講演論文

T/2e/tZPα"CSG/bz"7ＩａＺｑ/Psychol7o刀licScic7Ice
2008VoL27､No.Ｌ89-94

FishboneTactilelllusionを利用した触対･象の凹凸知覚り
仲谷正史
東京大学

TheFishboneTactilelllusiontoexａｍｉｎｅｔｈｅｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ
ｏｆｒａｉｓｅｄｏｒｉｎdentedsurfacegeometry
ＭａｓａｓｈｉＮＡｋＡＴＡＮＩＴ"eU7zizﾉe7ざｉＺｙＱ／Tbhyo＊

Tactilesensationusuallyprovidesreliableperceptionofanobject'spresenceanditssurface

geometricprofile、However,ｔｈｅｈｕｍａｎｔａｃｔｉｌｅｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎｉｓｎｏｔnecessarilyfaithfulreproduction
ofthephysicalpropertyofanobjectinrealworldSuchphenomenoniscalledastactileillusion，
aｎｄｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｌｏｔｏｆｉｎｓｉｇｈｔｓａｂｏｕｔｔｈecharacteristicsofhumantactileperceptionandits
mechanismsaslikeasvisualillusionresearchResearchesontactileillusionshavebeenreported－)テ

littlebylittlefromthｅｅｒａｏｆＡｒｉｓｔｏｔｌｅｔｏｐｒｅｓｅｎｔｉｎｐｓｙｃhologicalneld,ａｎｄａｃｔｉｖｅｌｙｒｅｐｏｒｔｅｄｂｙ
ｅｎｇｍｅｅｒｓｉnrecentyears、Ｉｔｉｓｂｅｃａｕｓｅｔｈａｔｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｔａｃｔｉleillusionsisalsohelpfulfor
engmeerstodevelopatactiledisplay,whichisanapparatusto(re)producetactileperception、This
articlemamlyreviewstheFishboneTactilelllusionasacaseworkoftactileillusionresearchin
englneeringfield,thendiscussesthemechanismsofhumantactileperceptionbasedonthefindings
oftheillusion,ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｏｓｅｎndings．

Keywords：ＴｈｅＦｉｓｈｂｏｎｅＴａｃｔｉｌｅｌｌｌｕｓｉｏｎ,tactileperception,tactiledisplay,geometricperceptionていると考えられる．視覚。聴覚実験の実施は，ＣＲＴや

｜’

はじめに：

液晶ディスプレイ，スピーカやヘッドフォンなど視聴覚

錯触覚を利用した触知覚研究手法

情報を安定して提示するデバイスが確立されており，今触覚は人間の五感の中でも，プリミティブな外界の情日に至るまで多くの研究成果を生んできた．他方，触覚報取得に優れていると考えられる．例えば指先で触れた情報を安定して提示する触覚ディスプレイの確立はいま

表面の粗さや凹凸，温度など，危険から身を守るためのだ発展途上にある．それゆえ，触覚研究は工学の分野で基本的な感覚を触覚は担っている一方で，どのように触覚ディスプレイの研究として発展しつつある一方，触して日常的に体験される触知覚が生じているのかのメカ

知覚特｣性に関する研究については余地を残していると考ニズムについて，視覚や聴覚などの他の感覚と比べて不えられる．

明な点がまだ多く残っている．その理山は視覚や聴覚に比べて，触覚研究の実施はハードルが高いことに起因し'）Ｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｗａｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙａｇｒａntfrom
theResearchFellowshipoftheJapanSociety

最近では工学の発展により，触覚ディスプレイが市販されるようになり(例えば,PHANTOMQSensAble

Technologies，Inc.）心理学の分野でも触覚研究が身近になってきている．しかし，ハードウェアの制約上あら

forthePromotionoｆＳｃｉｅｎｃｅｆｏｒＹｏｕｎｇ

ゆる触感を提示できるわけではないことから，触覚ディ

Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ(17-11884）

スプレイがもつ限界が実験の制約となってしまうことも＊DepartmentoflnformationPhysicsａｎｄＣｏｍ‐ｐｕｔｉｎｇＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｏｋｙｏ，７－３－１Ｈｏｎｇｏ，Ｂｕｎｋｙｏ－ｋｕ,Ｔｏｋｙｏｌｌ３－８６５６、Correspondingto
MasashiNakatani＠ipcj､u-tokyQacJp

しばしば生じる．以上より，触覚ディスプレイは触知覚メカニズムを知る上でも有力なツールになりつつあるものの，’|'扁広<触知覚を知るためには他の研究手法も取り

Copyright2008TheJapanesePsychonomicSociety・Allrightsreserved

9０

基礎心理学研究第２７巻第１号入れる必要がある．

帥）(1)）

Ｆis]lboncPattem(ＦＰ）widtl】

近年，市販の触覚ディスプレイや複雑な機構の装置をに）ROpgl'Surは｡／〉些竺些竺

使わなくとも人間の触知覚メカニズムを調査する手法が見直されてきている．その1つが，触覚の錯覚（以後，錆触覚と略記する）を利用した研究手法である．触覚における錯覚現象の例は，アリストテレス以後，長い期間をかけて少しずつ報告し続けられてきており，興味を集

ulInm

ＦｉｇｕｒｅＬＳｃｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄｖａｒｉａｎｔｓｏｆthesurmcepatternthatcanproducetheFishboneTactilelllusion．

めている．錯触覚を題材とした研究は，次の２点において魅力的である．(1)視覚や聴覚の錯覚と同様，人111]の感覚`情報処理システムの理解につながりやすい点，そしてjiandlllusion(MochiyamaetaL,2005))．また錆触覚(2)１点目で得られた知見は，触覚を伝達するシステムの研究から得られた知見を利用して触覚ディスプレイを(触覚ディスプレイ）の開発に新たなヒントを与える点

織築し(LevesqueetaL,2005)，さらに新たな触知覚研
究につなげた例も挙げられる(CarteretaL,2008)．ごくである．

本稿では，これから触知覚や触錯覚を研究される方の最近に，工学者が過去にさかのぼって現在に至るまでの一助となるよう，次節にて主に工学の観点からこれまで

触錯覚研究のレビューを発表しているので(Hayward，の触覚研究の潮流を簡単に振り返る．続く後半部は筆者

2008)，ご興味のある方はご参照されたい．

らが見出した新しい触錯覚であるFishboneTactilell‐

工学者が錆触覚に注目する理由として次のようなもの

lusionについての成果レビューと，これまでに得られたが考えられるすなわち，触覚再現のために物体と人間との接jlll状況を完全に再現するのは既存技術だけでは困難である点，そして，人間の触知覚特性に基づいた簡易触覚情報処理に関する知見について議論する．

エ学における触覚研究分野と手法工学におけるこれまでの触覚研究は１９６０年代後半よな手法で触感を再現する手法が求められている点である．筆者らも上述のような動機から，新たな錯触覚であり，視覚情報を触覚を通じて提示する福祉用途の研究かるFishboneTactilelllusionを見いだし，研究を行ってら始まっている（代表的な研究例はBlissetaL,1970，

いる．

日本では伊福部２００４など)．その後，１９９０年以降急速に成長したバーチャルリアリティ研究の一環として触覚

ＴｈｅＦｉｓｈｂｏｎｅＴａｃｔｉｌｅｌＵｕｓｉｏｎ

ディスプレイの研究が進んだ（舘，2002)．特に，遠隔地

FishboneTactilelllusion（以下，ＦＴＩと略記する）に存在する物体の触感を取得し，手元で再現する目的では，物理的に平らである面が，手の指先でなぞることで触覚ディスプレイの開発が積極的に行われた（触覚ディ

主観的にはくぼんで感じられる現象である（Nakatani

スプレイのレビューは，例えばHayward＆MacLean，

etaL,2006;仲谷ら，2008)．FTIが生じる典型的な刺激形状の１つは，Figurel(a)に示す「魚の骨」のような

2007)．それらの研究成果の一部はロボット手術システ
ムの開発へとつながり，現在も臨床応用に向けて多くのの皮膚に対して提示される細かな触感の研究に往日が集形状である．平らな中心部（以下，中心線と略記する）に対して周辺部には２．０ｍｍ/cycle程度の空間周波数を持った格子形状(gratings)が高さ兼０１ｍｍで形成されている．体験者が指腹部で魚の背骨にあたる部分（以まっている．（例えば最近の触覚ディスプレイではWin‐

後，中心線と呼ぶ）をFigurel(b)中の矢印の方向にな

iieldetal.(2007)が興味深い)．加えて，２０００年代以降

ぞると，物理的には平らな面であるにもかかわらず「く研究が推進されている（Ｈｏｗｅ＆Matsuoka，1999)．
1990年代後半から２０００年代にかけては，特に手指先は触覚を再現するのみならず，普通では触れることのでぼみ（凹知覚)」が体験される．一方で，Figurel(b)にきない細かな表面形状を拡大して感じさせる技術も考案

おいて矢印で示した方向と直交した方向に指を動かす

され(Ｋｉｋｕｕｗｅｅｔａ1.,2005）ものづくり現場での応用と，中心線は盛り上がって感じられる．ゆえに，FTIは指を動かす方向に依存する錯覚と考えられる（FTIの一も期待されている．

以上のように工学における触覚研究の潮流が変化してきたが，近年では工学者が錆触覚現象に対して興味を持
ち始めている．例えば，簡易な触刺激を工作し，肱錯覚を検討した研究例が報告されている（例えば，Velvet

例は参考文献（傳111,2007）の表紙オビに印刷されて市販されている．ご興味のある方はぜひ一度書店で手に取りその場で体験していただきたい)．

その後の検討により，FishboneTactileIllusionは，

仲谷：FishboneTactilelllusionを利用した触対象の|、凸知覚

9１

(a）Ｃｅ

蕊
震:二
(b）

lｐｌａｔｅに）(。）／閂〒、￣￣､

父宅LL』評Figure2・OthervariantsoftheFishboneTactilelllusion（takenandcorrectedfromNakatanieta1.,
2008).（a）showstheperspectiveofthestimulｕｓＴｈｉｓｓｔｉｍｕｌｕｓｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｐleces，ａｎｄｉｔｉｓ
ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓａｍｅｍｅｔａＬＴｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓｉｓｒoughenedbysand-blastprocesslng．
（b）showshowperceiverfeelstheillusion（c）Whenthepiecewhichhasthecentrallinemoves，
perceiversfeelthatthesurfacelsraised,ａｎｄ（｡）thepiecewhichhasadjacentareas,ｔｈｅｙｆｅｅｌｔｈｅ
ｓｕｒｆａｃｅｉｓｉｎｄｅｎｔｅｄ．

魚の骨の形そのものが重要なのではなく，接触表面が有2008)，ＦＴＩは人間が凹凸を明瞭に判別できない条件下

するある性質が重要であることがわかった．具体的にで生じやすい錯覚であることが推察される．

は，指腹部が触れている面から受ける刺激の強度が一様

以上のようにＦＴＩが生じるいくつかの事例について

ではなく，強い刺激を与える領域によって弱い刺激を与紹介してきたが，なぜこのような錯覚が生じるのであろ

える面を挟み込むことがで生じることがわかった．例えうか．その理由は，触覚情報処理の観点から考えると大ば，Figurel(c)のように数十マイクロ程度の傷をつけ，きく分けて３つ考えられる(Figure3)．１つ目は脳にお粗さ差を作っただけのほぼ平らな表面でも，指でなぞる

ける末梢神経の解釈の結果，２つ目は物理刺激によってと凹知覚が生じる（(中谷ら，20071Figurel(c)で示し生じた末梢神経の発火パターンの類似，３つ目は指腹部たような表面は，例えばアルミニウム合金板の一部をサの変形の類似による錯覚現象の説明である

ンドブラストなどの方法を利用して容易に作成可能であ１つ目の説明は，ＦＴＩを生じさせる表面に指腹部が触る．また，Figure2のようにフラットな面の一部を（準）れた結果，引き起こされた神経信号を脳で解釈する際に静的に動かすことでも生じる(NakatanietaL,2008）

生じるというものである．物理的な凹形状と，FTIが生

Figure2(a)の実験片は，１枚のアルミ合金板をはめ合いじる形状によって引き起こされた両者の末梢神経信号はができるように切り，その上でサンドブラストによって全く異なっていても，それらを解釈したときに凹形状と表面を粗くしている．中心線を有する方の試料片を動か判断されることを意味する．上でも述べたようにＦＴＩ

すと，表面が凸に感じられ(Figure2(c))，逆に周辺部をは触覚刺激が明瞭に解釈できない状況に置かれた際に生有する方の試料片を動かすと表面が凹に感じられる

じやすいと推察されることから，人間が過上の体験に照(Figure2(d肌さらに，Figurel(c)のように粗さの違い

らし合わせて接触対象の凹凸を判定している可能性が考で強度差を出すのではなく，数十マイクロメータ程度のえられる(NakatanietaL,2006)．しかし，このような説

垂直振動によって刺激強度分布を指先に与えることでも明を想像することは簡単だが，具体的に証明することは凹知覚を生じさせることが可能である(Oyarzabaletal，

難しい．現象が際立つよい実験パラダイムを考案し，検200ｍ

証することが望まれる．

FTIで生じる凹知覚の深さを実験的に計測すると，２つ目の説明は，FTIが生じる表面に指腹部が触れた

0.15ｍｍ程度である（仲谷ら，2007)．人間が凹凸形状

結果，引き起こされる末梢神経の発火が物理的な凹形状に上から１Ｎ（約１００９の重さ）で指腹部を押し付けたを触れた場合と類似するという説明である第１点目とときに，凹凸を検出し，かつ正確に識別できる凹凸の高異なり，末梢神経から伝達される信号を脳から見ると，さ（深さ）が０．２ｍｍ以上であることから（神明前ら，

実際の凹形状とFTIが生じる形状を触れた場合とでは，

基礎心理学研究第２７巻第１号

9２

脳に達する以前の段階で末梢神経からの信号が類似すに触れた場合に得られる変形とが互いに類似しているこる．それゆえに触錯覚が生じているという説明である．

とによって錯触覚が生じるというものである．最近にこの際，物理的な凹形状とFTIを生じさせる表面形状

なって，物理的な凹形状が生じさせる機械的な変形結果

によって引き起こされる指先の物理変形が互いに同じでと，Figure2のようにFTIのような凹感覚を生じさせなくても構わない．本説明の検証方法として，機械変形る形状による変形の結果が，指腹部内部においては類似を伴わない電気刺激を利用した実験が考えられる.工学

することが単純な弾性シミュレーションによって示されの分野では指腹部に対して電気刺激を利用して高解像度ている(NakatanietaL,2008)．その研究では，まず指腹な触覚を提示する手法が既に提案。開発されている（梶部を構成する皮膚の硬さを計測した先行研究（前野ら，本ら，2001)．また梶本らの手法が確かに触覚を司る末1997）に準じて，指腹部の皮膚と同程度のやわらかさを梢神経を活動させていることは，末梢から接続する正中もつ３次元有限要素モデルを柿築したその上で指腹部

神経活動の直接記録によって検証されている（|中谷ら’

内部に生じる主応力の大きさを計算した．結果，物理的2003)．それゆえ，高空間解像度な電極を利用した電気な凹形状に触れた場合と，指の周辺部が指の長軸の方向刺激装置による実験パラダイムで本説明は検証可能と考に水平に引っ張られた場合で主応力の空間分布が類似することが明らかになった．すなわち，指の一部が垂直にえられる．

３つ目の説明は，FTIが生じる表面に指腹部が触れた力を加えられる場合と水平に引っ張られる場合で指表面際に得られる指腹部の機械的な変形と，物理的な凹形状の変形が異なっていても，指内部の変形が類似する場合があることが示唆された．それゆえ，観察者が凹形状を体験すると推察された．シミュレーションの詳細にご興IollprocCsulng

lllCNR味を持たれる読者は，NakatanietaL(2008)を参照されたい．

上述のようにFTIを通した凹凸知覚の研究を進める
一方で，ＦＴＩを利用した新しい凹凸表現方法についても筆者らは研究を行っている．FTI研究の知見より，何ら

lMechanic

かの方法によって接触表面の粗さ差をつけるだけで，物理的な凹凸を作ることなく接触表面の凹凸を表現するこ
Ｆｉｇｕｒｅ３、Threetactileinformationprocessｌｎｇとが可能である（ケント紙など，硬めの紙にカッターな

ｌａｙｅｒｓｔｏｅｘｐｌａｉｎｗｈｙｔｈｅＦｉｓｈｂｏｎｅＴａｃｔｉｌｅ

どで細い切れ込みを入れることでFTIを生じさせる事

ｌｌｌｕｓｉｏｎｈａｐｐｅｎｓ．

例をNakatanietaL(2006)にて紹介している)．本'性質
Tappearance

Appearanceiiz径鰯議熟鱒鈴噌信‐坤・・》鯛

Tnctile-augmentedAppearance

！

：

十

談

咀當削軋鰯蒋鬮諸割息掴罰割濁淘丙閣劉輔姐蕊li野

薑’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’一｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜で

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藤・』

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’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ 一｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ 戸i蕊！

RougheI1edsurfnceSmoothsurface、

Figure4Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏｐｒｅｓｅｎｔｂｏｔｈｖｉｓｕａｌａｎｄｔａｃｔｉｌｅinformation，Tactileinformation(tactileappearance,Tappearance)isoverlaidonthevisualinformatiｏｎ(appearance)ｔｏａＬ１ｇｍｅｎｔ
ｖｉｓｕａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｒａｖｏｉｄｔｈｅａｍｂｉｇｕｉｔｙｏｆｖｉｓｕａｌｉｍａｇｅ、Thetactileinformationiscreatedｏｎａｔｒansparentsheet,ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｍａｇｅｉｓｃａｎｂｅｆｅｌｔａｓｂｕｍｐｙａｓｓｈｏｗｎｏｎｔｈｅｒｉｇｈｔｓｉｄｅｏｆｔｈｅ
ｆｉｇｕｒｅ、Ｔｈｉｓｉｓａｐａｒｔｏｆｔｈｅａｒｔｗｏｒｋｔｉｔｌｅｄ“AppearanceTappearance，，ｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙＭａｓａｋａｔｓｕＯｇａｗａ
ａｎｄａｕｔｈｏｒ－

|[|］谷：FishboneTactilelllusionを利用した触対象の凹凸知覚果得られた人間の凹凸知覚特性を新しい情報提示手法に

(ｂ）

(ａ）

9３

応用した事例について述べた．

ｌ`mIlll

Ⅲ

簔篝
萱VasQ

Figure5、ApplicationoftheFishboneTactilｅ
ｌｌｌｕｓｉｏｎｏｎＲｕｂｉｎ，ｓＶａｓｅｉｍａｇｅ、Twoperpendicularlinesareslightｌｙｃｕｔｏｎｔｈｅ
ｓｕｒｆａｃｅ，thereforespecificvisualinformation
lsselectivelyperceivedaccoｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗａｙ
ｈｏｗｐｅｒｃｅｌｖｅｒｓｍｏｖｅｔｈｅｉｒｆｉｎｇｅｒ、Ｆｏｒ
example，ｔｗｏｆａｃｅｓｃａｎｂｅｓｅｅｎａｎｄｔｏｕｃｈｅｄｗｈｅｎｐｅｒｃｅｌｖｅｒｍｏｖｅｓｔｈｅｉｒｆｉｎｇｅｒｉnthe
verticaldirection，ａｎｄａｖａｓｅｃａｎｂｅｆｅｌｔ
ｗｈｅｎｐｅｒｃｅｌｖｅｒmoveslnthehorizontal「心の琴線に触れる」という表現にも見られるように，

触覚は身体へ直接的にかつ強力に働きかける感覚である．それだけに，普段信頼を置いている感覚の裏をかく
錯触覚の発見は，人間の知覚の理解を深める強力なツールである．新規の錯触覚現象が報告されることによって，触知覚の新たなる研究手法や知見，触覚提示手法への応用が生まれていくことを筆者は切に望んでいる．

謝辞
本研究を行うにあたりまして，東京大学大学院情報理工学系研究科舘障教授，川上直樹講師に多くのご助言，ご指導をいただきました．記して感謝します．

引用文献

directionTactileinformationfunctionsas

deｃｒｅａｓｍｇｔｈｅａｍｂｉｇｕｉｔｙｏｆｔｈｅｖｌｓｕａｌｉｍａｇｅ
ａｎｄｈｅｌｐｉｎｇｐｅｒｃｅｌｖｅｒｓｉｎｔｅｒpretpresented
lmagc・Ｔｈｉｓｉｓａｐａｒｔｏｆｔｈｅａｒｔｗｏｒｋｄｅｓｉｇｎｅｄ
ｂｙＭａｓａｋａｔｓｕＯｇａｗａａｎｄａｕｔｈｏｒ．

を利用して，視覚情報の上に触覚情報を重畳することが可能である．その１例として，非常に薄い透明シートの上に見えない線状の切れ込みを入れることで表面粗さ分布を作成し，触覚凹凸情報を視覚情報に重畳させる試みが提案されている(Figure4）（小川ら，2007)．
ここでは，ルピンの壷を題材にした例を示す．この有名な絵では，向かい合っている「二人の顔」もしくは｢壷」の２つの見方が可能であり，視覚情報からだけで観察者は一義的な解釈を得ることができない．そこで，

この視覚情報の上にFTIを利用した指の移動方向に依存する触覚的な凹凸手がかりを重畳する（Figure5参照)．この触覚的な凹凸手がかりは，指を垂直方向に動かすと，二人の顔の部分が盛り上がって感じられ(Figure5(a))，水平方向に指を動かせば壷の部分が盛り上がって感じられる(Figure5(b))．それゆえ，指の動かす方向に
よって絵の解釈を一義的に特定可能となる．本例は，
FTIを利用した触知覚特性の解明によって，視覚情報が有する暖昧さを触覚によって排除し汀伝えたい情報を正確に伝達する手法の新しい提案と考えられる．

おわりに
本稿では工学における触覚研究の位置づけについて述

べ，錆触覚研究が注目を集めている現状について論じた．その上で，筆者らが発見し研究を行ったFishbone
Tactilelllusionの研究事例を述べた．加えて，研究の緒Bliss,Ｊ､Ｃ,Katcher,Ｍ､Ｈ,Rogers,Ｃ､Ｈ,＆Shepard，ＲＰ．（1970)．Optical-to-TactilelmageConverslon
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