拍動間隔は一定ではなく、かなり不規則な変動(心拍変動)を示します。 呼吸,血圧,体温なども例外ではありません。
そして心拍変動に限っていえば、むしろ加齢や病的な状態の方が変動が少ないことがわかっています。
生理学の分野において1980年代半ばから心拍変動や脳波などの生体信号がカオスではないかという報告が相次ぎました。
さらに、生理学の権威あるPhysiological Review誌にカオスのレビューが掲載されました。
[T. Elbert, W. J. Ray, Z. Kowalik, J. E. Skinner, K. E. Graf and N. Birbaumer, Physiol. Rev. 74 (1994) 1]
生理学の分野でもカオスを扱った研究が一般的となりつつあります。


生体情報計測。。。『ゆらぎ』の測定について

指尖容積脈波の測定

カオテックでは、指の先にある血管を流れる血液量を時系列の波として捉えて測定しています。
人間が発信している生体情報は、バイタルサインといわれ、体温、血圧、脈泊などさまざまなものがありますが、人間自身が複雑 系(カオス)であり、単純ではありません。
身体の末端からの生体情報である指尖脈波は、心臓の波と異なり、神経系の情報など様々な情報を含んでいます。
この複雑な情報をカオス解析という非線形解析を行って、カオスの度合いを表すリアプノフ指数を時系列で算出しています。

測定で何がわかるか

人間が健康を保つためには肉体的免疫力が重要であるといわれています。免疫力の低下はさまざまな、病気を引き起こすといわれ ているため、我々は、肉体的免疫力の低下を抑えるために、食べ物に気をつけたり、休養したり、薬を飲んだり、体力を鍛えたり して抵抗力をつけて防衛を行なっています。
一方、精神的免疫力も人間にとって、非常に重要ですが、これを調べる方法はこれまでありませんでした。
しかし心理指標と生体情報を科学的に調べた結果、カオスの度合いを表すリアプノフ指数の値が精神的免疫力と密接に関係することが わかってきました。

精神的免疫力

精神的免疫力とは、生活の中で絶えず直面する外部環境の変化に対する適応力、コミュニケーション能力、自己発信能力、適度 な心の柔軟性などを意味します。人間は外界のあらゆる変化や接触、攻撃を上手にかわし、あるときは取り組み、対応し、自己 表現をしながら生命を維持しています。これがまさに精神的免疫力です。
どうしても頑張らなければならないときに積極的に立ち向かえる人は、精神的免疫力が高いといえます。

精神的免疫力は日常生活の中で常に変化しています。
精神的免疫力は、とても大事な指標であると同時に、人間のさまざまな状態で変化します。つまり、私達の日常生活の中で見られる喜 怒哀楽によっても、当然この値は変化します。例えば、ある仕事をいわれて何か積極的に対応できないと感じたり、逆にすごく 意欲的にやる気になったり、苦手な人と会うと上手くコミュニケーションできなかったり、楽しい人とは話が弾んだり、常に精 神的免疫力は揺らいでいるといえます。

精神的免疫力の値は、常に揺らぎをもつ値です。揺らぎがなく高い状態や低い状態が連続して続く場合は、正常な状態とはいえません。 過度の緊張やストレスなどの状況では、連続した高い値を示します。
一方、鬱状態や加齢に伴う痴呆症状などでは、連続した低い状態を示します。

これまで加齢に伴うコミュニケーションの低下や痴呆度が進むとリアプノフ指数の低下が見られる研究や、リアプノフ指数と作業 ミスの関係、世界で共通な3歳児における精神的ターニングポイントの実証などさまざまな研究を発表してきました。
したがって、精神的免疫力は、年齢にかかわらず常に適度な揺らぎをもっていることが望ましいといえます。

身体の免疫力が低下すると病気になるように、精神的免疫力は、これまで漠然といわれてきた「元気」を意味すると考えられる かもしれません。『元気』については、これまで計量的に測ることはできませんでしたが、『揺らぎ』の測定によって、その姿 をみることができると考えています。


研究者紹介

雄山(比嘉) 真弓

1963年東北大学理学部(量子化学専攻)卒業
情報工学博士(豊橋科学技術大学)
関西学院大学名誉教授

履歴)
関西学院大学総合心理科学科教授
コロンビア大学コンピュータサイエンス学科客員研究員
大阪大学大学院基礎工学研究科招聘教授(2009-2012)
(株)カオテック研究所代表取締役
2018年逝去

カオス性をもつ人間の心の状態や生体情報を科学的に解析し、精神的に 健康な状態を維持するための研究に従事。

日本人間工学会より優秀研究発表奨励賞受賞(2009)
IEEEよりFranklin V.Taylor Memorial Award受賞(2009)
祥伝社新書、「心の免疫力をたかめる『ゆらぎ』の心理学」出版
Kindle「電子図書」、“Psychology of Mental Flexibility”出版
特許多数

雄山真弓著『心の免疫力を高める「ゆらぎ」の心理学』もくじ
祥伝社子新書294 ISBN:978-4-396-11294-3

  1. 人はいつでも「ゆらいで」いる ―生体信号とカオスの関係
  2. 心を「見える化」する ―指先から得られる豊かな情報
  3. 心を前向きにするコミュニケーションとは
  4. ゆらぎから見えるうつ状態
  5. 心のゆらぎで仕事の能率をアップする
  6. 心のゆらぎと女性特有の問題
  7. 「ゆらぎ」の自己診断システム実現を目指して


研究論文

 
    Tsujino, J. & Oyama Higa, M,
Factors related to maternal violence: longitudinal research from prenatal to age four.
Journal of Prenatal & Perinatal Psychology & Health, 18(3), (2004), 241-253
 
    Oyama-Higa M., Setogawa M., and Miao T,
Distinction of Patterns within Time-Series Data Using Constellation Graphs,
ICEIS-PRIS2005,(2005), 101-105
 
    Oyama-Higa, M., Tsujino, J., & Tanabiki, M,
Does a Mother's Attachment to Her Child Affect Biological Information provided by the Child? Chaos analysis of fingertip pulse waves of children. The Second World Congress on Lateral Computing, Bangalore, India,(2005), 112
 
    Imanishi, A., & Oyama-Higa, M,
Measuring Judgment and Operation Errors and Biological Information during Task Performance
-Verification by chaos analysis of fingertip volume pulse waves-. The Second World Congress on Lateral Computing, Bangalore, India,(2005), 117
 
    Oyama-Higa M. and Miao T,
Representation of a physio-psychological index through constellation graphs,
ICNC’05-FSKD’05.,(2005) http://dx.doi.org/10.1007/11539087_109
 
    Oyama-Higa M, Miao T,
Representation of a physio-psychological index through constellation graphs,
Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag GmbH. Vol.3610,(2005), 811
 
    Tsujino, J., Oyama-Higa, M., & Huang, X,
Factors Related to Acts of Violence and Neglect in University Students in Japan and China. Intercultural Communication Studies, 15(1), (2006), 207-220
 
    Oyama-Higa,M., Tsujino,J.,Tanabiki, M,
Does a Mother’s Attachment to Her Child Affect Biological Information provided by the Child? -Chaos analysis of fingertip pulse waves of children-2006 IEEE Conference on Systems, Man, and Cybernetics 2006, Taipei, Taiwan, (2006), 2030-2034
 
    Imanishi, A. and Oyama-Higa,M,
The Relation between Observers'Psychophysiological Conditions and Human Errors during Monitoring Task, 2006 IEEE Conference on Systems, Man, and Cybernetics Proceedings,(2006), 2035-2039
 
    Oyama-Higa,M., Miao T,
Discovery and Application of New Index for Cognitive Psychology 2006 IEEE Conference on Systems, Man, and Cybernetics 2006, Taipei, Taiwan, (2006), 2040-2044
 
    Oyama-Higa M, Miao T., and Y. Mizuno-Matsumoto,
Analysis of dementia in aged subjects through chaos analysis of fingertip pulse waves,
in Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern.,(2006), 2863-2867
 
    Miao, T.and Shimoyama,O., and Oyama-Higa,M,
Modelling Plethysmogram Dynamics based on Baroreflex under Higher Cerebral Influences,
2006 IEEE Conference on Systems, Man, and Cybernetics Proceedings,(2006), 2868-2873
 
    Tsujino, J., Oyama-Higa, M., & Tanabiki, M,
Detecting Problem Behavior in Children from Biological Signals: Validation through Chaos Analysis. IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics Proceedings, (2006), 2874-2877
 
    Oyama-Higa,M., Miao,T., Itoh, T,
Relationship between Fractal Dimension and Agreeability of Facial Imagery,
CMLS2007, Austraria,(2007),104-113
 
    Tsujino J., and Oyama-Higa M,
The Relationship Between Emotional Intelligence of Mothers and Problem Behavior in Their Young Children: A Longitudinal Analysis. Journal of Prenatal and Perinatal Psychology and Health,21(3),Spring (2007), 215-229.
 
    Oyama-Higa,M., Miao,T., Sato,K., Tanaka,K.,Cheng, H,
Development of a Self-Check System for Mental Health using a Pulse Wave Mouse, ICSOFT2007,Special Session on E-Health Services and Technologies,(2007), 239-248
 
    Oyama-Higa,M.,Miao,T.,Cheng,H.,Tang,Y.G,
A Self-Check System for Mental Health Care based on Nonlinear and Chaos Analysis,
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    Miao, T., Shimoyama, O., Shimizu, T., & Oyama-Higa, M,
Fractal Analysis of Facial Skin Thermogram due to Mental Tasks. IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics Proceedings,(2007), 1671-1675.
 
    Imanishi,A., Oyama-Higa,M,
On the Largest Lyapunov Exponents of Finger Plethysmogram and Heart Rate under Anxiety, Fear, and Relief States,,IEEE-SMC2007, Montreal,(2007), 3119-3123
 
    Sato,R., Miao,T., Jozen,T.,Oyama-Higa,M,
The Influence on Environmental Adjustment Levels of Mind and Body Caused by Digital Games, IEEE-SMC2007, Montreal,(2007),3130-3134
 
    Itoh,Y., Oyama-Higa, M,
Does the transition of the interval in perceptional alternation have a chaotic rhythm?,
IEEE-SMC2007, Montreal,(2007),3135-3139
 
    Oyama-Higa.M.,Miao,T., Tsujino,J., Imanishi, A,
Possibility of mental health self-checks using divergence properties of pulse waves,
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    Nagai, M., Oyana-Higa,M., Miao,T,
Relationship between Image Gaze Location and Fractal Dimension, IEEE-SMC2007, Montreal,(2007), 4014-4018
 
    Oyama-Higa.M., Miao,T.,A,
Possibility of mental health self-checks using divergence of pulse waves,
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    Mayumi Oyama-Higa, Tiejun Miao
Relationship Between Fractal Dimension and Sensitivity Index of Product
Packaging,
in Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern.,(2008)
 
    Junko Tsujino, Mayumi Oyama-Higa, Mitsuko Tanabiki
Measurement of Ear Pulse Waves in Children: Effect of Facing Another Child
and Relationship to an Action Index,
in Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern.,(2008)
 
    Takahiro Miyagi, Yasuto Shirai, Kazuyoshi Tanaka, Fumiyasu Yamada、Kazuo
Satoh, Mayumi Oyama-Higa
A Mental Health Self-Check System using Non-Linear Analysis of Pulse Waves
(MSAS),
in Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern.,(2008)
 
    Touko Hirohashi, Mayumi Oyama-Higa
Chaos in Ear Plethysmograms:Tracking Experiment and a Model,
in Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern.,(2008)
 
    Tiejun MIAO, Etsunori Fujita, Yumi Ogura, Mayumi Oyama-Higa
Fluctuation Analysis of Finger Plethysmograms Related to Various Conditions,
in Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern.,(2008)
 
    Mayumi Oyama-Higa, Miao Tiejun,
Relationship between Fractal Dimension and Sensitivity Index of Product Packaging
ICSOFT 2008, Port,Portgal(in print)
 
    Mayumi Oyama-HIga,, Kazuo Satoh, Kazuyoshi Tanaka, Takahiro Miyagi
A Mental Health Self-Check System using Nonlinear Analysis of Pulse Waves
ICSOFT 2008(EHST), Port,Portgal(in print)
 
    指尖容積脈波から得られる脈拍情報とリアプノフ指数との関係・暗算課題および鏡映
描写課題遂行時における検討
日本心理学科会第72回大会発表論文集,491 2008年
 
    指尖容積脈波から得られる脈拍情報とリアプノフ指数との関係 - シミュレーション
および実験による検討-
人間工学,44特別号 2008年
 
    生理心理学における新たな解析手法の提案 ―生体信号のカオス解析―
人文論究58(3) 2008年
 
    カオス解析における設定値の差異が解析結果に与える影響
―指尖容積脈波における検討―
人間工学(印刷中) 2008年
 
    Akira Imanishi, Mayumi Oyama-Higa
The application of nonlinear methods to the analysis of finger plethysmograms for ergonomics
International Journal of Computer Aided Engineering and Technology (in press) 2009年
 
    Mayumi Oyama-Higa,Tiejun Miao,Yasuo Itoh
Relationship between Fractal Dimension and Favorability of Facial Imagery
CMLS07 Special Issue of the International Journal of Hybrid Intelligent Systems(IJHIS)(in press) 2009年
 
    Yasuo Itoh,Tuan D. Pham,Mayumi Oyama-Higa
Influence of Fractal Dimensions on Stimuli on Searching Reaction with Focus on Effects of Objects included in Stimuli Images
ISPA2009 Proceedings of the 6th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (2009), p333-341
 
    Tuan D. Pham,Donald Fraser,Mayumi Oyama-Higa
Psychophysiomatics: A New Perspective in Computational Life Science
ISPA2009 Proceedings of the 6th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (2009), p305-310
 
    Juan Lin, Hiroyuki Yamagishi, Mayumi Oyama-Higa, Takashi Suzuki,Kazuo Satoh
Time-Series Representation of Biological Information Utilizing a Constellation Graph
ISPA2009 Proceedings of the 6th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (2009), p311-316
 
    Mayumi Oyama-Higa,Tiejun Miao,Akira Imanishi,Junji Kojima
Effect of Anesthesia on Chaotic Dynamics in Finger Plethysmograms
ISPA2009 Proceedings of the 6th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (2009), p321-326
 
    Mayumi Oyama-Higa,Tiejun Miao,Akira Imanishi,Junji Kojima
EFFECT OF ANESTHESIA ON CHAOTIC DYNAMICS IN FINGER PLETHYSMOGRAMS
ICSOFT2009,ACT4SOC-EHST 2009 - 4th International Conference on Software and Data Technologies, p400-405
 
    今西明、塩見格一、雄山真弓
長時間にわたる夜間トラック運転時におけるドライバーの心身状態の評価-耳朶容積脈波のリアプノフ指数による検討-
日本人間工学会(2009)
 
    今西明、雄山真弓
Phase Plane Plot を用いた末梢血管反応の評価-安静時および課題遂行時における検討-
日本生理心理学会 2009
 
    今西明、塩見格一、雄山真弓
長時間にわたる夜間トラック運転時におけるドライバーの脈拍数の検討
日本心理学会 2009
 
    今西明、雄山真弓
ストレス負荷時における指尖容積脈波の基線変化成分の有無がリアプノフ指数に与える影響
日本人間工学会関西支部大会(2009)
 
    Myumi Oyama-Higa,Yoko Hirohashi,Tiejun Miao
Consideration for Improvement of Demetia that uses Communications
Systems Man and Cybernetics (SMC), 2010 IEEE International Conference on, p3961-3965
 
    Tiejun Miao,Mayumi Oyama-Higa
Chaos in plethysmograms during tracking chaos
Systems Man and Cybernetics (SMC), 2010 IEEE International Conference on, p3966-3970
 
    Junji Kojima,Tiejun Miao,Myumi Oyama-Higa
Effect of Anesthesia on Chaotic Dynamics in Finger Plethysmograms
Systems Man and Cybernetics (SMC), 2010 IEEE International Conference on, p1420-1425
 
    Masashi Fukushima,Akihiro Inoue,Tokihiko Niwa
Emotional evaluation of TV-CM using the fractal dimension and the largest lyapunov exponent
Systems Man and Cybernetics (SMC), 2010 IEEE International Conference on, p1473-1476
 
    Mayumi Oyama-Higa,Tiejun Miao,Yoko Hirohashi,Yuko Matsumoto Mizuno
Analysis of dementia in elderly person using nonlinear analysis of plethysmograms and effect of communications
DRD2009 in Okayama miscellanies, 2009
 
    Junko Tsujino,Mayumi Oyama-Higa,Tomoko Shomura
A time series change of biological information through chaos analysis in finger pulse waves after taking medicine with circulatory disease
Systems Man and Cybernetics (SMC), 2010 IEEE International Conference on, p1519-1523
 
    Yoko Hirohashi, Mayumi Oyama-Higa, and Sangjae Lee
The Relations between the Mental Condition of the Care House Residents and Finger Plethysmograms
2011 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTATIONAL MODELS FOR LIFE SCIENCES(CMLS-11), p128-135
 
    Yoko Hirohashi, Mayumi Oyama-Higa and Sangjae Lee
A Study of Care Work in Welfare Facilities for the Elderly, Using Non Linear Analysis of Finger Plethysmograms
2012 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTATIONAL MODELS FOR LIFE SCIENCES(CMLS-11), p272-281
 
    Tiejun Miao , Mayumi Oyama-Higa ,Sadaka Sato , Junji Kojima , Juan Lin , Sato Reika
Plethysmogram and EEG: Effects of Music and Voice Sound
2013 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTATIONAL MODELS FOR LIFE SCIENCES(CMLS-11), p282-289
 
    Sadaka Sato , Tiejun Miao , Mayumi Oyama-Higa
Studies on Five Senses Treatment
2014 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTATIONAL MODELS FOR LIFE SCIENCES(CMLS-11), p290-296
 
    Yuko Takahashi , Tatsuhiro Tomiyama ,Hidehiko Matsubayashi,Asami Tsukamoto, Mayumi Oyama-Higa
Prospective Changes in Infertile Patients using Nonlinear Analysis
2015 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTATIONAL MODELS FOR LIFE SCIENCES(CMLS-11), p186-194
 
    Yuyu Hu, Wenbiao Wang, Takashi Suzuki and Mayumi Oyama-Higa
Characteristic Extraction of Mental Disease Patients by Nonlinear Analysis of Plethysmograms
2011 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTATIONAL MODELS FOR LIFE SCIENCES(CMLS-11), p92-101
 
    Yoko Hirohashi,Mayumi Oyama-Higa,Sang-jae Lee
A Study of Relations between the Elderly and the Care Workers in the Welfare Facilities for the Elderly, Using Non Linear Analysis of Finger Plethysmograms
2011 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, p891-895
 
    Mayumi Oyama-Higa,Tiejun Miao, Shigeo Kaizu and Junji Kojima
Mental Health Self-check System using "Lyspect"
EHST 2012 Sixth International Symposium on e-Health Services and Technoligies, p9-18
 
    Wenbiao Wang, Yuyu Hu, Mayumi Oyama-Higa, Takashi Suzuki
Analysis of Electroencephalogram and Pulse Waves during Music Listening
EHST 2012 Sixth International Symposium on e-Health Services and Technoligies, p31-35
 
    Yuyu Hu, Wenbiao Wang, Takashi Suzuki and Mayumi Oyama-Higa
Identifying Characteristic Physiological Patterns of Mentally Ill Patients using Nonlinear Analysis of Plethysmograms
EHST 2012 Sixth International Symposium on e-Health Services and Technoligies, p69-73