空間能力と認知地図形成に関する実験研究

空間能力と認知地図形成に関する実験研究

著者 大岸 通孝

雑誌名 金沢大学教育学部紀要.人文・社会科学編

巻 55

ページ 13‑18

発行年 2006‑02‑28

URL http://hdl.handle.net/2297/6280

空間能力 と藩知地図形成に関す る実験研究

大 岸 通 孝*

AnEx pe r i me n t a l S t ud yo nSpa t i a l Abi l i t ya ndCo g ni t i v eMa p

MichitakaOHGISHI

人間は外界を光学的情報 として認識す る際, 絶えず空間把握を繰 り返 している.それによっ て対象物 との距離や前後関係 を理解 し,物を手 に取った り歩いた りできるのである.われわれ は慣れ親 しんだ空間では,常に自分のいる位置 を把握 し,移動 したい地点に向かって正 しく移 動できる.また,使用する経路が使 えない場合 に代わ りの経路を選ぶことや,複数の経路の中 から最短経路を選ぶ こともできる.こうした行 動や判断が可能なのは,その空間に関する知識 である認知地図をもっているか らであると考え

られる.

しか しながら,認知地図が形成 され る過程に ついては多 くの研究が行われてきたが,それ ら の研究は人間が先天的に保持 している能力 とし ての認知地図の性質がほとん どであ り,外的要 因が形成能力に影響が与えるのかどうか とい う 点においては検討 されてきていない.そのよう な点をふまえて,今回の研究では各々の経験に よって差異が生 じるかどうかに着 目し分析 して いくこととした.

認知地図がわれ われに とって重要であると 意識 させ る事態が,道に迷って しまった ときで ある. しか し,人によってその頻度や度合いは 大きく異なったものであ り,何 も見なくても困 難なく目的地‑辿 り着ける人 もいれば,地図を 何度見ても迷 う人 もいる.また,場所によって は道の構造がつかみにくく,過去に通ったこと のある場所でも方向がわか らなくなって しま う ような道 もある.

様 々な交通網が発達 し,個々の人間がそれぞ れの生活空間外に出な くてはならない現代にお いて,道に迷 う事は大きな不安要素 となってい る.その対策 として,衛星通信等を使ったナ ビ ゲーシ ョン機器等が発達 し,これにより道に迷 うとい う確率は以前 より減少 している. しか し なが ら,未だにナ ビゲーシ ョン機器は万全 とは 言えないものであ り,使い方次第では逆に使用 者 を混乱 させて しま う結果 とな りうることもあ る.また,幾度か通過 したことのある経路をと る際や機器に登録 されていないよ うな道,地下 道等を通る場合においてのナビゲーションにお いては,機器 を使用す るよりも人の記憶による ところが大きいのである.このよ うに優れた機 器を製作す るためには,それを扱 う人間の情報 処理が解明 され る事が必要であると考えられる.

本研究では,認知地図を形成す るための空間 把握能力,及びナ ビゲーシ ョン能力が認知地図 形成法 とどのよ うに関連す るのかを明らかにす ることを研究 目的 としている. さらに,個々の 人間の環境 とい う後天的な要素が認知地図の形 成に影響を及ぼすか否かについては未だ研究 さ れていないことか ら,この間題 を解決すべ く, 地図を用いたナ ビゲーシ ョンを競技 としている スポーツ,オ リエ ンテー リングを行っている金 沢大学オ リエ ンテー リング部部員(以下OL部 負)を比較対象 とするため,一般学生 と共に被験 者 として本研究を行った.また,OL部員はさ らに競技の年数および レベルによ り上級者 と初 級者に分けて比較 した.

平成17年9月30日受理

* 金沢大学大学院 自然科学研 究科

14 金沢大学教育学部紀要 (人文科学 ･社会科学編) 第55号 平成17年

1.空間把握能力に及ぼされる経験の差に関す る調査 ●

経験 とい う後天的要素が空間把握能力 の発 達 に影 響 を及 ぼ して い るか を調 べ るた め, MRT(心的回転テス ト)を行 った.MRT(Mental RotationTest)とはShepard皮Metzler(1971)の実 験で使用 した立体刺激 を元にⅥmdenberg(1971) が空間視覚化(spatialvisualization)の個人差 を測 定 す る 目的 で 開 発 した 認 知 検 査 で あ り,

Ⅶ ndenbe喝&Ruse(1978)の研究において標準化 された ものである.

この検査は,前半 ･後半の2つのパー トに分 れてお り,いずれ も10項 目ずつある.各項 目に は,立方体を組み合わせて作った3次元物体を 2次元的に表 した図が描かれてお り,基準刺激 と4組の比較刺激か ら成っている.比較刺激の うち2組は図を立体的に捉 え回転 させた場合に 基準刺激 と一致す るとい う刺激であ り,その他 の2組は回転 させても一致 しない鏡像や歪みに よる誤刺激である.制限時間内に各項 目の正 し い刺激 を見つけ出 させ,得点化す ることで空間 把握能力がわかる検査である.また,この検査 は神経心理学的研 究では Mehta&Newcombe (1991)が大脳両半球機能の非対称性 とMRTの 関係 を,Sanders,Wilson皮Ⅵmdenbe唱(1982)は比 較文化的観 点か ら利 き手 とMRTの関係 を調 査 ･検討 していることか らも信頼性が高いもの であることがわかる.

方法

被験者 金沢大学学生67名(男子 34名,女子 33名)お よび金沢大学オ リエ ンテー リング部部 員 23名(男子 上級目名,初級6名,女子 上 級3名,初級3名)

材 料 MentalRotation Test(心 的 回 転 検 査 MRT)を用いた.MRTは立体の向きを変えた図 形を呈示 して見本図形 と同 じものマ ッチングさ せ る検査であ り,問題は4つの選択肢の中か ら 見本 と同 じ図形のもの2つを選び出させ るとい

うものである.このテス トの検査方法は,左端

に描かれている見本立体画像 と同一の構造 を持 つ立体図形 を右 に示 してある4つの中か ら2つ 選び,×印を口の中に記入す る.正解は1間に つき必ず2つあ り,1つ正解す ることにつき2 点が加点 され,不正解の図形 を選んで しまった 場合 には2点の減点 となる.

手続 き テス トはPartlとpart2に分かれ,partl では正解以外の2つの選択肢は鏡像,part2では 鏡像ではない別の異なる立体で構成 されている.

各partは10間であ りこれ を3分以内で解かせ, 計20間行 った.またpartlと part2の間には高 い相関性があることか ら,分析時には全体を合 計 した得点の比較で行 うことができる.よって 得点範囲は‑80‑+80点 となる.被験者 にはあ ら か じめ例題 を解かせ,この検査方法を理解 させ た後にPartl〜Part2の順で解かせた.

結果 と考察

一般学生 とoL部員 の平均 MRT得点 を行 Fig.1に示す.被験者全体の得点平均を求めると 37.8(SD18.7)であった.また,男子全体の平均は 46.5(SD14.8)とな り女子全体の平均26.3(SD17.3)

よ りも高 くなることか ら男女間での有意差が見 られた(t‑5.97,dF88,p<.Ol).

また,Fig.1か らは一般学生 とOL部員 との間 には有意差は見 られ な く,経験によるMRT得 点の差 とい うのは生 じないよ うに思われ る. し か しなが ら,上級者 と初級者で比較 した場合 に は男子上級者 は 56.7(SD15.3),男子初級者 は 33.3(SDIO.5)とな り有意差(t‑3.32,df‑15,p<.03)

が存在 している.また,男子上級者 を一般男子 学生 と比較 した場合 において も有意差(tF2.33, df=43,p<.02)が確かに存在 していた事か ら上級 者すなわち経験が豊富なもの とそ うでない もの の間に違いが存在 していると思われ る.一方女 子において,OL部員は一般女子学生 よ り平均 点が低 くなっている. しか しなが らこれはOL 女子部員の被験者数が比較的少ないため,集団

としての傾 向を見出すには至 らなかった.

60.00 50.00 40.00 30.00 2l0O0...000000

I l 琶 娼 ■.二..■

=

■=l l i

全体平均 男子平均 女子平均

IG)OLeB員 lL‑椴学 生 t

Fig.1‑般学生 とOL部員におけるM

RTの平均 得点2.認知地経路探索実験

図の構造は,ルー トマ ップ とサー ヴェ イマ ップ

に分類 され るのが一般的である.最近 の研究で

は,この2つの認知地図の神経心理学 的な基盤

について海馬∴前頭葉お よび頭頂葉を 中心 と した検討 が

な され て い る(McNam ara 良

Shelton,2003;MeIIet,Bricogne,

TZX)urlo‑M^azoyer, Ghaem,Petit,Zhgo,Etard,Berthoz,Mazoyer

,&

De本実験nis,2000).

では,ルー トマ ップ的知識 とサー ヴェ イマ ップ

知識の関連 を調べ るために,ナ ビゲー シ ョンテ

ス トの一つである経路探索テス トを用 いること

により,空間把握能力 とナ ビゲー シ ョ ン能力 と

の関連性 を測定 した. このテス トは記 憶 した経

路 を紙の上で再生す るスケ ッチマ ップ 法のテス

トである.経路の記憶方法は実際の空 間やcG

環境内を探索する場合,画像や映像な どの刺激

による場合等様々あるが,今回の実験 では,最

も記憶 を阻害す る要因が少 ないよ う, 静止画 を用いて仮想空間を移動 させ

,記憶 した 経路を描かせた.

方法被験者実験材 前調査 と同一の被験者

料 と手続 き 今 回用意 した経 路探 索テ ス トは,

い くつかの交差点の画像 を用意 し,そ れ らの画

像 を順 に呈示す ることで仮想空間を構 築 した.

初 めに起点 となる交差点の画像及び次 にその画

像 を元に どの方向に何m進むか とい う

進行情報 を与え,次 に進んだ地点の画像 とさら に次の進

行情報 とを呈示 した. この手続 きを数 回繰 り返

した後,行 き着いた仮想空間内の地点

‑の起点

か らの経路 を紙 に書かせ ,ルー トマ ッ プ として

の情報か らサー ヴェイマ ップを描かせ る実験 を行

った.仮想空間は2パ ター ン用意 し, それぞれ

格子状の都市である北海道の旭川市の 画像お よ

び複雑 に道が入 り組んでいる都市であ る金沢市有

松地 区の画像 よ り作成 されたもので, lパ ター ン

12枚 の刺激画像で形成 されている.

画像呈示時

間は1つの刺激 につ き15秒 とし,刺 激画像が4

つ呈示 され るごとに45秒の回答時間 を設 け

その間にのみ用紙‑の記述 を認 めた.

さ ら

にス ケ ッチ させ た後 にナ ビゲー シ ョン 記憶が ど

の程度記憶 されているかをみ るため, 再認テス

トとして仮想空間内で呈示 した画像 と 同一画像

とそ うでない近似画像 を2枚ずつの計 4枚 を同

時に見せ,オ リジナル画像ではない も のを被験

者 に答 え させた.また使用 した機器 と して,刺激

呈示 ･刺激時間制御 を行 うためにノー ト型 パ ー ソナ ル コ ン

ピ ュ ー タ(DellLati山de Notebook)

を,刺激撮影 のためにデ ジタルカメラ を,刺激編集 のためにAdobeP

hotoshopElements 等 を使用

した.なお,被験者にはテス トの前 に 例題 を解

かせ ,趣 旨をよく理解 させてか ら行 っ た.呈示画像の

例 をFig.2に,その画像か ら得 られ る地理

16 金沢大学教育学部紀要 (人文科学 ･社会科学編) 第55号 平成17年

｣

J

] ｢ ｢

^[ ｢

.LJ L

][

Fig.3パターン1における仮想空間イ

メージ の正解最後に再認テス トを行った.この再認テス ト では先述 し

たとお りのもので,パターン 1,パ ターン

2で使用 したオ リジナル画像24枚 とそれ 以外の画像 とをそれぞれ2枚ず

つ計4枚の画像 を一度に呈示 した.被験者にそ

の中か らオ リジ ナル画像ではないものを選ばせるとい うテス トを3間行った.

結果 と考秦経路探索実験で記入 された経路を,交差点の

数,それ形,距離などをパー トごとに5段階評定 し, ぞれ0,2,3,4,5点 と得点化 した.画像 の再認テ

ス トを正答数で評価 した.また,経路 の評定は

2名で行った.以下に実際に被験者が 記述 した解答例を示す伊ig.4.参照).ちなみにこ の解答例は2種類 ともOL部員の被験者が記述 したもので,評定は 5点 となったものである.

また,この実験の評定は段階ごとの重みが等 しくなく

単純に平均などで比較を取る事はでき ないため

,まず人数の多い一般学生を 2分化 し, 傾向を

求めた.

まず経路探索テス トと MRTとの関

連性 を調 べるため,

被験者を経路探索テス トの高得点者 秤(6点以上)

と低得点者群(5点以下)に分け,そ

れぞれMRTの得点を比較 した.すると経路探 索の高得点者群

はMRT得点も高 くな り,2群の 間に有意な差が見 られた(t‑2.97,df5 5‑ ,

p<.01). この関係 は OL部員 に対 して も

成 り立 った (t‑2.89,dF15,p

<.01).また得点者群を4点以下 と7点以上

向がルー トマ ップ的なものかサー ヴェイマ ップ 的なものなのかを調べた.

方法

被験者 前実験 と同一の被験者

手続き 被験者には質問の要 旨は教えずに,口 頭によ り買い物 しているところを想像 させた.

その後,その想像 されたイメージ中にて鳥略図 的に自己の姿を認めることができるのか,それ とも視覚的なものであ り自己の姿を認めること はできないのかを確認 させ,答えさせた.

結果 と考察

この実験の結果,鳥撤図のよ うに自己やその 周囲を上か ら見たよ うな認識形態である状況的 認識は一般学生の約7割を占める.このような 認織を している理由はわれわれが 日頃の認知地 図をサー ヴェイマ ップ的に捉えているか らでは ないか と考えられ る. しか しなが らOL部員の 認識を見ると状況的認識を しているのは約27%

に留まってお り,視覚的認識 を しているものの 方が圧倒的に多い とい う結果になった.

また,この認識別に経路探索テス トでの得点 を分類 した ところ,視覚的認識 を しているもの の方が状況的認識 を しているものに比べて得点 が高くなる傾向が得 られた.以上のことより前 節に引き続き,道に迷いにくい者はサー ヴェイ マ ップ的な情報だけに頼るのではな く,む しろ ルー トマ ップ的な視覚からの刺激を忠実に再現 ができる者であることがわかる.

4.給合的考察

本研究では,外界把握の手段 として用いられ る認知地図の機構 を,視空間イ メー ジ(spatial image)機能 との関係か ら解明す るために,空間 把握 とナ ビゲーシ ョンに関す る調査お よび実験 を行った.まずMRTによる空間把握能力の測 定を行った ところ,OL部員上級者はその他の 者 より有意に得点が高 くなった.このOL部員 上級者は主にオ リエンテー リングとい う競技に

おいてインターカ レッジの選手枠 を得ている者 であ り,ほとん どが3,4年生部員である.つま りオ リエンテー リングとい う競技は一部の例外 を除 くと経験の多さが競技の技術に関連 して く るスポーツでもあると言える.また,このスポー ツは方向感覚がかな り必要になる競技であるの で自然 と空間把握の練習が行われているような 環境なのである.また,逆にOL部員初級者 と い うのは,経験が浅い者やある程度の経験を積 んでも技術発達がない者つま り空間把握能力 も 発達 しない者である.以上のことより,空間把 握能力は,ほとん どの人は空間把握の経験を積 む ことで,発達す るものであると思われ る.

次に経路探索実験においては,ナ ビゲーショ ン能力には空間把握能力 と相関があ り,さらに 視覚的情報の記憶能力 とも相関が存在すると推 察できる.今回の実験では被験者数に限 りがあ ることか ら傾向を求めるだけで終わったが,今 後の課題 として,被験者数を増やす ことができ れば,より正確なデータが得 られ ると考えられ

る

視覚的イメージと状況的イメージに関する実 験結果は当初の予想を覆す ものであった.これ までの研究 において,ルー トマ ップか らサー ヴェイマ ップに発達す るとい うことが解ってお り,サー ヴェイマ ップがよ り優れている認知地 図の形態であるとい う認識のもとに実験を行っ たが,実際 に迷 いに くいのは基本的なルー ト マ ップ としての認知地図であった.これはルー

トマ ップとしての認知地図のほ うがサーヴェイ マ ップよりも多い情報を得 られると考えられる.

つま り,認知地図の成長 とは 幼児期において は生活範囲がごく狭いのでルー トマ ップとして 情報を得ても記憶できるが,生活範囲が広 くな るとルー トマ ップでは情報量が過多にな りすぎ るためにサー ヴェイマ ップ として機能的に情報 をま とめてい るのではないか と考 え られ る.

よって,一つの経路を決め移動す る際は圧倒的 に視覚的情報を扱 うルー トマ ップの方が迷いに

くい と言える.

18 金沢大学教育学部紀要 (人文科学 ･.社会科学編) 第55号 平成17年

oL部員の者が迷いにくいとい うのは経験的 にこれを身に付けているか らと説明できる.そ の理由として,オ リエンテー リングの競技にお いて大切な事の一つに視覚的イメージングが挙 げられる.これは地図を頼 りに未経験の風景を イメージし,それ と合致 させることで現在地を 特定させるとい う技能である.このような練習 があるからこそOL部員の認識は視覚的なもの になると思われる.つま り, 日常的に,視覚的 に空間のイメージをすることは,空間把握能力 において脳を発達させ,また道に迷いにくくな るとい う効果が得 られることがわかる.また, よ りよいナ ビゲーシ ョン機器 としては,サー ヴェイマ ップ的な鳥略図だけではなく,ルー ト マ ップ的な視覚的なイメージを取 り組むことで, 使用者にはよりいっそ う理解 させやすいものに なると考えられる.

引用文献

McNamara,T.P,andSheltonAL.2003Cognitivemaps andthehippocampus.Trendst'nCognitiveScL'e〃Ce., Aug7,333‑335.

Mellet,E.,Bricogne,S.,TzouriO‑Mazoyer,N.,Ghaem,0., L Petit,L.,Zago,L.,Etard,0.,Berthoz,A.,Mazoyer, B.,and Denis,M. 2000 Neural co汀elates or TopographicMentalexploration:Theimpactofroute versussurveyperspectiveIeaml●ng.Neurvlmage.12,

588｣iOO

Sanders,B.,Wilson,J.R.and Vandenberg,S.G 1982 Handednessandspatialability.Cortex,18,79‑90 Shepard,R.N.,and Metzler,J.1971 Mentalrotation

ofthree‑dimensionalobject.Sct'ence,171,701‑703.

VaJldenberg,S.G 1971Atestofthnee‑dt'mensionalspaEL'al visualt'zatL'on. UniversityofColorado.

VaJldenberg,S.a and Kuse,A.R.1978 MentaJ Rotations,A grouptestofthree‑dimensionalspatial visualiZation.,PerlCePutua/ and Motor Skins,47, 599‑604.