海水の導電性を利用した潜水シミュレータの電気眼図測定

なぜダイバーの目を観察することが重要か

ダイビングは隠された世界を開く一方で、急速に深刻化し得るリスクにもさらします。現在のダイブコンピュータは深度や時間を追跡しますが、ダイバーが実際にどのような状態にあるか—注意があるのか、混乱しているのか、意識を失いかけているのか—は分かりません。まばたきや眼球運動は注意力や精神的負荷を反映するため、水中で目の信号を読み取れれば早期警告となり得ます。本研究は驚くほど簡潔な発想を探ります：海水そのものの導電性を利用して眼の周囲に生じるわずかな電圧を測定し、普通のダイビングマスクをスマートな安全装置に変えうるかどうかです。

水中で体の信号を捉える新しい方法

陸上では、眼活動は通常、瞳孔を追跡するカメラか、眼の周囲に取り付けた電極で電気眼図（EOG）を記録して測定されます。カメラシステムはかさばり防水化が難しく、従来のEOGは皮膚に複数の電極を固定する必要があります。著者らは以前の研究で、海が巨大な電気的接点として機能し得ることを示しました：一方の電極が海に触れ、もう一方が体に絶縁されていれば、回路の両端を配線せずとも心臓や筋肉の信号を測定できるのです。本研究では、同じ海水ベースの方法でダイバーのEOG信号を捉え、まばたきや視線方向の情報が得られるかを検証しました。

ダイビングマスクをセンサーに変える

この考えを実験室で試すために、健康な男性8名が一般的なダイビングマスクに簡易の医療用電極を取り付けて装着しました。2つの“ターゲット”電極は、マスク内の空気容積内で右眼の近くの皮膚にテープで固定され—1つは眼の上方、もう1つは右側に—、3つ目の“共通”電極はマスク枠の外側に取り付けられ、小さな水槽の海水に直接接触させました。被験者が四つん這いで顔を水中に入れると、マスク周辺の皮膚が水に触れ、ダイバーの顔自体が海水を介した大きな共有電極のようになりました。研究者らは、ターゲット電極各々と共通電極間の微小な電圧を増幅しながら、被験者にメトロノームと視覚的マーカーに合わせてまばたきや上下左右の視線移動をしてもらいました。

微小な信号からまばたきと視線方向を読む

記録は明瞭で再現性のあるパターンを示しました。通常のまばたき時、上方電極の電圧は数百マイクロボルト程度の鋭いピークを示し、右側電極のそれよりもはるかに大きかった。これは、まばたきは眼の上方の信号を監視することで最も検出しやすいことを示しています。被験者が中心点の上と下のマーカーを交互に見たとき、上方電極の信号は正負のレベルを行き来し、上下の視線で平均電圧に明瞭な差が生じました。左右の視線では右側電極がより強く反応し、眼が水平に動くと大きな電圧変動が観察されました。両方の電極の信号を組み合わせることで、「上」「下」「左」「右」の注視がそれぞれ別個のクラスタとして分離でき、単純な水中セットアップから視線方向やおおよその角度を推定できる可能性が示されました。

マスク内の物理を検証する

なぜこれが可能なのかを理解するため、研究者らは眼と周囲組織の基本的な電気モデルを構築しました。眼の前面（角膜）はわずかに正の極として、後面（網膜）は負の極として振る舞い、ちょうど小さな電池のような性質を持ちます。眼が回転すると、この内部“電池”と各皮膚電極との相対的な距離が変わり、電気抵抗経路と測定電圧が変化します。モデルではこれらの経路を抵抗として表し、視線を下から上に動かすと海水に接続された共通電極に対する片側電極で測定可能な電圧変化が生じると数理的に示しました。次に陸上で眼の近くに3つの皮膚電極を用いてモデルを検証し、観測された電圧変化と関係は予測と一致し、物理的説明を支持しました。

より安全なダイビングへの意義

本研究は、海水そのものを測定回路の一部として利用することで、ダイバーのまばたきや眼運動を水中で検出できることを示しました。マスク内に2つの小さな電極、外側に海水に触れる1つの電極があるだけで、いつまばたきしているか、どこを見ているかを追跡することが可能です。専門家でない人にとっても、将来のダイビングマスクは大がかりなカメラや複雑な配線なしでバイタルサインや疲労、注意散漫、ストレスの兆候を静かに監視できる可能性があります。著者らはモデルを改良し、信号処理手法を改善し、外洋での新たなマスク設計を試験する予定です。最終的には、こうした技術がダイバーの身体、特に脳が水中環境にうまく対処できなくなったときに、潜水仲間や水面チームに警告して事故を防ぐ助けになることが期待されます。

引用: Saiki, T., Araki, N., Nakatani, S. et al. Measuring electrooculograms of a simulated underwater diver by utilizing conductivity of seawater. Sci Rep 16, 5706 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35528-z

キーワード: 水中アイトラッキング, ダイバーの安全, 電気眼図法, 海水の導電性, 生体電位センサー