情報処理学会 インタラクション 2018
IPSJ Interaction 2018

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2018/3/5

前庭電気刺激によるナビゲーション手法
小椋 恵太1

丸山 一貴1

概要：前庭を電気刺激することで平衡感覚を変化させる前庭電気刺激 (GVS) と呼ばれる研究分野がある．
GVS では，体が大きく傾くほどの変化を与えることができるため，バーチャルリアリティ関連分野などで利用されている．本研究では，GVS を用いた位置ナビゲーションの可能性について確認を進めると同時に，位置ナビゲーションに支障が出ないような，体が強く傾かない程度の電流値について調査を行った．
これにより，個人差や状況によって効果の変動が確認されたため，この問題を解決するためのキャリブレーションについて提案を行った．

1. はじめにも言及している．安藤ら [3] は，GVS によって他の物体の傾きと平衡感覚を連動させ，普段意識することのない感覚

人の平衡感覚は，目や前庭などの情報よって認識されるを体験できるシステムを開発した．前田ら [4] は，無意識に感覚に基づいている．この平衡感覚を制御する研究とし背後から来る物体を回避するシステムの提案なども行ってて，前庭電気刺激 (GVS*1 ) がある．GVS では，電気刺激にいる．前田ら [5] は，GVS によって音楽に合わせて体を左

よって前庭を刺激し，平衡感覚を変化させることができる．

右に振るシステムを提案している．これらの研究と比べ本従来の GVS 研究では，人体に悪影響を及ぼさない範囲

研究では，体を傾かせる用途ではできる限り使用せず，弱での電流によって体の傾きや歩行への影響について調査さ

い傾きの変化によって情報を提示するという点で異なる．

れてきた．現在では，VR(バーチャルリアリティ) などで，

山下ら [6]，永谷ら [7] は GVS に体の傾きの調査の他に，疑似的な加速感を得る手段として利用されている [1][2]．安GVS によって視界が回旋したと知覚されることについて

藤ら [2] は，GVS を用いることで、歩行中の目的地案内が述べた．本研究では，電流値が低くあっても視覚の回旋ができる応用について言及している．しかし，目的地案内で発生する場合もあることに注意して実験を行った．の利用を考えたとき，既存の研究では電気刺激によって体F．Ehtemam ら [8] は，通常の GVS についてと微弱な電が大きく傾いてしまい，転倒するなどの危険がある．この流によって前庭を刺激する nGVS(*2 ) について，モーショ問題については，刺激する電流量や時間を調整することでントラッキングを用いて調査を行っている．nGVS は身体影響を最小限にできるが，適切な値については調査されてバランスの向上などの効果があり，医療分野において研究いない．

されている．本研究では，nGVS については調査を行わな

本研究の目的は，GVS による位置ナビゲーションを実現するために，体の傾きを知覚できる最低限の電流値について調査することである．

いこととし，体はわずかに傾く程度の電流について調査を行った．

3. 提案手法

2. 関連研究

本研究では，従来の研究とは異なり，わずかに体が傾く

Richard ら [1] は，平衡感覚を GVS によって乱し，バラ程度の GVS を用いて位置ナビゲーションを行う．位置ナンスを維持するゲームを提案している．本研究とはバランビゲーションでは，目的地に向かうことを想定し，GVS にスを崩すほどの大きな刺激を行わない点で異なる．

よって，どちらの方向に向かえば良いかを指示するシステ

安藤ら [2]，前田ら [4] は，GVS の基礎的研究を行っていムを想定する．

る．安藤ら [2] は，作例，応用例について述べており，本研

本研究では，安藤ら [2]，binzume[9] で利用された装置を究の目的である GVS による位置ナビゲーションについて参考に，200V 0mA〜200V 1mA を出力する装置を作成し，

1*1

明星大学 情報学部
School of Information Science， Meisei University
Galvanic Vestibular Stimulation© 2018 Information Processing Society of Japan

実験を行う．また，他の GVS 研究 [2][3][4][5] では 300V の*2

noisy Galvanic Vestibular Stimulation

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図 1

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実験で用いた電流波形（1mA 刺激時）

ら [2] を参考に図 1 に示す台形波形を用いて，電流値，刺激時間を調整しながら実験を行った．

4. 実験方法࢙ܻుླྀ΀ŵ΁

官に電流が流れてしまいナビゲーションとしては望ました 200V とした．GVS で用いる電流波形については，安藤

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図 2 正しく傾きを認識できた最小の電流値 (着席時)電源を用いて実験を行っているが，舌などの前庭以外の器くない．そのため，電圧は binzume[9] が実験に用いていĞඅ‫ंݩ‬ϭ
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本研究では，被験者を募り実験を行う．被験者は平衡感ࠪ๏޴ӊ๏޴

覚の健常な年齢 20〜22 歳の男性 9 名である．実験では，位置ナビゲーションとしての利用を考え，体は大きく傾か図 3 正しく傾きを認識できた最小の電流値 (起立時)ない程度であるが，加速感は感じる電流に関する調査を行う．GVS では，様々な要因によって効果の強弱が変化する

実験中は，電流値が低くなればなるほど，実際に傾いたことが考えられる．例えば，平衡感覚を知覚する視覚や関方向と逆の方向を回答することが多く見られた．認識でき節の傾きの影響などである．本研究では，それらの変化をる電流値については着席時，起立時共に 0.85mA の電流で考慮し以下の手順によって実験を行った．

あれば多くの人が正しい方向を回答した．

( 1 ) 姿勢は着席時と起立時それぞれで実験を行う．
( 2 ) 被験者は目を閉じた状態で，どちらの方に傾いたか口頭で答える．

6. 考察
6.1 GVS の効果に対する阻害要因( 3 ) 被験者が正しく回答した場合は電流値を下げ，誤って本研究では他の器官への影響を考慮し，従来の研究より回答した場合は電流値を上げる．これにより，正しく低い電圧で実験を行ったが，高い電圧に比べ，適切な電流回答できる最低限の電流値を確認する．

が前庭に伝わらず傾きを知覚しづらい可能性がある．被験実験中，回答した方向と GVS で指示した方向が異なる場

者 i のように，1mA までの電流値では正しく方向が認識で合，目を開けて再度刺激を行い，どちらの方向に傾いたかきなかった場合は，電圧を上げることで認識できるように回答するようにした．また，着席時，猫背であると傾いたなると考えられる．また，前述の通り，適切な電流値が姿と感じにくくなるような働きが確認できたため，背筋を伸勢や体調によって変化する可能性がある．姿勢についてはばすように指示した．

背筋を伸ばしているときのように頭頂部から背筋まで一直5. 実験結果
実験の結果，正しく傾きを回答できる電流値について，着席時と起立時では類似した結果が得られた (図 2，図 3)．

GVS による傾きについて，どちらの姿勢においても，被験線になっていればいるほど GVS による影響が大きくなると考えられる．実験では，この姿勢の影響を排除するよう，実験を行った．
これらの影響については，本研究では詳しい調査は行わなかったため，今後，より詳しい調査が必要である．

者 d は方向を認識しやすく，被験者 i は，左方向の傾きを認識できなかった．この問題については，より高い電圧，電流で刺激すれば傾きを認識できるようになる可能性もあるが，詳しい調査は行わなかった．

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6.2 ナビゲーションを実現する上での課題
本研究では，ナビゲーション利用を考えた際の電流値について調査を行った．実験中に見られた左右を誤って回答

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2018/3/5してしまう誤認問題は，電流値が低いほど多く発生する．

参考文献

これは，GVS によって体が傾いたことに気付かずに刺激[1]が終了した際，正常な傾きに戻る動作を誤認してしまうことから発生していると考えられる．そのため，実験中では誤った回答をした場合，電流値を上げる事で誤認問題の発[2]生を減らした．
[3]

6.3 キャリブレーションについて
本研究では，個人差による効果の違いや体調によって正しく傾きを認識できる電流値に差があることに対して，こ[4]れらの差をキャリブレーションする手法を提案する．キャ
リブレーションでは実験同様，使用者が傾いたと感じた場[5]

合は電流値を下げ，傾いてないと感じた場合は電流値を上げることで適切な電流値を調整する手法が望ましい．キャ
リブレーションの際に方向を誤認する可能性がある問題[6]は，使用者本人が傾く方向を事前に知っていれば誤りが分かるため無視できる．

[7]

GVS による位置ナビゲーションを行うことを考えた時，位置ナビゲーションを行う前に一回，キャリブレーション[8]を行う必要がある．このキャリブレーションは，個人差による効果の変動は初回のキャリブレーションで吸収できるが，体調による効果はその都度で異なるため毎回行う．これにより，個人差や体調による効果の変化を吸収できる．
このキャリブレーションは左右合わせて 1 分程度 (内 30 秒は刺激時間) で完了すると思われるが，GVS を用いた刺激には制限時間がある．これは安全上に設けられている制限

[9]
[10]

Richard Byrne，Joe Marshall，Florian Floyd Mueller，Balance Ninja: Towards the Design of Digital Vertigo
Games via Galvanic Vestibular Stimulation，CHI Play2016，pp.159–170(2016)．
安藤英由樹，渡邊淳司，前田太郎，前庭電気刺激を利用した平衡感覚インタフェース，映像情報メディア学会誌，Vol．62，pp.837–840(2008)．
安藤英由樹，吉田知史，前田太郎，渡邊淳司，Save YourSelf ！！！―前庭刺激による平衡感覚移植体験―，TVRSJ，Vol．12，pp.225–232(2007)．
前田太郎，安藤英由樹，渡邊淳司，杉本麻樹，前庭感覚
電気刺激を用いた感覚の提示，バイオメカニズム学会誌，
Vol．31，pp.82–89(2007)．
Maeda T.，Ando H.，Amemiya T.，Nagaya N.，Sugimoto M. and Inami M.: Shaking the World:Galvanic
Vestibular Stimulation As A Novel Sensation Interface,
SIGGRAPH 2005 E-tech，(2005)．
山下洋平，石井雅博，左右乳様突起への定電流刺激による視運動知覚，映像情報メディア学会誌, Vol．65 No．6，pp.816–820(2011)．
永谷直久，杉本麻樹，新居英明，前田太郎，北崎充晃，稲見昌彦，前庭感覚電気刺激による視覚への影響，TVRSJ，
Vol．10，pp.475–484(2005)．
F．Ehtemam，P．A．Forbes，A．C．Schouten，F．C．
T．van der Helm，R．Happee，Galvanic Vestibular Stimulation Elicits Consistent HeadNeck Motion in SeatedSubjects，IEEE Transactions on Biomedical Engineering，Vol．59 No．7，pp.1978–1984(2012)．
GitHub - binzume/gvs: Galvanic vestibular stimulation．
https://github.com/binzume/gvs，(参照 2017-12/5)．
渡邊淳司，安藤英由樹，朝原佳昭，杉本麻樹，前田太郎，靴型インターフェースによる歩行ナビゲーション
システムの研究，情報処理学会論文誌，Vol．46 No．5，pp.1354–1362(2005)．

であるため，キャリブレーションと位置ナビゲーションによる刺激時間に配慮する必要がある．

7. まとめ本研究では，位置ナビゲーションを想定した GVS について実験を行った．実験では，GVS によって体が左右どちらかに傾いた回答し，想定した方向と一致しているかを確認した．実験では，電流が低くなればなるほど想定した方向とは逆の方向を誤認することが多くなることが確認された．また，被験者の姿勢や体調によって GVS による効果が変化する可能性を確認した．そのため，位置ナビゲーションを行う際は事前に使用者の状態に合わせたキャリブレーションを行う必要がある．しかし，GVS は安全上のガイドラインに従い，刺激には時間制限があるため，キャリブレーションによって位置ナビゲーションに利用可能な時間が減少する問題がある．
今後は，被験者の姿勢によって GVS の効果が変化する仮説の検証を行う予定である．これにより，今後の GVS 研
究での実験手法の精度向上ができると考えられる．また，被験者 i のように 1mA の電流でも傾きを感じることができない場合については，電流や電圧を上げることで想定した効果になるよう，調査を行う予定である．

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