Development of an experimental system for motor learning using virtual reality technology

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12186
• Research Institution: Mejiro University
• Principal Investigator: 尾崎 繁 目白大学, 保健医療学部, 教授 (60292546)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プリズム適応 / 運動学習 / ヘッドマウントディスプレイ / VR空間

Outline of Annual Research Achievements

スポーツのように練習によってスキルの上達を図るためには“失敗に学びながら覚える”ことが重要である。例えば、視覚目標に向かって手を伸ばす運動（到達運動）は、ガラスプリズムを用いて視野を水平方向にずらすと、初めは虚像に手を伸ばすので目標との間に誤差が生じるが、この誤差は運動を繰り返しながら減少していく（プリズム適応）。次にプリズムをはずして到達運動を行うと、当初は逆方向の誤差が生じ（後効果）、再び運動を繰り返しながら回復する。この過程は脳の可塑性による「運動学習」で説明されている（Kitazawa et al., J. Neurosci. 1995）。
本研究課題は、プリズム適応の誘発と解析にヘッドマウントディスプレイ（HMD）とバーチャルリアリティ（VR）技術を組合せ、次の仕様を備えた実験システムを開発する。(1) ガラスプリズムを使わない視界シフト、(2) シフトの方向と大きさを可変、(3) 視界遮断等の映像効果の付加、(4) ハンドコントローラによる運動の検出、(5) ダーツ(ボール当て)ゲームのVR空間、(6) 様々な条件下のVR空間で運動学習を誘導。(1)から(3)の仕様を満たす２種類のプロトタイプシステムは構築済みである。2021年度には、これらシステムの有効性の検証と改良のための健常被験者実験を実施するともに、所属機関のオープンキャンパス等を利用した科学啓発も視野に入れた研究を展開する予定であった。しかし、新型コロナウイルス感染症の影響が引き続き、これらの取り組みに着手することができなかった。プロトタイプシステムによる実験データの取得と検証に至らず、上記(4)以降への展開に大幅な遅延が生じており、研究計画全体の３０％程度の達成に留まっている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2021年度は、既に構築した次の(1)～(3)の要件を満たすプロトタイプシステムを使用して健常被験者にプリズム適応を誘発し、システムの有効性の確認と改良に活用するための実験データ取得を計画した。そして、取得データをフィードバックしてシステム開発を進めるとともに、このシステムに適した運動学習の実験パラダイムを構築することを目指した。
【プロトタイプシステム要件】(1) ガラスプリズムを使わない視界シフト、(2) シフトの方向と大きさを可変、(3) 視界遮断等の映像効果の付加
しかしながら、2021年度も新型コロナウイルス感染症の影響が引き続き、これら健常被験者の協力が必要となる取り組みに着手することはできなかった。プロトタイプシステムによる実験データの取得と検証に至らず、研究計画全体の３０％程度の達成に留まっている。VR空間においてプリズム適応の誘発する研究への展開に大幅な遅延が生じていると判断せざるを得ない。

Strategy for Future Research Activity

2022年度は停滞中の研究計画の早期実施を図る。研究倫理審査等の手続きは完了しているので開発中のシステムを用いて健常被験者にプリズム適応を誘発し、システムの有効性の確認と改良に活用するための実験データ取得をする。所属機関のオープンキャンパスを利用した科学啓発に活動も実施に移す予定である。しかしながら、新型コロナウイルス感染防止を最優先すべき状況となれば、研究計画の変更も考慮しなければならない。プロトタイプシステムの検証と並行しながら、VR空間内でプリズム適応を誘発する実験システムのソフトウエア開発にも弾力的に着手したい。そのためにはソフトウエア製作の外注に関する具体的検討が必要となる。

Causes of Carryover

2021年度も新型コロナウイルス感染症の影響が引き続き、健常被験者による行動実験に取り組むことができなかった。そのためにプロトタイプシステムの実験データ取得と検証に至らず、VR技術を利用した新規実験システムの開発が遅れている。その結果、これらの実施に費やす研究費（被験者謝金、VRプログラミング開発等）の執行も滞り、次年度使用額が発生した。
2022年度は被験者実験及びVRプログラミング開発等を展開し、これらに関わる研究経費を執行する計画である。