情報処理学会 インタラクション 2015
IPSJ Interaction 2015

A50
2015/3/5

Skin Potential Tracker：皮膚電位を用いた
マンマシンコミュニケーションツールの提案
津田一成†1

越水 重臣†1

概要：人と機械間においてコミュニケーションを図る際の手段として，皮膚電位を用いる皮膚電位軌跡(skin potentialtracker: SPT)の提案を行う．皮膚電位の指標である皮膚電位水準(skin potential level: SPL)をＹ軸に，皮膚電位反射(skinpotential reflex: SPR)をＸ軸にとり，その時間変化の軌跡をプロットする．その軌跡のことを皮膚電位軌跡(skin potentialtracker: SPT)と名付けた．実験の結果，SPT がプロットされた領域によって被験者の心身状態の判別を簡易的かつ視覚的に行うことができることがわかった．さらに，この SPT を利用したゲームの試作を行い，人と機械のインタラクシ
ョンの実現を試みた．

Skin Potential Tracker: Proposal of a Man-Machine
Communication Tool Using Skin Potential Activity
TSUDA KAZUNARI†1

KOSHIMIZU SHIGEOMI†1Abstract: We propose the Skin Potential Tracker (SPT), which uses skin potential activity as a method of achieving

man-machine communication. We track and plot changes over time, on the Y axis of Skin Potential Level (SPL), and on the X
axis of Skin Potential Reflex (SPR). We have termed the combined tracking of SPL and SPR as Skin Potential Tracker (SPT).
Experimental results have shown that depending on the area where SPT is plotted, it can be easily and visually distinguished
whether the subject is experiencing physical or emotional stimulus. Further, a prototype of computer game using this SPT
phenomenon was made, applying the technology to man-machine interaction.

1. はじめに2. 皮膚電位活動

近年，ウェアラブルデバイスの普及により機器と人との皮膚電位活動(skin potential activity: SPA)は生理学や心理距離がより密接となった．また，ソフトバンクのパーソナ学の分野において覚醒度や情動の指標として利用されていルロボット「Pepper」やシャープの掃除ロボット「ココロる[4]．この SPA には直流成分である皮膚電位水準(skinボ」など，コミュニケーションを重視した製品が登場してpotential level: SPL)と交流成分である皮膚電位反射 (skinいる．今後は人と機械間のコミュニケーションのあり方にpotential reflex: SPR)がある．一般的に SPL は覚醒度を表し

ついて考える機会が多くなることが予想される．例えば，おり，SPR は刺激の強さを表しているとされている．

最良のパフォーマンスを行うためには高い覚醒度を維持し，身体のセンシングには心電図や脳波，筋電位などの手段よく集中できているという心身ともに良好な状態であるこもあるが，電極を胸に貼り付けたり，専用の装置を装着しとが望ましい[1]．しかし，疲労などから覚醒度，集中力がたりする必要がある．精度が重視される場合では心電図な低下すると事故の要因となる．この時，例えば重機の操縦どは有用である．しかし，皮膚電位であれば日常的にほぼを想定すると，操縦者の覚醒度などを計測し機械側から操露出している掌を使用するため，拘束が少なく簡易に測定

縦者に休憩を促すことができれば事故を未然に防ぐことがすることが可能である．

できる．このような機械が人を気遣うことができるようになることが望ましく，このことは生活の質の向上(quality of

3. 皮膚電位軌跡による心身状態の判別

life : QOL)の向上に繋がる．そのためには，人と機械間の従来では，皮膚電位を用いる際，SPL と SPR の二つの波コミュニケーション手段が必要となる．この分野では，音形を表示させ，比較することで評価を行っている．しかし，声によって感性情報を取得する感性制御[2]や，介護ロボッ

それでは知識を持った人でしか波形を読み取ることができ

トに皮膚電位センサを実装し，遠隔操作を行う際に要介護ず，アプリケーションに実装することや，一般のユーザー者の痛みなど検知する研究[3]などが報告されている．

が自身の心身状態を把握することなども困難である．

本稿では，そうした人と機械間でコミュニケーションを図る際の手段に皮膚電位を用いる提案を行う．

そこで，SPL と SPR をそれぞれ縦軸と横軸にとりマッピングを行うことによる評価を提案する．
SPL と SPR の元の波形をそれぞれ Fig.1 と Fig.2 に，マッピ†1 産業技術大学院大学
Advanced Institute of Industrial Technology© 2015 Information Processing Society of Japan335

ングした図を Fig.3 に示す．なお，生理学では慣用的に座3.1 検証実験

標上方を負としている．それに倣いグラフでは上方を負電実験では 20 歳前後の 10 人の男女の学生を対象に安静状態位としている．Fig.3 のマッピングされた図には渦のようなで静止画を 1 枚ずつ，計 12 枚視認した時と深呼吸や起立な線が表示されている．これは SPL と SPR の値によってプロ

ど簡単な動作した時の皮膚電位を計測し，それぞれの波形ットされた点が動き回った軌跡である．リアルタイムで測をマッピングし比較を行った．皮膚電位の測定には，西澤定を行うと，プロットされた点が被験者の状態に合わせて電機計器製作所の SPN-01 を用いた．今回の実験では Fig.4

動きまわる様子が確認できる．この軌跡を皮膚電位軌跡のように電極を貼り付け，安静した状態から測定を行った．

(skin potential tracker : SPT)と呼ぶことにする．この際，SPRその結果，測定した 10 人のデータは 2 つのパターンが出現した時のプロットされた座標から被験者の心身状態に分類することができた．
まず 1 つ目のパターンを Fig.5 に示す．実験では 5 人のを視覚的，直感的に読み取ることができるのではないかと推察し，検証するため実験を行った．

被験者がこのパターンに当てはまった．このパターンでは動作時と静止画視認時の軌跡が区別されて見て取れる．動

SPL [mV]-20

作時では SPL，SPR ともに大きく変動するため大きな楕円-10深呼吸010を描く．また，SPR は負の方向に大きく出現していること

右手を握る

左手を握る

発声
「あ」

203040も特徴的である．対して静止画視認時では，ほぼ安静状態
起立

着席

5060にあることから SPR が発生していない，あるいは微弱である状態が長く，大きな変動がなく SPL が下降する様子が見て取れる．時折 SPR が正の方向に出現していることも特徴

2001070

時間 [s]
Fig. 1的である．また，静止画視認時において 2 [mV]を越す SPRが出現した時というのは，恐怖感や不安感といった情動の皮膚電位水準（skin potential level: SPL）変化を煽る画像が表示されているタイミングと一致した．
続いて，2 つ目のパターンを Fig.6 に示す．このパターンでは動作時と静止画視認時の軌跡では 2 つを区別することは-5

SPR [mV]困難である．後の聞き取りにより，こちらのパターンに分0類された被験者は少し緊張気味であったことが分かった．
深呼吸

右
手を握る

1020

510150

発
声
「あ」

左
手を握る
3040

静止画視認時に安静状態でなかったことが起因していると
起立

着席

506070

時間 [s]
Fig. 2皮膚電位反応（skin potential reflex: SPR）

-20-15-10SPL [mV]-5051015151050

SPR [mV]
Fig. 3-5Fig. 4

皮膚電位計を装着した様子

SPL と SPR のマッピング結果© 2015 Information Processing Society of Japan

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-8

画像視認時
動作時

-6SPL [mV]

-4-20210080

Fig. 5604020

SPR [mV]

0-20-40

画像視認時と動作時との比較 1-8

画像視認時
動作時

Fig. 7-6

体動時の SPTSPL [mV]-4-2026040200-20-40-60

SPR [mV]
Fig. 6 画像視認時と動作時との比較

2思われる．安静状態にも関わらず動作時と同程度の SPR が出現したことから，体の強張りなどは体を動かした際と同程度の刺激であることがこのことから推察される．
3.2 SPT の利用方法
この検証実験の結果から，3 つのことが分かった．①正しく測定を行うためには被験者は安静状態でなければならないこと．②恐怖感や不安感といったネガティブな感情は検出しやすいこと，③動作による SPR と視覚刺激によるFig. 8

画像視認時の SPTSPR は区別することが容易であることである．
このマッピング評価が有用である点は，SPL と SPR の特Fig.7 は実際に深呼吸など軽い動作を行った時の様子を徴を視覚的に判断できることである．SPL である縦軸は覚SPT で表したものである．正負が反転するポイントが体動

醒度，SPR である横軸は刺激の強さ，そしてその時の心身領域内にあることがわかる．しかし，正負の反転が感性領状態として読み取れる．従ってアプリケーションとして皮域側へはみ出してもいる．これは，体動時の SPR の値が大膚電位を用いる際に，容易に実装することができる．まず，きいため，すぐに安静時の値には戻れずオーバーシュート

マップ上に体動領域，感性領域，安静領域をそれぞれ設定してしまうためであると思われる．したがって，領域を判した．領域の範囲は検証実験の際に特徴を捉える事の出来別する際に，直前に体動領域側へ大きな SPR があった場合，た 5 人の結果の平均を基に設定した．どの領域に SPR が出

次の感性領域側への SPR は無視すればよい．Fig.8 は画像現したかによって，動いたのか，情動的な変化があったの視認時の様子を SPT で表したものである．画像視認時ではか，安静状態にあるのかを判別することが可能である．

安静した状態でモニターを見ているため，安静領域に留ま© 2015 Information Processing Society of Japan337

っていることが多く，感性領域内に恐怖感，不安感によるのプレイヤーの心身状態をわかりやすく表示するためのゲ反応が見られる．SPT を用いることで，このように心身状ージ，コメント枠を設けた．今回のゲームでは，体動領域態と覚醒度を一度に判別することが可能である．に反応が出るたびにゲージが増え，そのゲージがある一定

4. シューティングゲームへの応用

量溜まると別の攻撃手段が増える．また，安静状態をある
一定時間維持するとまた別の攻撃手段が増え，緊張や焦り

実際のアプリケーションへの実装例として，シューティなどから感性領域に反応があると，攻撃の威力が弱まる設

ングゲームを制作した．Web でソースが公開されているシ定にしてある．また，各領域では覚醒度によって分けられューティングゲーム[5]を基に，外部入力として皮膚電位計ており，領域ごとにコメント枠に「cheer up」や「calm down」を繋げたものである．プレイヤーはゲームに熱中すると体といったその際の心身状態に合わせたメッセージが表示さが思わず動いたり，呼吸が変化したりする．また，危機的れ，ゲームとプレイヤー間でのコミュニケーションを図っな状況になると焦りや緊張などが生じる．慣れ，あるいはている．

何事にも動じていなければ安静状態と変わらない．こうしたプレイヤーの情報をゲームに反映させるものである．

5. おわりにSPT を用いれば，領域内にプロットされた点がいるかいな

皮膚電位を用いた人と機械間のコミュニケーションツーいかというシンプルな記述でこの心身状態の判別ができる．

ルの提案を行った．皮膚電位軌跡(skin potential tracker: SPT)

例として体動領域の判別の記述を Fig.9 に示す．変数 mx，を用いることにより動作時，安静時，情動変化時を視覚的my が SPT による皮膚電位のプロットされた座標である．に判別することが可能であることが検証実験から分かった．

ゲーム内のプレイヤーのアバターにプレイヤー自身のまた，SPT のアプリケーションへの実装例として，シュ心身状態の情報をフィードバックすることで，ゲームへのーティングゲームの試作を行った．プレイヤーの心身状態没入感，感情移入を促進することができる．の変化をゲームに反映させるとともに，その心身状態に合Fig.10 にゲームのスクリーンショットを示す．左側がメインとなるゲーム部分で，右上が SPT 画面，右下には現在わせたメッセージを表示させることでプレイヤーとゲーム間におけるコミュニケーションを図った．
心身状態を簡易的に知ることができるという点で，介護ロボットやインタラクティブアート，ヒューマンエラーの防止など様々な利用に期待ができる．

参考文献

Fig.9 シンプルな判別の記述

Fig. 10[1] 大林 史明, 冨田 和宏, 服部 瑶子, 河内 美佐, 下田 宏, 石井 裕剛, 寺野 真明, 吉川 榮和: オフィスワーカのプロダクティ
ビティ改善のための環境制御法の研究－ 照明制御法の開発と実験的評価, ヒューマンインタフェースシンポジウム 2006, Vol.1,
Paper No.1322, pp.151-156, 2006.
[2] 柴崎晃一，光吉俊二 : 抑揚からの感情認識の評価‐感性制御技術(ST)の評価と，人間の感情の評価方法について‐，信学技報，pp.45-50(2005).
[3] 則次俊郎，井上浩行 : 皮膚電気反射を利用したマスタ支援型ロボットによる人体に対する安全接触倣い作業，日本機械学会論文集，67 巻，659 号，pp.148-153(2001).
[4] Kiyoko Shirai, Yoshitake Yamamoto, Hiroshi Okuda :Consideration of Formative Mechanism of Electrodermal Activity-Skin
Potential Activity and Skin Impedance Change-, ISLIS, Vol.21, No.1,pp.231-239(2003).
[5] Wise9, http://www.wise9.jp

ゲーム画面のスクリーンショット© 2015 Information Processing Society of Japan

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