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第 21 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2016 年 9 月）

操作における行為効果間の相互相関と遅延に着目した自己主体感に関する研究
A study of sense of self-agency focused on cross correlation and delay
between action and eﬀect in operation
片岡俊樹 1) ，舟橋健司 2) , 谷田公二 3) , 八代勝也 4)1) 名古屋工業大学（〒 466-8555 名古屋市昭和区御器所町, katao@center.nitech.ac.jp）
2) 名古屋工業大学（〒 466-8555 名古屋市昭和区御器所町, kenji@nitech.ac.jp）
3) (株) 本田技術研究所（〒 321-3393 栃木県芳賀郡芳賀町下高根沢 4630, koji tanida@n.t.rd.honda.co.jp）
4) (株) 本田技術研究所（〒 321-3393 栃木県芳賀郡芳賀町下高根沢 4630, katsuya yashiro@n.t.rd.honda.co.jp）
概要:

VR システムの構築やインタフェース開発において人間の感覚を考慮することは重要であり, また, 心理学の分野では自己主体感（行為の起源は自身であるという感覚）に関する研究がなされている.
本研究では, 連続的な操作における行為効果間, すなわち入出力信号間の遅延時間と相互相関（ノイズの度合い）の 様々な組み合わせに対する自己主体感の変化を調査する. その上で, 操作していると感じるために許容できるノイズと遅延の度合いを検討したい.
キーワード： インタフェース, 自己主体感, 遅延, ノイズ, 相互相関

1.

はじめに工学的な側面からも研究がなされている [5]. しかし前述の人類の道具の使用は数百万年前からとされており, 道具研究では実験における行為と効果が単発的であり, どちらもは人類の文化や歴史と密接に関わりながら進化を続けてい連続性を伴っていない. 連続的な行為効果間の遅延時間やる. そしてより複雑な道具である機械やシステムには優れノイズに着目した自己主体感に関する研究はまだない. 機たインタフェースが必要であり, 様々な研究が行われている

器のインタフェースには連続的な入出力を伴うものも多く,[1]. よりよいインタフェースを開発するうえで人間の知覚

また VR システム上で適切な相互作用を実現するためには,を考慮することは重要であり, 心理学の分野では知覚に関し連続的な行為を受けて, それに対する効果を提示する必要がて様々な研究がなされている. 運動に関する感覚について,ある.

Gallagher は最も基本的な自己感として身体保持感 (sense

そこで本研究では, 連続的な操作における行為効果間, すof self-ownership) と自己主体感 (sense of self-agency) のなわち入出力信号間の遅延時間と相互相関 (ノイズの度合二つを挙げている [2]. 身体保持感は, 動いているのは自分い) の様々な組み合わせに対する自己主体感の変化を調査す自身である, という感覚で, 自己主体感は, 自分がその運動る. 相互相関は, 入力信号に対する出力信号におけるノイズを引き起こしている, という感覚である. 自己主体感に関すの度合いを相互相関係数により表現する. 前述の研究の実験る研究は多く行われており, 例えば文献 [3][4] では, 被験者

では単発的な入出力に対して遅延のみを考慮していた. そこが実験装置のボタンを押すなどの単発的な入力を行った後,で, まず遅延のない状況で連続的な行為と効果の相互相関が意図的に遅延させた上で画面にオブジェクトを表示するな強い場合に自己主体感が強くなる, という仮説をたて, これどの単発的な出力を行う実験を行っている.

を検証する. 続いて, 相互相関と遅延時間の変化と自己主体ところで, インタフェースの性能が原因で行為 (入力) と感の関係を調べる. 操作していると感じるために許容できる効果 (出力) の間にノイズや遅延が生じてしまうと操作感がノイズと遅延の度合いを検討することで, VR システムやイ損なわれることが考えられる. いわゆるユーザビリティは多ンタフェースの精度や性能の妥協点を見出すことができる

角的な要素により判断されるが, インタフェースに対する自と期待する. ところで道具や機械の操作にはリスクを伴う

己主体感の高さはユーザの満足度に影響すると考えられる.

ものもある. 操作感の良いものは安心感 (sense of security)

そのためインタフェース開発や VR システムの構築においも得られると考えられる. そのため自己主体感に加えて, 相て, 自己主体感を考慮したい. 近年では自己主体感について互相関と遅延時間の変化に伴う安心感の変化についても調Toshiki KATAOKA, Kenji FUNAHASHI, Koji
TANIDA, and Katsuya YASHIRO

査する.
以下, 2 章では連続信号における相互相関と自己主体感の関係について, 3 章では相互相関および遅延と自己主体感の三次元座標やペンの角度などを得ることができる. 実験は,関係について, それぞれ実験とその結果, 考察を述べる.

ストローク操作 (ペンを前後に動かす動作) とツイスト操作(ペンをねじる動作) の 2 通りの操作方法で行う. ペンはス

実験 1 : 連続信号の相互相関と自己主体感

2.

トローク操作の場合は上下左右に, ツイスト操作の場合は上

人間は, 自身の行為による実際の結果が予想と合致すると下左右に加え前後にも動かないように拘束してある. なお,

きに, 自己主体感を得られると考えられている [6]. ノイズや力覚を伴う操作方法での実験も行ったが, 分析が進んでいな遅延がなければ予想が容易である. そこでまず, 遅延のない

いため本稿では記述を省略する.

状況で, 連続的な行為効果間の相互相関が強い場合に自己主被験者に提示する感覚刺激は, 視覚刺激と聴覚刺激により体感が強くなる, という仮説を検証したい. そのために, 次構成する. 視覚刺激は, 解像度 1280×1024 の 17 インチ液晶のような実験を行う. 被験者の操作入力に対して複数の感覚ディスプレイで提示する. 視覚刺激は, 入力により指示値が刺激出力を同時に提示する. 出力のうち入力と同期してい変化する線形ゲージと円形ゲージ (図 2), 全体の見た目が変る, すなわち相互相関が強い出力 (操作対象) は一つのみで,化する大きさの変わる円と明るさの変わる円 (図 3), および残りはすべて入力に対して無関係, すなわち相互相関が弱い

一桁の 7 セグメント風アラビア数字の計 5 種類とする. 聴

出力 (非操作対象) である. 被験者には, 自分が操作してい覚刺激は, 周波数の変化する音と音量の変化する音の 2 種類ると思うものを回答してもらう. 被験者が操作対象に選んだとし, スピーカにより提示する. 聴覚刺激の提示がある場合出力と入力との相互相関が強いならば, 仮説は実証される.

2.1

実験参加者

は画面にスピーカマークを表示する. なお前述に同じく, 力覚刺激の提示実験も行ったが分析が進んでいないため, 本稿

被験者は大学生および大学院生 (20 代) の男女 10 名ずつ,では除外して記述する. 実験では, 試行ごとに全 7 種類の感計 20 名である. 全員, 右利きで, 実験に用いる機材を右手で覚刺激のうちの 4 種類を提示する. ただし 2 種類の聴覚刺操作した. なお, 本実験は名古屋工業大学, および本田技術激が同時に提示されることはない.

研究所の生命倫理審査にて承認されている. また全ての参加者から実験参加について同意が得られている.

2.2

操作対象は入力信号に完全に同期する, すなわち操作対象の入力信号との相互相関係数は 1 である. 他の非操作対象

相互相関係数は恣意的に設定した挙動を提示することでランダムな変動相互相関係数を式 (1) により求める.

∑とする. これらの挙動は, 振幅 1(入力値の範囲に同じ), 周波数 2π 秒の正弦波を入力信号と想定して求めた相互相関係数

T

CXY (τ ) ={X(t)Y (t + τ )}

(1)

t=1

が 0.3 程度で弱い相関となるように設定する.

2.4

実験手続き

X と Y が相互相関係数を求める 2 つの信号であり, τ は 2

実験は静かな部屋で行う. 被験者は, ディスプレイから信号間の時間差を表す. CXY (τ ) のうち値の最大のものをそ50cm 離れて座る. また, 被験者には事前に以下の情報を伝の信号間の相互相関係数とする. なお入出力信号が同一のえる.

信号であるとき, 相互相関係数が 1 となるように値を正規化している.

2.3

実験システム

被験者は三次元力覚入出力デバイス Phantom を操作する(図 1). Phantom はペンを持つように操作することで, その

図 2: 線形ゲージ, 円形ゲージ

図 1: 実験の様子

図 3: 大きさの変わる円, 明るさの変わる円• 実験を開始すると視覚的, 聴覚的, もしくは力覚的な出力が 4 つ提示される.

• Phantom の操作で 4 つの出力はそれぞれ変化するが,操作対象は唯一つで, 残りはランダムに変化している.

• 課題は, 操作対象を見つけ出すことである.
• 制限時間はない
被験者は Phantom を操作し, 操作対象が判明次第, 操作を
図 4: 実験 2 の例

中断し操作対象を回答する. 被験者には回答の正誤は告げず,入力方法および提示する感覚刺激を変更し, 続けて試行する.
入力方法と操作対象となる出力の組み合わせは, 2 × 7 = 14通りである. 1 通りにつき 14 回試行したいため, 合計 196回試行する. 試行は被験者全員にランダムかつ均等に割り当てる.

2.5

実験結果と考察

被験者は各試行に対して 10 秒程度で回答できた. 入力動
作と操作対象である出力の各組み合わせにおける正答率は,ほぼ 100 % と高い結果が得られた. すなわち, 行為効果間の相互相関が強い場合に自己主体感が強くなる, という仮説は実証された. また, 入力動作と操作対象の組み合わせとその正答率には, 有意水準 5 % で有意な差が見られなかった.
すなわち, 自己主体感の強さは操作の形態, 対象の表示形態

る, もしくは左右の赤線 (出力信号の値が −0.8 と 0.8 の位置) より外に位置している場合, 電子音を出力するとともにバーを赤色で表示する. これは, リスクを伴う操作を想定している. 出力信号が影響を受ける遅延を, 0, 0.2, 0.4, 0.6 秒の 4 段階とする. ノイズは, 1 周期毎に周期と振幅がランダムに変化する正弦波を入力信号に加算することで表現する.
前節同様に正弦波入力に対して, 1.00, 0.98, 0.96, 0.94, 0.92の 5 段階の相互相関係数となるランダムな変化の範囲を経験的に決定することでノイズを設定する.

3.2

実験手続き

第一の実験と同様の環境で行う. 被験者には事前に以下の情報を伝える.によらないといえる. 特に, より高次の脳内情報処理が必要• 目標信号はランダムに動くのに対して, 出力信号はである数字という概念についても同様に, 行為との相互相関Phantom の操作入力で動く.
• 出力信号にはノイズが加わったり, 遅延が発生したり関係により概念を操作しているという主体感を得られたとする.
• 課題は, 目標信号に一致するように出力信号を操作す言える.
なお, 誤答の一つに着目し, そのときの操作入力と被験者ることである.
• 出力信号が目標信号から大きく離れる, もしくは赤線が操作対象として選択した出力の相互相関を調べたところ,10 秒程度の間, 値は偶然的に 0.947 と強い相関が見られた.

より外側に出てしまうと電子音が鳴る.
• 1 試行あたり 30 秒間操作し, その後 10 秒間でアン

すなわち, 被験者の回答は実験者側が用意した正答ではな
かったが, 相互相関の強い出力を操作対象に選ぶことができケートに回答する.

たと考えられ, この結果は仮説を支持するものであった.

被験者が回答するのは操作感 (自己主体感) と安心感の 2 項

実験 2:相互相関および遅延と自己主体感

3.

目であり, それぞれ 5 段階で主観評価する. 自己主体感とい実験 1 では行為効果間の相互相関が強い場合に自己主体う言葉に馴染みがないことを考慮し, 自分で操作ができてい感が強くなる, という仮説が実証された. そこで実験 2 では,るかどうか操作感について回答するように指示する. 前試行

相互相関と遅延時間それぞれの変化が自己主体感に与えるとの相対的な評価になるのを防ぐため, 本実験を行う前に,影響を検証する. 被験者には提示される目標信号の動きに一

遅延時間 0 秒かつ相互相関 1.00 の状態と, 遅延時間 1.0 秒致するように操作対象を操作してもらう. 操作対象はノイかつ相互相関 0.80 の状態をそれぞれ体験してもらい, これズや遅延の影響を受け, 操作入力とは完全には一致しない.

を基に回答してもらう. 相互相関と遅延時間の組み合わせ

様々な相互相関と遅延時間の組み合わせに対して, 被験者にが 4 × 5 = 20 通りであり, 1 通りにつき 10 回試行したいた

操作時の自己主体感と安心感について主観評価してもらう.

め, 合計 200 回試行する. 試行は被験者全員にランダムかつなお, 実験参加者は実験 1 と同様の参加者である.

均等に割り当てる.

3.1

実験システム3.3

実験結果と考察

図 4 のような線形ゲージを画面に提示する. 被験者は自己主体感, 安心感が最も得られたときを 5 点, 最も得らPhantom を用いたツイスト操作により, 出力信号を操作すれなかったときを 1 点とする. 図 5, 6 に相互相関と遅延時る. 出力信号は −1 から 1 までの範囲で変動するものとし,間の各組合せでの自己主体感, 安心感の評価の平均値をそれ

バーは 0.1 の幅で表示している. 目標信号は, ノイズと遅延ぞれ示す. 分散分析の結果, 相互相関係数, 遅延時間の変化の影響を受けていない場合に出力信号を容易に一致させる

はともに, 有意水準 1 % で自己主体感に有意な影響があることができるように, −0.8 から 0.8 までの範囲でゆっくりと言えた. また, 安心感についても同様に, 有意水準 1 % でと滑らかに変化する. 出力信号が目標信号から大きく離れ有意な影響があると言えた. 相互相関係数 C および遅延時

図 5: 自己主体感の評価の平均値
図 7: 自己主体感と安心感の散布図
己主体感と安心感に与える効果を検討した. 被験者に, 提示される目標信号に一致するように操作対象を操作してもらい, 様々な相互相関と遅延時間の組み合わせに対して, 印象を主観評価してもらった. 実験の結果, 相互相関および遅延は自己主体感, 安心感の両方に有意な影響があると言えた.
また, 重回帰分析の結果, 相互相関係数および遅延時間から自己主体感を予測できる可能性が示唆された. 今後は, まず力覚を伴う操作についても分析を進めたい. さらに入力動
図 6: 安心感の評価の平均値

作の種類や出力信号の形態やそれを受け取る感覚器官の種類を増やした上で, 様々な要因に対する自己主体感の変化を

間 D から自己主体感, 安心感の評価値を得る重回帰式はそ検証したい. また, VR システムやインタフェースの開発にれぞれ式 (2), 式 (3) となった. 重相関係数は自己主体感がおける有効な知見を見出したい.

0.63, 安心感が 0.65 でともに中程度の相関があると言えた.
このことから, 相互相関係数と遅延時間から自己主体感, 安心感の度合いを予測できる可能性が示唆された.

謝辞 研究を進めるにあたり, 有益な議論を頂いた名古屋工

自己主体感 = 23.88 × C − 1.18 × D − 19.41(2)

安心感 = 24.63 × C − 1.28 × D − 20.13(3)

式 (2),(3) から, 強い自己主体感を得るためには相互相関を強く, 遅延時間を短くする必要があることが示唆された. この結果は, 実験 1 の仮説の妥当性を示している.
次に, 自己主体感と安心感の関係について検討する. 自己主体感と安心感の単相関係数は 0.83 で強い相関があった.
また, 無相関検定を行ったところ, 有意水準 1 %で相関がな

業大学舟橋研究室諸氏に感謝する.

参考文献[1] 浅川 悦子: すべての人に使いやすい「アダプティブインタフェース」への挑戦, 電子情報通信学会誌, Vol. 90,

No. 9, pp. 792–794, 2007.
[2] S. Gallagher: Philosophical conceptions of the self：
implications for cognitive science，Trends in Cogni-

いとは言えなかった. 相互相関係数, 遅延時間の同組み合わ

tive Sciences，Vol. 4, No. 1, pp. 14–21, 2000.
[3] 浅井 智久, 丹野 義彦: 自己主体感における自己行為のせにおける自己主体感と安心感の値の散布図を図 7 に示す.

予測と結果の関係:行為主判別に対する学習課題を用い直線は最小二乗法により線形近似したものであり, 自己主体感と安心感は比例関係にあることが明らかになった.

4.

むすび
本研究では, 連続的な行為効果間の遅延時間と相互相関にた検討, 日本パーソナリティ心理学会, Vol. 16, No. 1,pp. 56–65, 2007.
[4] C. Farrer, G. Valentin, J.M. Hupe: The time windowsof the sense of agency，Consciousness and Cognition，

着目した自己主体感と安心感の変化を検証した. 実験 1 でVol. 22, No. 4, pp. 1431–1441, 2013.
[5] 簑原 凜，温 文，濱崎 峻資，前田 貴記，加藤 元一郎，は, 行為効果間の相互相関が強い場合に自己主体感が強くな

山川 博司，山下 淳，淺間 一: スイッチ操作力の差異がるという仮説を検証した. 被験者の操作入力に対して, 相関

運動主体感に与える影響の評価, 第 20 回ロボティクスが強い出力と相関が弱い出力を同時に提示し, 操作対象であると思うものを回答してもらった. その結果, 被験者は相互シンポジア講演予稿集, pp. 139–144, 2015.
[6] S.J. Blakemore, D.M. Wolpert, C.D. Frith: Abnor-相関が強い出力を操作対象に選択することができ, 仮説は実

malities in the awareness of action, Trends in Cogni-

証された. 第二の実験では, 相互相関と遅延時間の変化が自tive Science, Vol. 6, No. 6, pp. 237–242, 2002.