脳を鍛えて勝つ NTT、スポーツ「未踏領域」への挑戦

NTT「スポーツ脳科学プロジェクト」(上)

2017/03/06 00:00

内田泰=日経BP社デジタル編集部

 「ボールをよく見て打て!」。野球経験者ならコーチに、一度は注意されたことがあるだろう。確かにボールから目が離れていてバッティングの精度が落ちることはよくあるが、実は見過ぎても逆効果になってしまう。科学がそれを証明している。

 野球では、ピッチャーのボールが手を離れてからホームベースを通過するまでに0.5秒程度の時間しかない。最速165km/hを投げる、北海道日本ハムファイターズの大谷翔平選手の場合は約0.4秒だ。

 しかし、この短時間にボールの軌道を見極めスイングするかを意思決定し、それから動いていたのでは絶対に間に合わない。人間ではモノが見えて認識をする脳内処理に0.2秒程度の時間が必要で、そこからバットを振るにも同程度の時間がかかるからだ。

 つまり、バッターは反復的な練習によって「脳」が身体のコーディネーションを学習し、本人がボールの軌道を知覚するよりも短時間に動いてボールを打っている。

 これは、肉体を駆使して競うスポーツにおいて、「脳」がいかに重要かを示すほんの一例に過ぎない。試合における展開の予測、瞬時の意思決定、さらにパフォーマンスに大きな影響を与えるメンタルなど、脳が担っている役割は膨大だ。ところが、これまでアスリートの脳の働きとパフォーマンスとの関連性は明らかになっていない。

 その謎の解明に、日本電信電話(NTT)が本気で取り組み始めた。同社は2017年1月、「スポーツ脳科学(Sports Brain Science:SBS)プロジェクト」を正式に発足した。これまで研究を重ねてきた脳科学の知見とICT(情報通信技術)を駆使し、アスリートのパフォーマンスと脳における情報処理の関係を明らかにする。これを通じて、脳を鍛えてパフォーマンスの向上を支援する新しいトレーニング法の確立を目指す。加えて、才能の発掘など選手育成につながる知見も獲得したいという。

「スマートブルペン」の様子。ウエアラブルセンサーを身に着けた投手と打者が対戦し、生体情報をリアルタイムに計測できる。打者は、視線を追跡する「アイトラッカー」もかけている。写真は東大野球部の選手
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 当面の研究対象は、野球とソフトボール。東京大学野球部(部員約50人)と慶応義塾体育会野球部(同約200人)などの協力を得て、試合や練習時などの選手の身体状態を各種センサーを使って計測する。

SBSプロジェクトのリーダーを務める、NTTコミュニケーション科学基礎研究所 上席特別研究員の柏野牧夫氏。毎日ピッチング練習をし、自ら被験者を務める(写真:NTT)
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 SBSプロジェクトのリーダーを務める、NTTコミュニケーション科学基礎研究所 上席特別研究員の柏野牧夫氏は「これまでの実験室での脳科学研究と、スポーツをしているリアルな状態での計測結果を組み合わせて解析する点に意義がある」と話す。

 拠点となる、神奈川県厚木市のコミュニケーション科学基礎研究所には、脳機能の計測装置を設置した実験室に併設して、本格的なブルペンが設置されている。ピッチャーやバッターの練習時のパフォーマンスや生体状態をリアルタイムに計測できる「スマートブルペン」だ。

 プロジェクトでは、実験室やスマートブルペンでの計測に加え、実戦での生体情報計測やVR(仮想現実)を活用した計測も併用する。多角的なセンシングと脳科学の知見を基にした解析で、“アスリートの脳”に挑む。

SBSプロジェクトでは、実験室での脳機能計測、スマートブルペン、VR(仮想現実)を活用した計測、実戦での計測の4つを併用する(図:NTT)
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キーワードは「潜在脳機能」

 アスリートがパフォーマンスを最大限に発揮するには、「心・技・体」がそろうことが不可欠だ。

 ところが、既存のスポーツ科学では主に「体」(筋力、心肺機能、障害予防など)のメカニズムの解明に焦点が当てられ、脳の活動が大きく影響する「心」(やる気、緊張、リラックスなど)と「技」(巧みな協調運動、正確な状況把握、瞬時の意思決定)の研究はほぼ手つかずの状態だったという。

 脳科学の分野でも、「手を伸ばす」「モノを見る」など基本的な動きの研究事例は膨大にあるが、スポーツのパフォーマンスへの影響に焦点を当てたものはほとんどない。

 ここでキーワードになるのが「潜在脳機能」だ。本人が自覚していない脳内での情報処理のことで、柏野氏によるとこれが「アスリートのパフォーマンスを決定付けているとも言える」。冒頭にあるように、バッターは反復的な練習による学習を基に、潜在脳機能で身体をコーディネーションし、ボールを打っているという。

 NTTではここ10年ほど、モノを見たり聴いたりする際に、潜在脳機能のプロセスが重要であることに着目し、メカニズムの解明に取り組んできた。潜在脳機能が眼球運動や発汗、心拍など体の反応にどう表れるのかを探ってきた。その中で、「スポーツこそが、潜在脳機能のプロセス解明のカギを握っている」(柏野氏)ことに気づき、プロジェクトの発足に至ったという。

肝は「無拘束・非侵襲」の計測

 潜在脳機能のメカニズムを解明するためには、運動中に体の表層に現れる微小な変化をセンシングし、それを解析する必要がある。その点、野球やソフトボールは研究対象として難易度が適度だという。ピッチャーが決まった位置で止まった状態から動き始め、バッターが打つという決まった動作をするので、サッカーやラグビーなど多くの選手が入り乱れるスポーツと比較して計測しやすい。

 今回のプロジェクトの肝となるのは、選手のパフォーマンスの妨げとならない「無拘束・非侵襲」の計測だ。そのために利用するのが、着るだけで生体情報を計測できるウエアラブルのセンサーだ。

 具体的には、心拍や筋電などを計測できる機能素材「hitoe(ヒトエ)」(NTTと東レが共同開発)を組み込んだウエアや、体の動きをセンシングするために慣性センサー(加速度/角速度センサーからなる)を内蔵したモーションキャプチャー用スーツなどを着たりする。また、バッターは視線を追跡する「アイトラッカー」をかけて打撃練習に臨む。

 こうした様々な方法での生体情報の取得と実験室での脳機能計測などを並行して実施し、選手固有のパフォーマンスと脳機能の関係解明を目指す。脳機能の評価には「body-mind reading」という技術を用いる。これは体の表層に現れるわずかな変化から脳の状態を解析する技術で、特に眼球の動きから心理状態を推定できるという。「音楽を聴いている時の眼球の動きから、それが好きかどうかを8割程度の正解率で推定可能だ」(柏野氏)。

 プロに近いレベルから非レギュラーの選手まで、幅広いレベルの選手を計測することで、「より優れた選手になるための条件などが見えてくる」(同)と期待している。

違いは瞬時の運動調節能力

 SBSプロジェクトは本格始動したばかりだが、これまでの研究から興味深い知見がいくつか得られている。その一端を紹介しよう。

 ランダムに投球されるストレートとチェンジアップ(遅い球)に対し、打者はどのように反応しているのか――。打者は0.5秒という短時間にただでさえ複雑な“作業”をしているのに、ボールの速度や回転に変化が加わると難易度ははるかに増す。実際、ストレートは打ててもチェンジアップを打てない打者は少なくない。その違いはどこにあるのか。

 ソフトボールの女子ジュニアのトップ選手を対象に、スマートブルペンでチェンジアップを打てる打者と打てない打者の差の解明を試みた。結果は、「コンマ数秒の運動調節能力」に差があることが判明した。

チェンジアップを打てる選手と打てない選手の打撃時の身体部位の相対速度の違い。ストーレートとチェンジアップについて、ボールリリースからの時間に対応した身体部位の相対速度を計測した。チェンジアップを打てる選手は、リリースから約0.25秒の時点でタメを作って遅い球に対応している(図:NTT)
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チェンジアップを打てる選手と打てない選手の打撃時の身体部位の速度(合計値)の比較。打てない選手はストレートとチェンジアップでほぼ同じタイミングでスイングしているのに対し、打てる選手はチェンジアップのときにタメを作って調節している(図:NTT)
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 具体的には、モーションキャプチャー用スーツを着込んだ投手と打者が実戦形式で対決。体の動きとして、各部位に生じた加速度から速度や位置を算出した。打者は、アイトラッカーも装着した。

 投球に対して打者の身体部位(腕、体幹、下半身)の相対速度がどのように変化するかを計測したところ、チェンジアップを打てる打者は投手がボールをリリースしてから0.25秒の時点でタメを作って対応していることが分かった。

 脳内で情報処理を開始してから実際に動作を始めるまでの運動応答に0.2秒程度がかかるため、リリース後0.05秒までで「チェンジアップであることを、ボールの軌道もしくは投球フォームから予測してタメを作っている」(柏野氏)。逆にタメを作れていない打者は、「投球フォームなどから球種を見極める」能力などの取得が必要になる。

バッターも「遠山の目付け」が良し?

 では、打者は球種をどのように見極めているのか。詳細は割愛するが、NTTではアイトラッカーで得られた眼球運動から打者の「注意範囲(特定位置に集中しているか、広い範囲をぼんやり捉えているか)」を推定。注意範囲とパフォーマンスの関係性を検証する実験を進めている。

 これまでに「注意範囲が広い選手は、判断の正確性(球種判定の成績)が高く、反応のタイミングは遅い」ことなどが分かっているという。ここで、反応のタイミングが遅いことは決して悪いことではなく、より長い時間ボールを見られるので正確性が高まる、としている。

 この結果は、さまざまなスポーツや武道などの達人がボッーと見ることの重要性を指摘しているのと関係している。剣術では、相手の剣をじっと見ていたら隙ができるため、遠くの山を見るような「遠山の目付け」が“良し”とされる。今回の球種判定実験は、打者においても遠山の目付けがプラスに作用することを示唆しているのかもしれない。

(次回に続く)