EMG（筋電図検査）とは何か、その仕組みは？

筋電図（EMG）は、筋肉の動きを記録するものです。これは、筋肉が収縮するたびに電気的活動が突発的に発生し、それが隣接する組織や骨を伝わり、近くの皮膚から記録できるという単純な事実に基づいています。

筋肉はどのように動くのか

もちろん、このプロセスは脳から始まります。筋肉の動きを引き起こすプロセスは運動野から始まり、そこで神経活動（一連の活動電位）が脊髄に信号を送り、その運動に関する情報が運動ニューロンを介して関連する筋肉へと伝達されます[1]。これは、信号を下位運動ニューロンへと運ぶ上位運動ニューロンから始まります。

下位運動ニューロンは、神経筋接合部において筋肉に直接神経を支配しているため、筋肉運動の直接的な引き金となります。この神経支配により、筋肉内でカルシウムイオンが放出され、最終的に筋肉の張力に機械的な変化が生じます [1, 2]。この過程には脱分極（電気化学的勾配の変化）が伴うため、電流の差は筋電図（EMG）によって検出することができます。

EMGはどのように機能するのでしょうか？

筋電図（EMG）の活動（マイクロボルト単位で測定される）は、筋収縮の程度および収縮している筋肉の数と直線的な関係にある。つまり、筋収縮が強ければ強いほど、また活性化されている筋肉の数が多ければ多いほど、記録される電圧の振幅は高くなる。

明らかな行動を示していないときや、特定の行動を抑制しているときでさえ筋電図（EMG）活動は測定可能であるため、筋電図記録は、単なる観察だけでは把握できない認知・行動処理に関する追加的な情報源となる。

これまでの研究によると、筋電図（EMG）と運動皮質の脳波（EEG）の間には密接な関連性が認められており、これは（12～25 Hz）のベータ帯域における周波数パワーや位相といった信号特性の有意な相関関係に反映されている[3, 4, 5]。これは、皮質系と運動系の相互作用をモニタリングする上で、筋電図記録がいかに有用であるかを強調するものである。

EMGは人の動きを理解する上で明らかに有用ですが、fEMG（顔面筋からEMG信号を記録する顔面筋電図）を用いることで、表情に関する情報を得ることも可能です。

顔面筋電図（fEMG）とは

fEMGが、自動化または手動による表情分析（ビデオ録画の分析に基づくもの）と比較して特に優れている点は、信号を検出する感度の高さにある。ビデオ録画よりもセットアップは困難だが、得られるデータはより信頼性が高い。さらには、目に見えない顔の筋肉活動も検出できるため、抑えられた表情や、目に見える活動の閾値に達しない表情に関する情報を提供することができる。

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この感受性は、内面の感情状態と結びつく可能性のある（意図的か否かを問わず）隠れた表情を理解する上で極めて重要であり[6, 7]、その人が無意識のうちにどのような感情を抱いているかを垣間見る手がかりとなる。

このプロセスは、アイトラッキングやGSR（皮膚電気反応）といった人間の行動を測定する他の手法と組み合わせることで、さらに強力なものとなります。これにより、対象者がどこを見ているか、感情の高ぶりの度合い、そしてその感情の方向性まで把握することが可能になります。

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EMGセンサーの始め方

• 表面電極を使用してください
  • 表面筋電図（Surface EMG）は、シール付きの筋電図電極を皮膚に簡単に貼り付けることができる、完全に非侵襲的な技術です。
  • これらの電極は非侵襲的であるため、EMGは、日常の習慣や動作パターンを妨げることなく生理的プロセスをモニタリングするのに理想的な手法である。
  • 高品質なデータを得るためには、常に採取部位を清潔に保ち、アルコール綿でメイクを落とすように心がけてください。
• 対象となる筋肉群の上にEMG電極を配置する
  • 確かに、これにはある程度の解剖学的知識が必要です。特定の動作に関与する筋肉の仕組みを理解して初めて、有効かつ信頼性の高い信号を得ることができるのです。
  • 例えば、顔面筋電図の記録は、顔に43の筋肉が存在するという事実により、複雑さを増しています。これらの筋肉のほとんどは、大脳皮質から5つの主要な枝（側頭枝、頬骨枝、頬枝、下顎枝、頸枝）へと伸びる第7脳神経（「顔面神経」）によって制御されています。
  • それぞれの枝が顔の異なる部位の筋肉に神経を走らせているため、複雑な表情の変化や歪みが可能になる。

• 適切な参照サイトを選択してください
  • EMGデータは、記録部位と基準部位との間の電圧差として収集されるため、適切な基準部位を選択することは、実際の記録部位を選ぶことと同様に重要です。
  • EMGの基準電極は、肘、股関節、鎖骨などの骨のある部位に配置することをお勧めします。
• 短い電極ケーブル／リード線を使用してください
  • 周囲の電源から拾われる電気ノイズを最小限に抑えるため、記録電極と増幅器／記録装置を接続するケーブルの長さは、できるだけ短くしてください。

理想的な実験のセットアップ方法に関する詳細については、以下の包括的なガイドをダウンロードしてください。

参考文献

[1] Winter DA. (1984). ヒトの運動の生体力学：ヒトの歩行研究への応用. Crit Rev Biomed Eng. 9:287–314.

[2] Picard N, Strick PL. (1996) 内側壁の運動野：その位置と機能的活性化に関する総説. Cereb. Cortex. 6:342–353. doi: 10.1093/cercor/6.3.342.

[3] 橋本 陽子、牛場 淳、木村 亜紀、劉 敏、冨田 陽子（2010）。等尺性収縮時およびその想像的実行時のEEG-EMGコヒーレンスの相関関係。Acta Neurobiol. Exp. 70, 76–85.

[4] Churchland MM, Cunningham JP, Kaufman MT, Ryu SI, Shenoy KV. (2010). 大脳皮質の準備活動：運動の表象か、それとも動的機械の最初の歯車か？ Neuron 68: 387–400.

[5] Churchland MM, Santhanam G, Shenoy KV. (2006). 前運動野および運動野における準備活動は、これから行われるリーチ動作の速度を反映している。J Neurophysiol 96: 3130–3146.

[6] Y. G. Yang, and S. Yang, (2011). 表面筋電図と改良型最小二乗法サポートベクターマシンに基づく感情認識の研究, Journal of Computers, vol. 6, no. 8, pp. 1707-1714.

[7] Tan, J.W., Walter, S., Scheck, A., Hrabal, D., Hoffmann, H., Kessler, H. & Traue, H. (2011). 感情的視覚刺激に対する顔面筋電図（fEMG）活動. 『Affective Computational Intelligence (WACI)』, 2011 IEEEワークショップ, 1–5.[/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]