鼻の皮膚温度を計測して、身体の中の交感神経活動を可視化してみよう

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おもしろ科学実験室（工学のふしぎな世界）

鼻の皮膚温度を計測して
身体の中の交感神経活動を可視化してみよう

2020年2月7日
香川大学創造工学部

準備

用意するもの

パソコン（Arduinoがあらかじめインストールされたもの）　1台
ブレッドボード　1個
Arduino MEGA 2560 1個
アダプタ　1個
USB2.0ケーブル　1個
温度センサー LM36DZ 1個
ジャンプワイヤ　6本
ワニ口クリップ　3本

以下の図のように配線します。

Arduino のスケッチ・エディタを用いて
Arduinoで温度センサーを制御する以下のプログラムを書きます。

	

int sensorPin = A0;
int sensorValue = 0;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  sensorValue = analogRead(sensorPin);
  double temp = modTemp(sensorValue);
  
  Serial.println(temp);
  //Serial.write(sensorValue);
  delay(2000);
}

float modTemp(int analog_val) {
  double temperature = ((5.0 * analog_val) / 1024) * 100;
  return temperature;
}

以下の図はプログラムを書きこんだときのスケッチ・エディタの画面です。

実験

以下の実験スケジュールに沿って実験をします。

図のように鼻先に温度センサを貼り付けます。
以下の図のようにツールから「シリアルモニタ」を起動します。
Arduinoのスケッチ・エディタ画面から準備1.3で用意したプログラムを実行します。
図は実験の様子です。

図のようにシリアルモニタに鼻の皮膚温度が次々と表示されていきます。
心を落ち着かせて安静にします。
頭の中で暗算をします（暗算課題）。
再び心を落ち着かせて安静にします。

シリアルモニタに表示された数値をコピーします。
そして、それをExcelに貼り付けて図を作ります。以下の図は実験結果の一例です。

まとめ

　実験結果の図をみると、暗算課題のところで指先の皮膚温度が下降しているのがわかります。また、暗算課題が終わると実験前の皮膚温度に戻っています。この現象は、交感神経活動を反映するといわれている指先の皮下に存在する動静脈吻合血管が関係しています。この血管は交感神経活動が活発になると収縮します。そして、血管が収縮することによって皮膚表面の温度が下がります。この現象を温度センサが捉えているのです。暗算のような集中力を要する課題は交感神経活動を活発にするので、鼻の皮膚温度が下がったのです。普段は目にみえない身体の中の神経活動を可視化する方法は、他にもいろいろあります。ぜひ自分で調べて試してみてください。

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香川大学創造工学部

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2022-03-10