\section{はじめに}
言語に関する能力を，客観的かつ自動的に把握する需要が高まっている．言語能力把握の需要がある場面の一つに，認知症スクリーニングがある．日本は世界に先駆けて超高齢社会に突入した．2013年の高齢化率は25.1\%にのぼり\footnote{内閣府平成26年5月「選択する未来」委員会．\\http://www5.cao.go.jp/keizai-shimon/kaigi/special/future/chuukanseiri/04.pdf}，世界でも例を見ないスピードで高齢化が進行している．高齢化の進行に伴い，認知症高齢者の増加も見込まれる．2012年8月の厚生労働省発表によると，2010年における日常生活自立度II\footnote{「日常生活に支障を来すような症状・行動や意志疎通の困難さが多少みられても，誰かが注意していれば自立できる状態」を指す．}以上の認知高齢者数\footnote{65歳以上を指す．}は280万人にのぼり，将来推計として2025年には323万人，65歳以上の人口比率にして9.3\%にまで上昇するだろうと予測されている\footnote{認知症高齢者数について，http://www.mhlw.go.jp/stf/houdou/2r9852000002iau1.html}．また，日本における人口10万人当たりの若年性認知症者数（18〜64歳）は，47.6人にものぼるとされている\footnote{若年性認知症の実態等に関する調査結果の概要および厚生労働省の若年性認知症対策について．\\http://www.mhlw.go.jp/houdou/2009/03/h0319-2.html}．今や，認知症は我々にとって非常に身近なものとなっている．厚生労働省の調査によると\footnote{厚生労働省の認知症施策等の概要について．\\http://www.mhlw.go.jp/file/05-Shingikai-12301000-Roukenkyoku-Soumuka/0000031337.pdf}，最初に認知症に気づくきっかけとなる症状の一つとして，言語障害がある．言語能力は長期にわたる学習や経験によって発達するものであり，一定レベルまで発達した後は，加齢によっても衰えにくいとされる\cite{Hampshire}．一方で，構文をあやつる能力は，70代後半を境に低下しはじめるという報告もある\cite{Kemper}．Kemperによると，英文における認知症の進行度は語彙能力，構文能力ともに相関関係にあり，症状が進行するにつれ，構文能力の顕著な低下がみられるという．つまり，認知症は言語能力，とりわけ語彙能力に，加齢の影響ではない何らかの特徴が表出する可能性をもつものである．もし言語能力を測り，その兆候を捉えることができれば，早期発見や療養に役立つのではないかと考えた．また，留学生の日本語能力評価においても，言語能力の自動測定への期待が高まっている．現在，多くの留学生が日本語教育機関において日本語を学んでいる．学習者の習熟度に対し，適切な評価を与えることが各教育機関に求められているが，言語能力の評価は，一概に容易とは言えない．具体的には，作文課題やスピーチテストなどの，「書く能力」「話す能力」の評価は，評価者の主観によって行われることが一般的であるが\cite{Kimura,Torii,Kanakubo}，このような評価は評価者の能力や判断に大きく依存してしまうという問題を孕む．機械による客観的かつ自動的な評価が実現できれば，評価者による判断の揺れという問題を排除した尺度として活用できる可能性がある．近年，大規模なコホート研究によって，数十年の言語能力の経過を観察する試みが行われている．その結果，老化や認知症などと加齢によるさまざまな能力との関係は徐々に明らかになりつつある\cite{Kubo,Snowdon}．しかし，これらの取り組みには，人手でのテキストデータの作成・収集，テキストの分類，各評価スコアの算出などが必要であり，時間・金銭的コストが高い．また，テキストの分類には訓練をつんだ専門家が必要であるなど，言語能力測定のハードルが高い．そこで本研究では，言語能力測定システム「言秤（コトバカリ）」を提案する．言語能力測定における大きな課題の一つとして，分析対象となるテキストデータの作成がある．従来は，音声データの書き起こしなど，人手でのテキスト化が必要であり，多大な時間を要していた．提案システムでは，音声認識システムにより，言語能力の被測定者の発話データを自動的にテキスト変換することで，コストの大幅な軽減を行う．ただし，音声認識システムの認識精度には限界があり，常に正しい認識結果が得られるとは限らない．我々はこれまでに，テキストデータに基づいて定量的に言語能力を測定する指標（以降，言語能力指標と表記する）を提案してきた\cite{Aramaki2}．また，提案指標を用いたテキスト分析の結果，一部の指標（TTR（Type・Token割合）およびJEL（日本語学習語彙レベル））によって認知症者の特徴的な傾向などを観察できる可能性を示した\cite{Shikata,Aramaki2}．このうち，TTRは，Type（異なり語数）とToken（延べ語数）の比率(Type/Token)であるため，TTRスコアは語の内容ではなく，出現回数のみに基づいて算出される指標であり，発話されたのがどのような語であるかという点については関与しない．そのため，TTRを用いた場合，たとえ語の内容の認識結果が誤っていたとしても，算出されるスコアに問題は生じにくいと考えられる．よって，提案システムでは，先行研究における提案指標を採用し，特にTTRスコアに着目することで，音声認識による認識誤りの影響を受けにくく，さらに人手作業を排除した定量的なスコア算出を実現する．本提案のポイントを以下に整理する．\begin{description}\item[分析テキスト作成コストの軽減]音声認識システムを組み込むことにより，音声を録音／入力するだけで，言語能力の測定を可能にする．\item[スコアリングコストの軽減]定量的に算出可能な言語能力指標を採用することにより，認識誤りを許容し，さらにスコア算出のための人間の介在を省略可能にする．\end{description}本論文では，採用する言語能力測定指標と提案システムについて概説した後，低コストな言語能力測定の要となる音声認識システムの利用可能性について，検証実験の結果から議論する．
\section{関連研究}
本研究で実現を目指す言語能力の自動測定は，認知症のスクリーニングや留学生の言語能力評価などの様々な場面において応用が期待されるものである．本章では，言語能力と老化／疾患に関する先行研究および音声認識の活用事例について述べる．\subsection{言語能力と老化／疾患}一般に，老化と言語能力とは相関しないといわれている．例えば，一部の言語能力は，高齢者においても伸び続けるため，老人が理解している語彙数は，若者の約1.3倍だという報告もある\cite{Kureda}．その一方で，人間が構文をあやつる能力は，70代後半を境に低下しはじめるという報告もある\cite{Kemper}．失語症などの言語との関連が深い疾患を除けば，罹患中の言語能力の変化についての調査は少ない．しかし，85歳以上の40\%が罹患している認知症\cite{Kosei}については近年研究が進んでいる．Snowdonは，認知症者は認知症の症状が認められ始める50年前から語彙能力が低いと報告した\cite{Snowdon}．また，Kemperによると，英文における認知症の進行度は語彙能力，構文能力ともに相関関係にあり，症状が進行するにつれ，構文能力の顕著な低下がみられるという\cite{Kemper}．ただし，ある人間が認知症か否かを判定するための項目に，言語能力に関するものがあることを考慮すれば，認知症患者が言語能力の低下を示すことは，ある種のトートロジーであり，言語能力と認知症，さらに老化の関係は，複雑な様相を呈しているといえる．文章から認知症などの疾患を推定することが可能となれば，測定の侵襲度が低く，かつ，超早期からの検出が可能となる．\subsection{音声認識の活用事例}近年，音声認識技術が進展し，様々な場面で音声認識が利用されている．例えば，スマートフォンの普及に伴い，ブラウザ上での音声検索なども利用できるようになった．また，旅行対話を対象とした音声翻訳\cite{Ikeda,Sasajima,Hanazawa}や，コールセンターの自動案内のための電話音声認識\cite{Kato}，英語字幕の生成\cite{Shimogori}，議事録の作成\cite{Bessho}など，音声認識を利用した多様なシステムがこれまでに提案されている．旅行対話など，分野を限定した場合，音声認識によって高精度な認識を実現することは可能であるが，分野を制限せずに精度のよい認識結果を得ることは未だ容易ではない．従来の音声認識を利用したシステムは，限定的な分野を対象にするなどして精度改善の工夫を行い，正しい認識結果を取得し，その結果を利用することが前提となっている．本研究では，言語能力の測定において，音声認識を利用する．精度の良い認識結果が得られれば，より正確な言語能力測定が可能であるが，認識誤りが生じていても，その影響を受けにくいと考えられる言語能力指標を採用することで，頑健な言語能力測定の実現を目指している．
\section{言語能力指標}
\label{sec:wordIndex}我々はこれまでに，言語能力指標の提案および提案指標を用いたテキスト分析を行い，提案指標によって認知症者の特徴的な傾向などを観察できる可能性を示してきた\cite{Shikata,Aramaki2}．本論文では，この先行研究で提案した言語能力指標を採用し，提案システムを実現する．そこで本章では，まず，提案システムで採用する言語能力指標について概説する．一般に，言語能力は「話す(speaking)・聞く(listening)・読む(reading)・書く(writing)」の4つに大別される．本研究は，人間からの出力に関わる，〈話す〉能力および〈書く〉能力に注目する．〈話す〉能力および〈書く〉能力は，大別すると語彙に関する能力（以降，語彙能力とよぶ）と文法に関する能力（以降，文法能力とよぶ）の2つになる\cite{Kintsch,Turner}．本研究で採用する言語能力指標は，主に語彙能力に関わるものであり，以下の2つの観点で分類できる．\begin{description}\item[単位：]語単位で算出され，それを全文で平均するタイプのもの（単語指標），文単位で算出され，それを全文で平均するタイプのもの（単文指標），および使用語彙数など，全文から導出されるタイプのもの（文章指標）\item[方法：]辞書などで定義された基準に基づいてレベル付けされたもの（辞書定義尺度），および大規模コーパスから統計的に算出されるもの（統計量）\end{description}これらの観点から指標を分類した結果を表\ref{table:wordIndex}に示す．以下，各指標の定義を述べる．\begin{table}[b]\vspace{-0.5\Cvs}\caption{本研究で用いる言語能力指標}\label{table:wordIndex}\input{02table01.txt}\end{table}\begin{enumerate}\itemType・Token割合(TypeTokenRatio;TTR)：\\Type（異なり語数）とToken（延べ語数）の比率(Type/Token)を示す．この値が大きいほど，語彙量が多いことを意味する．文章全体で集計した値をTTRスコアとする．\item頻度・使用者数比(FrequencyperUserPopularity;FPU)：\\語の特殊性を示す指標である．語の特殊性は，語の出現頻度を語のユーザ数で割った値と定義する．この値が低いほど，その語は一般的であり，高いほど，その語のユーザ数が少ない語（特殊な語）であることを示す．例えば，スラングや専門用語などは高い値を持つ．ソーシャルメディア上の10万人の発言を8ヶ月間調査して得たデータをもとに，語のユーザ数および出現頻度を算出し，各語の頻度・使用者数比コーパスを構築した\cite{Aramaki1}．このコーパスを参照して語ごとに頻度・使用者数比を算出し，全単語の値を平均した値をFPUスコアとする．\item日本語学習語彙レベル(JapaneseEducationalLexiconLevel;JEL)：\\語彙の難易度を示す指標である．難易度は日本語学習辞書\footnote{http://jishokaken.sakura.ne.jp/DB/}に収載されている語彙レベルを用いた．語彙レベルは，1（初級前半），2（初級後半），3（中級前半），4（中級後半），5（上級前半），6（上級後半）に分けられる\cite{Sunagawa}．語ごとに算出し，全単語の平均をJELスコアとする．\item機能表現難度(DifficultyofFunctionalExpression;FNC)：\\機能表現\footnote{日本語の文を構成する要素のうち，機能語（助詞や助動詞といった，主に文の構成に関わる要素）と複合辞（複数の語から構成され，かつ，全体として機能語のように働く表現）を総称したもの．}の難易度を示す．この値が大きいほど，文章内で用いられている機能表現の難易度が高いことを意味する．難易度の定義は「日本語機能表現辞書つつじ」\cite{Matsuyoshi1}で設定されている難易度による．難易度はA1,A2,B,C,Fの5段階に分かれており，これを1(A1)から5(F)に変換した．文ごとに算出し，平均した値をFNCスコアとする．\itemポライトネス(PolitenessofFunctionalExpression;PLT)：\\機能表現の丁寧さの度合いを示す．この値が大きいとき，機能表現が丁寧であることを表す．ポライトネスは「日本語機能表現辞書つつじ」\cite{Matsuyoshi1,Matsuyoshi2}の分類を採用した．分類では機能表現が常体(normal)，敬体(polite)，口語体(colloquial)，堅い文体(stiff)の4種類に分けられており，口語体(colloquial)＝1，常体(normal)＝3，敬体(polite)＝5，堅い文体(stiff)＝5に変換した．文ごとに算出し，平均した値をPLTスコアとする．\item具体性(NamedEntityRatio;NER)：\\固有名詞の割合を示す．具体性は，固有名形態素数を全名詞形態素数で割った値と定義する．この値が大きければ，文章の内容がより具体的であることを示す．固有名詞の判定は，形態素解析器JUMAN\footnote{http://nlp.ist.i.kyoto-u.ac.jp/index.php?JUMAN}\cite{Kurohashi}を用いて行う．地名，数詞，固有名詞の割合を文ごとに算出し，平均した値をNERスコアとする．\end{enumerate}以降，これらの言語能力指標をもとに算出される値を「言語能力スコア」と総称する．なお，これらの指標は，人間の言語能力によって表出したテキストの特徴を表すものの一つであると見なし，本論文では「言語能力指標」と呼ぶこととしているが，これらの指標は人間の言語能力を直接的に表すものではない．
\section{提案システム：言秤（コトバカリ）}
本章では，まず，想定するシステムの用途を整理し，提案システムの構成について述べる．\subsection{想定するシステムの用途}\label{sec:scene}前述したように，本研究で提案する言語能力測定は，様々な場面へと適用できる可能性があるが，本論文では，適用対象の一つとして想定している認知症者を例として，システムの用途を整理する．認知症予防回復支援のアプローチの一つとして，認知的アプローチがある\cite{Otake}．これは，知的活動と社会的ネットワークの構築により，認知症になると衰える認知機能を必要とする認知活動を行い，認知機能の低下を遅らせるものである．本人が認知症であると自分の状態を認識しており，その状態の維持や改善に取り組みたいと考えている場合，被測定者自身が前向きかつ積極的にシステムを利用する可能性がある．一方で，認知症の疑いのある人の言語能力を測定する場合などは，上述したケースとは異なると考えられる．日本イーライリリー株式会社が行った調査\footnote{https://www.lilly.co.jp/pressrelease/2014/news\_2014\_033.aspx}によると，認知症を疑うきっかけとなる変化に気づいてから，最初に医療機関を受診するまでにかかった期間は平均9.5か月，変化に気づいてから確定診断までにかかった期間は平均15.0か月であるとの調査結果がある．認知症には様々な原因があり，早期診断で治療可能なものがあるが，上述の調査では，確定診断までに時間がかかったことによる患者や家族の負担に関して，「適切な治療がなされなかった」という回答が36.7\%を占めており，早期診断の重要性が見て取れる．しかし，それにも関わらず，認知症の疑いのある人自身が受診を嫌がる\footnote{http://www.fukushihoken.metro.tokyo.jp/kourei/ninchi/suishin\_kaigi/haifushiryoucarepass5.\linebreak[2]files/\linebreak[2]23carepass5\_\linebreak[2]sankou3.pdf}ことなども多い．このような場合，被測定者の周囲の人々（家族など）は測定に対して前向きであっても，言語能力の被測定者がシステムの利用に後ろ向きである可能性がある．そこで本提案システムでは，以下の2種類の用途を想定し，システムの検討を行う．\begin{description}\item[用途1：]被測定者\underline{自身}による自己把握・状況改善\\被測定者が自発的にシステムを利用し，その結果を自分自身で確認することにより，言語能力の現状を把握し，改善などに役立てることを想定している．\item[用途2：]被測定者\underline{以外}による能力の高低の判断\\例えば，認知症の疑いのある人（被測定者）の家族などが，被測定者の発話を音声データとして保存しておき，そのデータから言語能力を測定することにより，被測定者の言語能力傾向を把握するために用いることを想定している．\end{description}なお，用途の整理においては認知症者を例としたが，他の分野においてもこれらの用途はあると考えらえる．例えば，留学生の能力評価の場合，留学生自身による自己の能力把握が用途1，教師などの評価者による能力評価が用途2に該当する．\subsection{システム構成}本研究では，\ref{sec:wordIndex}章で述べた6指標に基づき，言語能力を測定するシステム「言秤」を提案する．言秤のシステム構成を図\ref{fig:config}に示す．\begin{figure}[b]\begin{center}\includegraphics{25-1ia2f1.eps}\end{center}\caption{システム構成}\label{fig:config}\end{figure}\ref{sec:scene}節で述べたシステムの用途を考慮し，音声データの入力は，入力方式(1)ユーザ端末に保存された音声データ（wavファイルなど），または入力方式(2)マイクによるリアルタイム入力を想定する．入力方式(1)は，用途2のように，被測定者以外がシステムを利用する場合に必須となり，また用途1でも利用可能である．入力方式(2)については，用途1のように自発的な測定を行う際，音声データの作成の手間を減らし，その場で直接入力するために必要であると考えた．音声データあるいはマイク入力に対し，以下の3つのモジュールでの処理を行い，言語能力スコアを出力する．\begin{description}\item[(A)音声認識モジュール]音声認識ソフトウェアにより，入力音声をテキストデータに変換する．\item[(B)言語処理モジュール]音声認識モジュールにより変換したテキストデータに対し，形態素解析を行う．\item[(C)スコアリングモジュール]言語処理モジュールによって得られた解析結果をもとに，\ref{sec:wordIndex}章で述べた言語能力スコアを算出する．\end{description}方式(1)保存された音声データおよび方式(2)マイクによるリアルタイム入力については，全てのモジュールでの処理が必要となる．また，本システムでは，音声入力だけでなく，テキストによる入力も可能であり，その場合は，音声認識モジュールを除いた2つのモジュール（言語処理モジュールおよびスコアリングモジュール）によって処理される．\begin{figure}[b]\begin{center}\includegraphics{25-1ia2f2.eps}\end{center}\caption{言語能力スコア表示画面}\label{fig:screen}\end{figure}\begin{figure}[b]\begin{center}\includegraphics{25-1ia2f3.eps}\end{center}\caption{リアルタイムフィードバック画面}\label{fig:screen2}\end{figure}提案システムの画面例を図\ref{fig:screen}および図\ref{fig:screen2}に示す．スコアリングモジュールにより算出された6つの言語能力スコアは，図\ref{fig:screen}のようにレーダーチャートとして画面上に表示される．なお，方式(2)マイクによるリアルタイム入力の場合，入力結果を随時可視化し，ユーザへとフィードバックする（図\ref{fig:screen2}）こともできる．
\section{検証実験}
\label{sec:experiment}音声認識システムによる言語能力の測定可能性を検証するために，音声データを用いた言語能力スコアの比較実験を行う．本章では，検証仮説と評価に用いるデータについて説明する．\subsection{検証仮説}\label{sec:hypo}音声認識システムの認識精度が高い場合，認識結果が発話内容と完全一致することも考えられる．もし，完全一致するならば，算出される言語能力スコアには何の問題もない．しかし，現在の音声認識システムでは，常に高精度な認識ができるとは限らない．では，認識結果と実際の発話内容にずれがある場合，正しい言語能力スコアの算出はできないのだろうか．これまでに行った分析の結果，我々が提案・採用する6つの言語能力指標のうち，認知症の傾向把握に大きく寄与しうる\footnote{先行研究\cite{Aramaki2}における検証の結果，健常高齢者・認知症者のいずれも，時間経過とともにTTR・JELの低下が確認された．しかし，健常高齢者と比較して，認知症者はTTRとJELに大きな差が生じており，認知症の初期段階において，甚大な低下が起こる可能性があることが示唆された．なお，その他の指標については，認知症との顕著な関係性は確認できておらず，他の指標を用いて認知症の兆候を捉えることは難しいと考えられる．ただし，十分な認知症者のデータが得られているとは言い難く，今後多数のデータに基づいたさらなる検証が期待される．}指標は，TTR（Type・Token割合）およびJEL（日本語学習語彙レベル）の2つであることが判明した\cite{Aramaki2}．この2つの指標はまた，日本語学習者の日本語習熟度の変遷を把握する際にも活用できる可能性がある指標でもある\cite{KayKubo}．特にTTRは，Type（異なり語数）とToken（延べ語数）の比率(Type/Token)であり，TTRスコアの算出において，発話されたのがどのような語であるかという点については関与しない．我々はこの点において，音声認識システムによる認識結果が不完全であっても，TTRスコアを算出できる可能性があると考えた．具体的には，ある語の認識を誤った（例えば，「機械」という発話を「機会」と変換したり，全く異なる語として認識するなど）としても，発話者によって語の発声の仕方が変わらないと仮定すれば，音声認識システムは毎回同じ誤りとして出力し，総じて異なり語数，述べ語数が大きく変わらない可能性があると考えている．異なり語数，述べ語数が大よそ合っていれば，仮説上はTTRスコアも実際の発話内容から算出されるものと類似するはずである．そこで，本実験では，「音声認識システムの認識結果が正しくなくとも，Type数，Token数は実際の発話データと相関する」という仮説を立て，言語能力スコアの算出・比較を行う．本検証では，理論的に認識誤りに頑健な指標であると考えられるTTRスコアをもとに，音声認識システムを介した言語能力の測定可能性を議論することとし，認識内容の影響を受けるその他の指標については，参考値として掲載する．なお，今回は，音声認識することを想定していない録音音声データを評価用音声データとし，検証を行う．マイクに向かい，音声認識することを意図して入力するよりも認識精度が低くなると考えられ，より劣悪な環境下を想定した検証結果になると考えている．\subsection{評価用音声データ}\label{sec:voice}評価用音声データとして，模擬面接の設定で収録された音声データ\cite{Yasuda}を用いた．今回用いたデータは，模擬面接の設定において，5名の実験協力者（男性2名，女性3名であり，年齢は20〜40代である）が各10回収録したデータ（合計50回分）である．就職活動を前提とした模擬面接の設定で，実験協力者はあらかじめ考えてきた「学生生活で力を入れてきたこと」についての発話（3分間程度）を行ってもらった．なお，収録時，偶数回のみ聴衆（面接官役）を配置したが，聴衆には聴いていることを表すためにうなずくことのみを許可し，話者への質問や意見など，発話は一切行わないようにしている．発話内容は，ボイスレコーダーおよびビデオカメラにおいて収録した．収録環境のイメージを図\ref{fig:haichi}に示す．ボイスレコーダーは机の上に置き，被験者からは少し距離のある状態で録音している．評価用音声データとしては，ボイスレコーダーで収録したものを利用した．なお，このデータの収録においては，同じ内容を話してもらっているが，テキストを読み上げるのではなく，面接の設定でその場で話してもらっているため，実験協力者の10回の発話内容はそれぞれ異なっている\footnote{10回収録しているが，同内容を繰り返すことや何回依頼するかは実験協力者に知らせていない．}．\begin{figure}[b]\begin{center}\includegraphics{25-1ia2f4.eps}\end{center}\caption{音声データの収録環境}\label{fig:haichi}\end{figure}発話者には，発話内容を録音していることを伝えているが，音声認識によるテキスト化を前提として収録したものではない．したがって，このデータは，録音を意識している可能性はあるが，音声認識することを意識した発話データではないといえる．\subsection{評価用テキストデータの作成}音声認識による言語能力測定の可能性を検証するためには，\ref{sec:voice}節で述べた各評価用音声データに対して，テキストデータを作成する必要がある．まず，音声認識結果と比較するための正解データを作成した．正解データについては，音声を聞きながら，人手で書き起こし作業を行い作成した．なお，書き起こしの際は，「えー」や「あー」などの言いよどみ（フィラー）もテキストとして書き起こしている．次に，音声認識システムによるテキストデータの生成を行った\footnote{2014年9月にデータを生成した．}．現在，様々な音声認識システムが公開されているが，その精度はシステム毎に異なると考えられる．そこで，実験結果に対する音声認識システムの精度の影響を考慮し，異なる2種類の音声認識システムを用いて実験を行うこととした．本実験においては，以下の2種類の音声認識システム\footnote{今回用いた2種類の音声認識システムのうち，Juliusはフリーのソフトウェアであり，AmiVoiceは市販ソフトウェアである．}を用いて，音声認識結果を生成する．\begin{table}[b]\par\vspace{-0.5\Cvs}\caption{各テキストデータの一部}\label{table:sampletext}\input{02table02.txt}\par\vspace{4pt}\smallJulius，AmiVoiceのテキストについては，音声認識システムから出力された結果をそのまま掲載している．\end{table}\begin{itemize}\item大語彙連続音声認識エンジンJulius(Rev.~4.2)\cite{Kawahara}\itemアドバンスト・メディア社のAmiVoiceSP2\footnote{http://sp.advanced-media.co.jp/}\end{itemize}本検証実験で用いるテキストデータは以下の3種類である．各テキストの一部を表\ref{table:sampletext}に示す．\begin{enumerate}\item書き起こしデータ（以下，「書き起こし」と表記する）\itemJuliusを用いた認識結果（以下，Juliusと表記する）\itemAmiVoiceSP2を用いた認識結果（以下，AmiVoiceと表記する）\end{enumerate}
\section{実験結果と考察}
本章では，それぞれのテキストに対する，スコアリングモジュールによる言語能力スコアの算出結果を比較する．なお，本論文では理論的に認識誤りに頑健な指標であるTTRスコアをもとに，音声認識システムを用いた言語能力測定の可能性を議論する．TTRスコア以外の言語能力スコアについては，今回は参考値として提示することとし，今後，認識結果と併せた詳細な分析を行うことにより，測定可能性を検証する．\subsection{平均スコアとデータ間の相関}\label{sec:res}Type（異なり語数），Token（延べ語数）および\ref{sec:wordIndex}章で述べた6指標，音声認識率\footnote{音声認識率の評価尺度としては，単語正解精度を用いる．なお，単語正解精度は，以下の式によって算出した．\\$単語正解精度=(N-D-S-I)/N$\\N：書き起こしデータの総単語数，D：脱落誤りの数，S：置換誤りの数，I：挿入誤りの数}の平均値を表\ref{table:average}に示す．表\ref{table:average}より，Typeについては書き起こしよりも，Julius，AmiVoiceの方が多い傾向がみられる．一方，Tokenについては，書き起こしよりもJulius，AmiVoiceの方が少ない傾向がみられた．TTRについては，Julius，AmiVoiceが，書き起こしよりも若干高い値となった．その他の言語能力スコアについては，大きな違いはみられなかった．\begin{table}[b]\caption{各スコアの平均値}\label{table:average}\input{02table03.txt}\end{table}各スコアに関する，テキストデータ間のピアソンの相関係数を表\ref{table:correl}にそれぞれ示す．表\ref{table:correl}より，Type，Tokenについてはいずれの組み合わせでも0.9前後の強い正の相関($p<0.05$)が確認できた．一方，TTRスコアについては，書き起こしとJulius，書き起こしとAmiVoiceの相関係数はいずれも0.2未満であった．\begin{table}[b]\caption{テキストデータ間の相関係数}\label{table:correl}\input{02table04.txt}\end{table}表\ref{table:correl}における相関係数は，50回分の発話データ全体での相関を調べたものである．発話者ごとの各スコアの相関係数および音声認識率を表\ref{table:correl2}および表\ref{table:correl3}に示す．表\ref{table:correl2}，表\ref{table:correl3}のTTRスコアの相関係数より，正の相関がある発話者が一部見られるものの，全発話者に相関が見られるわけではなく，相関の有無には個人差があることがわかった．\begin{table}[b]\caption{話者別に見た言語能力指標に関する書き起こしデータ・音声認識結果(Julius)間の相関係数}\label{table:correl2}\input{02table05.txt}\end{table}\begin{table}[b]\caption{話者別に見た言語能力指標に関する書き起こしデータ・音声認識結果(AmiVoice)間の相関係数}\label{table:correl3}\input{02table06.txt}\end{table}また，TTRスコアの相関係数と音声認識率とを比較すると，相関係数が0.4以上だが音声認識率が低い場合（表\ref{table:correl2}発話者D）や，相関係数が0.4未満だが音声認識率が高い場合（表\ref{table:correl3}発話者C）などが見られ，書き起こしと音声認識とのTTRスコアの相関の高さには，音声認識精度による大きな影響は見られなかった．ただし，今回の検証は5名の発話者のみで行っているため，今後より多数の話者データを確保した上で影響の有無を検証する必要がある．\subsection{発話音声データに基づく言語能力測定の可能性}\subsubsection{TTRスコアの測定可能性}\ref{sec:res}節で示したように，検証の結果，Type，Tokenについては実際の発話内容（書き起こし）と音声認識システムの認識結果(Julius，AmiVoice)との間に強い正の相関がみられたが，50回分の発話データ全体で検証すると，TTRスコアの相関は確認できなかった．一方，発話者ごとにTTRスコアの相関係数（表\ref{table:correl2}）をみると，5\%水準で有意なものは一部のみであるが，一部の発話者については正の相関が見られており，相関の見られる発話者とそうでない発話者に分かれることが示された．以上の結果から，音声認識システムを用いた言語能力の測定可能性について議論する．\ref{sec:res}節で示したように，単純にTTRスコアのみを比較した場合，本来のTTRスコア（表\ref{table:average}では「書き起こし」が相当）よりも高くなる可能性がある．したがって，単純にある閾値を下回ったかどうか，といった観点から，TTRスコアを認知症の初期症状の発見など，能力の高低の判断（\ref{sec:scene}節用途2）に用いることは難しい．ただし，本研究で，音声認識により各指標がどの程度バイアスを受けるかが明らかになった．今後，これを補正することで，さらに精度の高い推定を実現できる可能があると思われる．一方，発話者ごとに分けて検証を行った結果，音声認識によるTTRスコアと本来のTTRスコアに相関が見られる発話者と，相関が見られない発話者がいることが分かった．有意な相関が見られた発話者A（Julius使用，AmiVoice使用），発話者D（AmiVoice使用）に関して，音声認識によるTTRスコアと本来のTTRスコアとの比例定数を調査した結果，発話者A（Julius使用）の比例定数は平均0.66，標準偏差0.02，発話者A（AmiVoice使用）の比例定数は平均0.59，標準偏差0.02，発話者D（AmiVoice使用）の比例定数は平均0.57，標準偏差0.03となり，ほぼ一定の比例定数が確認された．また，TTRスコアに相関が見られなかった発話者の発話内容を確認すると，Juliusを用いた場合（表\ref{table:correl2}）に相関が見られなかった発話者B（相関係数0.049），E（相関係数$-0.156$）については，どちらの発話者も，発話の中で「えーと」「えー」といったフィラーを頻繁に使用している傾向が見られた．また，AmiVoiceを用いた場合（表\ref{table:correl3}）に強い相関が見られなかった発話者C（相関係数0.379）は，5名の発話者の中でも音声認識率が高く，発話者Cの10回分のデータの中で，TTRスコアの大きな変化が生じていない傾向が見られた．音声認識率が高いにも関わらず，TTRスコアに相関が見られなかった原因としては，このTTRスコアの変化の小ささが関係すると考えられる．発話者Cと，表\ref{table:correl3}において有意な相関が見られた発話者AのTTRスコアの取りうる幅（最大値−最小値）を比較すると，発話者Aの幅が0.054（書き起こし）および0.107(AmiVoice)であったのに対し，発話者Cの幅は0.019（書き起こし）および0.066(AmiVoice)であり，発話者Aと比較すると，発話者CのTTRスコアはごく狭い範囲に密集する傾向が見られた．そのため，発話者Cの10回の計測データではTTRスコアの揺れがあまり見られず，その中でやや傾向の異なるTTRスコアの一つのペアが外れ値となり，相関係数が低くなった可能性がある．このような発話者については，より多くの発話データを収集することで，音声認識によるTTRスコアと本来のTTRスコアとの高い相関が得られる可能性がある．なお，今回検証に用いた発話者データは5名分であり，今後より多くの発話者データを用いた比較を行うことで，TTRスコアに相関が見られない発話者らに，今回見られたこれらの傾向が現れるかどうか確認する必要がある．これまでの調査では，長期的に認知症者の言語能力スコアの変化を見ていくと，徐々に減少していく傾向が確認されている\cite{Shikata}．このような傾向を鑑みると，スコアに相関が見られる一部の発話者に関しては，継続的に被測定者のTTRスコアを測定・記録し，その変化を見るという利用法において，認知症の初期症状の発見（\ref{sec:scene}節用途2）に役立てることができる可能性がある．同様に，被測定者自身が現状把握・言語能力の維持・改善目的で継続的に言語能力スコアを計測し比較するといった利用方法（\ref{sec:scene}節用途1）も可能であると考えられる．なお，音声認識結果から算出された言語能力スコアに基づいて言語能力の変化を把握していくためには，本来のスコアと音声認識によるスコアとの相関が見られた上で，比例定数が一定となる必要があると考えられる．そのため，完璧でない音声認識システムを用いる場合，提案システムによって能力の測定が可能な発話者かどうかは，複数回の測定を行い，スコアの相関と比例定数を確認した上で判断する必要がある．\subsubsection{その他のスコアの測定可能性}\ref{sec:hypo}節でも述べたが，今回，理論的に認識誤りに頑健な指標であると考えられるTTRスコアに基づいて，音声認識システムを介した言語能力の測定可能性を議論することとし，TTRについては前述のような測定可能性があることを明らかにした．一方，TTR以外の指標は，各語に紐づいた特有の値（例えば，FPUの場合は頻度・使用者数の比）や，品詞（NERの場合，固有名詞の数）に基づいてスコアが算出される．つまり，発話内容が正しく認識されなければ，正しいスコア算出が難しい指標であるといえる．表\ref{table:correl}，表\ref{table:correl2}，表\ref{table:correl3}においては，参考値としてTTRスコア以外の指標についても相関係数を示した．表\ref{table:correl}，表\ref{table:correl2}，表\ref{table:correl3}より，FPUとFNCについては，全体および一部の発話者において，0.4以上の正の相関が見られた．FPUスコアに相関が見られた発話者と見られなかった発話者に関して，特徴があるのかどうかを確認したところ，相関の高さに影響を与えるような特徴は見られなかった．ただし，相関の見られなかった発話者Bの書き起こしデータには，FPUの算出に用いたコーパスに含まれない専門用語が含まれていたのに対し，その音声認識結果では，それらの専門用語が，コーパスに含まれる（FPUの算出対象となる）単語として誤って認識されている，という場合が見られた．また，FNCスコアの相関が高かった発話者C(Julius：0.479，AmiVoice：0.602)の特徴を確認したところ，音声認識率が高く，機能表現も比較的正確に認識できていたのに対し，その他の発話者については，機能表現を認識できていなかったり，誤った機能表現として認識されていたりする場合が見られた．ただし，これらの傾向は，今回用いたデータから見られた少数の事例であるため，その他のデータにおいても同様の傾向が見られるのかどうか，専門用語の有無や，使用する機能表現のパターンなどが十分な検証用データを収集した上で，今後，検証する必要があると考えられる．また，今後音声認識の精度が向上し，正確な認識結果が得られるようになれば，TTR以外の5指標についても自動測定が可能になると考えられる．\subsection{高齢者施設におけるシステムの試用}\ref{sec:experiment}章で述べた実験において用いた音声データには，高齢者の音声データは含まれていない．本提案システムの適用対象の一つである認知症患者は高齢者に多いため，高齢者の音声データによる検証についても今後行う必要があると考えている．\begin{figure}[b]\begin{center}\includegraphics{25-1ia2f5.eps}\end{center}\caption{試用時の様子}\label{fig:siyou}\end{figure}これまでに我々は，高齢者施設が主催した認知症相談会において，システムの試用を行った．図\ref{fig:siyou}に試用時の様子を示す．なお，認知症相談会における試用時には，システムの説明などを行うため，説明者が試用者の側に同席する形で行った．相談会での試用においては，マイクを用いたリアルタイム入力による測定を行った．ただし，言語能力スコアの算出にはある程度の発話量が必要となる．自由な発話を測定対象とした場合，発話内容を思いつかないなど，測定のための十分な発話量が確保できない可能性があると考え，3つの設問を用意し，被測定者にはその設問に沿って発話してもらう形式を取った．また，システムのインタフェースについては，測定環境に合わせて変更している．具体的には，発話中には設問が表示され（図\ref{fig:siyou_interface}），全ての設問に答えた後，言語能力スコアがレーダーチャートとして表示される形式に変更した．\begin{figure}[t]\begin{center}\includegraphics{25-1ia2f6.eps}\end{center}\caption{試用時のインタフェース}\label{fig:siyou_interface}\end{figure}相談会においては，51歳〜92歳（平均78歳）の高齢者19名にシステムを試用してもらった．システムによる測定結果（音声認識ソフトウェアJuliusを使用\footnote{検証実験では，JuliusおよびAmiVoiceSP2を使用したが，実験の結果，言語能力スコアと音声認識結果との相関は，個々人によって相関の高い音声認識システムが異なっていた．そのため，この試用においては，フリーのソフトウェアであるJuliusを使用することとした．}）と，録音した音声データの書き起こし結果との比較を行った結果，TTRスコアの相関係数は0.379であり，相関は見られなかった．小沼らの研究では，一般的な音響モデルは成人の音声を用いていること，また，高齢者話者の音声には口をあまり開けないことによる不明瞭な音声などがあることから，高齢者の音声の音響特性と音響モデルとの間にミスマッチを生じ，認識率が低下することが報告されている\cite{Konuma}．高齢者を測定対象とした際に，一般的な音響モデルを用いた音声認識システムを使うことで認識率が低下し，それが言語能力スコアの検証結果に影響を及ぼす可能性もある．ただし，\ref{sec:experiment}章で述べた検証実験と異なり，同一発話者による複数回の測定は行っていない．そのため，今後，高齢者に本システムを継続的に利用してもらい，同一発話者（高齢者）による測定の可能性について，検証していく必要がある．また，高齢者音声の高精度な認識を目指した研究も進められており\cite{Baba}，今後このような研究が発展したとき，ユーザに応じて音響モデルの変更などができるようになれば，より正確な測定が可能になると考えられる．
\section{おわりに}
本研究では，発話者の音声から言語能力を測定するシステム「言秤」を提案した．提案システムは，認知症における初期症状の発見や自己把握・状況改善，留学生の日本語能力の客観的な評価などにおいて利用されることを想定したシステムである．(1)音声認識システムの組み込み，および(2)テキストデータから定量的に言語能力を測定する指標の採用を行うことで，従来人手で行っていたテキスト化および言語能力指標の算出を自動化し，コストの軽減と手軽な測定を実現した．ただし，テキスト化に音声認識システムを用いることで，正確な言語能力スコアの算出が困難となる可能性がある．そこで，言語能力測定の適用先の一つである認知症の初期発見を想定して用途を整理し，「被測定者自身による自己把握・状況改善（用途1）」および「被測定者以外による能力の高低の判断（用途2）」という観点から，言語能力スコア算出における音声認識システムの利用可能性について検証を行った．検証実験の結果，以下の点を明らかにした．\begin{enumerate}\itemType（異なり語数），Token（延べ語数）は，発話内容と音声認識結果で強い正の相関がある．また，TTRスコア（Type・Tokenの比率）は，複数発話者の混在するデータにおいて相関はみられなかったが，同じ発話者の発話データにおいては，相関が見られる発話者と，相関が見られない発話者とに分かれる傾向がみられた．\itemType，Token，TTRスコアのいずれも，相関関係はみられるものの，実際の値には発話データとの差異がみられた．\item上記の(1)，(2)より，閾値との比較のような，単純な言語能力スコアの対比による能力の高低の判断（用途2）は難しい．一方，TTRスコアに相関が見られる発話者については，被測定者の言語能力スコアを継続的に測定し，その変化を観察することによる初期症状の発見（用途1）や言語能力の現状把握・維持・改善（用途2）ができる可能性がある．\end{enumerate}今回の検証においては，評価用音声データとして，音声認識することを想定していない録音音声データを用いた．ただし，発話者に対し，録音していることを伝えているため，録音されることを意識している可能性はある．今後，録音を全く意識していない発話データでの検証を行い，同様の傾向が得られるかを確認する．また，今回用いた音声データには，高齢者の音声データは含まれていないため，それを用いた検証も行う必要があると考えている．今回の検証においては，TTRスコア以外の言語能力スコアを参考値として提示したが，今後，認識結果と併せた詳細な分析により，それらの測定可能性を検証する．また，今回得られた結果は，音声認識エンジンJulius(Rev.~4.2)および音声認識システムAmiVoiceSP2を用いて検証した結果であり，より高精度な認識結果の得られるソフトウェアを用いた場合には，結果が変わる可能性がある．完璧な認識結果が得られるようになれば，正確な言語能力スコアを測定することが可能になるため，今後は音声認識の認識率向上に併せて，本論文と同様の検証を行い，スコアの相関について検証していく必要がある．\acknowledgment評価に用いた音声データの収録・書き起こしにあたり，国立国語研究所の加藤祥氏に多大なるご協力をいただいた．音声認識システムAmiVoiceSP2は，アドバンスト・メディア社にご提供いただいた．ここに深く感謝の意を表する．本研究の一部は，JST戦略的創造研究推進事業，日本学術振興会補助金番号JP16H06395および16H06399，16K12489の助成による．\bibliographystyle{jnlpbbl_1.5}\begin{thebibliography}{}\bibitem[\protect\BCAY{荒牧\JBA久保\JBA四方}{荒牧\Jetal}{2014}]{Aramaki2}荒牧英治\JBA久保圭\JBA四方朱子\BBOP2014\BBCP.\newblock老いと〈ことば〉：ブログ・テキストから測る老化.\\newblock\Jem{電子情報通信学会技術研究報告=IEICEtechnicalreport:信学技報},{\Bbf114}(173),\mbox{\BPGS\131--136}.\bibitem[\protect\BCAY{Aramaki,Maskawa,Miyabe,Morita,\BBA\Yasuda}{Aramakiet~al.}{2013}]{Aramaki1}Aramaki,E.,Maskawa,S.,Miyabe,M.,Morita,M.,\BBA\Yasuda,S.\BBOP2013\BBCP.\newblock\BBOQAWordinaDictionaryisusedbyNumerousUsers.\BBCQ\\newblockIn{\BemProceedingsofInternationalJointConferenceonNaturalLanguageProcessing(IJCNLP2013)},\mbox{\BPGS\874--877}.\bibitem[\protect\BCAY{馬場\JBA芳澤\JBA山田\JBA李\JBA鹿野}{馬場\Jetal}{2002}]{Baba}馬場朗\JBA芳澤伸一\JBA山田実一\JBA李晃伸\JBA鹿野清宏\BBOP2002\BBCP.\newblock高齢者音響モデルによる大語彙連続音声認識.\\newblock\Jem{電子情報通信学会論文誌.D-II,情報・システム,II-パターン処理=ThetransactionsoftheInstituteofElectronics,InformationandCommunicationEngineers.D-II},{\Bbf85}(3),\mbox{\BPGS\390--397}.\bibitem[\protect\BCAY{別所\JBA松永\JBA大附\JBA廣嶋\JBA奥}{別所\Jetal}{2008}]{Bessho}別所克人\JBA松永昭一\JBA大附克年\JBA廣嶋伸章\JBA奥雅博\BBOP2008\BBCP.\newblock話題構造抽出に基づく会議音声インデクシングシステム.\\newblock\Jem{電子情報通信学会論文誌.D,情報・システム},{\Bbf91}(9),\mbox{\BPGS\2256--2267}.\bibitem[\protect\BCAY{Hampshire,Highfield,Parkin,\BBA\Owen}{Hampshireet~al.}{2012}]{Hampshire}Hampshire,A.,Highfield,R.~R.,Parkin,B.~L.,\BBA\Owen,A.~M.\BBOP2012\BBCP.\newblock\BBOQFractionatingHumanIntelligence.\BBCQ\\newblock{\BemNeuron},{\Bbf76}(6),\mbox{\BPGS\1225--1237}.\bibitem[\protect\BCAY{花沢\JBA荒川\JBA岡部\JBA辻川\JBA長田\JBA磯谷\JBA奥村}{花沢\Jetal}{2009}]{Hanazawa}花沢健\JBA荒川隆行\JBA岡部浩司\JBA辻川剛範\JBA長田誠也\JBA磯谷亮輔\JBA奥村明俊\BBOP2009\BBCP.\newblock携帯電話試作機上で動作する旅行会話向け音声認識システム.\\newblock\Jem{情報処理学会第71回全国大会講演論文集（人工知能と認知科学）},\mbox{\BPGS\39--40}.\bibitem[\protect\BCAY{Ikeda,Ando,Satoh,Okumura,\BBA\Watanabe}{Ikedaet~al.}{2002}]{Ikeda}Ikeda,T.,Ando,S.,Satoh,K.,Okumura,A.,\BBA\Watanabe,T.\BBOP2002\BBCP.\newblock\BBOQAutomaticInterpretationSystemIntegratingFree-styleSentenceTranslationandParallelTextBasedTranslation.\BBCQ\\newblockIn{\BemProceedingsoftheACL-02WorkshoponSpeech-to-speechTranslation:AlgorithmsandSystems},\lowercase{\BVOL}~7,\mbox{\BPGS\85--92}.\bibitem[\protect\BCAY{金久保}{金久保}{2016}]{Kanakubo}金久保紀子\BBOP2016\BBCP.\newblock日本語スピーチコンテスト実態と課題.\\newblock\Jem{筑波学院大学紀要},{\Bbf11},\mbox{\BPGS\13--23}.\bibitem[\protect\BCAY{加藤}{加藤}{2010}]{Kato}加藤恒夫\BBOP2010\BBCP.\newblock携帯電話における分散型音声認識システムの実用化.\\newblock\Jem{情報処理学会誌},{\Bbf51}(11),\mbox{\BPGS\1394--1400}.\bibitem[\protect\BCAY{Kawahara\BBA\Kurohashi}{Kawahara\BBA\Kurohashi}{2006}]{Kurohashi}Kawahara,D.\BBACOMMA\\BBA\Kurohashi,S.\BBOP2006\BBCP.\newblock\BBOQAFully-LexicalizedProbabilisticModelforJapaneseSyntacticandCaseStructureAnalysis.\BBCQ\\newblockIn{\BemProceedingsoftheHumanLanguageTechnologyConferenceoftheNorthAmericanChapteroftheAssociationforComputationalLinguistics(HLT-NAACL2006)},\mbox{\BPGS\176--183}.\bibitem[\protect\BCAY{河原\JBA李}{河原\JBA李}{2005}]{Kawahara}河原達也\JBA李晃伸\BBOP2005\BBCP.\newblock連続音声認識ソフトウェアJulius.\\newblock\Jem{人工知能学会誌},{\Bbf20}(1),\mbox{\BPGS\41--49}.\bibitem[\protect\BCAY{Kemper,Marquis,\BBA\Thompson}{Kemperet~al.}{2001}]{Kemper}Kemper,S.,Marquis,J.,\BBA\Thompson,M.\BBOP2001\BBCP.\newblock\BBOQLongitudinalChangeinLanguageProduction:EffectsofAgingandDementiaonGrammaticalComplexityandPropositionalContent.\BBCQ\\newblock{\BemPsychologyandAging},{\Bbf16}(4),\mbox{\BPGS\600--614}.\bibitem[\protect\BCAY{木村}{木村}{2009}]{Kimura}木村かおり\BBOP2009\BBCP.\newblock「書く」能力を評価する—評価プロセスの見える評価を目指して—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