立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第31号) 2022

［ 研究助成 (A) ］

協調的動作により“存在の感覚”の実験的誘起を可能にする基盤技術の創成
Development of Robotic Technology to Experimentally Induce “Feeling of a Presence”
by Cooperative Actions
2201020

研究代表者

埼玉大学

大学院理工学研究科准教授

原正之め，その科学的検証は極めて困難である。

[研 究 の 目 的]

そこで本研究では，一人あるいは複数人の健“存在の感覚 (feeling of a presence：FoP)”，常者に FoP を実験的に体験させることを可能

すなわちその場にいるはずのない“何か／誰にする新しい基盤技術の創成を行い，FoP 発か”の存在を知覚する体験は，一般的には幽霊生メカニズムのさらなる解明を促すとともに，体験などと呼ばれ，超常現象やオカルト現象のFoP を始めとする身体認知・身体錯覚研究に類として扱われることが多い。しかしながら，対してブレークスルーを与えることを目指す。

同様の体験は認知症患者やパーキンソン病患者

この目標を達成するために，本研究では「協調などで多くの報告例があり (実体的意識性など的動作により FoP を複数人で体験させる新しと呼ばれる)，また極限状態などでは健常者いロボットシステムの試作」と「試作システム(例えば，登山家など) においても FoP 体験はの FoP 研究に対する有効性の評価」の 2 つの度々報告されている (Geiger, 2009)。

研究課題を主として推進した。

これまでの研究では，スイス連邦工科大学の[研究の内容，成果]

認知神経科学者との国際共同研究により，FoP体験を報告する患者で自己認識や感覚運動などに関わる脳部位に皮質障害が見られることを明

1．FoP 研究のための多自由度パラレルリンク

らかにし，また視覚と聴覚を遮断した状態で触ロボットの設計・開発

力覚と位置感覚における感覚運動矛盾をリー

一人あるいは複数人の研究参加者で FoP をダ・フォロワロボットにより引き起すことで体験させるために，まずは 6 自由度パラレルリ(Hara et al., 2014)，健常者で FoP を実験的にンクロボットを試作した。具体的には，順運動

誘 起 す る こ と に も 成 功 し た (Blanke et al.,

学および逆運動学を導出することから始め，2014; Bernasconi et al., 2021)。こ の よ う に，様々な条件下でロボットの動作をシミュレー

FoP はヒトの認知・脳機能に関わるものであシ ョ ン し た 結 果 (図 1) を も と に，直 径 200り，認知神経科学などの分野では FoP の発生[mm] の球体内を可動域としてロボットの設メカニズムを解明する試みが行われている。し計・試 作 を 行 っ た。試 作 1 号 機 は 主 と し て，かしながら，その目標達成には FoP 患者の協ベースプレート，出力プレート，3 対のアーム力が必要であり，また病気の進行度合などにとロッドからなり，各アームはベースプレート

よって FoP 体験の強さや頻度なども異なるた

上に配置された光学式エンコーダ付き DC モー― 1 ―立石科学技術振興財団

図3

図1

6 自由度パラレルリンクロボットの可動域のシミュレーション結果例

手を刺激対象とした FoP 実験用 3 自由度パラレルリンクロボットの試作を実現した (例として，Z 方向にロボットを押し引きした結果を図 2(b) に示す)。この研究成果は，第 21 回計測自動制御学会システムイ
ンテグレーション部門講演会 (SI2020) にて発表を行い，SI2020 優秀講演賞を受賞している。
さらに，リーダ・フォロワロボットを用いて研究対象者の背中に能動的自己触刺激を与えた
先行研究 (Blanke et al., 2014) と他の研究課題で得られたヒトの自他認識操作の知見を参考にして，研究参加者の手への非同期の能動的触刺(a) 6 自由度パラレルリンクロボットの構成

激提示で FoP を体験させる新たな手法も考案した。これに伴い，図 2(a) の 6 自由度パラレ
ルリンクロボット開発のノウハウを基礎として，機能を簡略化した 3 自由度パラレルリンクロボットの設計・開発も同様に行い，手を刺激対象とした FoP 実験を可能にした (図 3)。
2．FoP を効果的に誘起するための新しい力覚提示方法の導入(b) アドミタンス制御特性

図2

事前にプログラムした軌道を目標値として図FoP 実験用 6 自由度パラレルリンクロボット(ヘキサロボット) の試作

2(a) の 6 自由度パラレルリンクロボットを位タに取り付けられており，さらにロッドとロッ置制御することで，研究参加者に対する力覚的ドエンドベアリングで出力プレートと連結され介入を試みた。数名の研究参加者で予備実験をた構成となっている (図 2(a))。また，出力プ行った結果，事前の予想に反して強い FoP 体レート上には力・トルク計測とその制御を目的験の誘起には至らなかった。デブリーフィングとして 6 軸力覚センサを搭載し，その上に円盤の結果，ロボットによる力覚的介入が単なる外状の操作部を取り付けられるようにした。この乱として知覚されていたことがわかり，“何か6 軸力覚センサの情報を用いてアドミタンス制／ 誰 か (す な わ ち FoP)”か ら の イ ン タ ラ ク

御 (力入力に対して位置出力を行う力覚提示手ションと認知されなかった可能性が示唆された。

法) を適用して，外部入力に対する柔軟な動き

そこで本研究では，図 4 に示すような 2 種類

― 2 ―

Tateisi Science and Technology Foundationを立てている。
3．手を刺激対象とした新しい FoP 実験
前述したように，リーダ・フォロワロボットを用いて研究参加者の背中に非同期の能動的自己触刺激を与えると，健常者においても FoP(a) 仮想ばねの適用 (従来方法)体験を実験的に引き起こすことができる(Blanke et al., 2014; Bernasconi et al., 2021)。そこで本研究では，開発したロボットを基礎とした新たな試みとして，手への非同期の能動的自己触刺激提示により FoP を実験的に引き起こすことを試みた。具体的には，図 5 に示すようにリーダロボットから左側に 200[mm] 離れた(b) 仮想ばねに囲われた自由空間の構築

図4

位置 (近距離条件) と 600[mm] 離れた位置

協調的動作時における力覚提示手法(遠距離条件) にフォロワロボットを配置し，の力覚提示手法を導入することで，FoP から60 秒間の能動的自己触刺激提示を同期条件とのインタラクションを自然 (人間的) に行うこ

非同期条件 (フォロワロボットの動きに 500とを試みた。まず図 4(a) の手法について，事[ms] の遅れを導入) で行う実験を 30 名の研前にプログラムされたロボットの軌道 (P 1)究参加者 (予備実験 5 名，本実験 25 名) に対と研究参加者の動作 (P 2) の間に仮想ばねをして実施した。仮説として，刺激される手の位導入して，FoP からの柔軟なインタラクショ置が刺激位置から遠ざかるにつれて，同期条件ンの実現を試みた。仮想ばねは協調的動作研究

においてはセルフタッチ錯覚 (自己刺激感) が(Takagi et al., 2019) などでよく用いられ，研弱まり，逆に非同期条件においては FoP 体験

究参加者間の力覚的な結びつきを制御するのにが強まるものと考えた。4 つの条件 (同期−近非常に有効な手法であるが，見えない FoP と距離，非同期−近距離，同期−遠距離，非同期常にリンクされた状態となるため，予備実験の−遠距離) を 5 回ずつランダムに提示し，各試時と同様に単なる外乱として知覚されてしまう

行後には研究参加者に手を刺激対象とした可能性もある。そこで図 4(b) に示すように，

FoP アンケート (表 1) に 7 段階リッカート尺FoP の位置 (すなわち事前にプログラムされ度 (0：not at all，6：very strong) を用いて回たロボットの軌道) を基準に，研究参加者側に答するように指示をした。表 1 において，Q1

仮想ばねで囲われた自由空間を構築する方法もと Q2 はそれぞれ自己刺激感と運動主体感に関考えた (原ら，2021)。この手法では，自由空わる項目で，Q3〜Q5 はコントロール項目 (す間内では FoP との力覚的な結びつきが切れる
こ と と な り，FoP と 研 究 参 加 者 の 位 置 関 係(∆P=P 2−P 1) によって間欠的な力覚提示の実現が可能となるため，より自然な力覚的介入を実現できるものと期待される。現在は，これらの力覚提示手法を開発したロボットに適用し，一人あるいは複数人で行う FoP 実験において．
FoP 体験の強さに及ぼす影響を調査する計画
― 3 ―

図5

手を刺激対象とした FoP 実験

立石科学技術振興財団

表1

手を刺激対象とした FoP アンケート

Q1 自分で自分の左手を棒でタッピングしているように感じた
Q2 左手に与えられたタッピング動作は右手で作り出した動きと一致した
Q3 自分の手がないように感じた
Q4 左手が大きくなっていくように感じた
Q5 左手が右方向に動いたように感じたQ6 自分の近くに誰かがいるように感じたなわち，錯覚に関係しない項目) である。また，
Q6 は FoP に関わる項目であり，非同期条件においてこの項目に 0 以外のスコアを付けた場合

図7

非同期条件における FoP の出現位置には，FoP の出現位置についても研究参加者の周囲を 8 分割したエリアに付与した番号で回誘起できることが確認できた。ただし，予想と答してもらった。

は異なり刺激される手の位置による FoP 体験

手を刺激対象とした場合における FoP アンの強さの違いは見られなかった。

ケートの結果を図 6 に示す。まず Q1 について，次に，非同期の能動的自己触刺激提示時にお先行研究と同様に同期条件において有意に平均ける FoP の出現位置の回答結果を図 7 に示す。

スコアが高く (Hara et al., 2015)，また同期−

まず非同期−近距離条件について，3 と 4 の位近距離条件における平均スコアの方が同期−遠置に回答数が集中していることから，研究参加

距離条件における平均スコアよりも有意に高く者の前方に FoP が出現していたことが確認でなっていることが確認できる。Q2 については，きる。一方，非同期−遠距離条件では 4 と 5 の刺激を受ける手の位置に寄らず同期条件におけ位置で回答数が多くなり，非同期−近距離条件る平均スコアが有意に高く，コントロール項目に比べて左方向に FoP が出現していたことが(Q3〜Q5) の平均スコアについては全ての比示唆される。以上のことから，刺激を受ける手較において有意差は見られなかった。最後にの位置によって FoP の出現位置が変化する可Q6 については，刺激される手の位置に関わら能性があることが示唆された。

ず非同期条件において有意に高い平均スコアが報告された。以上より，先行研究と同様に手に4．まとめ対する同期の能動的自己触刺激提示で自己刺激

本研究では，協調的動作により FoP を実験感や運動主体感の向上を促せる一方で，非同期的に体験させるための多自由度パラレルリンクの能動的自己触刺激提示では FoP を実験的にロボットの開発を行い，その FoP 研究への適用可能性について検討した。また。新たな試み
として手を刺激対象とした FoP 実験を実施し，手に非同期の能動的自己触刺激を与えることでも FoP を実験的に誘起できることを確認するとともに，刺激される手の位置によって FoPの出現位置が変化する可能性も示唆した。
[今後の研究の方向，課題]

図6

今後の研究では，開発した多自由度パラレルFoP アンケートの結果― 4 ―Tateisi Science and Technology Foundation

リンクロボットにさらなる改良・改善を施し，一人あるいは複数人の研究参加者で体験されるFoP の制御を試みる。また，本研究で開発した基盤技術および新しく得られる知見を利用して，パ ー キ ン ソ ン 病 患 者 な ど で 報 告 さ れ る
FoP 体験の主要因や基本メカニズムを明らか誘起のための新しいロボットシステムの開発”，第21 回計測自動制御学会システムインテグレーショ
ン 部 門 講 演 会 (SI2020)，2F1-05，2020 年 12 月
[SI2020 優秀講演賞受賞][2]

齋藤誠，金山範明，三木将仁，原正之，“自他認識操作のためのリーダフォロワシステムの開発”，
日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
2021 (ROBOMECH2021)，2P2-I14，2021 年 6 月にしていくとともに，FoP に関わる疾患に対[ 3 ] M. Hara, O. Blanke, and N. Kanayama, “Feeling

して新たな治療・診断方法の開発に貢献し，最of a presence and anomalous body perception,”

終的には FoP 患者の生活の質 (QOL) の向上

Body Schema and Body Image: New Directions,を図る。

Oxford University Press, Jul. 2021.
[ 4 ] 守下奈那，金山範明，三木将仁，原正之，“アクティブセルフタッチを用いた実体的意識性に関する研究”，日本機械学会第 17 回「運動と振動の制御」[成果の発表，論文等][1]

原正之，國松勇希，三木将仁，“実験的な FoP

― 5 ―シ ン ポ ジ ウ ム (MoViC2021)，M-OS14-D4，2021
年 12 月．