情報処理学会 インタラクション 2019
IPSJ Interaction 2019

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運動伝染が生み出す運動予測の変調を利用した
Pseudo-haptics の生起要因の分析
齊藤寛人†1

福地健太郎†1

概要：Pseudo-haptics として知られる擬似的な外力覚は，これまでの研究では視覚情報と力覚情報とに不一致が生じた際に力覚情報が変容されることにより生じると説明されてきた．しかしながら変容された力覚情報は，外力としても随意運動の結果としても解釈することが可能であり，疑似的な外力が生じる要因について十分な説明はなされていなかった．我々は，この変容が外力として解釈されるには，自己の運動予測と視覚的に知覚された運動結果との差を認知することが条件であるという仮説を立てた．この検証のため，被験者の運動に運動伝染を引き起こし，視覚情報と力覚情報との一致性を保った上で運動予測と運動結果との間に差を生じさせる実験を行った．この実験ではマウス
によるステアリングタスクを用い，被験者にはタスク中に感じた外力の強度を報告させた．このタスクと，他者が同じタスクを行っている映像を観察するタスクを交互に行うことで，被験者の運動に運動伝染を誘発した．その結果，生じた運動伝染と同じ方向に被検者が外力を感じることが確認され，運動予測と運動結果との差を認知することが疑似的な外力が引き起こされる要因となることが示された．

1. はじめにすれば外力の錯覚が生じる可能性が考えられる．
我々はこの仮説を検証するために，視－力覚間衝突を起マウスポインタのようなユーザの身体運動に同期してこさずに運動予測と運動結果との間に不一致を作り出し，

動く視覚的対象に対して，その位置や運動速度を変調する

被験者が外力を感じるかどうかを調べる実験を行った．そとユーザが疑似的な力覚を感じる現象が知られている．この様な条件を実現するために同実験では，運動伝染（motorのような現象は Pseudo-haptics と呼ばれる．

contagions）と呼ばれる現象を利用した．運動伝染は，他者

Pseudo-haptics の生起要因は，視覚と力覚を通じて得られの運動を観察することで観察者自身の随意運動が無意識的た対象の運動や位置・姿勢についての情報が一致しない場に影響を受ける現象である[5]．したがって運動伝染が起こ

合に，視覚が力覚よりも優位に働き，力覚情報が変容されると被験者の運動は無意識に影響されるため，運動予測とるためであると一般には説明される．以降，本稿ではこのその結果との間に不一致が生じるようになる．

視 覚 と 力 覚 と の 不 一 致 を 視 － 力 覚 間 衝 突 （ visuo-haptic

本実験では，被験者にマウスを使ったステアリングタス

conflicts）と呼ぶ．また，ほとんどの場合この錯覚は外部かク中に感じた外力の強度を報告させた．この時に，他者がらの触力覚（外力）として解釈されることが知られている．

行う同種のタスクを観察させることで運動伝染を引き起こ

この錯覚を利用すれば，力覚提示デバイスを用いなくてもし，被験者の運動を無意識に変容した．それにより運動予

ユー ザ に疑 似 的な 外力 を 提 示可 能 であ る ため ，Pseudo-

測と視覚的運動結果との不一致が生じ，それが外力として

haptics を応用した力覚提示手法が多く提案されている．

解釈されるかどうかを，報告された外力の強度および記録

しかし近年では視－力覚間衝突の結果が外力と錯覚さされたマウスの軌道をもとに分析した．

れるのではなく被験者自身の随意運動の結果として錯覚さ実験の結果，他者の運動の観察によってステアリングタれる例が報告されている[18][30]．つまり，前述の説明だけ

スク中の被験者の手の運動速度が変調され，また運動が変では視－力覚間衝突の結果が外力覚として認識される原因

調された方向と同じ方向に外力を感じていたことが確認さを説明しきれていないことになる．したがって，Pseudo-

れた．この結果は，視－力覚間衝突が生じない状況であっhaptics の生起要因を明らかにするためには，それが外力とても，運動予測と視覚的運動結果との不一致が外力としてして解釈されるための条件を特定する必要がある．

解釈されたことを示している．

我々は，Pseudo-haptics が外力として解釈されるためには，

この結果から，Pseudo-haptics による外力知覚には，運動

自身の運動の結果として知覚された視覚情報と，自身が予予測と知覚された運動結果との不一致を認知することが重測した運動の結果との差が認知されていることが条件とな要な要因となると結論付けられる．

る，という仮説を立てた．また，この仮説が正しければさらに，視－力覚間衝突が生じない状況であっても，運動結果と運動予測とが一致しないことをユーザが認知できさえ†1 明治大学
Meiji University, Nakano, Tokyo, Japan© 2019 Information Processing Society of Japan

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2. 背景
2.1 Pseudo-haptics の生起要因についての問題領域
Pseudo-haptics は，視−力覚間衝突が生じた際に視−力覚間
で感覚情報を矛盾なく統合するために，視覚情報によって力覚情報が変容されることで生じる錯覚であると一般的には説明されている[15][17]．つまり視覚と力覚のどちらかあるいは両方に何らかの要因で変化が加えられたと解釈することで辻褄を合わせようとする認知の働きを仮定している．
その際，視覚が優位であり力覚の方が変容の対象となることが多くの研究によって示されている．
しかしその変容がどのように知覚されるかについては十分な説明がなされていない．すなわち，力覚に対する変容は，外的要因によるもの（外力）としても内的要因によるもの（内力）としても解釈でき，Pseudo-haptics が生じる
ためには外力として解釈されることが求められるからである．実際に，鳴海らは仮想現実感(VR)を応用した，力覚の変 容 が 内 力 と し て 解釈 さ れる 錯 覚 の 例 を 報 告 して い る[18][30]．例えば“Unlimited Corridor”[18]は，被験者は現実には円形の壁の周りを，壁に手で触れながら歩いているにも関わらず，VR 空間内ではまっすぐな壁と道を提示する
ことにより，まっすぐ歩いているような錯覚を作り出している．この場合，被験者は現実には円運動を行っており，それに応じた力覚を感じているが，視覚ではそれを直線運動として感じているため，力覚は変容される．その際，その変容は外力によって向きを変えさせられたとは解釈されずに，自分が主体的に行った運動（随意運動）の結果，すなわち内力として解釈されていることが報告されている．
つまり，視−力覚間衝突は外力として解釈される場合と内力として解釈される場合があることとなる．
したがって，Pseudo−haptics の生起要因として，視覚情報によって力覚情報が変容されるという説明だけでは不十分
であり，それが外力として解釈されるか否かの条件を示すことが求められている．この条件を明らかにすることはPseudo−haptics の原理解明のために必要不可欠であり，UI
デザインや VR などの様々な分野でこの錯覚を応用する上で役立てることができる．
2.2 運動予測に基づいた外力知覚についての仮説
我々は pseudo-haptics が外力として解釈される条件の仮説として，自身の身体運動の結果に対する予測（運動予測）と実際に視覚的に知覚された運動結果との差をユーザが認知することであると考えている．実際，一部の先行研究では Pseudo-haptics と運動予測との関連性を示唆している．
渡 邊 は Pseudo-haptics の 生 起 要 因 に つ い て Sense of
Agency の概念を通じて考察している[31]．Sense of Agencyとは特定の運動を「自分が主体的に引き起こした」と感じる感覚であり[9]，特定の視覚的対象に Sense of Agency を感じるためには，自分が動かそうとした時にその対象が「意© 2019 Information Processing Society of Japan

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図通りに動く」ことが重要である．渡邊は，Sense of Agencyを感じている視覚的対象が意図に反した動きをすると，何らかの外的要因が自身の運動に意図に反した動きをもたらしたと解釈され，疑似的な外力を感じると考察している．
神経生理学での運動制御に関する理論であるモーター
コントロール理論に基づいた研究では，ある視覚的対象の運動に Sense of Agency を感じるためには，自身の運動指令に伴う運動予測と視覚的運動結果との一致性を認知することが重要であることが明らかになっている[21][22]．なおこのような能動的な運動に対する予測的な知覚メカニズムはフォワードモデルと呼ばれる[26]．
これらをまとめると，Pseudo-haptics が外力として解釈される条件は，運動予測と視覚的運動結果とが一致しないと認知することで被験者が運動結果を「自分の主体的な運動によるものではない」と解釈することにあると考えられる．
また，我々の過去の研究では，能動的な運動時に自己運動と視覚的運動との随伴関係を認知する上では，運動予測と視覚的運動結果との一致性の認知が重要であることを示した[19][28][29]．これらの研究では，運動結果を予測しやすい状況であれば，視―力覚間衝突が生じる状況であっても，自己の随意運動と視覚的対象の運動とが随伴関係にあると解釈されることを示した．また Honda らは，運動結果を予測しやすい状況では疑似的な外力知覚が生起しにくくなることを示している[10]．同研究では，画面上のポインタ
を手の運動で操作する際に，ポインタの運動を遅延させると被験者は外力を感じるが，被験者に遅延について十分に学習させた場合に知覚される外力の量が小さくなることを示している．これらの結果も，運動予測と視覚的運動結果との差の認知が条件に関与していることを示唆している．
以上から，運動予測と視覚的運動結果との差を被験者が認知していることが，Pseudo-haptic を外力として解釈するための条件であると我々は予想している．先行研究においてこれを直接示す事実は示されていないため，我々はこれを調査する実験を実施した．

3. 関連研究3.1 Pseudo-haptics
Pseudo-haptics は視覚的運動の変調の仕方や背景情報の組み合わせ方などによって様々な解釈を与えられることがわかっており，これまでにばね抵抗の呈示[15]，テクスチャの凹凸感の呈示[16]，形状の呈示[4][25]，固さの呈示[3]など
様々な力覚や触覚の提示手法が提案されている．
Watanabe は，被験者が動かすポインタの運動結果を変調しない場合でも Pseudo-haptics が生じることを示した[24]．
この研究で行われた実験のタスクでは，ポインタの運動を変調しない代わりに，ポインタの背景で自動的に運動する
オブジェクトとポインタが重なると同時にオブジェクトの運動の方を変調した．その結果，ポインタの運動を変調し113

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たときと同じように外力の錯覚が生じることが示された．

対する運動予測と運動結果との対応関係にも無意識な影響

ただし，ポインタとオブジェクト間の相対的な移動量の関を与えていることを示している．

係性は変化しており，この相対的な移動量の変化を視覚的

3.3 ステアリングの法則

運動結果として捉えることによって視－力覚間衝突が生じ

本論文で報告する実験では運動伝染を生じさせるために，ていたとも捉えることが可能である．

経路幅が途中で変化するステアリングセッションを利用す

3.2 運動伝染る．ここでその背景となるステアリングの法則に関する関運動伝染は，他者の運動を観察することで観察者自身の連研究について説明する．ステアリングの法則はフィッツ

随意運動が無意識的に影響を受ける現象である．このとき，の法則[8]から派生した，マウスポインタなどのユーザが操観察する運動の性質によって観察者の運動への影響が変化

作する視覚対象を幅の細い経路を通過させるステアリング

することが分かっている．Kilner らは，人間の運動を観察

タスクに対するパフォーマンスモデルである[1]．この法則

する場合とロボットの運動を観察する場合とを比較した

は，間接制御のスタイラス操作[1]，マウス，タッチパッド，[13]．その結果，自分と一致しない運動を人間が行う時のみ

トラックボール，トラックポイント[2]，直接制御のスタイ運動伝染が起き，ロボットが行うときには起きないことがラス操作[14]，タッチスクリーン[20]など様々な条件に適合示唆された．Bouquet らはシンプルなドットの運動の観察することがわかっている．Accot と Zhai は経路の全長 A 幅を利用した実験系において，人間がドットを動かした際のW の経路を通過する時間（MT）が次の式（１）の関係にな運動を観察する場合と，機械的な等速運動を観察する場合ることを示している．

を比較した[6]．その結果，人間による動きを観察するとき

MT = a + b

のみ運動伝染が生じる事が確認され，人間的な運動を観察

𝐴

(1)

𝑊

することが運動伝染を引き起こす上で重要であることが示

式中の a，b は実測値の分析によって決定される定数あり

唆された．また Bouquet らは，観察する運動の目標が明示

フリーパラメータと呼ばれる．また𝐴⁄𝑊 はタスクの難易度され，どのような運動が実行されるかを観察者が認知できを表す指標となり，index of difficulty（ID）と呼ばれる．つることが運動伝染の影響量を増幅させることを示唆した

まりステアリングの法則に基づくと，経路の全長 A が長く[7]．彼らの実験では，被験者は自ら運動しながら実験者がなるか経路幅 W が狭くなることで経路を通過する難易度

用意した俳優が被験者とは異なる運動を実行するのを観察

ID が上昇し，通過時間 MT が長くなる．

する．このとき，あわせて俳優の運動の目標を表す点を被験者に示すかどうかで運動伝染の生起量の違いを分析した．

また，経路の幅 W に対する移動速度 V は以下の式（2）で表現される．
V = a + b W

その結果，目標点を提示した場合に運動伝染が変化した．

(2)

また俳優の運動を提示せずに目標点のみ提示する条件では，

すなわち，経路内の運動速度は経路の幅 W に依存しており，運動に変化が生じなかったことから，単なる目標点の有無

W が大きいほど速くなり，幅が小さいほど遅くなるというではなく，目標に向かった運動であるか否かが運動伝染に関係がある．

影響することが示唆された．

Yamanaka らは，2 種類の幅の経路が直線的に連結した場

Ikegami らは，予測誤差を伴う運動を観察することによ合の操作性能について報告している[27]．彼らの研究では，る新しい運動伝染について報告している[11]．彼らは観察

経路幅が細くなるか，太くなるか，一定であるかによらずする運動が予測通りか予測に反するかによって，生じる運に，以下の式（３）に示す前半の経路の難易度（ID1 ＝𝐴1 /𝑊1 ）動伝染の方向が変化することを示唆した．彼らの指差し運と後半の経路の難易度（ID2 ＝𝐴2 /𝑊2 ）を加算するモデルで動を用いた実験では，被験者は画面上に横方向に並列されも十分高精度にモデル化できることが確認された．

た 3 本の縦線の内，中央の線をタッチする課題と，実験者

MT = a + b (𝐼𝐷1 + 𝐼𝐷2 )が用意した俳優が同じ課題を行っている映像を観察する課

ただし，単一の経路を通過する場合と比較すると，ユーザ

題を交互に行った．この時，俳優は中央の線ではなく右（まが後半の経路を先読みして挙動を変化させていたことが観たは左）の線付近をタッチしたが，被験者には俳優の目標察された．具体的には，前半の経路では後半の経路に備えについて条件ごとに別の内容が伝えられた．
「俳優は右（まて，運動速度を抑制することが確認された．

たは左）の線を狙っている」と伝えられた被験者は，予測4. 実験デザイン

した通りの俳優の運動を観察し，従来の運動伝染と同様に(3)

俳優の運動に引っ張られるように運動が変調された．一方

従来の Pseudo-haptics に関する実験では，視覚対象（マウで，「俳優は真ん中を狙っている」と伝えられた被験者は，スポインタなど）の運動をソフトウェアにより変調する手予想に反する俳優の運動を観察し，俳優の運動とは逆方向

法が主に採用されている．しかしこの手法では視－力覚間に運動が変調された．この結果は観察する運動に対する予

衝突と，運動予測と視覚的運動結果との不一致の両方が発測と実際に観察した運動結果との不一致が，自身の運動に生するため，本研究が対象としている後者のみの影響を純© 2019 Information Processing Society of Japan114

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粋に検証することは難しい．そのため，視－力覚間の衝突を起こさずに，運動予測と視覚的運動結果とが一致しない状況を作る必要がある．
そこで我々は運動伝染（motor contagions）を用いてその状況を作ることを試みた．この運動伝染が観察者の運動に与える影響を利用することで，本研究を進める上での課題を解決することができる．なぜなら，運動伝染が生じると観察者の運動は無意識的に変調されるため，被験者の予測とは異なる運動結果が生じる．しかし，その運動結果は観察者本人の運動によって生じたものなので，視－力覚間の感覚情報の一致性は保たれたままである．故に，視－力覚間の衝突を避けつつ運動予測と視覚的運動結果との不一致を生じさせられるためである．
また，一般的な運動伝染は，自身が実行する運動と類似

図 1 実験でのタスクの構成（A：ステアリングタス
ク，B：観察タスク，C：各セッションの順序）はするが一致しない他者の運動を観察すると，自身の運動が観察した運動に近づくように変調されることが知られている．一方 Ikegami らは，他者の運動の結果を被験者に事前に予測させた上で，その予測と異なる運動結果を観察させると，観察した運動に近づくのではなくむしろ離れるよ
うに変調されることを示している．
これらの結果，観察者の運動は，予測と反する運動を観察させるか，予測通りの運動を観察させるかの違いによって，生じる運動伝染の方向を制御できることとなる．
以上の考察に基づいた実験デザインについて説明する．
本実験では，マウスを用いたポインタ操作（ステアリング
タスク）において，被験者に画面上で他者のポインタ操作を観察させることで運動伝染を引き起こし，被験者のポイ
ンタ操作運動を変調する．その際に被験者が外力を感じれ

図 2 経路条件（A: 狭まる経路, B: 拡がる経路）

ば，力覚情報が視覚情報によって変容されなくとも運動結が連結した経路を用いると，変化する経路幅に備えて被験果と運動予測とが一致しないことによって擬似的な外力知

者が自ら運動速度を変化させることが先行研究によって確覚が引き起こされたと言え，仮説を立証できる．

認されている[27]．そのため，経路幅の変化によって自身のまた，実験では被験者を，予測と反する速度変化を観察

運動・他者の運動ともにその速度変化を被験者は予測できする「予測誤差ありグループ（prediction error：PE）」，予測

るものと我々は前提する．具体的には，後半に幅が狭まる

通りの速度変化を観察する「予測誤差なしグループ（no経路（図 2-A）では後半から運動が減速し，幅が拡がる経prediction error：nPE）」，および観察を行わない「対照条件路（図 2-B）では加速すると被験者が予測すると我々は仮グループ（control：CON）」の 3 グループに分け，グループ定した．

間での結果を比較した．

そこで PE グループ及び nPE グループの被験者には観察

実験は，被検者自らがステアリングタスクを行う「ステセッションにおいて，経路幅の変化から予測される運動とアリングセッション」と，他者が行ったステアリングタス

実際に観察する運動結果が一致するか否かによって方向のクの記録映像を観察する「観察セッション」からなり，PE

異なる運動伝染を生じさせ，自身の運動に対する運動予測および nPE グループの被験者はそれぞれのセッションに交と運動結果の対応関係を歪ませた後，ステアリングセッシ

互に参加した．CON グループの被験者はステアリングセッョンにおいてその対応関係の不一致を外力として知覚するションのみに参加した（図 1）．

か否かを調査するため，タスク完了直後に，後半の経路内

ステアリングセッションでは，ポインタを操作して 2 種
類の幅の経路が連結した経路（図 2）を通過するステアリ
ングタスクを行わせた．ステアリングタスクでは，通過する経路の幅に応じて経路内での被験者による運動の速度が変化することが分かっている[1]．また，2 種類の幅の経路© 2019 Information Processing Society of Japan

で感じた外力の強度と方向を被験者に報告させた．

5. 実験
5.1 装置
本実験では，映像呈示用の液晶ディスプレイ（Dell U2410,

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24 インチ, 518.4×324.0 mm, 1920×1200 pixels）と入力用のッションを連続して実施する必要があり，各セッションのマウス（Microsoft MSK-1113）を用いた．被験者はディスプ

前に実力覚提示などを提示し基準となる力の大きさを学習

レイの正面に置かれた椅子に座り，利き手でマウスを操作させることができないためであった．

した．実験中マウスおよびこれを操作する被験者の手は衝

5.2.3 観察セッション

立によって被験者の視界から隠されており，被験者はディ

各セッションは 10 回の観察タスクからなる．ポインタ

スプレイに呈示される映像のみを見た（図 1）．

の運動には，事前に記録しておいた他者が行うステアリン

5.2 タスクグタスクでの運動データを用いた．また被験者が観察する

5.2.1 経路条件

映像には背景の経路とポインタの運動のみが含まれ，操作

本研究のタスクはマウスによって十字型のポインタを者やマウスの姿は含まれなかった（図 1-B）．

左側の青いエリアから右側の緑のエリアまで，白色の経路

観察セッションで使用するポインタの運動として，加速の中を通って水平方向に移動させるものであった．このと運動と減速運動の 2 種類を作成した．これらは 1 名の実験

きの経路は中心で黄色の直線によって左右に区切られ，経協力者（以降，これを俳優と呼ぶ）が本研究の 2 つの経路

路の全長は 388.8 ㎜（𝐴1 = 𝐴2 = 144.4 ㎜）であった．十字条件でステアリングタスクを行った運動データから作成さ型のポインタのサイズは 8.1 ㎜×8.1 ㎜であった．また，経れた．俳優には実験の意図は知らせておらず，俳優が行っ路条件として狭まる経路（図 2-A）と拡がる経路（図 2-B）

たステアリングタスクは，Path2 で力を感じるかもしれなの 2 種類の条件を設定した．前半の経路幅（𝑊1 ）と後半の

いと伝えられなかったこと以外は全て被験者が行ったタス

経路幅（𝑊2 ）は経路条件ごとに設定された．図 2-A に示す

クと同じ条件で行った．

狭まる経路は後半の経路区間（Path2）が前半（Path1）より加速運動は拡がる経路での俳優の運動データ 20 サンプ

幅が広い経路条件（𝑊1 > 𝑊2 ）である．この狭まる経路にルから実験者が 1 サンプルを選定した．使用する運動デー

おける前半の経路幅𝑊1 は 32.4 ㎜で，𝑊2 は𝑊1 の半分の 16.2.

タには垂直方向のばらつきが小さく水平方向の速度が平均㎜であった．また図 2-B に示す拡がる経路は Path2 が Path1

値に近いサンプルが採用された．採用された加速運動のより幅が広い経路条件（𝑊1 < 𝑊2 ）である．この経路でのPath1 での水平方向の平均速度は 166mm/s で，Path2 での平条件は𝑊2 以外すべて狭まる経路と同じであった．拡がる経均速度は 256mm/s であった．

路における𝑊2 は𝑊1 の 2 倍で，64.8 ㎜であった．
5.2.2 ステアリングセッション
各セッションは 1 回のステアリングタスクからなる．このステアリングタスクでは被験者はマウス操作によってポ

また減速運動は狭まる経路での運動データ 20 サンプルから 1 サンプルを選定した．採用された減速運動の Path1での水平方向の平均速度は 158mm/s で，Path2 での平均速度は 104mm/s であった．

インタを青色エリアから緑色のエリアまで白色の経路内を運動伝染は観察者が本来行うであろうものとは異なる運通って移動させた．その際，被験者はポインタを白色の経動を観察する際に誘発されることが先行研究で示されてい路からはみ出させずにワンストロークで経路を通過させるるため，被験者の運動が減速すると予想される狭まる経路

ことが求められた．

でステアリングセッションを行う場合は加速運動を観察し，なお，5.3 節にて後述するように，実験前に被験者は後半

反対に加速すると予想される拡がる経路で行う場合は減速の経路（Path2）では進行方向と同じか逆方向に力を感じる

運動を観察した．また，nPE グループと PE グループとで可能性があると説明を受けた．しかし，実際には実験者には，観察するポインタの運動自体は同じであったが，観察よる外力の提示及びポインタの視覚的運動結果の変調は一セッション中の背景の経路条件が異なっていた．nPE グル

切行われず，経路内のどの位置でもマウスの入力値（実際ープの被験者は俳優がステアリングタスクを行った経路との手の運動）とポインタの移動量（視覚的運動）の対応関

同じ経路でポインタの運動を観察した．この経路条件から，係は同じであった．各ステアリングセッションの後に被験

被験者は俳優の運動が加速（または減速）することを予測者は Path2 で感じた力の大きさを-5～+5 の 11 件で回答しし，実際にも加速（または減速）する予測通りの運動を観た．スケールは進行方向に同じ側の力（右側）を正，逆側察するため予測誤差が生じないと我々は予想した．一方で，の力（左側）を負としてそれぞれ 5 段階とした．またまっPE グループの被験者は俳優がステアリングタスクを行っ

たく力を感じなかった場合は 0 と回答した．

た経路と反対の経路でポインタの運動を観察した．この経

なお，本研究では力が加えられていない状態でのポイン路条件から，被験者は俳優の運動が加速（または減速）す

タの運動のみを被験者に事前に学習させ，実力覚提示などることを予想し，実際には減速（または加速）する予測にを用いて-5～+5 までの力の大きさの標準化を行わなかっ

反する運動を観察するため予測誤差が生じると予想した．

た．そのため被験者は自らの主観評価で決定した数値を回

5.3 手続き答した．標準化を行わなかった理由は，運動伝染を引き起

全被験者は 2 つの経路条件での実験に参加した．参加すこすためには，5 回のステアリングタスクと 4 回の観察セる条件の順番は各グループ内でカウンターバランスされ，© 2019 Information Processing Society of Japan116

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数分間のインターバルをはさんだ後，続けて実施された．

速度変化をする俳優の運動の観察による運動伝染について

各経路条件での実験開始前に被験者は実験について以評価するためにステアリングセッションでのポインタの移下の説明を受けた後にトレーニングセッションに参加した．


マウスのドラッグ操作を用いて，画面上のポインタを

動速度の変化を分析の対象とした．
速度の分析手法として，記録されたマウスの入力値から，左端の青色のエリアから右端の緑色のエリアまで白経路内でのポインタの水平方向の運動速度を計測した．まい経路内を通って移動させるタスクを実施します．

た，観察回数によってポインタの移動速度にどのような変マウスは途中で止めずにワンストロークで動かし，ポ化が生じるかを調べるために，Path1 での平均速度（𝑉1 ）とインタが上下の壁にぶつからないようにして下さい．

Path2 での平均速度（𝑉2 ）から以下の（4）式で表す経路間

なお，後半の経路内では進行方向と同じ側か逆側のどの速度の対数比（RV）を計算した．

ちらかに外力が加えられる可能性があります．


RV＝𝑙𝑜𝑔2 (各試行後に感じた外力の大きさを進行方向と同じ側

𝑉2
𝑉1

)

(4)

に力を感じた場合は正，逆側に力を感じた場合は負と対数比を用いた理由は，Path1 の平均速度より Path2 での平し， -5～+5 の数値で回答してください．数値は主観

均速度の方が速い場合と遅い場合で数値に対称性を持たせ評価で決めていただきますが，より強い力を感じた時るためであった．RV が正の場合，Path2 での平均速度がに絶対値の高い数値を回答してください．また，全く

Path1 の平均速度より速かったことを表し（V1 ＜V2 ），RV が力を感じなかった場合は 0 と回答して下さい．

負の場合，Path2 での平均速度が Path1 の平均速度より遅かはじめにマウス操作に慣れるためのトレーニングセ

ったことを表す（V1 ＞V2 ）．ステアリングの法則に従えば，ッションを行います．このトレーニングセッションで

経路内の運動速度は経路幅に依存するため，被検者が狭まは外力は加えられていません．

る経路条件でステアリングタスクを行う時は，𝑉2 は Path1

トレーニングセッションでは，幅が変化しない経路（𝑊1 =での𝑉1 よりも遅くなり，拡がる経路条件でタスクを行う時

𝑊2 = 32.5 ㎜）においてステアリングタスクを無制限で体は，𝑉2 は𝑉1 よりも速くなることが予想される．ただし，前験できた．

述したように被験者が運動を抑制することなどが起こり得

各経路条件での実験では，nPE・PE グループの被験者はるため，完全に経路幅に依存する訳ではないと考えられる．

ステアリングセッション 5 回と観察セッション 4 回に交互

この RV および各セッションで被験者が回答した力覚量に参加した．CON グループの被験者はステアリングセッシ

について，グループ（3 水準）と経路条件（2 水準）とステョン 5 回にのみ参加した（図 1-C）．

アリングセッションの回数（5 水準）で混合計画の三要因

各ステアリングセッションは以下のような手順で行われ分散分析（Three-Way ANOVA）を行った．多重比較は Ryan

た．各試行の開始前に画面には現在のセッションで用いるの方法を用いた．

経路条件の背景のみが表示され，被験者はマウスを初期位

5.5 参加者

置に置くように指示された．マウスが初期位置にあること

実験には 22 歳から 24 歳の大学生 30 名（男性 24 名，女を実験者が確認したのちに，スタート地点（青色エリア）

性 6 名）が参加した．全ての被験者は正常な視力または矯にポインタを呈示した．被験者がマウスのボタンを押すと正視力を有し，右利きであった．彼らは PE，nPE およびタスクが開始され，被験者はボタンを押したままポインタ

CON の各グループに 10 名ずつランダムに割り当てられた．

をゴール地点（緑色のエリア）まで移動させ，その後ボタ

5.6 結果ンを離した．その後に Path2 で感じた力覚量を口頭で回答

5.6.1 運動速度の変化

した．回答後は間を置かずに，nPE・PE グループは観察セ

表 1 に各グループ×経路条件の 6 条件での第 1 セッショッションに移行し，CON グループは次のステアリングセッ

ンと第 5 セッションの前後半の経路内での平均速度（𝑉1 , 𝑉2 ）ションに移行した．5 回目のステアリングセッションが終及び RV を示す．第 1―第 5 セッション間で𝑉1 を比較する

了するとその経路条件でのタスクが終了となった．

と，加速運動を観察した「PE×狭まる経路」と「nPE×狭ま

各観察セッションは以下のような手順で行われた．各試る経路」の 2 条件では増加し（表 1-A)，減速運動を観察し行の開始前に画面には現在のセッションで用いる経路条件

た「PE×拡がる経路」と「nPE×拡がる経路」の 2 条件での背景のみが表示された．実験者の合図とともに，ポインは減少している（表 1-B）．一方で，𝑉2 に注目すると，グルタの運動が提示された．セッションの間，被験者は手を動ープによって加減速の仕方に変化が生じ，nPE グループでかさずに，自動的に動くポインタに注目した．ポインタのは𝑉1 以上の増減が生じたのに対して，PE グループでは増減

運動は続けて 10 試行分提示された．観察が終了すると直が抑制された．ただし「PE×狭まる経路」ではほとんど増ちに次のステアリングセッションに移行した．

加しなかったのに対し，「PE×拡がる経路」では𝑉1 の減少率

5.4 分析手法

に近い減少がみられた．CON グループでは，経路条件によ本研究では，被験者自らが行うであろう運動とは異なる© 2019 Information Processing Society of Japan

らず𝑉1 , 𝑉2 の双方が増加した．これにはタスクに対する学

117

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習効果が影響した可能性が考えられる．ただし，CON グル

表 1ープでは RV や被験者の力覚知覚にセッション間の有意差

比較. 数値は𝑉1 , 𝑉2 , RV の平均値を表し， 𝑉1 と𝑉2 の単位は確認されなかった．このことから，この学習効果によるは mm/s である．また括弧内の数値は標準誤差を表す．

RV や力覚知覚の分析結果への影響はないと判断した．

第 1 セッションと第 5 セッションでの平均速度の（A：狭まる経路，B：拡がる経路）

次に，速度比 RV の分散分析では経路条件による主効果[F(1, 27) = 30.218, p < 0.001]と，三要因（2 次）の相互作用[F(8, 108) = 2.220, p = 0.031]が確認された（図 3）．また，各グループでの経路×セッション回数の単純交互作用の多重比較では，nPE において単純交互作用[F(4, 108) = 4.086, p =0.004]が確認された．したがって各グループ×経路条件の 6
条件でセッション回数による単純・単純主効果の検定を行った．その結果，nPE グループの拡がる経路条件でのみセッション回数による単純・単純主効果[F(4, 216) = 3.322, p =0.012]が確認された．また単純・単純主効果についての多重比較の結果，第 1－第 5 セッション間[p < 0.001]に有意差が確認された（図 3-B）．
「PE×狭まる経路」[ F(4, 216) = 1.054,
p = 0.381]や「nPE×狭まる経路」[F(4, 216) = 1.687, p = 0.247]
でもセッション回数を重ねるにつれて RV が変化する傾向が見られたが，有意な差ではなかった（図 3-A, 表 1）．その他の 3 条件では実質的な変化は起きなかった( p > 0.50)．
5.6.2 主観的な外力知覚
図 4 にタスク中に被験者が感じた外力の推移を表す．観
察によって運動の変化が確認された「PE×狭まる経路」，「nPE×狭まる経路」，「nPE×拡がる経路」の 3 条件では，観察回数が増えるにつれて運動の変化と同じ方向に外力を感じる傾向が確認された．またこの 3 条件での第 5 セッシ
ョンで回答されたスコアの最大絶対値は 4 であった．ただし，回答された外力の平均値は決して大きくはなく，最も強い外力が報告された「PE×狭まる経路」の第 5 セッショ
ンでのスコアの平均値は-1.50 であった（図 4-A）．また，30名の被験者のうち 3 名(PE：1 名，CON：2 名)が全てのセッ
ションにおいて全く力を感じなかったと回答した．
また本研究では回答するスコアの大きさについて標準

図 3 被験者の運動速度の対数比（RV）の変化．（A：狭化を行えなかったため，各被験者が回答した数値の最大絶まる経路，B：拡がる経路）．各点は RV の平均値を表

対値でその被験者のスコアを割ることで，スコアの大きさ

し，エラーバーは標準誤差を表す.

の正規化を行った（図 5）．この正規化した値においても前

プ×経路条件の 6 条件でセッション回数による単純・単純

述した 3 条件では，観察回数が増えるにつれて運動の変化

主効果の検定を行った．その結果，「PE×狭まる経路」でのと同じ方向に値が推移する傾向が確認された．

みセッション回数による単純・単純主効果[F(4, 216) = 3.164,

以上から，回答するスコアの大きさには個人差によるば

p = 0.015]が確認された．多重比較の結果，第 1－第 4 セッ

らつきが生じており，全体として被験者が感じた外力の大ション間[p = 0.003]と第 1－第 5 セッション間[p = 0.003]に

きさは決して大きくはないが，誘発された運動の変化に伴有意差が確認された（図 4-A）．
「nPE×狭まる経路」[F(4, 216)

った外力を感じる傾向にあったと判断した．

= 1.687, p = 0.154]や「nPE×拡がる経路」[F(4, 216) = 1.696,

また，被験者が回答した力覚量についての分散分析では

p = 0.152 ]においてもセッションを重ねるにつれて感じる

グループによる主効果[F(2, 27) = 4.756, p = 0.017]と，三要力覚が変化する傾向が見られたが，有意な差ではなかった．

因の相互作用[F(8, 108) = 2.178, p = 0.035]が確認された（図その他の 3 条件では実質的な変化は起きなかった( p > 0.50)．

4）．また，各グループでの経路×セッション回数の単純交

さらに正規化された値について分散分析を行ったとこ

互作用の多重比較では，nPE において単純交互作用[F(4,ろ，グループと経路条件間の交互作用のみが確認された108) = 2.448, p = 0.040]が確認された．したがって各グルー[F(2, 27) = 4.668, p = 0.018]．また単純主効果の分析では，狭© 2019 Information Processing Society of Japan118

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6. 考察
6.1 運動速度の変化についての考察
実験の結果，観察回数が増えるにつれてマウス操作の運
動速度が変化することが確認された．nPE グループの被検者の運動は観察した運動に近づくように変化し，PE グルー
プの被検者の運動は観察した運動から離れるように変化した．この結果は Ikegami らの研究結果[11]を支持しており，
背景の経路条件から得られた予測と実際に観察した運動に差があるか否かが運動の変化に影響したと考える．ただし，生じた運動の変化は各条件によってばらつきがあることが確認された．例えば，「PE×拡がる経路」では予想と反して加速する方向への運動の変化が確認されなかった．その理由として，拡がる経路条件が「Path2 で加速するはず（減速
しないはず）」という予測を与える要因として不十分で，被験者間で予測誤差が生じるか否かに差が生じたことが要因
図 4 タスク中に被験者が感じた外力の推移．
（A: 狭であると考える．経路が広くなったからといって必ず加速まる経路, B: 拡がる経路）．×は被験者が回答した

するとは限らず，操作者の意思で等速のまま動かすことも

スコアの平均値を表す．

減速させることも容易であるため，経路が拡がれば加速するという予測は働きにかったと推察する．逆に狭まる経路
では加速する運動を再現するのは難しく，「Path2 で加速しないはず」という予測が十分に働いたために，「PE×狭まる経路」では減速方向の運動伝染が誘発されたと推察する．
また，nPE グループでは双方の経路条件で観察する運動に近づく変化が確認されたが，狭まる経路では広がる経路に比べて変化が小さかった．この理由としては，狭まる経路で加速することの難しさが影響したのではないかと考える．ステアリングの法則に従えば，通過する経路幅が狭いほど通過する難易度が上昇し，通過する速度は抑制される．
したがって，狭い経路内で速くなる方向の変化が生じた「nPE×狭まる経路」では，被験者は速く運動することに難しさを感じ，自ら速度を抑制していた可能性が考えられる．
以上から，実験条件によってばらつきは認められるものの，被験者の運動が，他者の運動の観察によって変化すること

図 5 各被験者が回答した数値の最大絶対値で正規化が確認され，本実験環境において運動伝染が生じたと考察した外力の推移．（A: 狭まる経路, B: 拡がる経路）．

できる．特に，減速する方向に変化した「PE×狭まる経路」

×は平均値を表す．
まる経路でのグループによる主効果[F(1, 54) = 6.504, p =0.003]と PE グループにおける経路による主効果[F(1, 27) =8.219, p = 0.008]が確認された．狭まる経路におけるグルー
プの単純主効果についての多重比較の結果，PE－nPE 間（p< 0.002）と PE－CON 間（p < 0.005）に有意差が確認された．また，正規化する前と同様に，セッション回数による単純・単純主効果を調べたところ，「PE×狭まる経路」[F(4,216) = 1.640, p = 0.165 ]，「nPE×狭まる経路」[F(4, 216) =2.141, p = 0.077 ]，「nPE×拡がる経路」[F(4, 216) = 1.366, p= 0.247]では被験者が感じる力覚量が変化する傾向が見られたが，有意な差ではなかった．

© 2019 Information Processing Society of Japanと「nPE×拡がる経路」では運動の変化が顕著であった．
6.2 主観的な外力知覚についての考察
観察による運動の変化が見られた「PE×狭まる経路」，「nPE×狭まる経路」，「nPE×拡がる経路」の 3 条件に注目
すると，生じた運動の変化と同じ方向に外力を感じる傾向が確認された．この結果は運動伝染によって生じた無意識的な実運動の速度変化を被験者が外力として解釈したことを示唆する．このことから，視－力覚間衝突が生じない状
況であっても，視覚的運動結果と予測との差を認知することで外力の錯覚が生じ得るといえる．
また，nPE グループでは運動速度の変化に対して知覚される外力の増加量が小さい傾向にあった．その理由として119情報処理学会 インタラクション 2019
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は，運動の変化に対する視覚的な慣れが影響した可能性がる本研究で得られた知見と今後の展開について議論する．

ある．Honda らの研究では学習によって運動結果を予測し本研究では，視－力覚間衝突が生じない状況においてもやすくなると疑似的な外力を感じにくくなることが示唆さ

運動伝染を用いて運動予測と運動結果とに不一致を生じされている[10]．本研究においてもこれと似た影響が生じたせることよって疑似的な外力を提示できる可能性が示唆さと考察できる．すなわち，観察した運動に近づくように運れた．Pseudo-haptics を視－力覚間衝突によって生じる力覚動が変化した nPE グループでは，生じた加減速について視の変調と定義するならば，本研究の運動予測の変調によっ

覚的に慣れていたことで変化を認識しにくい状況であったて生じた疑似的な外力は厳密にはその定義からは外れる．

と推察する．逆に，観察した運動から遠くなるように運動

しかし，従来の視覚情報を変調することで生じた Pseudo-が変化した「PE×狭まる経路」では，変化を認識しやすく

haptics においても外力として解釈される上では本研究と同

強い力覚を感じたと推察する．

様に運動予測と運動結果との差の認知が重要な要因となっ7. 制約と課題ていると考えられる．すなわち，本研究の結果から考察す
ると，Pseudo-haptics による外力の錯覚は，視－力覚間衝突

本実験では，他者の運動の観察によって被験者の運動がによって力覚情報が変容された際に，その運動結果が予測変化することとそれに伴って被験者が疑似的な外力覚を感した運動と異なると認識することによって生じる現象であじる傾向にあることが確認されたが，観察による被験者のると考えられる．また，予測と異なると認知されなかった運動の変化は条件間でばらつきがあった．その要因につい場合は，随意運動の結果として解釈され，空間知覚の錯覚ては前章で考察を述べたが，今後は考察をもとに更なる検[18][30]などが生じると考えられる．

証を行い，観察する条件によってどのような運動伝染が生運動予測と運動結果との一致性の認知は Sense of Agency

じるかを事前に確認した上で，運動伝染がどのような疑似の重要な生起要因であるので，本研究の結果は Sense of的な外力覚を生み出すのかを詳細に明らかにする必要があ

Agency と疑似的な外力知覚は相対的な関係にあることをると考える．また，外力知覚の主観評価は被験者毎のばら示唆している．具体的には，Sense of Agency が感じられにつきが大きく，観察による評価への影響は全体としてそれ

くくなることが疑似的な外力知覚の要因となり，外力を錯ほど大きなものではなかった．加えて本実験では実験設計覚する上で視－力覚間衝突が必須条件ではない可能性が実の都合上，本研究の手法による外力の知覚量を実力覚や従験から確認された．この結果は，スポーツやリハビリテー

来手法と比較することができなかった．したがって，本実ションなどで注目されるアクチュエータや VR による運動

験環境で被験者が感じた外力の知覚量が具体的にどの程度支援技術[12][23]を，運動精度の向上させる目的で使用するのものであったかについては実力覚や従来手法と比較でき場合に注意が必要となる可能性を示唆している．なぜなら，る実験を設計し，今後明らかにする必要がある．

これらの技術によって支援された運動に Sense of Agency をまた，本実験で被験者が回答した主観評価の数値が全体獲得した後に，運動支援を解除されると，運動予測と運動的に低かった要因の１つとして，入力デバイスとして一般

結果との対応関係が変わり，その差を疑似的な外力をとし的なマウスを用いたために，実際は外力が加えられていなて解釈する可能性があるためである．特に精度が求められいことを被験者が経験的に理解していたことが認知バイア

る運動の上達には，運動予測と運動結果の対応関係を正確スとして強く働いた可能性が考えられる．その他にも，外に認知し Sense of Agency を高めることが重要となる．した力の錯覚には操作対象の見た目や実行する運動の様相，過がって運動精度の向上させる運動支援技術をデザインする

去の経験に基づいた先入観，質感を表象させるようなメタ上では，支援している時としていない時で運動予測と運動

ファーの存在など様々な要因が関与すると考えられる．し結果との一致性をどのように維持するかが重要な課題となたがって，今後はデバイスの物理的特性や，操作対象の見ると予想される．こうしたデザインに本研究の知見が具体た目などが結果にどのような影響を及ぼすかを解明し，的にどう活かせるかを示すためには更なる検証を行う必要

Pseudo-haptics を利用したインタフェースの設計に本研究があるが，本研究で行った運動予測の変調のようにユーザの知見をどのように展開できるかを検証したい．

の予測を上手く制御することが重要な意味を持つと考えら

8. 議論

れる．今後はさらなる調査を行うことで，運動精度を向上

前章で述べたように，本研究の実験設計や得られた分析
結果には今後解決しなければならない課題が少なからず存させる運動支援技術に本研究の知見を応用したい．

9. 結論

在する．しかし，本研究での取り組みは，運動予測を変調

本研究では，視－力覚間衝突によって生じる錯覚現象とすることによる新たな疑似的な外力の提示手法を発見した

して知られる Pseudo-haptics が外力として解釈される条件

ことに加え，Pseudo-haptics の生起要因の解明につながる内は運動予測と運動結果の差を認知することであるという仮容であると言える．本章では，Pseudo-haptics の生起に対す説の検証を試みた．その方法として，運動伝染によって生© 2019 Information Processing Society of Japan120

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じた運動予測と運動結果との差が外力として解釈されるかを調査した．実験では，マウス操作によるステアリングタ
スクにおいて，他者の運動の観察によって生じた運動伝染が被験者の運動及び Pseudo-haptics の解釈に与えた影響を調査した．その結果，観察回数が増えるにつれて，マウスの運動速度が変化することが確認された．また，その変化は観察する運動が予測通りか否かによって方向が異なることが確認された．さらに，その運動速度の変化と同じ方向の外力を被験者が感じる傾向にあることが確認された．これらの結果から，視－力覚間衝突が生じない状況であっても，運動予測と運動結果との差が外力として知覚されることが示唆された．ゆえに Pseudo-haptics についても，運動
予測と運動結果との差を認知することが外力の錯覚が起きる重要な要因であると結論付けた．
謝辞

実験にご協力頂いた皆様に，謹んで感謝の意を表する．本研究は JST, CREST, JPMJCR17A3 の支援を受けたものである．

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