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仕組み
脳波計測（electroencephalography、EEG）は、大脳皮質の多数の神経細胞の同期した活動によって生じる電位の変化を頭皮上で記録するもので、単位はマイクロボルト（µV）です。信号は非常に弱く、眼球運動、筋肉、心拍など、ほかの電気信号に埋もれやすい性質があります（Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015）。EEG はミリ秒単位の変化を追うことができますが、頭皮上の信号は多くの脳領域の活動が混ざり合ったものであり、発生源の位置を正確に特定することはできません（Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015；Cahn & Polich, 2006）。
瞑想やリラックスの研究では、多くの場合スペクトル解析を用います。連続した信号を周波数帯域ごとに分け、各帯域のパワーを計算する方法です（Cahn & Polich, 2006；Lomas et al., 2015）。もう 1 つのよく使われる解析は事象関連電位で、同じ種類の刺激の後に生じる反応を平均して観察します（Krigolson et al., 2017）。
周波数帯域と一般的な解釈
帯域の境界は研究によって多少異なります。下の表は一般的な範囲です。α波の周波数には個人差があり、一人ひとりのα波のピーク周波数を基準に帯域を調整するよう勧める研究もあります（Klimesch, 1999）。
| 帯域 | 一般的な範囲 | 一般的な解釈 | 測定上の注意 |
|---|---|---|---|
| δ（デルタ）波 | 約 0.5〜4 Hz | 深い睡眠のときに目立ち、覚醒している成人では通常あまり見られません | 覚醒時の前額部のδ波は、まばたきや眼球運動によるノイズであることが多い |
| θ（シータ）波 | 約 4〜8 Hz | 眠気があるときや入眠の過程で増加します。瞑想研究でも増加がよく報告されます | 増加は単に眠いだけの場合もあり、瞑想状態を示すとは限りません。眼球運動のノイズの影響も受けやすい |
| α（アルファ）波 | 約 8〜12 Hz | 目を閉じて覚醒したまま安静にしているときに目立ち、目を開けたり作業に取り組んだりすると減少します | 開眼時と閉眼時の差が大きいため、比べるときは同じ条件にそろえる必要があります |
| β（ベータ）波 | 約 13〜30 Hz | 覚醒や能動的な思考と関係しています | 顔や首の筋肉の活動による干渉を受けやすい。瞑想研究の結果は一致していません |
| γ（ガンマ）波 | 約 30 Hz 以上 | 高次の情報統合に関わるとする仮説があります | 頭皮上のγ波は、歯を食いしばる、眉をひそめるといった筋電の干渉を非常に受けやすい |
出典：（Klimesch, 1999；Cahn & Polich, 2006；Lomas et al., 2015；Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015）。
瞑想とリラックス時の脳波
初期のレビューでは、瞑想中は脳波が全体として遅くなる傾向があり、θ波とα波の活動は練習の熟達度と関係しているものの、瞑想の方法によって結果が大きく異なると指摘されています（Cahn & Polich, 2006）。マインドフルネスに関する EEG 研究 56 本をまとめたシステマティックレビューでは、閉眼安静時と比べて、マインドフルネス中はα波とθ波のパワーの増加が最も多く見られました。ただし、すべての研究でそうだったわけではなく、β波、δ波、γ波には一貫したパターンは見られませんでした（Lomas et al., 2015）。
ゆっくりした呼吸の研究では、α波の増加とθ波の減少が多く報告されており、θ波については一部の瞑想研究とは逆の方向です（Zaccaro et al., 2018）。また、眠気があるとθ波が増え、高域のα波が減るため、リラックス中に見られるθ波の増加は「眠りに落ちかけている」可能性も考える必要があります（Klimesch, 1999）。
広く認められた単一の「リラックスの脳波指標」は、現時点ではありません
研究では特定の帯域の変化がよく観察されますが、結果は一致していません。Mandala Hub の脳波 6 軸は 0〜100 の相対スコアで、同じ人の同じセッション内での変化の方向を見るためのものです。詳しくは測定と研究をご覧ください。
一般向けヘッドバンドと医療用システム
| 観点 | 一般向けヘッドバンド | 医療用・研究用システム |
|---|---|---|
| 電極の数と位置 | 少数で、額や耳の後ろに固定 | 通常は多チャンネルで、標準的な位置に配置 |
| 信号の品質 | パワースペクトルが全体的に高めに出る、再測定でのばらつきが大きいといった結果を示した研究があります | データ品質と再検査信頼性が高い |
| ノイズ | 額の電極は、まばたきや額の筋肉の干渉を受けやすい | 同様に干渉は受けるものの、多チャンネルのためより十分なノイズ分離ができます |
| 研究での用途 | 一部の事象関連電位成分を測定でき、装着が速い | スペクトル解析と事象関連電位研究における方法論上の基準 |
上記の比較研究はいずれもサンプル数が非常に少なく、結論は慎重に受け止めるべきです（Ratti et al., 2017；Krigolson et al., 2017）。妥当な位置づけとしては、一般向けヘッドバンドは同じ人が同じセッション、同じ条件で示す相対的な変化を見るのに向いており、臨床的な判断や、他人・他のデバイスの数値との直接比較には向いていません。
ノイズと眼球運動による干渉
| 発生源 | 波形の特徴 | 主な影響 |
|---|---|---|
| まばたき、眼球の動き | 額の電極に現れる、振幅が大きく周波数の低い波 | δ波・θ波の過大評価 |
| 顔や首の筋肉（歯を食いしばる、眉をひそめる、飲み込む、話す） | 広帯域で高周波のノイズ | β波・γ波の過大評価 |
| 心拍 | 規則的に現れる心電波形 | 一部の電極に周期的な干渉が出る |
一般的なノイズ除去の手法には複数のチャンネルが必要で、チャンネル数の少ないヘッドバンドでは、通常は干渉を受けた区間を検出して除外することしかできません（Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015）。測定中は座った姿勢や横になった姿勢を安定させ、あごと眉の力を抜き、話さないようにすると干渉を減らせます。
測定に影響する要因
- 開眼か閉眼か：α波は閉眼時のほうが明らかに高いため、比べるときは条件をそろえる必要があります（Klimesch, 1999）。
- 眠気の程度：θ波が増え、高域のα波が減ります（Klimesch, 1999）。
- 年齢と個人のα波周波数：帯域の境界やパワーには個人差があります（Klimesch, 1999）。
- 瞑想の方法と経験：方法や経験の違いによって、脳波の変化は異なります（Cahn & Polich, 2006；Lomas et al., 2015）。
- デバイス：システムによってスペクトルの数値や再測定での一致度が異なります（Ratti et al., 2017）。
よくある誤解
| よくある説明 | より正確な説明 |
|---|---|
| α波が多ければリラックス、β波が多ければストレス状態 | 周波数帯域と心理状態は一対一で対応するものではなく、結果は条件、方法、個人差に左右されます（Klimesch, 1999；Lomas et al., 2015） |
| θ波が増えれば深い瞑想に入った証拠 | 眠いだけの場合や、眼球運動による低周波ノイズの場合もあります（Klimesch, 1999；Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015） |
| γ波は多いほど良い | 頭皮上のγ波は筋肉の活動による干渉を非常に受けやすく、瞑想研究の結果も一致していません（Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015；Lomas et al., 2015） |
| ヘッドバンドの脳波スコアは他人と比べられる | α波の周波数は人によって異なり、デバイスによっても数値が異なります（Klimesch, 1999；Ratti et al., 2017） |
| 一般向けヘッドバンドは病院の脳波検査と同等 | データ品質、信頼性、ノイズ処理のいずれにも差があります（Ratti et al., 2017） |
HRV とあわせて見る
神経内臓統合モデルは、心臓の調節と脳による情動の調節を 1 つの枠組みの中でとらえるもので、HRV と EEG を同時に測定する理論的な背景となっています（Thayer & Lane, 2000；Thayer et al., 2012）。ゆっくりした呼吸の研究で HRV の上昇とα波の増加が同時に報告されていることは、2 つの信号がともに変化するより直接的なエビデンスですが、研究数は少なく、方法の違いも大きいのが現状です（Zaccaro et al., 2018）。どちらの信号も呼吸、姿勢、体の動き、眠気の影響を受けるため、両者が同時に変化した場合は、まずこうした共通の要因を除外する必要があります（Laborde et al., 2017；Klimesch, 1999；Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015）。