50
第 4 章 指先の環境特性 体肢間協調と姿勢に及ぼす影響 実験 2
目的 第 1 節
実験2 目的 指 接触 環境特性 体肢間 調 及 姿勢 及
影響 明 あ 体的 指 接触 環境特性
面 指 対象物 表面 硬 指 力 加え 作用力 得
Hard 条件 軟 作用力 充 得 触覚情報 得 Soft
条件 環境 接触 指 振 No Contact 条件 検討
指 接触 環境特性 操作 実験1 示 仮説 わ
逆 相 運動 触覚情報 安 検証 仮説
予測 結果 次 2 考え
1 指 触覚情報 加え 作用力 得 体肢間 調 安
場 Hard条件 Soft条件 No contact条件 高い安 性 観察
いう結果
2 指 触覚情報 得 体肢間 調 安 場 Hard
条件 Soft条件 No contact条件 高い安 性 観察 Hard条件 Soft条件
間 有意差 い いう結果 あ
実験 2 指 接触 環境特性 姿勢 安 性 体肢-姿勢
間 調 及 影響 い 検証 Light touch研究 い 指 環境
接触 立 姿勢 安 考え 研究 い 指 環境
接触 Hard条件 Soft条件 No contact条件 姿勢 安 予測
体肢-姿勢間 調 い 体肢間 調 いう
姿勢 いう 相互作用 い
う仮説 基 体肢間 調 安 予測 Hard条件 Soft条件 い 体肢-姿勢間 調性 高 予測
方法 第 2 節
実験参加者
実験参加者 健常 成人8 男性7 女性1 あ 齢 23 38 均 齢30.5 あ い 実験参加者 利 あ 実験 手 国立情報学研究 倫理審査員会 認 い 実験参加者 実験 参 加 意書 署 謝礼 給1000 支払わ
51 実験装置 デ タ計測
4-1 実験状況 概略 示 音 一音 長 約85ms
音 用い 音 実験前 実験参加者 快 い大
設 激 使用 1.67 Hz 2.00Hz 2.33Hz 2.67Hz
3.00Hz 5 周波数 間 い 16拍 音 鳴 う設 1試
行全体 約38 間 い 端 iPad mini
8.1 MD529J/A; Apple 再 生
MM-450X MM450-X; Sennheiser 通 示 運動
学式3次元 OptiTrack; Natural Point 記録
姿勢 計測 足 中心 Center of Pressure; COP 9260AA6;
Kistler 用い 行 音声 HDR-PJ390; Sony
期 記録
信 期装置 OptiTrack A/V OptuHub; Natural Point 用い
期
研究 実験2 指 接触 環境特性 操作 体肢間 調 姿勢 体肢-姿勢間 調 支え 要因 明 指 得 力
force 情報 information 触覚情報 haptic information 指
試 指 得 力 い 皮膚表面 環境 表面 接
触 生 作用力 姿勢 安 性 影響 程 力 有 義 指 得 触覚情報 い 皮膚表面 環境表面 接触
得 情報 義 体的 指 力 姿勢動揺 関 い
調 行研究(Jeka & Lackner, 1994) 参照 指 接触 環境特性 指
得 情報 力 及 変数 操作 作成 関
通 義 表4-1 4-2 4-2 Hard条件 用い あ
素 隆起 箇 部 木 固 充 作用力 得
触覚情報 力 得 いう特性 4-2中 Soft条件 用い
あ 素 隆起 箇 部 何 い 充
作用力 得 触覚情報 得 いう特性 4-2 No contact
条件 状況 示 指 接触 対象 指 振 状態
触覚情報 力い 得 い
デ タ処理
周波数 100Hz
設 解析 あ Butterworth filter 滑
行 わ 周 波 数 選 あ 差 析 行 い(Robertson, Caldwell, Hamill, Kamen, & Whittlesey, 2013) 30Hz 10Hz
第4章 実験2
52 4-1 実験状況
53
表 4-1 指 接触 環境特性 面 特性
環境特性 情報 力 表記
硬い 触覚情報＋力 素 ＋木 Hard H
軟 い 触覚情報 素 Soft S
接触 No contact N
※姿勢 安 性 影響 指 作用力 Jeka & Lackner (1994) 従い400g
4-1 示 使 予備実験 Hard条件 Soft条件
約400g 200g 程 力 加わ 確
4-2 実験条件
Hard条件 中 Soft条件 No contact条件
手続
実験計画 面 Hard Soft No contact ェ 相 相 逆 相
2要因被験者 計画 あ 面 指 接触 環境特性 Hard Soft
No contact 3水準 検討 表4-1 4-2 相 実験1 様 人差
指 士 期 相 交互 逆 相 2水準 検討
課題 1.67 Hz 2.00Hz 2.33Hz 2.67Hz 3.00Hz 5 周波数 表4-2
式 加速 音 期 行う あ
い 相 い 運動 周期 一 う求
逆 相 手 人差 指 音 期 う求
課題 行う 実験参加者 指 動 注視 う求 実験 練習 試行 あ 6条件 1回 行う 3回繰 返 計18試行
実施 適宜休憩 挟 実験 要 間 30 あ
第4章 実験2
54
表 4-2 実験2 周波数 設
周波数 間 f1 f2 f3 f4 f5
周波数 [Hz] 1.67 2.00 2.33 2.67 3.00
デ タ分析
実験2 体肢間 調 い 実験1 様 指 屈曲伸展方向 運動成 垂直方向 y 成 析対象 姿勢 い COP 方向
Medio-Lateral x 成 COPx 前 方向 Anterior-Posterior y成 COPy
析対象 析 間 い 実験2 実験1 異 周
波数 式 加速 い 周波数 変 直 間 析対象 外 SDφ COP 単 間当 軌跡長 析 各周波数 間 全16回
拍 う 最初 4回 析 間 外 4回目 降 間 析 対象
非線形 系列解析 い 析 間 長 数 析結果
影響 各周波数 間 最 4 間 400 析 対象 体肢間 調 析
実験2 実験1 様 調 安 性 評価 指標 SDφ 求 析 1 調性 析 CRQA 実行 程 %REC 結 強 MAXL 持 的 調性 AVGL 求 析2 CRQA 入力変数 次 通 設 遅延 間 い 運動周期 1/4 一 う5 周波数 間 15 f1 13 f1 11 f3 10 f4 9 f5 設
埋 込 次元 5 半 z 基 い 均距 標準
相空間 距 25 範 設
姿勢 析
実験2 姿勢 安 性 評価 指標 COP xy成
求 総軌跡長 析 間 ∆t 単 間軌跡長 L[cm/s] 用い 析3
Detrended Fluctuation Analysis DFA
姿勢 安 性 組織 い 的 評価 非線形 系列解 析手法 あ 去ゆ 解析(Detrended Fluctuation Analysis, DFA; Peng, Havlin, Stanley, & Goldberger, 1995; Peng et al., 1994) 行 析4 DFA
系列 数学的 い ゆ 解析 非 常的 変動
特 性 持 系 列 解 析 適 用 い う 特 徴 (Peng et al.,1994,
1995) 比較的少 い 長 数 系列 適用 能 あ
示 (Delignières et al., 2006) 心 拍 変 動(Peng et al., 1995)や 歩 行 (Goldberger et al., 2002) 姿勢動揺(Delignières, Torre, & Bernard, 2011) 析
55 積極的 応用 い
DFA 手 次 通 あ 析対象 系列{ � } 確率過程
均値 標準 標準 系列 積算 系列{ � }
次 { � } 複 い う 等間隔 長 n 部 間 割 部 間
最 乗法 回帰直線 求 � 均
乗偏差 求 方 動揺 � � 次 計算 様々
n 部 間 繰 返 � � n 関 得 一次近似式
求 直線 傾 α 指数 Fractal scaling指数 FS
指数 (Peng et al., 1995) 研究 統計ソ R version 3.1.2 ‘fractal’
package version 2.0 DFA 実行 FS指数α 算出
DFA 求 FS指数α い 次 う 解釈
0<α<0.5 � 持 性相関 負 自己相関 過去 起
変動 逆向 変動 来 起 能性 高 α 0.5 � 自己相関 ワ あ 0.5 α 1.0 � 持 性相関
自己相関 過去 起 変動 向 変動 来 起 能
性 高 α 1.0 � 1/f ゆ α 1.0
� 自己相関性 あ α値 増大 性 消失
α 1.5 � 運動 あ
COP 置変 記録 系列 対 DFA 適用 場 入力
信 COP 方向 x成 前 方向 y成 2 種類 あ
置 DFA 場 置 間微
速 変換 DFA 場 あ (Delignières et al., 2011)
析 結果 い 解釈 次 う 考え 入力信 COP
x成 ／y成 用い 姿勢 御 方向 方向／前 方向 々
調 意味 入力信 COP 置 ／速
用い 姿勢 御 利用 情報 置情報／速 情報 調 意味 DFA 計算 出力 FS指数 α
い 0<α<0.5 場 値 0 近い 持 的 姿勢 組織 過去 変
動 逆方向 変動 う 御 行 い 示 0.5 α 1.0 場 値
1 近い 持 的 姿勢 組織 過去 変動 方向 変動 う 御
行 い 示 考え 姿勢 安 性 いう意味 一般 α=1 1/f 構 造 性 有 適 応 的 動 的 安 状 態
(Goldberger et al., 2002)
第4章 実験2
56 Multifractal-Wavelet Analysis MWA
研究 多自 複雑系 身体 複数
間 間 相互作用 析 解析 行 析 5
体的 行研究(Thurner, Mittermaier, & Ehrenberger, 2002) 従い
- 解析 Multifractal-Wavelet Analysis MWA 行
行研究(Shimizu, Thurner, & Ehrenberger, 2002) MWA 求 幅 Multifractal Spectrum Width W
性 表 指標 1 あ 適応性 安 性 評価 能性 示
い 解析 系列 性
細 特徴 系列全体 性 特徴 1 大域FS指数
十 あ 変動 特 間 局 的FS指数
複数 間 求 い MWA 構造 い
解析 応用 解析 研究 MWA
-解析 TAOS 用い 実行 計算 結果
性 指標 幅 W 求 身体
多 間 間 相互作用 程 評価 わ W 大 い 複数 異 間 間 相互作用 多 全身 調 遉成
い あ
体肢-姿勢間 調 析
体肢-姿勢間 調 析 CRQA 実行 程 %REC 結 強 MAXL 持 的 調性 AVGL 求 析6 CRQA 2
系列 組 わ い 人差指 垂直方向 y成 運動
COP 方向 x成 前 方向 y成 4 組 わ Lx 手
-COPx成 Rx 手-COPx成 Ly 手-COPy成 Ry 手-COPy成
検討 遅延 間 い 体肢間 調 析 様 運動周期 1/4 一 う5 周波数 間 15 f1 13 f1 11 f3 10 f4
9 f5 設 埋 込 次元 20 半 z 基 い
均距 標準 相空間 距 85 範 設
57
結果 第 3 節
第1 体肢間協調の分析
分析1：体肢間協調の安定性 SDφ
人差 指 士 相対 相 標準偏差 SDφ 求 結果 4-3 示 4-3 横軸 周波数 縦軸 SDφ 示 い
SDφ い 面 3 ェ 相 2 ェ周波数 5 3要因 散 析
行 結果 面 相 周波数 主効果 有意 あ F(1,7)=44.662,
p< .001 F(1,7)=14.697, p< .01 F(1,7)=11.442, p< .001
周波数 主効果 多 比較 結果 周波数 高 SDφ 大 運動 安 性 傾向 示
面ェ 相 交互作用 F(1,7)=8.444, p< .005 交互作
用 い 検 行 結果 Hard条件 相 逆 相 間 有意差
Soft条件 No contact条件 相 う 逆 相 SDφ 有
意 F(1,7)=6.845, p< .05 F(1,7)=28.980, p< .005 運動 安 性
高い 示 相条件 い Hard条件 No contact 条件
Soft条件 No contact条件 間 有意差 t(28)=3.105, p< .005
t(28)=2.949, p< .01 Hard条件 Soft条件 間 有意差 逆
相条件 い Hard条件 No contact条件 Soft条件 No contact条件 間
有意差 t(28)=8.889, p< .001 t(28)=7.215, p< .001 Hard 条件 Soft条件 間 有意差
第4章 実験2
58 4-3 SDφ
Hard 相条件 H-in 赤色 実線 ●印
Hard逆 相条件 H-an 赤色 破線 ▲印
Soft 相条件 S-in 青色 実線 ●印
Soft逆 相条件 S-an 青色 破線 ▲印
No contact 相条件 N-in 緑色 実線 ●印
No contact逆 相条件 N-an 緑色 破線 ▲印
※ 標準偏差
59 分析2：体肢間協調の協調性 CRQA
%REC 調
人差 指 士 運動 対 CRQA 行い %REC 求 結果
4-4 示 4-4 横軸 周波数 縦軸 %REC 示 い
%REC い 面 3 ェ 相 2 ェ周波数 5 3要因 散 析
行 結果 面 周波数 主効果 有意 あ F(1,7)=11.441,
p< .005 F(1,7)=7.069, p< .001
面 主効果 多 比較 結果 Hard条件 No contact条件 Soft
条件 No contact条件 間 有意差 認 t(14)=4.666, p< .001
t(14)=3.245, p< .01 わ Hard条件 Soft条件 間 %REC 有意 差
No contact条件 Hard条件 Soft条件 %REC 有意
大 い 示
周波数 主効果 多 比較 結果 周波数 高 %REC 増加 傾向 示
第4章 実験2
60
4-4 %Recurrence
Hard 相条件 H-in 赤色 実線 ●印
Hard逆 相条件 H-an 赤色 破線 ▲印
Soft 相条件 S-in 青色 実線 ●印
Soft逆 相条件 S-an 青色 破線 ▲印
No contact 相条件 N-in 緑色 実線 ●印
No contact逆 相条件 N-an 緑色 破線 ▲印
※ 標準偏差
61
MAXL 調 結 強
人差 指 士 運動 対 CRQA 行い MAXL 求 結果
4-5 示 4-5 横軸 周波数 縦軸 MAXL 示 い
MAXL い 面 3 ェ 相 2 ェ周波数 5 3要因 散 析
行 結果 相 主効果 有意 あ F(1,7)=6.897, p< .05 相 う 逆
相 MAXL 長 指 士 結 強い 示
第4章 実験2
62
4-5 Maxline
Hard 相条件 H-in 赤色 実線 ●印
Hard逆 相条件 H-an 赤色 破線 ▲印
Soft 相条件 S-in 青色 実線 ●印
Soft逆 相条件 S-an 青色 破線 ▲印
No contact 相条件 N-in 緑色 実線 ●印
No contact逆 相条件 N-an 緑色 破線 ▲印
※ 標準偏差
63
AVGL 調 持 的 調性
人差 指 士 運動 対 CRQA 行い AVGL 求 結果
4-6 示 4-6 横軸 周波数 縦軸 AVGL 示 い
AVGL い 面 3 ェ 相 2 ェ周波数 5 3要因 散 析
行 結果 周波数 主効果 有意 あ F(1,7)=4.718, p< .005
周波数 主効果 多 比較 結果 周波数 高 AVGL 短 持 的 調性 減少 傾向 示
面ェ周波数 交互作用 F(1,7)=3.849, p< .005 交互
作用 い 検 行 結果 高周波数 f4 f5 い 面 条件間
有意 差 い 多 比較 Ryan法 行 結果 f4 Hard 条件 No contact条件 Soft条件 No contact条件 有意 差
t(70)=3.407, p< .005 t(70)=2.786, p< .01 様 f5 Hard条件 No contact
条件 Soft 条件 No contact 条件 有意 差 t(70)=3.005,
p< .005 t(70)=2.114, p< .05 わ 高周波数 No contact条件 Hard条 件 Soft条件 AVGL 長 持 的 調性 高 示
第4章 実験2
64
4-6 Averageline
Hard 相条件 H-in 赤色 実線 ●印
Hard逆 相条件 H-an 赤色 破線 ▲印
Soft 相条件 S-in 青色 実線 ●印
Soft逆 相条件 S-an 青色 破線 ▲印
No contact 相条件 N-in 緑色 実線 ●印
No contact逆 相条件 N-an 緑色 破線 ▲印
※ 標準偏差
65 第2 姿勢の分析
分析3：姿勢の安定性 L
単 間軌跡長L 求 結果 4-7 示 4-7 横軸
周波数 縦軸 L cm/s 示 い
L い 面 3 ェ 相 2 ェ周波数 5 3要因 散 析 行
結果 周波数 主効果 有意 あ F(1,7)=4.713, p< .005
周波数 主効果 多 比較 結果 周波数 昇 伴い L U 型
変 示
面ェ周波数 交互作用 F(1,7)=2.298, p< .05 交互
作用 い 検 行 結果 高周波数 f4 f5 い 面 条件間
有意 差 い 多 比較 Ryan法 行 結果 f4 Hard
条件 Soft 条件 Soft 条件 No contact 条件 有意 差
t(70)=2.480, p< .05 t(70)=2.435, p< .05 様 f5 Hard条件 Soft条件 Soft
条 件 No contact 条 件 有 意 差 t(70)=2.873, p< .01
t(70)=2.620, p< .05