愛知工業大学研究報告第 33号 A 平成 1 0 年 7 9 断眠が視覚機能のサーカデ、イアンリズムに与える影響 O nt h eE f f e c to fS l e e p D e p r i v a t i o n o nt h eC i r c a d i a n 町l y t h 皿石 o fV i s u a lF u n c t i o n 垣 H i s a o 尚回ヨブ3 I S H I G A K I S u m m a r y F i v es u b j e c t sw e r el o a d e dt h es l e e pd e p r i v a t i o ne x p e r i m e n td u r i n g3 6h o u r s .T h e e f f e c t so fs l e e pd e p r i v a t i o nt oC i r c a d i a nR h y t h mo ft h ev i s u a lf u n c t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d . 1 1v i s u a lf u n c t i o n sh a v i n gb e e nt e s t e dd u r i n gt h es l e e pd e p r i v a t i o ne x p e r i m e n t， a n dt h e v i s u a lf u n c t i o nw a sm e a s u r e de v e r yt h r e eh o u r s . M a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s . 1 .T h eC r i t i c a 1F l i c k e rF r e q u e n c y( C F F ) h a dc l e a rp e r i o d i c i t y .H o w e v e r，C F Fo ft h en e x t a n dt h ef r e q u e n c y sw e r el o wl e v e l . d a yh a dn o tc l e a r p e r i o d i c i t y， 2 .I tw 田 e s t i m a t e dt h a ts u b j e c tw h ow a sl o wv i s u a la c u i t yc h a n gi n t ov i s u a la c u i t yvalue d u r i n gad a y， h o w e v e rt h e v i s u a la c u i t yi sn o td e t e r i o r a t ed u etothes l e e p d e p r iv a t i o n . i d 3 .T h ea c c o m m o d a t i o nn e a rp o i n td i s t a n c ee x t e n d e db ya b o u t6 c mf o rad a y .H o w e v e r，d n o tr e t u r nt ot h ev a l u e b e f o r el a s tm o r n i n g . 4 .I tw a sc o n s i d e r e dt h a tt h es t e r e o p s i sw a sn o t. i np e r . i o d i c it ya n de f f e c to fs l e e p d e p r i v a t i o n 5 .T h ee y em o v e m e n t h a d t h ea p p r o x i m a t e dp e r i o d i c i t yi nt h eC F F . 6 .T h ec o n t r a s ts e n s i t i v i t yh a dt h et e n d e n c yw i t hh i g h e rs e n s i t i v i t yo ft h e e v e n i n g t h a nt h em o r n i n g . 7 .C l e a rp e r i o d i c i t yw a sn o tp r o v i d e da so t h e rf u n c t i o n s . 1園購買自的生体は昼夜の周期に合わせて限りと目覚めを繰り返し，それにともない生体機能はサーカデ、イアンリズム ( c i r c a d i a nr h y t h m )と呼ばれる一定の周期性をもって変動することは知られている.生活パターンが夜型に移行し，睡眠不足や睡眠時間帯のズレが日常的な現代では，生体機能のサーカディアンリズムがどのように変動するのかを知ることは健康な生活の上でも重要である. この研究はこれまで、周期'性についてほとんど明らかになっていない視覚機能にサーカディアンリズムがあるのかを明らかにし，さらに通常の睡眠時間帯を眠らないことによって，サーカデイアンリズムは変動するか観察することを目的としている. C F F ( C r i t i c a lF l i c k e r F r e q u e n c y )は，覚醒レベルを反映する 1)ものとして，サーカディアンリズムの客観的指標として用いられることが多い. M u s u m e c iら2) は午前 9時から午後 9時の間， 3 時間ごとに 6 才 ~8 才の児童 28名の C F Fを観察して， C F Fは一日のうちに一定の周期性をもって変動していることを確認してし、る. C F F は比較的測定容易な指標であり，覚醒レベルや他の視覚機能との関係が深い叫と考えられることから本研究でも C F F の周期性を軸とし， C F F をもとに他の視覚機能との関係を観察した贋本実験では午前 9時より翌日の午後 9時までの 3 6時間，一睡もしない場合，時間の経過にともなって視覚機能はいかなる変動を示すのかを観察した. l 8 0 愛知工業大学研究報告，第 3 3号A，平成 1 0年，V o133-A， M 世 . 1 9 9 8 2. 方法 1) 被験者 2l ~22 才の健常な男子大学生 5 名.うち，コンタクトレンズによる矯正が 3名，非矯正 2名である. 2) 被験者の睡眠時間の統制被験者には実験日の 1週間前から午前 0 時(以下， AMO) 前後に就寝し，午前 7時(以下， AM7) 前後に起床するように要請した.全員おおむねこの睡眠時聞を 1週間継続した.被験者 5名の実験日の平均睡眠時間は 7時間 10分であった. 3) 実験時間 (9) コントラスト感度 VISTECH 社の VISI側 CONTRASTTEST パネノレを使用した. (10) 深視力深視力計 CP250 (TOMEY) を使用した.前→後，前← 後各 3回，計 6回測定し平均値を求めた ( 1 1)眼と手の協応動作 WAYEN社製 SACCADICFIXATORを使用した. 3 0秒間にタッチできたターゲットの数を測定した以上の項目のうち，被験者はまず CFF を測定し，次に視力を測定した.その他の項目の測定は順不同とした.すべての測定が終了した後に，産業疲労研究会の自覚症状調べを行った .11 項目の測定に要した時間は約 10 分/人であった. 3 時間ごとの測定回数は 36 時間内にのべ 13 回であった.被験者には予備実験でこれらの測定に習熟させた. 被験者には，実験日当日は AM7前後に起床させた. AM9より実験を開始し，翌日 PM9の測定で終了した. 5) 実験中の行動の統制 4) 測定項目・実験中は仰臥，居眠りを禁止し，検者が監視，確認した. 以下の 1 1項目の測定と， r 産業疲労研究会の自覚症状調べ」を 3時間ごとに行った. (1) CFF NEITZ ハンディフリッカーを使用した.赤色光の点滅周波数を下降法により両眼視で 5回測定し，平均値を求めた. (2) 静止視力 VDT視力計 NS-050 ( T O 肥Y ) を使用して右，左，両眼視力を測定した. (3) 立体視 NEW STEREO TEST(臥 NDAYA)の升目図形を使用した. (4) 調節近点距離近点距離計 (Kowa)を使用し，両限で測定した. 3 閲測定し平均値を求めた. (5) KVA動体視力 AS-4A主主 ( K o w a )を使用した.視距離 30 皿で視力1.0 に相当するランドノレト環を 50m より眼前に 8.3皿Isec で接近させ，識別できた距離を測定した. 5回測定し平均値を求めた. (6) DVA動体視力自作 DVA動体視力計を使用した.視力値換算 0.04のラント守ルト環を 40rpmから自動的に減速させ，識別できた時 r p m ) を 5回測定し，平均値を求めた. 点の速度 ( (7)眼球運動自作パソコンソフトワェアを使用した. Display 上に O .5sec のインターパルで連続して出現する緑色視標 / 5の確率で出現するを眼球運動で追跡し，その聞に 1 黄色視標が識別できたらスペースキーを押し，時間内に正しく押すことができた数を計測した. (8) 瞬間視自作パソコンソフトを使用した.Display上に 100msec 提示される 6桁の数字を瞬間的に判別させた.これを 1 0回提示し判別できた数の平均値を求めた. ・実験中の読書，テレピ視聴は許可したが，測定開始 1時間前からの飲食，コーヒー，お茶，軽運動，テレビ守視聴を禁止した. ・トイレを除いて原則として被験者の実験室からの外出を禁止し，食事はすべて差し入れた， -実験室は蛍光灯の約 1000lxの照明であった.窓にはカーテンをせずに昼夜にわたって外光を入れた. 2 日間の天候は晴れであった. 3. 結果自覚症状表 1は，産業疲労研究会の自覚症状(気分しらべ) のアンケートの結果である. 1 日間の AMOまではリラックスした気分が多いが，夜中の AM3にはボウッとしている，少し眠いという訴えが出だし， 2 日目の PM12 頃には眠い，横になりたい ( 1名)，とても眠い，目を開けていられない ( 2 名)といった強い眠気を訴える被験者が増えている.その後，強い眠気の訴えは減り ( 1名) ，眠い，横になりたい ( 3名)という訴えが増えている. 2 日目の PM3以降には眠気とともに，活動性の低下がおきることが推測される. 1)GFF 図 1は， 36時間にわたる CFFの各被験者の変動と，平均値の変化である. CFFの個人差は 1 日目の AM9で平均 40.5~47.2Hz の範囲にあった. 36時間の変動パターンは各個人により違い，必ずしも全員一定のパターンをとらなかった.しかし， P怖から PM9 にかけては全員の周波数の低下が観察された.平均値は AM9から PM12にかけて上昇し， PM3で一旦低下し， PM6 にかけて再び上昇した.その後， PM9にかけて低下し， PM9 断H 民が視覚機能のサーカディアンリメムに与える影響 8 1 表 1 自覚症状(気分しらベ)の結果気分。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 AM9 P日12P副3 P闘6 P閑B AMO A闇3 A闘E AM9 P悶12 P日3 P闇6 PM9 活動的活動的だが高いとはいえない 2 2 りフツウスした気分少しボウツとしている 3 3 2 2 3 4 E 3 3 2 ボウッとしている。少し眠い眠い。検になりたい 2 3 2 3 2 とても眠い。目を開けていられない町川 n Z L ﹁一番 ← W A 一量一一間U ー者一闇A FU F Fは低ターンと近似している.しかし 2日目には C 下したのに対し，視力は断眠によって低下していないのが特徴である.少なくとも 1昼夜程度の断眠では視力は低下しないものと思われる. 1.5 同民d A . q u η 乙 4 2 n u nu n 6 守F D F D n 斗 qu ι t f n u n 3 0 0 'Ruphu 叫 RdFE吋 z-uRdRUE-u 絹UTnYAUYA・凋守 A 1 凋斗 nuynμya斗 qJqdマ qdqd 勺JU 一---NA -者一 2 品 1 . 4 ︽ 1 .3 M 土晶 1 . 2 。 1 .1 O .9 0.8 A M 9P M 1 2P M 3 P M e P M 9 A M O A M 3 図1 州6 A M 9P M 1 2P 間ータ←胡A P M 6 P 同 GFFの周期性と断眠による影響の周波数は A M 9より低くなった.このような 3時間ごとの日の C F F変動パターンは，同じく， AM9~PM9 の 3時間ごとの児童の C F Fを観察した M u s u m e c iら 2) の結果とまったく同様で、あった. AMO~AM7 は通常の睡眠時間帯であるが，この間の CFF は 41~42Hz と低いまま，ほぼ一定値を保った断眠後の 2 日目の AM9 時~PM9 時の CFF は 1 日目にみられた周期的な変動はなく，また周波数も 41~43Hz と，前日の同時間帯より 3~4Hz 低く推移した.通常の睡眠をとれば健常であれば 1 日目とほぼ同じ周波数で，一定の周期的な変動パタ」ンをとると恩われるが， F Fの断限後の変動は異なっていた.このことから， C 周期的な変動は断眠によってくずれ，しかも周波数が低いまま推移することが明らかとなった. 2) 視力問眼視力(以下，視力)の変動を小数視力で図 2に示した. 5名のうち，被験者 M Aのみが大きな変動を示した.被験者胞の視力は 1日目の A M 9の時点で O .7 であり，その後， 3 6時間の聞に1.5の問を変動した. Aにみられたような大きな変動はな他の被験者には M かった.視力が低い被験者は一日のうちに変化することが推測される. 5名の被験者を平均した変動は図 1の C F Fの変動パ O .7 -骨ト F U 由。ー平均 O .6 A M 9 P M 1 2 P l . ¥ 3 P M 6 P M 9 A M O A M 3 A M 6 A M 9 P M 1 2 P M J P M 6 P M 9 図 2 視力(両眼)の変化 3) 立体視 NEW STEREO TEST の升目図形の評価は全員が 9であ 6 時間にわたって変動が一切なかったーり，しかも 3 したがって，立体視には周期性がなく，かっ断眠によって影響されないと思われる. 4) 調節近点距離調節近点距離(以下，近点)は 1目の P M 1 2より測定 M 3に向かつて延長するとを開始した.近点は全員が A いうほぼ同じパタ」ンを示した.被験者即をのぞいて近点は 12~14cm であったが，品13 では平均で約 6cm 延長した.ピークは A M 3にあり，その後， -_ e _A M 9に向かつて短縮するが， 1日目の値まで短縮せず， 2 日目は延長したまま推移した.通常の睡眠をとれば 1 日目の同時間帯まで、近点は短縮するはずであるが戻らなかった. AM3~AM9 にかけてみられた短絡が睡眠中に前日値まで回復する機序を示唆しているものと思われる. 近点は朝がもっとも近くにあり，その後，時間をへるごとに延長をつづけ，睡眠中に前日値まで回復するという周期性をとるものと思われる.しかし，断眠によってこの周期性はくずれることが明らかになった a 愛知工業大学研究報告，第 3 3号 A，平成 1 0年，V o133-A，M 町 1 9 9 8 8 2 39 ， rpm cm 23 2 1 35 1 7 33 15 3 1 13 1 1 2 9 9 一←?仏 27 一号ー 7 FU 由。田平均 5 PM12 PM3 PM6 PM9 AMO AM3 AM6 AM9 PM12 PM3 PM6 PMe 25 AM9 PM12 P M 3 国5 図 3 調節近点距離の変化 5) KVA動体視力 KVA 動体視力の変動は被験者 MU を除いてわずかであり，とくに被験者に共通した変化を示していない¥ 断眠によって KVA動体視力が低下するという傾向もなかった(図 4)固 40，- m PMG PM9 AMO AM 陥 A1 r !6 AM9 PMl2 PM3 PMG PM9 DVA動体視力の変化 7)眼球運動図 6に眼球運動の変化を示す.眼球運動は図 1の CFF と同じような周期性をもって変動した， AMO にピークがあり， AM6 に向けて能力は低下した.第 2 日目には 1日目よりやや低下したものの，まったく同じ周期性を示した. --NA --WA 35 ー#ー聞A 30 ーー昌一 FU 25 人J 95 90 85 20 80 15 7 5 1 0 70 5 65 。 AM9 PM12 P I :3 図4 P I I 6 PM9 A削 AM3 AM6 UI9 PM12 P 田 PM6 PM9 60 AM9 PM12 PM3 K V A動体視カの変化 6) DVA動体視力 DVA動体視力は， 1 日目の PM6に向かって向上し， PM9で低下したのち， AM3にピークとなった.断眠によっても低下しなかった.また 1日目のような周期性は 2 日目にはみられなかった(図 5) PM6 図6 PM9 AMO AM3 AM6 AM9 PM12 PM3 PM6 PUg 眼球運動の変化 8) 瞬間禄 1 日目の瞬間視は PM3にピークがあり， PM6~AMO には低下した. 2 日目の変化も 1 日目と同様に， PM3にピークのある周期性を示した.また，断眠によって能力の低下は観察されなかった固 8 3 断眠が視覚機能のサーカディアンリズムに与える影響 10) 深視力深視力は 1 日目， 2 日目を通して向上する傾向を示した(図 9)ーしかし，その差はわずかであり，差とは言えない範囲内の変動である.被験者 FU の変動が大きく，平均値を左右している圃他の被験者の変動をみると共通した変化パターンがなく周期性は不明確である.しかし， 2 日目の低下はなく深視力は断限によって影響されないものと思われる. 6 5目呂 5 .6 5.4 p 5.2 0，m r n 5 4 .8 ku 4 .6 4.4 一10 2 4 .. 4 A M 9P M 1 2 P M 3 P M 6 P M 9 A M O A M 3 A M 6 A M 悶 P M 1 2P M 3 P M 6 P M 附一1 5 図 7 瞬間視の変化 9) コントラスト感度図 8は，V I S I O NC O N T R A S TT E S Tパネルの1.5Hz~18Hz 2 .0 の 5 つの周波数におけるコントラスト感度値 (1~8) の平均値である圃数値が上がれば，コントラスト感度は上昇したことを表す. 1 日目のコントラスト感度は各周波数とも AM9 より上昇し， PM6に感度のピークがあった. PM9， PMOには感度は下がっているー第 2 日目は AM9 より再び上昇し，感度のピークは PM6にあるというパターンを示した.とくに周波数による変動のパターンの違いはないと恩われる.コントラスト感度は朝より夕方の方が高いという周期性をし，断眠による影響はないものと推測される. 。置平均 E 2 .5 A M 9 P M 1 2 P M 3 P M 6 P M 9 A M O A M 3 A M 6 A M 9 P M 1 2 P b ! 3 同胞 P " ' 園9 深視力の変化 11)眼と手の協応動作限と手の協応動作も 1 日目， 2 日闘を通して向上する傾向を示した(図 10). AMO~AM6 という睡眠時間帯での低下も観察されない.眼と手の協応動作は，視覚的には周辺視野での認知であり，両手によるターゲッ 3 0可回仁王ご雨 7 . 5 2 .8 7 26 24 仕 5 2 . 2 . . 20 6 1 8 5 . 5 14 5 A M 9 P M 1 2 P M 3 P M 6 P 山 A M O A M 3 A M 6 A M 9 P M1 2 図 8 コントラスト感度の各周波数の変化(平均値) 1. 2 A M 9 P M 1 2 P M 3 P M 6 P M 9 A M O A M 3 A M 6 A M 9 P M 1 2 P M 3 P M 6 P M 9 図 10 眼と手の協応動作の変化愛知工業大学研究報告，第 3 3号A，平成 1 0年，V o 1 3 3 -A， M a r .1 9 9 8 8 4 トのタッチという動作が伴うしたがって，パラメータであるタッチできた個数には，視覚以外にも反応 3 意欲といった要素が他の測定より多く含まれると恩われる.わずかながら向上した理由には視覚以外の要素も考慮し f よければならないだろう. 2 日目の P M 1 2のピークは，表 1にあるような強い眠気を払うため，さ M 9のピークは，最後の測定であるため被験者がらに P とくに意欲をもって臨んだためと考えることもできる. 少なくとも眼と手の協応動作は断眠によって影響されないものと思われる. 4固考察この実験を通して得られた結果は複雑であり，視覚機能によって周期性と断眠の影響はさまざまであるーこの実験の軸として設定した C F Fの 1日呂の周期性は， M u s u m e c i ら2) の結果とまったく同じパターンであった.このことは本実験が統制された条件下で行われたことを示唆するものである断眠によって C F Fの周期性はくずれ， 2 日目の周波数は 1 日目より 3~4Hz 低かった.したがって断眠により 2 日目の覚醒レベルは低いまま推移していることを示唆する.このことはボウッとしている，眠い，績になりたいという気分の増加と符合している. a このように C F Fは明確に変動したが，他の視覚機能の中で C F Fの変動と近似したものは，唯一，眼球運動の周期性で、あった.断眠によって 2 日目の能力が低下したことも共通である.しかし， C F F と眼球運動の共通性を考察する知見はない固視力の低い被験者は一日のうちで変動することを示唆する結果が得られたしかし，断眠によって 2 日目の視力の低下はなく，少なくとも一昼夜の断眠では視力は低下することはないといえよう. 立体視には潤期性はなく，また断眠の影響もないと患われる。立体視は両眼視機能の中でもっとも発達した機能であり，立体視機能の程度を表したものが深視力である 4) とされることから，深視力の変動がほとんどなかった(図 9) ことと符合するものを立体的に見るという高次な視覚機能には周期性はなく，一昼夜程度の断限によって変動する機能ではないものと思われる. 調節近点距離は朝がもっとも近く，深夜に向かつて延長するパターンを示した.近点は V D T作業 5) 筋運動 6)によっても延長することは知られ，疲労の指標の D T 作業 5)での延ーっとされるものである. しかし， V 長は 2 0 回程度，筋運動 6) では 1 0 m m程度であるのに対し，一日のうちに約 6 0 皿延長しており，変化が大きい.また，近点は睡眠中に前日値まで回復するものと思われるが，断眠すると回復しないまま経過することが明らかとなった. コントラスト感度は朝より夕方の方が高いというパターンであった.また断阪によっても影響されなかっ即時頃にピ}クがある変動でた.瞬間視は朝よりホ P あった. K V A 動体視力， D V A動体視力，眼と手の協応動作は一日ーのうちで，とくに特徴的な変動は示さず，また，断眠による影響もなかった. 周期性と断眠影響でまとめると?明確な周期性があ F F，近点，眼球運動であり，これらは断眠にったのは C よって翌日の能力が低下した. しかし，その他の機能には，明確な周期性と断眠による能力低下は観察されなかった. 本実験は被験者が 5名であり，傭人差の変動が平均値に大きく作用していた.また，周期性については 1 週間というスパンの中での曜日の影響も考えられることから 2 それらを考慮した実験事態が望ましいと恩われた. 文献 1)橋本邦衛司 i F l i c k e r値の生理的意味と測定上の諸問題 F l i c k e rT e s tの理論と実際 J，産業医学， 5 6 3 ー7 6， 1 9 6 3 . 第 5巻 9号 2) 橋本邦衛，遠藤敏夫: i 生体機能の見かた一人間 9 7 3，1 0 9 1 0 . 工学への応用ーJ，人間と技術社， 1 3) M ，M u s u m e c i .，H ，M i s i a k:C i r c a d i a nv a r i a t i o no f c r i t i c a 1f 1 i c k e rf r e q u e n c y四 o n gc h i 1 d r e n， P e r c e p t u a 1a n dM o t o rS k i l 1 s， V o 1 .3 8，7 5 1 7 5 4 ， 1 9 7 4 4) 大島祐介: i 運転適性検査と動体視力・深視力について J，日本の眼科，第 5 5巻 1 0号， 1 0 3 9 4 0，1 9 8 4 . 5) 岩崎常人・他: i V i s u a 1D i s p l a yT e r m i n a l使用者の調節機能に関する研究j 眼紀， 3 3，9 0 9 5，1 9 8 2 . 6) 石垣尚男・ i 1 5分間の自転車エルゴメーター運動による視力低下と要因分析 J，体育学研究， V o l .3 3， N o 3，1 8 5 1 9 2，1 9 8 8 . 〔受理平成 1 0年 3月2 0日〉