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

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自己帰属感の生起過程におけるモーターコマンドからの予測可能性による影響の調査
齊藤寛人†1

福地健太郎†1

概要：自己帰属感の生起は，主に視覚と体性感覚の一致性および視覚と運動指令からの予測の一致性の認知によって引き起こされることが先行研究により明らかになっている．しかし能動的運動時にどちらの認知が主要な役割を果た
すのかは明らかではない．本研究では，予測との一致性は保ちつつ，視覚と体性感覚との間に不一致をもたらすこと
で体性感覚と予測とを分離した検証を行った．具体的には，被験者には複数の映像から自己の動きに同期する映像を見つけるタスクを課した実験を実施した．このとき被験者の手の動きを様々な角度で回転させた映像を呈示すること
で，視覚と体性感覚との間の不一致条件を作り出し，また被験者の運動に制限を設けることで，手の動きが回転して呈示されても視運動を予測可能な状況を作り出した．実験の結果，能動的運動時の自己帰属感の生起過程では視覚と予測の一致性が優位に働くことが明らかになった．また，この予測可能性は手の運動パターンやその見た目にも影響されることが示唆された．

The Effect of Predictability of Visual Motion from Motor Commandson the Recognition Process of Self-Attribution
HIROTO SAITO†1KENTARO FUKUCHI†1

Abstract: Previous studies of the recognition process of self-attribution conducted that it is mainly caused by congruence between
visual and proprioceptive information, and congruence between visual information and prediction from motor commands.
However, they did not declare which congruence acts the primary role in the process during the voluntary movements.
We conducted a user study that distinguishes proprioceptive information and prediction from motor commands by displaying
modified images of the subjects’ hands in various rotation angles, that introduced the conflict between visual and proprioceptive
information. The hand motion of the subjects was restricted so that they could predict the visual motion of the images of their handsby the motor command even while the images were rotated.
The result indicates that the prediction of the motion plays a primary role in the recognition process of self-attribution, and thispredictability depends on the motion pattern and the appearance of the hand images.

1. はじめに
マウスポインタやアバターなどがディスプレイ上に表示され，操作者が身体運動によってそれらを操作するインの随伴」と呼ぶ．我々は自己受容感覚から自分の運動や姿勢の情報を知ることができ，その情報と視覚情報をマッチングすることから視覚的な対象の運動を自分の運動であると認識する．

タフェースの有効性が広く知られている．こうしたインタ

能動的運動時においてはこれに加えて，モーターコマン

フェースでは，操作者は身体外にある視覚的な対象を自己ドによる予測と視運動の随伴関係の認知も，視運動と自己の身体と同一あるいは延長するものとして捉えていると考運動との随伴関係を知る方法の 1 つとして挙げられる．こえられている．このような視覚的な対象を自己として捉えれを「予測との随伴」と呼ぶ．例えば，目の前に置かれてている感覚は“自己帰属感”（self-attribution）と呼ばれ[3]，いる物を手で取る際に，手を動かすモーターコマンドをど

インタフェースデザインの分野でも自己帰属感が重要なキのくらい送ればその物に手が届くのか予測しながら我々はーワードとなっている[25]．自己帰属感の生起過程におい手を制御している．このように我々は日常的にモーターコては，視覚的に捉えられた対象の運動（視運動）と自己のマンドからの情報をもとに自己の運動を予測しながら身体運動との随伴関係の認知が大きく影響することが知られてを制御していることが明らかになっており，その予測と視いる[17][25]．自己帰属感の生起過程を分析する上で，この運動が一致することからも視覚的な対象の運動を自分の運認知がどのようなプロセスで得られているかを明らかにす動であると認識すると考えられている．

ることが重要な課題となっている．

以上のように自己運動と視運動の随伴関係の認知プロ

視運動と自己運動との随伴関係を認識する過程の 1 つとセスには異なる 2 つのプロセスが関与しており，特に能動して，自己の運動感覚の認識（自己受容感覚）と視運動と的運動時には予測と体性感覚の両方の情報が得られる．その随伴関係を認知することが挙げられる．これを「感覚とのため，どちらのプロセスが主に働いているかは明らかに†1 明治大学
Meiji University, Nakano, Tokyo, Japan© 2018 Information Processing Society of Japan25

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なっていない．自己帰属感の生起過程を理解するためには，

ルハンドの見た目によって異なることが示唆された．こここの２つのプロセスを区別することが課題となっている．

から導かれる議論として，VR インタフェースを設計する

特にバーチャルリアリティ（VR）環境においては，操作上で，実身体とバーチャルボディに空間的不一致が生じる

者の実世界における身体や運動をそのままバーチャル空間

状況で両者の運動の随伴関係をわかりやすく伝え自己帰属で再現するだけでなく，それらを拡張・変容して表現する

感を生起させるには，視運動の予測のしやすさが重要なフものが多く見られる．例えば，バーチャル空間内のアバタ

ァクターとなり，操作精度が求められる状況では身体イメーが，操作者の実身体と異なる形状をしていたり，物理的・ージの不一致に注意を向けさせない抽象的な身体表現を使

身体的制約を超えた運動ができたりするコンテンツが多くうなど予測のしやすさを考慮したデザインを検討すること制作されている．しかし，実際の操作者の身体や運動は変が望ましいと結論付けられる．

化しないため，このような状況では操作者とアバターとの2. 背景

間で身体イメージ（body image）に不一致が生じ，自分とア
バターとの同期を感じにくくしている可能性がある．した2.1 自己帰属感の概念

がって，VR インタフェースの設計指針を与える上で，実身外界の対象に対する自己帰属感の生起過程は，Gallagher に体とバーチャルボディとの見た目や運動の不一致が自己帰よる sense of agency（以降 agency）と sense of ownership （以属感の生起にもたらす影響を調査することはより重要とな

降 ownership）という 2 つの概念を用いて議論されている

る．

[5]．Gallagher は基本的な自己意識をまず ‘narrative self’ と本研究では，「予測との随伴」は保ちつつ，実運動と視運‘minimal self’ の 2 つに分けて考察している．
‘narrative self’

動に空間的不一致を生じさせることで「感覚との随伴」を

は「自分自身の記憶や他人によって語られることによって把握しにくい状況下で被験者実験を行った．具体的な方法

永続的に存在する自己」と捉えられ，‘minimal self’は「経としては，ディスプレイ上にバーチャルハンドを実際の手

験的な知識がなくても，自己と呼べるような基礎的で一時に対して回転した位置に呈示した状況で，円運動を含むい的な自己」と捉えられる．自己帰属感の生起はこの‘minimal

くつかの運動パターンで被験者と連動して動く視覚オブジ

self’ に関連しているとされる． minimal self はさらにェクトを見つけるタスクの正答率を調査した．これは円運

agency と ownership に分かれる．agency は，「この運動を動であれば実身体に対して視覚的なバーチャルハンドが回引き起こしたのは自分自身である」という感覚を指し，転した状況でも運動方向が右回りや左回りに限定されて認ownership は，「この身体はまさに自分のものである」とい識できるために「予測との随伴」が保たれるという著者らう感覚を指す．

の過去の調査から得られた仮説によるものである[23]．まagency は，能動的な運動時にのみ感じられる感覚である．

た，身体の見た目が自己帰属感の度合いや操作者の振る舞

その基盤となるものは，遠心性コピーによる自己の運動のいに影響するという知見があり，本研究の実験環境でもバ

予測と，視覚刺激の随伴関係の認知である．遠心性コピー

ーチャルハンドの見た目が自己運動と視運動の関係性の認とは脳から筋肉にモーターコマンドが送られると同時に作知過程に影響する可能性がある．そこで，運動パターンにられるモーターコマンドのコピーのことである．またモー

加えてバーチャルハンドの見た目の条件を設定した．

ターコマンド理論によれば，このような能動的な運動に対実験の結果，同一の環境下で空間的不一致の影響を受け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，る条件と受けない条件の双方が観測された．円運動のようその予測は体性感覚による筋収縮結果のフィードバックにに実運動とバーチャルボディの視運動の空間整合性が崩れ対してだけではなく，視覚的な運動結果など他の感覚モダていても，「予測との随伴」が保たれる条件では空間的整合

リティからの知覚フィードバックに対しても働く[19]．

性が保たれた状況と崩れた状況とでタスクの正答率に有意ownership は能動的な運動時に限らず，受動的な状態にお差が生じなかった．一方で直線運動のように実運動とバー

いても感じられる．その基盤となるものは視覚と体性感覚

チャルボディの視運動の空間的整合性が崩れると運動の予の随伴関係の認知である．我々は，動きだけでなく，姿勢測がしにくくなる条件では空間的整合性が保たれた状況とや位置など自己の体について複数の感覚情報を統合するこ

そうでない状況でタスクの正答率に有意差が生じた．またとで認知している．ownership が生起することによる有名な

実身体に近い見た目のバーチャルボディを用いると，円運

錯覚現象には，ラバーハンドイリュージョン（RHI） があ動のように予測が保たれやすい運動の場合でも空間的整合る[2]．これは，ラバーハンドのみが見え，実際の手は隠さ性が保たれた状況とそうでない状況とで正答率に有意差がれた状態で，ラバーハンドと自分の手が同期してブラシで生じた．

なでられるなど同様の触覚刺激を与えられ続けることで，この結果から，自己運動と視運動の関係性の認知過程では実際の手が刺激されなくても，ラバーハンドを自分の手で視覚とモーターコマンドからの予測の一致が優位な認知プあると感じられるようになるという錯覚である． RHI は視ロセスであり，この予測可能性は運動パターンやバーチャ

触覚刺激が同期していないと生じない[2]．また回転した位© 2018 Information Processing Society of Japan26

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置にあるなど空間的にずれのある状態では錯覚が有意に弱かにしていくことが求められる．

まる[4].これらのことから，ownership は体性感覚と視覚フ

3. 関連研究ィードバックの時空間的整合性の認知を基盤として感じる
ことのできる感覚であると示唆されている．
しかし，Agency や ownership の生起には前述した基盤と

van den Bos らは自己帰属感の生起への視覚的身体と自己
身体の空間的整合性の影響を調べた[18]．彼らは被験者となる認知の他にも視覚フィードバックと自己のボディイメ

実験者の手をテーブルを挟んで対称に置き ,複数の角度

ージとの見た目の一致性など様々な副次的な要因が関与し(0°, 90°, 180°, 270°)で回転させた映像を表示し，自分ていると考えられる[1]．また，agency と ownership の境界の手がどちらかを判断させる実験を行った．その結果，実は非常に曖昧で，agency を感じることが ownership を高め際の被験者と同じ向きに被験者の手が見える映像が表示さたり，逆に ownership を感じることが agency を高めるといれた 0°条件では, 他の回転角度の映像より被験者は自分った相互に影響し合っていると考えられている[17]．

の手を正しく認識できた．180°の条件で誤答が最も多くな

2.2 モーターコマンドからの予測の有効性った．また被験者と映像が同じ動きをするときはどちらも能動的運動時においては，自己運動と視運動の随伴関係

動かない時に比べて結果が良くなったが，同じく回転の影の認知について「感覚との随伴」の認知と「予測との随伴」

響を受けた．この研究は自己帰属感の生起において視覚との認知の 2 つの基盤が影響すると考えられる．Tsakiris らは

自己身体の空間的整合性が重要であることを示している.

受動的運動時より能動的運動時の方が視覚的に呈示された

Argelaguet らは VR 環境での自己帰属感の生起に視覚的

自己身体の認知を優位に行えることからモーターコマンド

な身体の見た目が影響することを示した[1]．彼らの研究でからの視運動の予測の有効性を示した[16]．このことからは，VR 空間で呈示される操作者の手に同期して動くバー

能動的運動時では「予測との随伴」も自己帰属感の生起のチャルハンドの形状について，見た目が実身体に近い方が重要な要因であると考えられるが，「感覚との随伴」と「予ownership を強く感じるものの，球体など記号的な表現に近測との随伴」の認知がどのように関係し，またどちらのプ

いほど操作が上手く行え，agency の評価が高いことを示し

ロセスが優位に働くかは明らかになっていない．

た．また彼らの実験環境では障害物として火やノコギリと我々は「予測との随伴」が優位に働くという仮説をたて，いった身体を傷つけられるイメージをさせるメタファーが我々の過去の研究[23]では「予測との随伴」を保ちつつ空間

使用されており，身体のバーチャルハンドの見た目がリア的整合性が崩れた運動をさせる事で「感覚との随伴」を把ルなほど障害物による影響が大きいことが確認された．

握しにくい状況での検証を試みた．この研究ではクランク

このことはバーチャルハンドの見た目の違いが，視覚的ハンドルを用いた回転運動によって同じく回転するポイン

身体の性質や外界との対応関係についての予測的な認知にタを操作する際の自己帰属感について調査した．これは実影響を与える可能性を示唆する．

身体に対して操作する視覚オブジェクトが回転した位置に一方で，Short と Ward は視覚的身体のバーチャルハン

呈示されても回転運動であれば「予測との随伴」が保たれドの動きをモーターコマンドから予測できることによってるという仮説から設計した．例えば，視覚オブジェクトが空間的不一致や見た目によらず自己帰属感が生じることを実身体に対し 180°回転していた場合，実運動と視運動の示した[15]．彼らの実験では，自己身体と一致する位置にあ

運動方向（実運動‐視運動）は直線運動の認知だと方向がる光点は，光点が自己身体と隣接する位置にあるときより反転するが（例，右方向‐左方向），回転運動の認知だと同も反応時間が早くなるという現象[6]について，ヘッドマウ

一の方向の回転運動（例，右回り‐右回り）であると認知

ントディスプレイを着用し手を利用してバーチャルハンド

できると考えられる．実験の結果，入力に対するポインタを操作する環境で「運動の同期性」，「空間的整合性」，「見の回転速度を変更しても自己帰属感の生起に差が生じず，た目」による影響の検証を行った．その結果，バーチャル

実運動と視運動の空間的整合性が絶対条件ではなかった．

ハンドが操作者の動きと同期して動く時は，空間的不一致

この結果から我々の実験環境においては「予測との随伴」がある場合（視覚的な手が実身体から離れた位置にある，の認知が空間的整合性が崩れた状況でも自己帰属感の生起鏡のように向かい合った位置にある）や，実身体と見た目に有効に働いた可能性が示唆された．ただしクランクハンが異なる場合（手ではなく足など実際とは異なる身体部位，

ドルというデバイスを介したことや，回転速度による空間

抽象的な円錐オブジェクト）でも光点に対する反応時間が的不一致は一定ではなく運動量に依存することなどが結果早くなったが，操作者の動きに無関係な動きをする場合にに影響した可能性がある．

は，反応時間の短縮は見られなかった．ただし，この研究

これらの知見から，能動的運動時での自己帰属感の生起

結果は実身体とバーチャルハンドの動きの随伴関係を十分

過程にはモーターコマンドによる予測と視運動の随伴関係に学習した後での比較を行っているため，実身体と視覚的を認知できることが重要であると考えられるため，どのよ

身体の運動の随伴関係の認知が得られるまでのプロセスにうな状況で予測が有効に働くのかについてより詳細に明ら

空間的な位置や見た目の不一致が影響するかは明らかにな© 2018 Information Processing Society of Japan27

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2018/3/2っていない．したがって彼らと同じ実験環境であっても，

M2256PW)とペンタブレット（wacom Cintiq 22HD），web カ

学習時間やポインティングの精度などについては van den

メラ（logicool C910）を組み合わせた入力装置を用いた（図Bos らや Argelaguet らの実験のように空間的な位置や見た

1）．被験者は液晶ディスプレイの正面に置かれた椅子に座

目に不一致による影響が出る可能性がある．

り，利き手側に設置された入力装置を操作した．入力装置

4. 目的及び操作する被験者の手は衝立によって被験者の視界から隠されており，被験者は液晶ディスプレイによって呈示さ

本研究の目的は，対象の視運動と自己の能動的運動とのれる映像のみを見ながら課題を実施する．課題で用いる呈随伴関係から自己帰属感が生起する上で，運動の性質や対示映像を作成するためにタッチペンでポインティングした象の見た目の違いがどのように影響するかを明らかにする

位置と操作する被験者の手を上部から撮影した映像を入力ことである．

情報として記録した（図 1‐A）．被験者からの視認性を考

これまでの研究では受動的運動と能動的運動の比較により，能動的運動時には「予測との随伴」の認知が有効に慮して，液晶ディスプレイとペンタブレットはともにテーブル面に対して 15°の傾斜をつけて設置された．

働くと示唆されてきたが，能動的運動時に，「感覚との随伴」

実験中の被験者のペンタブレット上での運動可能領域はと「予測との随伴」が自己帰属感の生起にどう影響するか

厚さ 1.5 ㎜程の厚紙製のステンシルによって制限され，スについて実験的な分析を行った例は少ない．その大きな要

テンシルの溝の幅は 5 ㎜であった．カメラ映像をクロマキ

因は，体性感覚とモーターコマンドによる予測によって知ー処理するためにステンシルは青色で，溝部分にも同色の覚される自己運動が空間的に一致しているため，それぞれ映像が投影された．ステンシルの形状や大きさについてはの影響を分離して検証することが難しいためである．

後述する．また実験前に全ての被験者はペンの操作方法にそこで本研究では，我々の以前の調査と同様に「予測とついて十分な説明を受け，操作の際に手首の回転運動を使の随伴」を保ちつつ空間的整合性が崩れた運動をさせる事

わずにペンを常に立てた状態で操作するように指示された．

で「感覚との随伴」を把握しにくい状況での検証を目指し

これは実験中の被験者の手の運動を統一するためであった．

た．空間的整合性を崩す具体的な方法としては van den Bos
ら の研究と同様に被験者の手を回転した映像を呈示する
手法を用いた．
「予測との随伴」を保つ手段としては，タブ
レット上でペン入力をする被験者の手の運動を円運動を含
むいくつかの運動パターンに限定する手法を用いた．これは，運動方向を右回り，左回りに限定することで視覚情報の回転によって空間的整合性が崩れても運動に対する予測が損なわれにくいという我々の過去の知見による仮説を基に設定した．また視覚的な見た目がバーチャルハンドに対する予測に影響する可能性があるため，異なる見た目のバーチャルハンドを用いて比較を行った．自己帰属感が生起

図 1 実験装置（A: 入力装置, B: 入出力装置の配置, C: 実

したかどうかの評価には，自己運動と視運動の随伴関係を

験風景）

認知することで達成されるタスクを用いた．その課題達成率から実験環境における予測の影響を分析し，能動的運動
時における自己帰属感の生起過程について議論した．

5. 実験設計
自己帰属感の生起過程として運動の随伴関係の認知に注目し，複数のバーチャルハンドから自己の運動に同期したものを見つけさせるというタスクを課す実験を実施した．
このタスクでは，被験者の動きに制約を加えた上で，その被験者に同期するバーチャルハンドと無関係の運動をする
バーチャルハンドを合わせて呈示し，正答を選ばせる．その正答率から自己帰属感の生起過程についての分析を試みた．
5.1 装置本 実 験 で は ， 映 像 呈 示 用 の 液 晶 デ ィ ス プ レ イ (3M© 2018 Information Processing Society of Japan

5.2 タスク
視覚的なバーチャルハンドを自己の身体として帰属させるには，視覚的な運動と自己の運動の随伴関係を認知することは重要なプロセスである．渡邊らは複数の動くマウス
カーソルから自己が操作するカーソルを瞬時に発見できることを確認しており，視覚的な運動と自己の運動の随伴関係を認知することができるかの評価に複数の運動するオブジェクトから自己の運動に同期するものを見つけるタスクは有効であると考えられる[24]．またこのようなタスクでは，運動したか否かだけでなく運動のイメージ（速さや方向）が一致しているかについての認知能力を検証することができ，単一のバーチャルハンドが同期か非同期かを 2 択で回答するタスクに比べチャンスレベルを下げることができるため結果を評価しやすい．そこで画面上に登場する複28

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数のバーチャルハンドから自己の右手の動きが投影されたグデータを元に呈示位置を決定し，同一のポインタを呈示

ものを見つけるタスクを設計し，その正答率を比較した．

した．

呈示する映像としてディスプレイを分割し，各フレーム

Realistic は視覚的な身体として被験者の実身体に近いフに 1 つずつ運動するバーチャルハンドを表示した（図 2）．

ォトリアルなバーチャルハンドを呈示する条件である（図そのうちランダムに選ばれた 1 フレームに被験者のペン操

2 右）．Realistic では被験者の動きに同期するバーチャルハ

作の動きと同じ動きをするバーチャルハンドが呈示され，ンドとして Web カメラで撮影した被験者のリアルタイム

その他のフレームには被験者の動きに無関係な運動（ダミの手のカラー映像に画像処理を加えて表示した．クロマキー運動）をするバーチャルハンドが呈示された．様々な運ー処理により被験者の手とタッチペンのみを抽出し，背景動を再現するために，ダミー運動には過去の被験者およびは Abstract と同じ灰色とした．ダミー運動は，被験者がポ現在の被験者の過去の試行での入力値のログデータを記録

インティングした位置座標とログデータの位置座標の差分し用いた．

を元に，リアルタイムの手の映像を平行移動することで表

このタスクでは被験者はステンシルで制限された運動領
域内でタッチペンを動かし自己運動に同期して動くバーチ

現した．
6.1.2 バーチャルハンドの回転ャルハンドが呈示されているフレームを探した．実験中，

バーチャルハンドの回転条件として 0°，90°，180°，

被験者の運動は手首の運動とタッチペンの運動可能領域の270°の 4 条件を用意した（図 3）．各条件は呈示するバー

みが制限され，スピードや方向は被験者の意志で自由に変チャルハンドをフレームの中心を軸に反時計回りにその条更できた．

件の角度だけ回転して呈示するものである．したがってRealistic のバーチャルハンドはペンでタッチしている位置
も身体イメージも回転する（図 3 右）．各試行では，被験者は何度回転したバーチャルハンドが呈示されるかを事前に伝えられ，ダミー運動のバーチャルハンドも全て同じ角度だけ回転されて呈示された．

図 2 タスクでの呈示映像（左：Abstract, 右：Realistic）

6. 実験 1
実験 1 では回転角度 4 条件（0°, 90°, 180°, 270°），運動パ
ターン 4 条件（Circle, Square, Semicircle, Line），バーチャル
ハンドの見た目 2 条件（Abstract, Realistic）を組み合わせた計 32 条件でタスクの正答率を比較した．
6.1 視覚フィードバック
本実験では，被験者の正面に設置されたディスプレイを図 3 実験 1 でのバーチャルハンドの回転条件（左：Abstract, 右：Realistic．被験者が初期位置をタッチする時の各回転条件で呈示されるフレームの例）

６つのフレームに分割し（横 3×縦 2），各フレームに１つずつバーチャルハンドを呈示した（図 2）．そのうちの１つ

6.2 運動パターンのバーチャルハンドは被験者のペン入力による運動に同期

我々の過去の研究における知見[23]から，本実験においして運動し，その他の５つのバーチャルハンドはダミー運て円運動であればバーチャルハンドが回転して呈示されて動をする．１フレームにはペンタブ上での 20cm×20cm のも予測が保たれるのではないかという仮説を立てた．

正方形領域での運動を可視化し，ディスプレイに呈示されたフレームの実寸は 15cm×15cm であった．
6.1.1 バーチャルハンドの見た目
バーチャルハンドの見た目として，Abstract と Realistic の２条件を用意した．
Abstract は視覚的な身体として抽象的なバーチャルハン

そこで予測が変わりうる運動の特徴として運動が「直線運動か円運動か」と「循環運動か非循環運動か」の 2 つに注目し，Circle，Square，Semicircle，Line の 4 条件の運動パ
ターンを用意した（表 1，図 4）．Circle では半径 5cm の円の外周を運動することができる．Square は１辺が 10cm の正方形の外周を運動することができる．Semicircle は半径ドを呈示する条件である（図 2 左）．Abstract では被験者の5cm の半円の弧を運動することができ，その領域は Circle

動きに同期するバーチャルハンドとして灰色の背景にタッの上半分と同じである．Line は長さ 10cm の直線上を運動

チペンでポイントした位置に黒色の円形のポインタを表示でき，その領域は Square の上辺と同じである．

した．ポインタの直径は 25 ㎜であった．ダミー運動は，ロ© 2018 Information Processing Society of Japan

タスク開始時のタッチペンの初期位置は全ての条件で同

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じ位置であり，垂直方向は運動可能領域の最上部の位置，呈示された．その後に解答画面に切り替わり，バーチャル

水平方向は中心部の位置であった．ダミー運動にはログデ

ハンドは呈示されなくなり代わりに各フレームに１−６のータを用いているため，呈示される 6 つのバーチャルハン

番号が表示され，被験者は自己の動きと同期したバーチャドの初期位置はすべて同じ位置であり，各回転角度条件にルハンドが呈示されたフレームの番号を口頭で解答した．

おける課題開始時のバーチャルハンドは図 3 のように呈解答は必答とし，解らなかった場合でも必ず 1 つの番号を示される．

解答させた．
表 1

6.4 参加者

運動パターンの特徴

円運動

直線運動

循環運動

CircleSquare

非循環運動

Semicircle

Line

実験には 20 歳から 23 歳の健康な大学生 10 名（男性 7名，女性 3 名）が参加した．すべての被験者は正常な視力（または矯正視力）を有し，右利きだった．
6.5 結果図 4 運動パターン（ステンシルの形状）
6.3 手続き
被験者 1 人に対するタスクは運動パターン 4 条件 × 見
た目 2 条件の 8 セッションからなり，被験者毎にランダムの順番で行った．各セッションは回転角度 4 条件の 4 ブロックからなりセッション毎にランダムの順番で行った．各ブロックはそれぞれ 10 回の試行からなる．各ブロックの最初の試行の前にそのブロックでのバーチャルハンドの回
転角度が被験者に伝えられた．実験全体を通して 3200 試行（10 人×8 セッション×4 ブロック×10 試行）を行った．
実験開始前に被験者は実験内容について十分な説明を受けたのちにトレーニングセッションに参加した．トレーニ
ングセッションでは，6 つのフレームに登場するバーチャ
ルハンドすべてが被験者の操作に同期して動き，すべての回転角度条件でのバーチャルハンドの動きを時間無制限で体験できた．
各試行は以下のような手順で行われた．各試行の開始前に被験者はタッチペンを初期位置に置くように指示された．
タッチペンが初期位置にあることを実験者が確認した後，実験者の音声による開始合図とともに画面の 6 つのフレー
ムに 1 つずつバーチャルハンドが呈示された．この時 6 つのバーチャルハンドはすべて同じ位置に静止した状態で呈示される．被験者がタッチペンを動かし始めると同時に全図 5 実験 1 の正答率（エラーバー：95%の信頼区間,てのバーチャルハンドが動き出し，2 秒間の視運動刺激が+: p<.10, *: p<.05, **: p<.01）© 2018 Information Processing Society of Japan30

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全体の正答率の平均は約 68％であった．回転角度ごとのいる．この要因として，Abstract のシンプルなバーチャルハ

正答率の平均は 0°では 78％，90°では 69％，180°ではンドの方が視覚的な運動を認知しやすかったことや62％，270°では 64％であった．運動パターンごとの正答

Realistic の方が回転による負の影響が強かったことなどが率の平均は Circle では 68%，Square では 64％，Semicircle

考えられる．Argelaguet らはリアルな見た目の方が agency

では 71％，Line では 70％であった．バーチャルハンドのの評価が下がる理由として，見た目が実身体に近くなるこ

見た目ごとの正答率の平均は Abstract では 72％，Realisticとでそのバーチャルハンドに期待する動きか変わることのでは 64％であった．正答率について回転角度（4 水準）と影響の可能性を示唆している．我々の実験でも同じような運動パターン （4 水準）とバーチャルハンドの見た目（2可能性が考えられ，バーチャルハンドの見た目の違いがそ

水 準 ） で 三 要 因 分 散 分 析 （ Three-Way repeated measuresのバーチャルハンドの運動に対して異なる期待や予測を与ANOVA）を行った結果，回転角度の主効果 [F(1, 9) = 19.456,

え，全体の正答率や回転による正答率の変化に結果として

p < 0.001] と見た目の主効果 [F(1, 9) = 19.456, p = 0.002] の現れた可能性がある．

みが確認され，運動パターンの主効果は確認されなかった

運動パターンと見た目を組み合わせた 8 条件で回転によ[F(3,27) = 1.552, p = 0.231]．Ryan's method による回転角度のる影響を調査したところ，空間的整合性の影響を受ける条

主効果における多重比較では，180°－ 270°間以外の全て

件と受けない条件の双方を確認できた．ほとんどの条件での組み合わせにおいて有意差が確認された(p < 0.001)．図 5

は回転による正答率への負の影響が確認され，0°で正答率に各条件での正答率を示す．どの要因間でも交互作用は確が高く 180°や 270°で低くなるという結果が得られたが，認されなかったが，運動パターンと見た目による影響につ円 運 動 か つ 抽 象 的 な 見 た 目 の 「 Circle － Abstract 」 といて分析するために運動パターン 4 条件 × 見た目 2 条件

「Semicircle－Abstract」の 2 条件では有意差が確認されなの 8 条件それぞれでの回転角度の主効果を調べた（One-かった．直線運動の Square や Line の運動パターンでは見Way repeated measures ANOVA）．その結果，「Circle－Abstract」

た目によらず回転の影響を受けた．また循環運動かどうかと「Semicircle－Abstract」の条件では回転角度による主効果

では結果の差が見られなかった．この結果はクランクハンは確認されなかった．

ドルを用いた我々の先行研究の結果を支持しており，他の6.6 考察過去の研究[9][18][22]では予測が働く能動的運動時も空間実験 1 全体での正答率は約 68％で，本実験でのタスクの的不一致の影響を受けることが示唆されているため，我々

チャンスレベルは 1/6 であるので実験全体での正答率は高は運動が円運動であるこの 2 条件ではバーチャルハンドがく被験者は実運動とバーチャルハンドの視運動の随伴関係

回転して呈示された状況でも「予測との随伴」の認知が容を認知できていたと言える．

易であったことが要因であると考える．それと同時に予測

回転角度の条件で比較すると有意差が認められ，0°条件

しやすい状況であれば空間的整合性が崩れても自己運動とで一番正答率が高くなり，180°や 270°では低くなった．

視運動の認知に影響がないという結果は体性感覚と「感覚この結果は触覚刺激や運動感覚と視覚刺激の随伴関係認知との随伴」よりも「予測との随伴」の認知が自己運動と視において実身体と視覚的身体の空間的不一致に大きさや解運動の関係性の認知において優位なプロセスである可能性

剖学的に不可能な姿勢であることが負の効果を生むというを示唆する．

過去の研究の結果を支持する[10][11][20][22]．空間的不一

円運動であっても Realistic 条件では回転による影響が認

致の大きさが影響を与える要因としては身体の心的回転められた．この要因について我々は前述したようにバーチ（メンタルローテーション）にかかる時間が空間的不一致ャルハンドの見た目の違いがそのバーチャルハンドの運動に比例して大きくなることが挙げられる[12]．また 90°とに対して異なる期待や予測を与えたのではないかと考える．

270°では実身体と視覚的身体の空間的不一致の大きさは特に本実験環境において，Abstract のバーチャルハンドは同じだが，本実験では被験者の右手を利用したため，解剖運動位置が回転した分だけずれたと解釈できるが，学的に不可能な姿勢である 270°回転した身体は負の効果

Realistic のバーチャルハンドでは運動位置がずれただだけが大きかったと考えられる．本研究では 180°と 270°のでなく身体イメージが回転したという解釈が生じることに結果に有意差は見られなかったが，過去の研究では 270°

なり予測のしやすさに影響を与えたのではないかと推察すの姿勢の方が 180°の姿勢よりも解剖学的に不可能な姿勢

る．実験２ではこのことについて Realistic の見た目条件にでるため負の効果が大きいという結果を報告しているもの

おいて「身体イメージの回転」と「運動位置の回転」の一もあり[20]，空間的不一致の大きさと解剖学的な不可能性

方のみを与える回転条件を設計し追加検証を試みる．

の大きさのどちらの影響が強く現れるかは実験条件によっ

7. 実験 2て異なると考えられる．
見た目の条件で比較すると，Abstract の方が正答率が高

実験 1 において円運動を行う条件（Circle, Semicircle）でかった．この結果は．Argelaguet らの実験結果を支持しては Realistic な見た目でのみバーチャルハンドが回転して呈© 2018 Information Processing Society of Japan31

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示されることによる有意差が確認され，Abstract では確認

びたバーチャルハンドの手が「左側‐奥側」に運動する．

されなかった．そこで実験 2 では，Realistic 条件において7.2 参加者

追加実験を行うことでその要因の検証を試みた．
実験 2 では実験 1 での「運動パターン：Circle－見た目：

実験には 20 歳から 22 歳の健康な大学生 12 名（男性 9名，女性 3 名）が参加した．すべての被験者は正常な視力

Realistic」のセッションに対して新たに実験１とは異なる（または矯正視力）を有し，右利きだった．

２つの回転方法を設定し，追加検証した．その他の実験設

7.3 結果計は全て実験１と同じである．
7.1 視覚フィードバック

図 7 実験 2 の正答率（エラーバー：95%の信頼区間, +:p<.10, *: p<.05, **: p<.01．右は「身体イメージの回転」のグラフ群で，左は「運動位置の回転」のグラフ群である．）
図 6

回転方法による見え方の違い．A は回転を付与していない 0°条件のバーチャルハンドであり, B は実験 1 で

図 7 に各条件での正答率を示す．
「身体イメージの回転」の回転方法で 90°回転したもの, C は「身体イメージの回における全体の正答率の平均は約 48％であった．回転角度

転」で 90°回転したもの, D は「運動位置の回転」で 90°ごとの正答率の平均は 0°では 62％，90°では 47％，180°

したものである．

では 42％，270°では 42％であった．5％有意水準で分散分析を行った結果，回転角度の主効果 [F(3, 33) = 8.723, p <2 つの条件でのバーチャルハンドは，被験者がポインテ

0.001] が確認され，Ryan's method による回転角度の主効果ィングした位置座標と回転を加えた後の位置座標の差分をにおける多重比較では 0°と他の３条件間で有意差が確認

基に，リアルタイムの手の映像に画像処理を加えることでされた（p < 0.001）．「運動位置の回転」における全体の正表現した．

答率の平均は約 52％であった．回転角度ごとの正答率の平「身体イメージの回転」の条件では，バーチャルハンド

均は 0°では 59％，90°では 49％，180°では 50％，270°

がタッチペンでポイントしている位置は被験者がポイント

では 52％であった．5％有意水準で分散分析を行った結果，する位置と同じであるが，手の向きが回転する．例えば図有意差は出ず回転角度の主効果は確認されなかった [F(3,6‐A に示すようにポイントされた場合，90°回転するブロ

33) = 2.094, p = 0.120]．

ックでは図 6‐C のようにポイント位置は変わらずに手の7.4 考察向きのみ回転する．

「身体イメージの回転」では被験者のポインティング位「運動位置の回転」の条件では，バーチャルハンドの向置とバーチャルハンドのポインティング位置は常に同じだ

きは常に同じであるが，バーチャルハンドがタッチペンでったにもかかわらず 0°と他の 3 条件の間に有意差が確認

ポイントする位置のみが回転する． 例えば図 6‐A に示すされた．これは運動位置の一致性にかかわらず Realistic 条

ようにポイントされた場合，90°回転するブロックでは図件のバーチャルハンドと実身体の身体イメージに不一致が

6‐D のように手の向きは変わらずにポイント位置のみ回生じることが自己運動と視運動の随伴関係の認知において転する．

負の影響を与えたことを示唆する．また有意な差ではなかしたがって実験 2 ではどちらの回転方法でも，0°以外

ったが，90°の条件に比べて 180°や 270°での正答率がの回転条件では被験者がリアルタイムに経験する手の動き

低く，この結果は過去の研究の結果[10][11][20][22]や実験とは異なる手の動きをするバーチャルハンドが呈示される

１での結果と一致し，空間的不一致の大きさと解剖学的なこととなる．例えば 90°の回転が付加された状態で被験者

不可能性の大きさが関係すると考えられる．

の手が「奥側から右側」に運動したときに，「身体イメージ「運動位置の回転」の条件では回転角度による有意差はの回転」では右側からのびたバーチャルハンドの手が「右確認されなかったが，0°に比べると他の 3 条件の正答率

側‐手前側」の運動し，「運動位置の回転」では下側からのが低かったが，「身体イメージの回転」と異なり 0°以外の© 2018 Information Processing Society of Japan32

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3 条件の正答率は横ばいであり，空間的不一致の大きさといる[8]．この現象は agency が保たれた上で空間的不一致の関係性は確認されなかった．0°以外の 3 条件で正答率が生じることで視覚的な運動の変化の要因を外力として認が下がった 1 つの要因としては 7.1 で述べたように 0°以知することで生じると考えられる．また，小川らは実際の外の条件ではバーチャルハンドの運動が実身体の手の運動

手とは異なる形状でありながら運動が同期しているバーチと経験的に異なることが影響した可能性がある．また本実ャルハンドを用いて体験者に実世界では体験できないよう験においては被験者の手首の運動に制限を加えてはいたが，な奇妙な感覚を生起させるインタフェース「Metamorphosis

リアルタイムの映像に対してポインティング位置を元に画Hand：えくす手」を提案している[21]．このインタフェー

像処理を加えため，ポインティング位置の移動に影響しなスに登場するバーチャルハンドの 1 つ 1 つの指は実身体とい手の細かな動きと画像処理後の運動の間に不一致が生じ，空間的不一致が生じているが，agency を感じることから自不自然な動きとに見えた可能性もある．以上の結果から「運分の手が変形したような奇妙な情動が得られる．これらの動位置の回転」では実験１の Abstract の見た目のバーチャ事例について本研究の結果から考察するに実運動から視覚

ルハンドが円運動をする条件と同様にモーターコマンドか的運動結果を予測しやすいことが空間的不一致がある状況

らの予測のしやすさが空間的不一致の大きくても自己運動

下での agency の獲得に有効に働いているのではないかとと視運動の随伴関係の認知に有効に働いた可能性が考えら

考える．

れる．

また，本研究では抽象的な見た目の方が自己運動と視運

また実験 2 全体での正答率の平均は約 50％で，実験１と動の随伴関係が認知しやすかったという結果が得られたが，比較すると全体的に正答率が低かった．その要因として新視覚的な身体の見た目は ownership を感じる上で重要なフたに設定した回転方法では 0°以外の条件でのバーチャルァクターであるため，抽象化された身体表現が VR インタ

ハンドの運動が実身体の手の運動と経験的に異なることがフェースにおいて必ずしも有効である訳ではないと考える．

難しさにつながった可能性が考えられるが，それだけでな

例えば，視覚的な身体が手の形状をしていることがく実験１と全く同じ条件である回転角度が 0°でも正答率

ownership を高めることなどが報告されている[1]．さらにが低かったことから被験者要因の違いや実験１に比べて総ownership を感じることは視覚の優位性（visual capture）の実験数が少なかったことによる学習効果の小ささも影響し獲得に関与しており，ownership を強く感じているときは視た可能性があると考えられる．

覚の運動を信じやすくなるという報告[8]や，VR 空間のア

8. 議論

バターの見た目により操作者の振る舞いに影響を与えると

本実験では自己帰属感のプロセスである自己運動と視運動の随伴関係の認知において，視覚的な運動についてモーいう報告[7]がある．このように，実身体に近い視覚的身体の見た目は特に ownership を利用した錯覚を与えるコンテ
ンツにおいて有効であると考えられる．

ターコマンドから予測しやすいかどうかが重要であること

しかし，テレイグジスタンスのロボットや VR 上のアバが示唆された．また視覚的な運動に対する予測はその見たターの運動を利用してタスクを行う場合など操作に精度を目によって影響を受ける可能性があり，本実験では実身体求める状況では，実身体に近い見た目がマイナスに働く場に近い見た目のバーチャルハンドに対しては実身体の身体合があると考えられる．例えば操作する視覚的対象がユーイメージと空間的不一致が生じることで運動の随伴関係のザーの身体運動を拡張した動きをしたり，ユーザーの身体認知に負の影響を与えることが確認された．

運動を完全に再現できていない状況が起きた場合，ユーザ

VR 環境においては，操作者の実世界の運動や身体を拡ーの運動と操作対象の運動に空間的不一致が生じ，操作の張，変容して表現する状況が多く見られる．このような VR

精度の低下が起こり得る．このような状況では身体イメー

コンテンツでは従来の GUI や実世界での体験を超えた体ジの不一致による影響を受けやすい実身体に近いリアルな験をユーザーに与えることができるという有効性がある．

見た目を利用するよりも，骨格情報などを持たない抽象的しかし実世界の運動や身体を拡張，変容して表現することな見た目を利用したり，空間的不一致を補完するようなメで操作者と視覚的なアバターの運動や身体イメージに不一

タファーを追加するなど身体イメージの不一致を許容しや致が生じることでアバターに対する自己帰属感の生起に負すくするデザインが必要となると考える．

の効果が生じる可能性がある．それを解決する上で，本実

今後，さらなる分析を行い自己帰属感の生起過程につい

験での知見が空間的不一致を許容して扱うことができるデて詳細に明らかにすることで本研究の知見を VR インタフ

ザインの構築に役立ち，「予測との随伴」が保たれることがェースの設計指針の構築に応用することを目指す．

VR 空間でのインタフェースデザインでの重要なファクターとなるのではないかと我々は考える．例えば，操作する

9. 制約と課題

視覚的なオブジェクトの運動量を変調することで疑似的なダミー運動を含む複数の選択肢の中から正解を探すとい

触力覚が感じられる現象（Pseudo-Haptics）が広く知られてうタスクが先行研究とは異なる結果を生む要因となった可© 2018 Information Processing Society of Japan33

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能性があり，被験者のダミー運動の存在がどのような効果をもたらしたかは定かではない．またその効果は見た目，
運動パターン，角度の条件によって異なる可能性がある．
各実験は被験者内要因で調査しており，実験１と実験２の被験者は異なったため各実験間の正確な比較は行えなかった．実験２に実験１と異なる被験者を用いた理由は実験１による学習効果を避けるためであった．また，見た目の影響については Abstract と Realistic の 2 条件のみしか検証していないため詳細には明らかになっていない．先行研究[1]ではこの 2 条件に加え，骨格情報はわかるがリアルな肌
質でないバーチャルハンドを用いた 3 条件での比較を行っており，本研究での結果に「リアルな肌質か」「骨格情報がわかるか」「形状から回転角度がわかるか」などがどのように影響するかについて興味がもたれる．今後は実験 1 と実
験 2 の条件の比較を可能にし，見た目の条件を増やすことでこれらについてより詳細に検証する予定である．
今回は手のひら部分のみを可視化したが，腕までなどもっと大きな身体部位までを可視化した場合にどうなるかというのも興味深いところである．

10. 結論本研究では，画面上に提示されたバーチャルボディに対する自己帰属感の生起において予測のしやすさに注目し，バーチャルボディおよびその運動方向を回転した場合の影響について検証した．その結果，回転による影響を受けやすい条件と受けにくい条件の双方が確認された．回転の影
響を受けにくかった条件では，視覚的な身体の運動をモー
ターコマンドから予測しやすかったことが自己運動と視運動の随伴関係の認知に有効に働いたと考えられる．また視覚的な身体の見た目や回転方法によっても予測のしやすさ
が変わることがわかった．そこからの議論として，ユーザ
ーが画面上の物体を操作するようなインタフェースのデザ
インにおいて，視運動の予測のしやすさが重要なファクタ
ーとなり，見た目や呈示位置などの状況に応じてユーザーが運動結果を予測しやすい設計を考える必要であると結論付けた．今後，予測と自己運動の認知の関係性についてさらなる分析を行い自己帰属感の生起過程について詳細に明らかにすることで本研究の知見を VR インタフェースの設
計指針の構築に応用することを目指す．
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．

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