H2-4

Model Human Processor と運動準備電位の矛盾点の検証
Verification of Contradiction between Model Human Processorand Readiness Potential
清水 菜々子*1, 東野 利貴*2，曽我 真人*1
Nanako SHIMIZU*1, Toshitaka HIGASHINO*2，Masato SOGA*1*1
和歌山大学システム工学部*1
Faculty of System Engineering, Wakayama University*2
大阪大学大学院情報科学研究科*2
Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University
Email: s206128@wakayama-u.ac.jp
あらまし：人間の認知処理過程をモデル化したものに，Card らの Model Human Processor（MHP）がある．
しかし，この MHP は経験則から処理時間を予測したものであり，脳活動の側面からはあまり検討されていない．本研究では，特徴的な脳波である運動準備電位に着目し，単純反応，物理的照合反応，名称照合反応，カテゴリー照合反応と呼ばれる 4 つの基本的ユーザ・パフォーマンスを行っているときの脳波を計測することで，脳活動の側面から MHP の妥当性の検証を行った．
キーワード：Model Human Processor，運動準備電位，脳波，基本的ユーザ・パフォーマンス

1.

はじめに人間の認知処理過程のモデルとして Model HumanProcessor（MHP）が Card らによって構築され，システムのユーザビリティを評価するために利用されている（1）．しかし，MHP は経験則に従い処理時間を予測したものであり，脳活動の側面からはあまり検討されていない．そのため，MHP を用いてユーザビリティを評価したシステムが脳活動の側面からも使いやすいものであるかどうかは保証されていない．
そこで本研究では，脳活動の側面から MHP の妥当性について検証を行う．

2.

する陰性の電位変動である（3）．そのため，先程挙げた 4 つの反応中には RP が出現すると考えられ，またその位置は，図 2 のようになると考えられる．

研究目的

MHP では，認知処理における知覚に要する平均時間を 100ms，認知に要する平均時間を 70ms，運動に要する平均時間を 70ms として定めている．
そこで，
MHP を用いて，人間の 4 つの基本的ユーザ・パフォーマンスである単純反応，物理的照合反応，名称照合反応，カテゴリー照合反応を表すと図 1 に示すようになる（2）．なお，単純反応は何らかの視覚刺激が呈示されたときに行う反応，物理的照合反応は呈示された記号が事前に記憶していた記号と同じときに行う反応，名称照合反応は呈示された文字が事前に記憶していた文字と同じ名前で表すことができるときに行う反応，カテゴリー照合反応は呈示された文字が事前に記憶していたカテゴリーと同じカテゴリーで表すことができるときに行う反応のことである．
また，図 1 から分かるように，これら 4 つの反応は，反応決定と呼ばれるプロセスを伴っている．
ここで，運動準備電位（Readiness Potential: RP）と呼ばれる特徴的な脳波について説明する．RP は，Kornhuber らによって発見された脳波であり，反応決定を伴う運動（随意運動）に 550ms 先立って出現

図 1 MHP を用いてモデル化した 4 つの反応

図 2 4 つの反応における RP の出現位置（矢印は随意運動から 550ms 前を示す．
）
MHP において，脳内で運動の準備が行われるのは，認知プロセッサの区間である．つまり，RP は認知プロセッサの区間に出現すると考えられる．しかし，― 175 ―

教育システム情報学会 JSiSE2019
第44回全国大会 2019/9/11-9/13

図 2 に示すように RP の出現位置は認知プロセッサよりも前になっており，矛盾している．そこで，本研究では，4 つの反応に対応する実験を構築し，その実験中の脳波を計測して RP の出現位置を確認することで，この矛盾点について検証を行った．

3.

実験手法

4 つの反応に対応する 4 つの実験を構築し，実験中の被験者の脳波を計測した．実験では脳波計を装着した被験者に視覚刺激を呈示し，事前に教示した視覚刺激（ターゲット刺激）が呈示されたらマウスの左クリックを，それ以外の視覚刺激が呈示されたら右クリックを行ってもらった．各実験における視覚刺激，ターゲット刺激を表 1 に示す．
表 1 視覚刺激とターゲット刺激

4.

マウスクリックの位置を図 4 に示す．なお，図 4 において 0ms は視覚刺激呈示のタイミングである．物理的照合反応，名称照合反応，カテゴリー照合反応
では，認知プロセッサの区間で RP が出現した．そのため，物理的照合反応，名称照合反応，カテゴリー照合反応においては，MHP は脳活動の側面から見ても問題がないといえる．一方，単純反応では，知覚プロセッサの区間で RP が出現した．
単純反応は，視覚刺激が呈示されたらマウスクリックを行うという，他の 3 つの反応と比較しても非常に簡単な反応である．そのため，実際に視覚刺激を知覚するよりも前から，マウスクリックをしようという準備状態に脳内でなっていた可能性が考えられる．しかし，脳内がマウスクリックの準備状態にあったとしても，実際にクリックを行うかどうかの決定を行うのは，視覚刺激を知覚した後と考えられるため，単純反応の認知処理過程を「知覚→認知（反応決定）→運動」と予測した MHP のモデルに間違いはないと考えられる．

実験結果

4 つの反応における脳波の総加算平均波形およびRP が出現し始めた位置（波形の振幅が有意に負に振れ始めた位置）を図 3 に示す．0ms はマウスクリッ
クのタイミングを，赤線は視覚刺激呈示のタイミン
グを示している．縦軸は振幅（μV），横軸は時間（sec）である．なお，水色の区間は，帰無仮説を「平均がゼロで分散が未知の正規分布ある」として 1 標本 t検定を行い，有意水準 5%で棄却された区間である．

15101055

Amplitude [μV]

Amplitude [μV]

RPの出現位置150-5-10-10-15-15-1-0.500.5-1-0.50Time [sec ]Time [sec ]単純反応

物理的照合反応1515101055

Amplitude [μV]

Amplitude [μV]0-50-50.50-10-15-15-1-0.50

Time [sec ]名称照合反応0.5-1-0.500.5

Time [sec ]カテゴリー照合反応

図 3 4 つの反応における脳波と RP の出現位置（緑色の○は RP の出現位置を示す．
）

5.

6.

考察

まとめ

本研究では，4 つの基本的ユーザ・パフォーマン
スに対応する実験を構築し，実験中の脳波を計測して RP の出現位置を確認することで，経験則的に導かれたモデルである MHP が脳活動の側面からも正しいかどうかを検証した．実験の結果，MHP は特徴的な脳活動である RP の側面からも概ね説明できることが分かった．

7.

-5-10

図 4 4 つの反応のモデルと RP の出現位置

参考文献(1) Stuart K. Card，Thomas P. Moran，Allen Newell:“ThePsychology of Human-Computer Interaction”，Crc Press（1983）(2) 古谷康一，溝口文雄:“インタフェースの科学（知識情報処理シリーズ 5）”，共立出版，pp.49-76（1987）(3) Hans H. Kornhuber ， Lüder Deecke ， ”
Hirnpotentialänderungen bei Willkürbewegungen undpassiveBewegungendesMenschen:Bereitschaftspotential und refferente Potentiale”，Pflüger'sArchiv für die gesamte Physiologie des Menschen und derTiere, 第 284 巻，pp. 1-17（1965）

MHP を用いた 4 つの反応のモデル，
RP の出現位置，― 176 ―