立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第29号) 2020

[ 研究助成 (C) ]自身の運動にリンクした音情報提示における知覚的側面の解明
Pereception of sound generated by self- movement2197001

研究代表者

東京大学大学院

総合文化研究科

博士課程

遠藤希美

面ではボタンを押すのみならず，手指の細かな[研 究 の 目 的]制御が求められる運動や，逆に歩行のように半音を聞くという行為はわれわれの日常生活にば自動的に制御される運動もある。

欠かせないものである。例えば，話す，楽器を特に，手指の細かな制御による音生成は，楽演奏する，ドアをノックするなど，運動に伴っ器演奏経験などに影響される可能性がある。ピて音を発生させ，その音をフィードバックとしアノの打鍵のコントロールのように，人間がて聞き，次の運動を逐次修正する。このメカニ

力発揮によって音の強さを調整する場合，出ズムを応用した運動支援システムも開発されて力の大きさと音の強さは増加関数となるいる。ここで，自身の運動に伴った音をどのよ(Kinoshita, et al., 2007)。演奏家はこうした力うに知覚するかを明らかにすることは，VR や−音圧関係を学習しているため，運動の強弱が電子楽器などの技術においてどのような音情報音圧の大小の知覚に影響を及ぼす可能性は高い。

を呈示するか，よりクオリティの高いパラメー

こうした運動の特性および経験の違いによって，タ設定に繋がるといえよう。

自己生成音の知覚の特性が変容することもある

人間は音を知覚するとき，聴覚単体のみならだろう。そこで本研究は，手指の細かな運動制ず視覚や触覚といった他の感覚情報を手がかり御による自己生成音知覚における運動出力の変にしている。楽器演奏や発話など，自身の運動化および経験の影響 (研究 1)，半ば自動的なによって音が生成される場合，その運動指令情運動である，歩行よる自己生成音に対する知覚報および体性感覚もまた知覚の重要な手がかり

特性 (研究 2) を明らかにすることを目的としの一つであると考えられている。特に，音の大た。

きさと運動の関係において，ボタン押しのよう[研究の内容，成果]な運動により生成された音 (自己生成音) は，物理的に全く同じ大きさの音であっても，ただ音を聞く場合と比較し，小さく聞こえることが研究 1：手指の細かな運動制御による自己生成

あ る (減 衰 効 果：Weiss, et al., 2011)。ま た，

音知覚における運動出力の変化および知覚の一般的な注意を反映する脳波の聴覚誘発

経験の影響

電位 (AEP) の N1 の振幅が減衰することが知研究 1 では発揮する力の大きさの異なる運動られている (Horváth, 2015)。しかし，これま課題を行い，音圧知覚テストを組み合わせるこでの研究は，「ボタンを押すか・押さないか」とにより，運動に伴う音の音圧知覚の関係を調という単純なパラダイムであった。日常生活場

べた。さらに，音楽家と音楽未経験者で比較し，― 1 ―立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第29号) 2020

経験の度合いを検討した。
方法

実験参加者：健常成人 18 名 (一般群) とピア
ノ演奏家 18 名 (演奏家群) が実験に参加した。
音楽大学のピアノ専攻に在学または卒業している者を演奏家群とし，楽器演奏経験のない参加者を一般群とした。
実験手続き：実験参加者の基本的な課題は，2つの音刺激 (標準刺激と比較刺激) の大きさを比 較 す る こ と で あ っ た。標 準 刺 激 呈 示 か ら1000 ms 後に比較刺激を呈示した。実験参加者には比較刺激が標準刺激より大きく聞こえたか

図 1 1 試行の流れ (A)，呈示された視覚フィードバック(B)。

小さく聞こえたかをコンピュータのキーボードを用いて回答するよう教示した。この手続きを

わち，圧センサの値が指定した閾値に達すると運動あり条件および運動なし条件の 2 つの条件標準刺激が呈示された。標準刺激が呈示されたに対して行った。

らすぐさま圧センサから指を離すよう教示した運動なし条件は，運動あり条件で取得した視(図 1)。

覚データを使用するため，必ず運動あり条件の圧センサの閾値は 1 N と 4 N とし，これを後に行われた。全体の試行数は，運動要因 2 条力発揮要因の 2 条件とした。ディスプレイに呈件 (運動あり・なし)×力発揮要因 2 条件 (1示されるターゲットの高さは 1 N でも 4 N でN・4 N)×比較刺激の音圧レベル 7 段階 ×10も一定であった。

試行で 280 試行であった。
音圧弁別課題 (運動なし条件)：実験参加者が音圧弁別課題 (運動あり条件)：指の運動 (圧圧センサを押さないこと以外は運動あり条件とセンサを押す) に伴って標準刺激を呈示した後，同じであった。代わりに机上に右手を置いた。

比較刺激を呈示した。実験参加者はモニターの運動あり条件で記録した視覚フィードバックを前 に 座 り，右 手 の 示 指 を 圧 セ ン サ (USL06-呈示し，× 印がターゲットに到達すると標準H5-50N-D-FZ，テック技販) の上に乗せ，左刺激を呈示した。その 1000 ms 後に比較刺激

手はコンピュータのキーボードの矢印キーの上を呈示した。に乗せた。圧センサのデータは専用のアンプ(DSA-03A，テック技販) で 5 Hz のローパス

刺激：刺激は全て 250 ms の長さの 1000 Hz のフィルタをかけた後 A/D 変換し PC で記録し純音であった。標準刺激の音圧レベルは 65 dBた。データの取得，音の呈示，視覚フィードで一定であった。比較刺激の音圧レベルは，62

バック呈示には MATLAB を用いた。

dB から 68 dB まで 1 dB ずつの 7 種類であった。

実験参加者には，モニター上に呈示された刺激は全てヘッドフォンから呈示された。

ターゲットに × 印の中心を合わせるように教示した。× 印は圧センサを押すことによって解析方法：実験参加者個人の弁別能力，および動いた。ターゲットに × 印が到達する，すな

標準刺激がどのくらいバイアスされたかを調べ― 2 ―立石科学技術振興財団

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るため，実験心理学の古典的な指標である丁度可知差異 (JND) および主観的等価点 (PSE)を算出した。それぞれの比較刺激について，「比較刺激が標準刺激より大きい」と回答した確率を算出し，心理物理測定関数にあてはめた。
得られた心理物理曲線から，比較刺激が大きい確率が 25% と 75% となる音圧レベルをそれぞれ算出し，その差分を 2 で除したものを JND，比較刺激が大きい確率が 50% になる音圧レベ
ルを PSE とした。JND は数値が小さいほど弁別能力が高く，PSE は数値が大きいほど標準刺激を大きいと知覚していることを表す。JNDと PSE について，運動ありなし 2 条件×力発揮 2 条件の 4 条件をそれぞれ実験参加者ごとに算出した。
得られた JND と PSE について，演奏家要因
×運動要因×力発揮要因の 3 要因混合の分散分析を行った。結果の項には，紙面の都合上主要な結果のみ報告する。
結図 2 各 条 件 に お け る JND (A)，各 条 件 に お け る PSE(B)。PSE は標準刺激からの差分値を示す。エラー
バーは標準誤差を示す。

果

各条件おける JND の平均値を図 2A，PSE

びピアノの経験の影響を調べることであった。

を図 2B に示す。JND では，演奏家要因に有意運動あり条件での JND は運動なし条件の JNDな主効果が確認され，演奏家は一般人と比較しより有意に数値が低かったことから，自身で音て 弁 別 能 力 が 高 か っ た (F (1,32) =8.87, p<を生成することにより，弁別能力が高まること

0.01)。運動要因にも有意な主効果が確認され，が示された。先行研究の自身の運動により生成運動あり条件のほうが運動なし条件で JND がされた音は小さく知覚されるという結果とは異小さい値を示した (F(1,32)=14.00, p<0.01)。

なる結果となった。これは生成する運動の様式

そのほかの有意な主効果および交互作用は確認が異なることに起因する可能性がある。先行研されず，演奏家は弁別能力が高いこと，運動を究では単純なボタン押しであるため自身の運動伴うことで弁別能力が向上することが示された。

を細かく制御する必要がないが，本研究では細PSE では，力発揮要因のみ有意な主効果が認

かな運動を制御する必要があったため，運動制められた (F(1,32)=0.25, p<0.01)。すなわち，御とそれに伴う体性感覚と聴覚との統合におけ音楽経験のありなしに関わらず強い力発揮あるるあるプロセスが弁別能力を高めた可能性があいは × 印が速く移動するほど標準刺激を小さる。ただし，1 N と 4 N 条件では統計的な有意く知覚している可能性が示唆された。

差は見られないため，運動制御の度合いとの関連は今後の研究で追求する。

考

経験依存性について，ピアニスト群は一般群

察

本研究の目的は，手指の運動に伴って生成さよりも JND が低かったことから，運動の有無れる音に対する知覚の特性を調べること，およに関わらず，ピアノ経験者は優れた弁別能力を― 3 ―立石科学技術振興財団持っている可能性が高いことが示唆された。本

助成研究成果集(第29号) 2020であった。音圧は被験者内で一定とした。

研究では，日常的な動作やピアノ演奏を模擬した実験ではなく，より単純な実験室環境での実脳波計測・解析：脳波の測定は，脳波計 (ANT験であったことから，運動に伴う音知覚の経験

Neuro, eego-sports) を用いた。サンプリング依存性が低かった可能性がある。より実環境に

レ ー ト は 500 Hz，基 準 電 極 は 鼻 尖 と し た。

近づけた状況を作り出し検討する必要がある。

AEP は頭頂部で検出されるため，国際 10-20

また，運動の有無に関わらず，1 N の方が 4法における Cz から計測を行った。音の呈示開

N よりも標準刺激を大きく知覚したことは，始をオンセットとし，オンセット前 200 ms か

視聴覚の統合において何らかのプロセスが働い

らオンセット後 400 ms までの区間を切り出し，た可能性がある。移動速度と音の大きさの関係

加算平均処理を実施した。±100 μV を超えたについては，今後の検討課題である。

試行は加算平均処理から除外した。加算平均回数は約 300 回であった。歩行中の脳波成分から，

研究 2：歩行よって生成される音に対する聴知覚

踵接地音から誘発される脳波成分を抽出するた研究 2 では，歩行に伴う音に対する聴知覚がめ，音呈示中の加算平均波形から無音歩行中のどのような特性を持つか明らかにすることを目

加算平均波計の差分を取った。安静条件・観察的とした。歩行中に聴知覚判断課題を行うこと

条件の平均波形および歩行条件の差分波形におは，二重課題となり通常歩行を妨げる可能性がける N1 成分を実験参加者ごとに検出した。刺あった。そのため，AEP の一つであり，音圧激呈示前 100 ms から 0 ms をベースラインとの知覚およびその注意を反映しているといわれし，刺激呈示後 50-150 ms に生じる陰性ピーている N1 振幅が (Näätänen & Picton, 1987)

クを N1 とした。得られた N1 について，1 要がどのように変調するかを調べた。

因 3 水準の分散分析を行い，有意な主効果が見られた場合はボンフェローニ法を用いて多重比方較を行った。

法

実験参加者：13 名の健常成人が実験に参加した。うち 2 名は脳波の測定に不備があったため，

結解 析 か ら 除 外 し，11 名 分 の デ ー タ で 解 析 を行った。

果

歩行における音あり・音なしの全体平均波形とその差分波形を図 3A に示す。差分波形により，運動由来の成分を考慮した聴覚由来の波形

実験手続き：実験参加者はイヤホンを装着し，を求めることができた。図 3B は歩行条件の差分離型トレッドミル上で歩行した。トレッドミ

分波形，安静条件，観察条件の全体平均波形をルの速度は 0.55 m/s であった。3 分間の音刺示す。各条件における N1 の振幅を図 4 に示す。

激呈示なしでの歩行 (音なし条件) の後，5 分分散分析の結果，有意な主効果が確認された

間，歩行に同期して音が呈示される状況下で歩(F(2,20)=5.19, p<0.05)。多重比較の結果，歩行を行った (音あり条件)。歩行中に踵接地に行条件では安静条件よりも N1 の振幅が有意に同期した音をイヤホンから呈示した。この計 8

大きな値を示した (p<0.05)。

分間の歩行中の脳波を計測した。統制条件として，安静状態で音を聞く場合，実験者の歩行を考観察しながら音を聞く場合の脳波を計測した。

察研究 2 では，歩行による自己生成音における聴覚処理について調べることを目的とした。歩

刺激：刺激は 200 ms の長さの 1000 Hz の純音

行条件において安静条件よりも N1 の振幅が大― 4 ―立石科学技術振興財団助成研究成果集(第29号) 2020

きな値を示し，歩行による音はより安静時に聞く音よりも大きく知覚している可能性が示唆された。ボタン押し等の研究では運動中の N1 はむしろ減衰することから，半自動的な運動では他の随意運動と比較して異なる知覚メカニズムを持つ可能性がある。本研究でみられた増幅効果について，歩行の運動制御メカニズムの何がどこでどのように聴覚処理に影響をおよぼしているかは，今後の解析および実験で明らかにする。
[今後の研究の方向，課題]
本研究では異なる 2 つの観点から実験を行った。それぞれは独立して行われたものであるが，いずれの実験も，全ての運動に対して一律に音圧知覚に抑制がかかるのではなく，ある条件では自己生成音知覚の変調が生じなかったり，むしろ増幅する可能性すらあることが示唆された。
今後，これらの知見を総合し，自己生成音知覚
図3

平均波形と差分波形 (A)，条件間の比較 (B)。

メカニズムについて統合的に説明できる仮説を生成し，検証していくことが課題となる。また，
本研究は単純な実験室実験であったため，今後，VR 環境や実環境下での聴覚フィードバックシステム等への応用を目指す。
[成果の発表，論文等]
遠藤希美，金子直嗣，渡邊克巳，中澤公孝．
「歩行に基づく自己生成音に対する事象関連電位の変調」第10 回 Society for Tokyo Young Psychologists, 2020
年 3 月，東京．
Nozomi Endo, Naotsugu Kaneko, Katsumi Watanabe,
Kimitaka Nakazawa. Modulation of auditory corticalresponse to self-generated sound by walking, FENSForum 2020, July 2020, Glasgow.

図4

N1 ピーク振幅の比較。エラーバーは標準誤差を示す。各点は実験参加者ごとの振幅値を示す。

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