Mental rotation 反応時間と利き目の関係

Mental rotation 反応時間と利き目の関係

原

大 地， 山 口 俊 輔， 下 田 佳央莉

勝 山 しおり， 増 田

樹， 十 枝 はるか

中 沢 信 明， 李

範 爽， 外 里 冨佐江

要 旨 【序 論】 Mental rotation (以下,MR) とは,3次元空間で自由に回転する図形が何であるのかを照合する心 的活動である.リハビリテーション領域においても治療的介入手段として,MR の基礎研究・臨床応用が進め られている. 身体部位を用いた回転画像を提示した時の反応時間は, 回転角度の増加に伴い遅 すると報告 している. 反応時間は, 加齢やスポーツ実施などによる影響があると報告されている. このように年齢や表示 角度に関する MR の関連については報告がみられているが, 視覚情報の入力に関与すると思われる眼機能 (利き目) と MR との関係を報告した論文は少ない. したがって, 本研究では身体部位である手の回転画像を 用いて, これまでに報告されてきた MR 反応時間と性差,利き手との関連に加え,利き目の属性との関連を検 討することを目的とした. 【方 法】 本研究は群馬大学倫理審査委員会により承認された. 対象は 103名の 常大学生 (平 年齢 20.9±2.2歳, 男性 51名, 女性 52名,右利き目者 59 名,左利き目者 44名) であった.課 題は両手の画像が 0°, 90°, 180°, 270°回転してある 32枚の写真によって構成され, それらの写真がランダムに PC の画面に表示された. 被験者は画像を見て, それが右手なのか左手なのかを PC のキーを押すことで回答 し,MR 反応時間と回答が記録された.統計解析は一元配置 散 析,独立した t 検定を行った.解析には統計 ソフト IBM SPSS Statistics 20を 用し, 有意水準を 5％とした. 【結 果】 MR 反応時間は, 回転角度の 180°と 0°, 90°, 270°間で有意差がみられた (p＜0.05). 利き目では有意差がみられたが (p＜0.05), 性別, 利き手 では有意差はなかった. 【 察】 MR 反応時間は性別, 利き手ではなく利き目と関連があることが示唆さ れた. すなわち MR に関連する情報処理過程は利き目によって異なることが示唆された.（Kitakanto Med J 2014；64：37∼42） キーワード：メンタルローテーション, 運動イメージ, 性差, 利き手, 利き目 ．は じ め に

Mental rotation (以下, MR) とは, Persons によれば, 3次元空間で自由に回転する図形が何であるかを照合 する際の心的活動」と定義されている. MR に関する研究として,文字や物品,身体部位など回 転を加える対象によって異なる脳神経活動が行われるこ とが, 以下のように報告されている. 脳内神経活動の時間的側面として,川道ら は,Magneto-encephalography(以下 ; MEG) を用いた研究で, 文字画 像を用いて刺激を提示すると, 刺激を与えた視野と対側 の後頭葉から, 左上側頭葉, 上頭頂葉を経由し運動前野, 運動野にいたる経路で, 脳内神経活動が起こることを報 告している. 菊池 は, 右利き被験者を対象とした身体画像を用い た課題では, 後頭葉から頭頂連合野を経由し, 運動前野 などの前頭葉に至る経路での賦活と左半球優位の神経活 動が見られたと報告している. さらに, 各画像において １ 群馬県前橋市昭和町3-39-22 群馬大学大学院保 学研究科 ２ 群馬県前橋市大友町3-26-8 老年病研究所附属病院 ３ 群馬県桐生市天神1-5-1 群馬大学理工学研究院知能機械 製部門 平成25年11月28日 受付 論文別刷請求先 〒371-8514 群馬県前橋市昭和町3-39-22 群馬大学大学院保 学研究科 外里冨佐江

頭頂葉, 前頭葉領域に同時活動が認められており, 複数 の脳部位の相互活動によって, 画像の回転・合致がなさ れていることを示唆している. 兒玉ら は手・足の回転画像を用いた MR 課題時にお ける脳内神経活動の空間的解析を, 事象活動電位を用い た脳の三次元画像表示法 (LORETA 解析)を用いて測定 し,その結果,手・足の両課題時ともに前頭前野,運動野, 運動前野, 前帯状回に活動を認めた. さらに, 手の回転画 像の課題時には, 上記に加え下側頭回, 扁桃体に高い神 経活動を認めた. Richerら の functional magnetic reso-nance imaging (以下 ; fMRI) を用いた研究からも, この 研究と同様の知見が報告されている. Persons は手の画像の MR 時の反応時間は, 画像の手 の向きと角度に依存し, 標準の手の位置である 0°からの 角度の増加に伴い反応時間が遅 することを報告してい る. リハビリテーション領域においても治療的介入手段と して,MR の基礎研究・臨床応用が進められている.山田 ら は, 加齢により反応時間に遅 が生じることや, ス ポーツ実施群では同年代の非実施群と比べ反応時間が早 いことを報告している. 上記のように,年齢や手の画像の表示角度に関するMR の関連については報告がみられ, リハビリテーション領 域における活用も進められているが, 視覚情報の入力に 関与すると思われる眼機能 (利き目) と MR との関係を 報告した論文は少ない. Watson ら は, 利き目とは中心視野で視覚情報を取り 入れる際に優位に働く目とされており, 眼優位性とも言 われ, 非利き目に対し利き目からの情報入力に反応する 後頭葉の面積が広範であると述べている. 他にも, 利き 目は利き手と一致しやすく, 正の相関があることがわ かっている. 本研究では, 身体部位である手の回転画像を用いて, これまでに報告されてきた MR 反応時間と性差, 利き手 との関連に加え, 利き目の属性との関連を検討すること を目的とした. ．方 法 １．対象 対象は, A 大学に所属する 常学生 103名 (平 年齢 20.9±2.2歳. 18歳-31歳) とした. 内訳は, 男性 51名, 女 性 52名, 右利き手 84名, 左利き手 19 名であり, 右利き 目 59 名, 左利き目 44名だった (表 1). なお, 本研究は群 馬大学医学部疫学研究に関する倫理審査委員会によって 承認を得ており (承認番号 : 23-26), 被験者には, 紙面お よび口頭にて十 な説明を行い, 署名にて同意を得た. また, 先行研究 によって,身体の一部に疼痛がある場 合には, その部位の MR 反応時間の成績に影響すること が明らかとなっていることから, 身体の一部に疼痛を有 するものは除外した. ２．利き目の調査 Miles 法 を用いた. Miles 法で調査をするにあたり, 中央部に直径 3 cm の があいた,縦 20cm,横 32cmの厚 紙を用いた. 被験者からの距離が 300cm, 高さ 157cmの 壁の位置に, 直径 10cmの黄色の色紙を貼り, 目印とし た. 被験者は両手を伸ばして厚紙を持ち, 両目で をの ぞき, 目印を見た (図 1a). 被験者は目印が視界に入ったままの状態で厚紙をゆっ くりと目に近づけ, 最後まで が視界に入っていた方の 目を利き目とした (図 1b). ３．MR 反応時間の測定 MR 測定にはパーソナルコンピューター (DELL 社製 Vostoro3750 17.3インチ ; 以下,PC)にて,Windows visual studio 2010を用い, 独自にプログラムしたソフトを用い た. ディスプレイに両手の手掌面, 背側面が 0°, 90°, 180°, 270°と回転させてある画像を 16枚, 各 2回,計 32枚をラ ンダムに表示した (図 2).被験者は,画像が表示されたら 出来るだけ速く正確に, 右手」であるのか, 左手」であ るのかを, 右手の示指でキーを押して回答した. 回答 キーは, . 」のキーを「右手」, 1」のキーを「左手」と 設定した. 課題中, 被験者は右手をキーボードの右隅に置き, 左 手は手背側が上になるよう左膝の上にのせた. 被験者が 自身の手を見ることのないよう, 視線はディスプレイ上 に置くよう指示した. 姿勢は背もたれ付きの安楽な椅子 座位とした. 最初の画像は任意のタイミングとし,キーボードのEnter キーを押すことで表示され, その後は, 回答キーを押す ことで次の画像が表示された. なお, キーを押してから 次の画像が表示されるまでの間隔は 2秒であった. 本研究では, 画像が表示されてから回答するまでに要 した時間を MR 反応時間と定義し, MR 反応時間と, そ 表１ 対象者の属性 (n＝103) 性別 利き目 利き手 右利き目 : 29名 右利き手 : 44名 左利き目 : 15名 男性 : 51名 右利き目 : 1名 左利き手 : 7名 左利き目 : 6名 右利き目 : 25名 右利き手 : 40名 左利き目 : 15名 女性 : 52名 右利き目 : 4名 左利き手 : 12名 左利き目 : 8名

の回答を記録した. なお, 正答数に対する誤答数の割合 (誤答数/正答数×100)を誤答率 (％)とした.この結果は PC 上に自動的に保存された. 測定は, デモンストレーションを行い, 操作方法を理 解した後に 1回のみ施行した. 実験場所は A 大学のシー ルドルーム内で, 一人ずつ実施した. ４．統計解析 MR 反応時間は, 64枚の画像における平 値と右手, 左手, 手背, 手掌, 4つの角度のそれぞれの MR 反応時間 を用いて属性 (性別, 利き手, 利き目) による 2群間の比 較を行った. 用いた統計手法は, 独立した t 検定および, Leveneの検定であった. また,MR反応時間を角度による4群間で比較するため, 一元配置 散 析 (ANOVA) と Bonferroniの検定を用 いた. 統計学的有意水準は 5％とし, 検定には統計解析ソフ ト IBM SPSS Statistics 20を用いた.データは平 値±標 準偏差で示した. 図１ Miles法による利き目の測定 両手で厚紙を持ち, 両目で 3m先の直径 10cmの目印を覗く (a). 目印が から消えないように厚紙を顔に近づけ, と重なった方の目を利き目とした (b). ｂ ａ 手掌側 90° 手掌側 0° 手掌側 180° 手掌側 270° 手背側 270° 手背側 180° 手背側 0° 手背側 90° 図 2 MR 課題に用いた写真 ここでは右手側だけのものを示しているが,測定では左手側の写真も含め計 16枚をランダ ムに 2回ずつ (計 32枚) 表示した.

．結 果 １．性差，利き手，利き目と MR 反応時間の関連 (表 2) 男性は女性と比較して MR 反応時間が短 い 傾 向 に あったが, 有意差はなかった (t 検定, t＝1.679, df＝101). 右利き手者は左利き手者と比較して MR 反応時間が 短い傾向にあったが,有意差はなかった (t検定,t＝−0.158, df＝101). 利き目とMR反応時間には有意差があった (t検定,t＝ 2.064, df＝95.685). ２．利き目と角度による MR 反応時間 (表 3および図 3) MR 反 応 時 間 は 一 元 配 置 散 析 の 結 果 180°と 0°, 90°, 270°間で有意差がみられた (p＜0.05). また, MR 反応時間は, 0°, 90°, 180°, 270°のすべての角 度において, 左利き目者の方が右利き目者と比較して有 意に速かった (p＜0.05). ３．誤答率 左利き目者が 43％, 右利き目者が 57％であり, 左利き 目者の方が誤答率は低い傾向にあった. ． 察 本研究では運動イメージを用いて,MR反応時間と性差, 利き手, そして利き目との関係を検討した. 先行研究では, 利き目と MR 課題において, 利き目と 反応時間との関連を報告した先行研究は少ない. しかし, 本研究において, 左利き目者の方が, 全課題で MR 反応 時間は短く, かつ誤答率も低い傾向があった. このこと から, MR 反応時間は利き目の影響を受けることが え られた. 視神経の情報は, 視 叉を経由し, 神経線維の半 は その目と同側の視覚野, もう半 は対側の視覚野に到達 する. その際, 右視野に提示された刺激は左半球, 左視野 で提示された刺激は右半球に到達し処理されている. 優位視野に関する研究で, 市場 は,左利き目者は左 視野優位で知覚し, 右利き目者は右視野優位で知覚する と報告している. また, 両眼視で正中に位置する対象を 知覚する場合, 利き目からの情報を優位に用いていると 報告している. また, 下田ら の研究で, 右頭頂葉領域の 方が, 対側に比して空間認識に優位に関与していること が明らかとなっている. 上記の先行研究より, 本研究において, 左利き目者は, 左視野優位に標的画像を知覚し, 対側よりも空間認識の 関与が大きい右頭頂葉領域で処理していたと える. そ 表２ 属性の違いによる 2群間での比較 (n＝103) 属性 反応時間 (秒) 有意差 男性 48.1±11.9 n.s. 女性 52.5±14.7 右利き手 49.8±14.0 n.s. 左利き手 53.2±10.4 右利き目 52.7±13.6 左利き目 47.3±12.8 独立した t 検定 ＊ p＜0.05 表３ MR 反応時間と回転角度の関係 (n＝103) 0°RT

(sec) 90°(sec)RT 270°(sec)RT 180°(sec)RT 有意差

右手掌側 1.25±0.44 1.39±0.52 2.11±1.04 1.35±0.54 b, d, f 背側 1.48±0.60 1.55±0.64 1.89±0.97 1.37±0.55 b, d, f 左手掌側 1.18±0.38 1.27±0.52 2.22±1.08 1.39±0.58 b, d, f 背側 1.39±0.63 1.37±0.57 2.34±1.30 1.62±0.82 b, d, f 一元配置 散 析および Bonferroni検定 a : 0°と 90°の差 (p＜0.05), b : 0°と 180°の差 (p＜0.05) c : 0°と 270°の差 (p＜0.05), d : 90°と 180°の差 (p＜0.05) e : 90°と 270°の差 (p＜0.05), f: 180°と 270°の差 (p＜0.05) 図３ 角度毎の利き目と MR 反応時間との関係 (独立した t 検定 ＊p＜0.05 ＊＊p＜0.01)

のため, 右利き目者よりも短い反応時間で, 正確に回答 することが可能であったと える. 大脳の側性に関する利き手の研究で, 菊池ら は, MR 課題における MEG を用いた研究から, 利き手と対側半 球で有意に脳賦活が見られたことを報告している. この 研究と同様に,MR には,利き目による大脳の側性が関与 している可能性が明らかになった. ．本研究の限界と今後の課題 本研究の被験者は, 常な大学生に限定されている. また, 利き目の計測方法はいくつか方法が存在し, 本研 究で用いた Miles 法だけでは不十 であったと えられ る. 今後は複数の利き目テストで利き目を判定する必要 がある.そして,被験者の MR 画像の捉え方・その時の脳 活動を, 視線計測装置や脳機能計測装置を用いながら, 明らかにしていきたいと える. 謝辞：データ収集に協力してくださった, A 大学所属の 学生の皆様に深く感謝申し上げます. 文 献

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The Reaction Time of M ental Rotation Influenced

by the Dominant Eye

Daichi Hara,

Shunsuke Yamaguchi,

Kaori Shimoda

Shiori Katsuyama,

Tatsuki Masuda,

Haruka Toeda

Nobuaki Nakazawa,

Bumsuk Lee,

Fusae Tozato

1 Gunma University Graduate School of Health Sciences, 3-39-22 Showa-machi, Maebashi, Gunma 371-8514, Japan

2 Geriatrics Research Institute and Hospital, 3-26-8 Otomo-machi, Maebashi, Gunma 371-0847, Japan

3 Department of Production Science and Technology,Gunma University Graduate School of Science and Technology, 1-5-1 Tenjin-machi, Kiryu, Gunma 373-0057, Japan

Introduction : Mental rotation is the ability to mentally identify an object, which is presented in a rotated manner. Moreover, mental rotation of a body part is a simple method of measuring human capacity for motor imagery. Previous studies using functional magnetic resonance imaging have report-ed activity in the cerebral motor-relatreport-ed area when subjects view a photograph of a rotatreport-ed hand. The purpose of this study is to examine the relationship between characteristics and mental rotation reaction time (MRT). M ethods: The study was approved by the Institutional Review Board of Gunma University. One hundred and three undergraduate students(51male and 52 female,20.9±2.2 years old) participated in the study. Eighty four of them were right-handed and 19 were left-handed. Fifty nine had the right dominant eye and 44 had the left dominant eye. Thirty two photographs of a hand rotated 0,90,180,and 270 degrees were randomly displayed on a screen. Subjects were asked to push a button when the hand indicated were presented, right or left. The subjects MRT and answer were recorded respectively. MRT were compared with different angles by one-way analysis of variance and in sex,the dominant eye and the dominant hand by unpaired t-test. The IBM SPSS Statistics 20 software was used for statistic analysis. The level of significance was set at 5％. Results: In MRT,there were significant differences in degree (180 versus 0, 90 and 270, p＜0.05) and in dominant eye, although not in sex and a dominant hand (p＜0.05). Discussion : The study suggested that MRT was clearly influenced by the dominant eye,not by sex and the dominant hand. In other words,information processing of the cerebral function related to the MR are different according to dominant eye.（Kitakanto Med J 2014；64：37∼42）