自転車事故を防げ！脳活動から読み解く、サイクリストの認知負荷とその対策

本研究では、機能的近赤外分光法（fNIRS）という非侵襲的な手法を用いて、実際の交通環境下で自転車を運転する際のサイクリストの認知負荷を測定しました。fNIRSは、脳の活動に伴う血中酸素レベルの変化を捉えることで、認知負荷の変動を可視化します。

主要な交通イベントと脳活動の関連性

交差点と歩行者との遭遇：高い認知負荷

交差点や歩行者との遭遇は、意思決定、注意、運動計画に関連する脳領域において、最も高い認知負荷と密接な神経接続を示すことが明らかになりました。これは、これらの状況でサイクリストが多くの情報を処理し、迅速な判断を下す必要があることを示唆しています。

ラウンドアバウトと信号機：中程度の認知負荷

ラウンドアバウトや信号機のある状況では、中程度の認知負荷が見られました。サイクリストは注意を適応させ、適切な行動を選択する必要があり、これらが中程度の神経接続パターンとして現れました。

自動車や物体の回避：集中的な認知負荷

自動車との遭遇や物体の回避といった状況では、より集中的で的を絞った神経接続が観察されました。これらの状況は、迅速な反射神経と注意力を要します。

横断歩道：比較的低い認知負荷

管理された環境下にある横断歩道は、予測可能性から、比較的低い認知負荷を示すことがわかりました。

脳の前頭前野における活動パターン

本研究では、特に前頭前野の特定領域とその相互作用が、サイクリング中の認知負荷に深く関与していることが特定されました。

背外側前頭前野（DLPFC）と背内側前頭前野（DMPFC）の役割

これらの領域は、交差点や歩行者との遭遇といった複雑なイベント中に高度に活性化し、意思決定、注意の切り替え、計画立案における重要な役割を担っていることが示唆されました。

眼窩前頭皮質（OFC）と腹内側前頭前野（VMPFC）の役割

これらの領域は、自動車、歩行者、ラウンドアバウトとの相互作用中に強い接続を示し、リスク評価や価値に基づいた意思決定に関与していることが示唆されました。特に、他のサイクリストを観察する際のOFCの活動増加は、環境モニタリングへの集中を示しています。

考察：サイクリング中の脳の適応力と安全性への示唆

脳ネットワークの動的な再編成

本研究で得られた知見は、サイクリング中の様々な認知的要求に対して、脳が神経ネットワークを動的に適応させる驚くべき能力を持っていることを浮き彫りにしました。特に前頭前野は、この適応プロセスにおいて中心的な役割を果たしています。

イベントに応じたネットワークの専門化と統合

信号機や自動車との遭遇のような、より予測可能または特定の応答を必要とするイベントでは、脳ネットワークのモジュール性が高く示されました。これは、特定の脳領域が専門的な処理を行っていることを示唆しています。一方、物体の回避や横断歩道のナビゲーションのような、迅速かつ多角的な意思決定を必要とするイベントでは、統合された脳ネットワークが機能しました。これにより、異なる脳領域間での効率的な情報伝達と調整が可能になります。

主要脳領域間の連携強化

特に眼窩前頭皮質（OFC）と背外側前頭前野（DLPFC）間の接続が最も強く、自己制御や強化学習に不可欠であることが示唆されました。これは、サイクリストが交通状況下で自身の行動を調整することを可能にします。また、背内側前頭前野（DMPFC）の認知的監視における役割と、DLPFCの行動調整における機能も強調され、これらが協調して適応的な行動制御に寄与していることが示されました。

将来の応用と安全性の向上

この研究で特定された神経活動パターンは、サイクリストの安全性を高めるための介入策開発の基盤となります。例えば、リアルタイムのニューロフィードバックシステムを自転車用ヘルメットやウェアラブルデバイスに統合することで、認知負荷が過度に高まった際にサイクリストに警告を発し、行動の調整を促すことが可能になります。これにより、事故リスクの低減につながることが期待されます。さらに、これらの知見は、より安全な都市インフラの設計や、効果的なライダー向けトレーニングプログラムの開発にも貢献するでしょう。

結論

本研究は、fNIRSが実際の交通状況下におけるサイクリストの認知負荷を効果的に測定できることを実証しました。交差点や歩行者との遭遇といった複雑なイベントは高い認知負荷を伴い、意思決定や注意、運動計画に関連する脳領域の密な神経接続を引き起こすことが明らかになりました。これらの神経活動パターンを理解することは、サイクリストの安全性を向上させるためのターゲット介入の開発に不可欠です。将来的には、これらの知見が、より安全なサイクリング環境の実現に貢献することが期待されます。