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心臓の主な役割は血液を体内に循環させるポンプの働きをすることです。ところが、古来「心は心臓に宿る」という見方がなされてきました。文字通り「心」の「臓器」という解釈です。このような見方がなされてきた理由は、人の心を表す喜怒哀楽や精神的緊張を反映して心拍数や血圧などが大幅に変動すること、つまり「情動反応」が心臓血管系に現れるというところにあると思われます。
逆に、このことを利用することにより、心拍数や血圧などのような比較的簡単に計測できる生体情報を使って、人間の感情や精神的ストレスを推定しようという試みがなされてきました。しかし、循環系から得られる信号は複雑で、再現性が低く、個人差が大きいなどの問題があるため、決定的な方法はまだ十分に得られていません。
私たちの研究室では、心拍数や血圧などに含まれるいわゆるMayer波を使う方法を提案しています。Mayer波とは約10秒周期(約0.1Hz)のゆらぎ成分のことを言います。意識に登ることはありませんが、自律神経系の働きで、心拍数や血圧は約10秒に1回の割合で微妙に高くなったり低くなったりしているのです。そこで私たちは、心拍数と血圧のMayer波成分同士の関係性の強さを表す「ρmax」と呼ぶ指標を時々刻々記録しました。すると、何もせず静かに座っているときには「ρmax」が大きいのですが、何らかの生理的・精神的ストレスを与えると、これが小さくなることを見出しました。
なぜこのようなことが起こるのでしょうか？
安静時には、循環系は心拍数を操作して血圧を調整するようなフィードバック（出力が入力に戻るような仕組み）のある制御をしています。これは出力を目標値に近づける制御方法として合理的です。一方、出力結果を用いずに操作量を決めるフィードフォワード制御を行う場合もあります。これは、循環系の応答は遅いという弱点を補うときに有効となります。すなわち、四肢のすばやい動きなどを司る運動系と比べて、循環系には、1拍1拍血液を送り出してこれを運ぶため、その応答が遅くなるという弱点があるからです。
例えば、突然外敵が出現したとき、次に取る行動は「戦うか逃げるか」です。そのための準備として脳が出す指令は『緊急事態！血管を広げ、心拍数を高めて、筋肉に流す血流を多くしておけ』です。これはちょっとだけ高度な予測に基づく制御で、このような状況では『血圧が低くなりましたので心拍数を高めましょう』というような悠長なフィードバック制御をしている暇はありません。また、暖かい部屋から急に寒いトイレには入ったときに血圧が上がったり、急に立ち上がっても血圧が下がらないのは、反射的に血管が締まるからであって、心拍数が急激に上がったからではありません。
言い換えれば、循環系には、図に示したような血圧→心拍数→血圧→心拍数→････という閉じたループを作っている状態と、血圧変動に関係しない心拍数変動や心拍数変動に関係しない血圧変動が生じる、ループが開いた状態があるということです。「ρmax」はこの状態変化を示す一つの指標です。興奮したりびっくりしても心拍数に変化が現れますが、心拍数だけを見たのでは、この制御ループの強さの度合いはわかりません。
この性質に着目することにより、これまで私たちは、手振れの多い映像を見続けたりしたときに生じる映像酔いの影響や、好感を抱く映像や不快感を催す映像を見たときの反応、あるいは、年齢や健康との関連性などが、Mayer波に関連する指標である「ρmax」に反映されることを明らかにしてきました。現在この指標は、いろいろな場面で応用できることが期待されています。
それではなぜ、Mayer波のような約10秒周期のゆらぎが発生するのでしょうか？これまでいろいろな説（時間遅れによる発振説・中枢発生源説・折衷説）が唱えられてきました。血管運動を支配する交感神経系に関係することは確かなのですが、現在のところ決定的な理由はまだ見出されていません。心拍数などの生体信号に含まれる有名な1/fゆらぎと同様に、発生原因が謎のままなのです。
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