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第 24 回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集（2019 年 9 月）

遅延が道具における身体所有感に与える影響に関する調査
A Study of Influence of Delay to Sense of Self-Ownership for Tool Operation宮路大勇 1)，舟橋健司 2)，谷田公二 3)Masatoshi MIYAJI, Kenji FUNAHASHI, and Koji TANIDA
1) 名古屋工業大学 （〒465-8555 名古屋市昭和区御器所町, m.miyaji.754@stn.nitech.ac.jp）
2) 名古屋工業大学 （〒465-8555 名古屋市昭和区御器所町, kenji@nitech.ac.jp）
3) 近畿大学 （〒577-8502 東大阪市小若江 3-4-1, tanida@mech.kindai.ac.jp）
概要：道具操作の熟練者は道具が自身と一体であると認識し，手足のように感じると表現することがある．本研究ではこれを認知科学分野で研究さている身体所有感の延長として捉え，拡大的身体所有感とよぶ．遅延を伴う実験における知見から，操作系における適切な遅延が道具の特性把握の助けとなり拡大的身体所有感に結び付くという仮説を立て，検証した．適切な遅延が拡大的身体所有感を与え，操作成績を向上させることが示唆された．
キーワード：身体所有感，道具操作，遅延

1. はじめに操作系における適切な遅延が道具 (他者) の特性把握の助

認知科学の分野において自己の認識についての研究がけとなり，拡大的身体所有感に結び付くという仮説を立て，行われており，Gallagher は自己主体感 (sense of agency)検証実験を行った．実験では，単純なボタン押し操作と比と身体所有感 (sense of ownership) という心理学的概念を較して高難度である，対象物の連続的な移動操作において，提唱している [1]．自己主体感は自身が対象物に影響を与操作入力と移動結果の画面出力の間の遅延が拡大的身体えていると感じる感覚であり，身体所有感は動いている身所有感に与える影響を検証する．仮説が実証されることで，体が自分の身体であると感じる感覚である．これまでの道具の操作に長けていない人でも効果的に拡大的身体所

我々の研究で自己主体感は操作と対象物の間の遅延やノ有感を獲得できるようなインターフェース開発のためのイズが小さいほど強く感じられることが明らかにされて知見が得られると期待される．

いる [2]．また Farrer は，ボタンを押してから応答が画面に表示されるまでに遅延をもうけることによる自己主体

2. 実験感の変化について実験した [3]．この単純なボタン押し操2.1 実験システム

作の実験において，入出力間にわずかに遅延をもうけたと被験者が，道具を使って対象物を操作する実験を考える．

きに部分的に自身の制御であり，また部分的には自身の制道具はマジックハンドとし，操作は対象物のある台から別御ではないとの認識が生じることも明らかにした．ところの台への移動とする (図 1 a, b)．具体的には画面上に 2 つで，何らかの道具操作の熟練者は道具を自身の手足のようの台と対象物 (球)，マジックハンドを描画する．マジックに感じるという表現をする．テニスのラケットのように見ハンドの動きは 3 次元位置入力および力出力の可能なた目や操作方法が身体の形状や動作に似ている (次の車PHANTOM のスタイラスの動きと連動している．被験者はの例に比較して) 場合はもちろん，車のように身体の形状PHANTOM を操作し，画面上のマジックハンドにより対象や動作を模倣していない場合でも「手足のように」という物を台から台へ移動する．PHANTOM とマジックハンドの表現をする [4][5]．本研究ではこの感覚に着目し，熟練者間に遅延をもうけることで，被験者の手からマジックハンのように人が道具を自身と一体であると認識し，手足のよド，そして対象物の動きに対しての遅延を実現する．

うに感じる感覚を拡大的身体所有感とよぶことにする．道

ところで，道具や移動対象物の運動状態は，等速直線運具の操作に長けていない人が拡大的身体所有感を感じ，道動や等加速度回転運動および停止状態などの定常状態と，具をうまく利用するには，適切に道具を認識しつつ，かつ過渡状態に分けて考えられる．定常状態での遅延は被験者振り回されないことが必要であると考えられる．また，先に認識されにくいことが考えられるため，過渡状態での遅に述べた Farrer の実験の知見からわずかな遅延が他者の適延に注目した実験としたい．そこで運動開始が明確な短時切な認識に有効であると期待できる．これらのことから，間で完了する運動とすることで過渡状態での遅延の認識であるとの説明を与える．動作 4 により実験において遅延を付加することがあることを理解してもらう．またこれらの動作は，実験後のアンケートに対する回答の指標として
い る こ と も 説 明 す る ． 実 験 に お け る 遅 延 は 0[ms]
(a)

(b)

(PHANTOM の処理および通信の遅延と描画遅延を含めると最小でも 5[ms] であるが，ここでは 5[ms] の遅延を遅延なし 0[ms] と扱う) から 450[ms] までの，50[ms] 刻みの10 種類とする．被験者には 1 回の試行において 10 回の移(d)(c)

図 1: 対象物を移動する様子

動タスク (5 往復) を連続して行ってもらう．実験 1 では
20 名の被験者に対して 1 人あたり 5 試行 (50 タスク), 5 通りの遅延をランダムに割り当てる．基準動作の体験ののち，以下の手順で実験を行う．評価は被験者による操作感覚にを確実にする．また，遅延の大きさの変化に対する操作成

ついてのアンケート回答と，対象物の台から台への移動時績の遷移を把握するために被験者による対象物の移動時間により行う．

間を計測したい．これらを実現するために対象物を動かし

手順 1 遅延と台の位置を設定する．

始めるタイミングを明示的に示す．移動開始前には画面中

手順 2 被験者に自身で PHANTOM を操作してもらい，の対象物を固定する．このとき，固定されていることを視

画面中のマジックハンドを動かして台の上の対象物を覚的にも表現するために対象物の上に「ふた」を描画する．

つかんでもらう．

またフォースフィードバックの機能を利用して手順 3 各試行において，タスクを 10 回 (5 往復) 行う：

PHANTOM のスタイラスを動かせないようにし，画面中の3-1 カウントダウンの 3 秒の間，待機してもらう．

マジックハンドの移動も制限する．移動操作開始を予告す

3-2 開始の合図と同時に，台の上の対象物を他方のるために 3 秒間のカウントダウンを表示する．カウントダ

台にできるだけ早く滑らかに移動してもらう．

ウン後に前述の固定を解除することで，被験者は移動操作

手順 4 各試行ごとに操作時の感覚について，以下のアが可能となる．合わせて，スタートを知らせるビープ音をンケートに回答してもらう．

鳴らすことで実際に各実験を開始する．なお各実験開始前

質問 1 自身の意図でマジックハンドを動かせたの準備段階において，複数の遅延に対して実験を行うためかどうか (自己主体感)に，遅延を変更可能とする (PHANTOM の処理および通信

質問 2 マジックハンドを自身の手のように感じの遅延と描画遅延以外の遅延をもうけない場合も含む)．

たかどうか (拡大的身体所有感)

また，台と台の位置関係が常に同じであると被験者が操作

質問 3 他者がマジックハンドの操作に介在してに慣れてしまう恐れがあるため，台の位置も変更可能とすいるように感じたかどうか (他者，道具の存在感)る．ただし，互いの距離が変化してしまうとタスクの公平

なお，質問 1 と質問 2 は，0 から 9 の 10 段階で評価して性が保てないため，これらの距離は常に一定とする．

もらう．このとき前述の基準動作 1 から 4 において，自身2.2 実験 1の手による動作 1 を評価値 10，実際のマジックハンドに

被験者は大学生および大学院生 (20 代) の男女 10 名ず

よる動作 2 と実験システムによる動作 3 を同等であると位つ，計 20 名であり，全員 PHANTOM を右手で操作した．

置付けて評価値 5，実験システムによる遅延最大の動作 4また全ての参加者から実験参加の同意が得られている．

を評価値 0 とし，指標として各試行を評価してもらう．質実験に先立ち，被験者にマジックハンドという道具により

問 3 では他者の影響を感じたか (最大 10), あるいは他者対象物を移動するというタスクの位置づけを理解してもを感じなかったか (最小 1) 10 段階で評価してもらう．

らうために，以下の基準動作 1 から 4 を体験してもらうと

2.3 実験 2

ともに，PHANTOM を用いた実験システムに慣れてもらうために数分間の練習時間を与える．

実験 1 の結果の詳細は 3 節で述べるが，いくつかの改善すべき点が明らかになったため，追加で実験 2 を行う．被動作 1 手で対象物 (スポンジ) を直接操作する (図 1 c)．

験者は大学生および大学院生 (20 代) の男性 16 名，女性

動作 2 実物のマジックハンドで対象物 (スポンジ) を14 名の計 30 名であり，全員 PHANTOM を右手で操作した．

直接操作する (図 1 d)．

また全ての参加者から実験参加の同意が得られている．

動作 3 遅延を最小としたシステムで対象物を操作する．

実験 1 の結果から被験者が自己主体感と拡大的身体所有

動作 4 実験における最大の遅延をもうけたシステムに感を意図的に区別することが困難であることが分かった．

おいて対象物を操作する．

そこで実験 2 では自己主体感に関する質問と拡大的身体

この動作 1 により道具を利用しない移動操作を理解して所有感に関する質問を明確に区別するために，被験者を 2もらい，動作 2 により道具による対象物の移動操作を行う

つのグループ A，B に分けて，一方の質問のみに対して回状況を体感してもらう．動作 3 は動作 2 と同等の位置付け答してもらう．なお，グループ A，B 間の男女比は等しい．

このことから，操作系における適切な遅延が操作成績を向上させることが分かった．また，50 と 100[ms]，100 と150[ms] については，前者には有意差はなく後者は p <0.01 となり有意水準 1%で有意差があった．このことから，操作成績を向上させる適切な遅延は 50 から 100[ms] 程度であることが分かった．遅延の大きさ以外の条件がタスク
図 2: 遅延の大きさの変化と平均タスク達成時間の遷移達成時間に影響を及ぼしていないか検討する．タスクに対しての慣れや疲労がタスク達成時間に影響を及ぼしていないかどうか，各試行 (10 回，5 往復の移動) のうちのタ
スク 1 回目，6 回目，10 回目の総当たりの組み合わせと遅延の大きさについて二元配置分散分析を行った．その結果，各試行におけるタスクの順番によるタスク達成時間に有意差はなく，またそれぞれの順番のタスクと遅延に交互作用も見られなかった．このことから 1 試行のタスク数が

図 3: 遅延の大きさの変化と自己主体感と拡大的身体所10 回であることにより遅延が小さい場合には慣れが生じ有感に関する平均官能評価の遷移とばらつき (実験 1)るとか，遅延が大きい場合には疲労が蓄積されるなどの影響はなく，すなわちタスク達成時間は 1 試行あたりのタス

また，実験 1 では遅延の大きさにより他者のとらえ方に違ク数に影響されていないことが分かった．

いがあることが示唆された．そこで他者を協調として感じ実験 2 におけるタスク達成時間について考察する (図 2

たか，妨害と感じたか区別して回答できるようにする．と右)．図 2左と同じように全体では遅延が大きくなるほど平ころで，実験では単に遅延を与えているだけのため，一般均タスク達成時間が長くなっていることがわかる．

的には遅延なしの場合よりも操作感覚がよくなることは150[ms] に着目すると 100[ms] に比べ短くなっているこない，と考えられる。しかし，本実験ではわずかな遅延のとがわかる．遅延が 50 と 100[ms]，100 と 150[ms]，150好影響を仮定している．そのため，実際には協調的な操作と 200[ms]，それぞれについては，100 と 150[ms] 以外で p支援は行っていないにもかかわらず「妨害的な遅延だけで< 0.01 となり有意水準 1%で有意差があり，100 と 150[ms]なく協調的な支援もあり得る」と実験前に説明しておく．の間では有意差はなかった．このことから，単調増加であさらに実験 1 において，PHANTOM が見えるとマジックハった平均タスク達成時間が 100 から 150[ms] の間で一定にンドを操作しているという意識がうすれる，という意見がなったことがわかり，操作系における適切な遅延が操作成被験者からよせられた．そこで実験 2 では PHANTOM で績を向上させることが改めて示唆された．

はなくマジックハンドを操作していると被験者に感じて

3.2 遅延の大きさと自己主体感，拡大的身体所有感の関係もらうために，被験者と PHANTOM との間に衝立を設け，実験 1 におけるアンケート結果について考察する (図 3)．

被験者の視界に PHANTOM が入らないようにする．手順 4

どちらも遅延が大きくなるほど官能評価値が小さくなる．の質問 1 はグループ A のみを，質問 2 はグループ B のみ

ところが，0 から 150[ms] に着目すると，自己主体感の官を対象とし，実験 1 と同じ方法で評価してもらう．質問 3

能評価は遅延が大きくなるほど官能評価が小さくなるの

では，他者の介在を感じない場合を評価値 0 とし，これをに対し，拡大的身体所有感に関する官能評価はほぼ一定の基準値として他者の介在を協調として感じたか (最大 5)，値をとっている．それぞれ 0 と 150[ms] における官能評価

あるいは妨害として感じたか (最大-5) を 11 段階で評価しに対してウィルコクソンの順位和検定を行ったところ，自てもらう．なお，実験 2 では描画処理の変更を行ったため

己主体感に関する官能評価については p < 0.05 となり有意実質的な最小遅延は 16[ms] であり，グループ分けに伴い水準 5%で両者に有意差があったのに対し，拡大的身体所被験者 1 人あたり 8 試行を割り当てる．

有感に関する官能評価の場合には有意差がなかった．このことから遅延 0 から 150[ms] の間に拡大的身体所有感の存

3. 実験結果と考察

在が示唆された．しかし，両者とも全体では官能評価の遷3.1 遅延の大きさと平均タスク達成時間の関係移が似ている．自己主体感に関するアンケート結果，およ実験 1 におけるタスク達成時間について考察する (図 2

び拡大的身体所有感に関するアンケート結果と遅延の大左)．全体では遅延が大きくなるほど平均タスク達成時間きさを二元配置分散分析すると，2 つのアンケート結果にが長くなっていることがわかる．ところが，100[ms] に着有意差はなく，交互作用も見られなかった．これは，被験目すると，0[ms] に比べ平均タスク達成時間が短くなって者がアンケートを回答するときに自己主体感と身体所有いる．遅延が 0[ms] の平均タスク達成時間と 100[ms] の平感をうまく区別できなかったためと考えられる．また，そ均タスク達成時間の差に有意差があるかどうか t 検定を行

れぞれのグラフの遅延 0[ms] の部分に注目すると，平均評ったところ，p < 0.05 となり有意水準 5%で有意差があった．

価値が 5 を上回っていることがわかる．これは遅延をもう存在を強く意識するようになることが分かった．また，50と 100[ms] の評価値が 0 や 150[ms] の評価値に比べ大きくなっている．このあたりの遅延においても他者の存在を意識していることが示唆される．しかし遅延 0 と 50[ms]，0と 100[ms]，50 と 150[ms]，100 と 150[ms] それぞれの組み合わせに対してウィルコクソンの順位和検定を行った
ところ有意差はなかった．質問の内容が他者による妨害と
図 4: 遅延の大きさの変化と自己主体感と拡大的身体所して捉えられてしまった恐れもある．すなわち，協調者と有感に関する平均官能評価の遷移とばらつき (実験 2)しての他者を感じていたことも示唆される．実験 2 (図 5右) ではマジックハンドの操作に他者の介在を感じた場合に，他者を協調として感じたか，妨害として感じたかを区別して回答できるようにした．0 から 200[ms] では他者を協調として感じ，250[ms] より長い遅延では他者を妨害として感じることが分かった．
これらの結果から，操作系に 50 から 100[ms] の遅延を

図 5: 遅延の大きさの変化と他者の存在感に関する平均
官能評価の遷移とばらつき
けない場合よりも直接手で対象物を操作した感覚に似てもうけることで道具を手足のように扱える感覚を比較的容易に得られることが期待できるかもしれない．

4. むすびいると感じた被験者がいることを示している．しかし，被本研究では，単純なボタン押し操作と比較して高難度で験者の中には遅延をもうけない場合よりも操作感覚がよある連続な対象物の移動操作において，操作系における遅くなることはないという先入観を持ち，回答を 5 より小さ

延が拡大的身体所有感にどのような効果を与えるのか検くした人がいることも懸念される．

討した．実験では，操作系における適切な遅延が，道具 (他

実験 2 におけるアンケート結果について考察する (図 4)．

者) の特性把握の助けとなり，拡大的身体所有感に結び付実験 1 と同様に 50 から 150[ms]に着目すると，自己主体感くという仮説を検証した．操作系に遅延をもうけた状態で，の官能評価は遅延が大きくなるほど官能評価が小さくな被験者に対象物を移動してもらい，操作感覚を官能評価しるのに対し，拡大的身体所有感に関する官能評価はほぼ一てもらった．その結果，操作系における適切な遅延により，定の値をとっている．それぞれ 50 と 150[ms] おける官能

他者を協調的に意識し，その意識が人に拡大的身体所有感評価に対してウィルコクソンの順位和検定を行ったとこを与え，操作成績を向上させることが示唆された．

ろ，自己主体感に関する官能評価については p < 0.05 とな

本研究が道具の操作に長けていない人でも効果的に拡り有意水準 5%で両者に有意差があったのに対し，拡大的大的身体所有感を獲得できるような，すなわち道具を自身身体所有感に関する官能評価の場合には有意差がなかっの手足のように扱う感覚が得られるような道具システムた．このことから遅延 50 から 150[ms] の間に拡大的身体構築の手助けとなることを期待する．

所有感の存在が改めて示唆された．実験 1 の結果をうけて，ループをわけたが，実験 1 と同じように両者とも官能評価

参考文献[1] S. Gallagher, Philosophical conceptions of the self:の遷移は似ている．このことから，被験者にとって自己主implications for cognitive science, Trends in Cognitive

体感と拡大的身体所有感を明確に区別することは困難でScience, Vol.4, No.1, pp.14-21, 2000.

被験者が自己主体感と身体所有感をうまく区別ようにグあると想像できる．しかし，協調的な操作支援により操作[2] 片岡，舟橋，谷田，八代，“操作における行為効果間感覚がよくなる場合もあると説明しておいたところ，官能の相互相関と遅延に着目した自己主体感に関する研評価で 5 より大きい値を回答した人の割合が，実験 1 に比究”
，VR 学会第 21 回大会講演論文集，13B-02，2016．

べ自己主体感に関するアンケートでは 4%増加し，拡大的[3] C. Farrer, G. Valentin, J.M. Hupe, “The time windows of

身体所有感に関するアンケートでは 13%増加したように，

the sense of agency”, Consciousness and Cognition, 22(4),

適切な遅延の好影響が示唆される．

pp.1431–1441, 2013.

3.3 遅延の大きさと他者の存在感の関係
実験 1 について考察する (図 5 左)．150 から 200[ms] にかけて大きな変化が見られる．150 と 200[ms] の官能評価[4] A. Iriki, M. Tanaka, Y. Iwamura, “Coding of modiﬁed
body schema during tool use by macaque postcentralneurons”, Neuroreport, Vol.7, pp.2325-2330, 1996.

に対してウィルコクソンの順位和検定を行ったところ，p[5] 渡辺，片山，上杉，三輪，“仮想道具による身体像拡< 0.05 となり有意水準 5%で有意差があることがわかった．

張の評価手法に関する研究”，信学技報，Vol.105，

このことから遅延の大きさが 150[ms] を超えると他者のNo.74，pp.47-50，2005.