2021 Fiscal Year Research-status Report
Attention estimation methods based on pupillary response and an information input system based on the methods
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21K11977
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金子 寛彦 東京工業大学, 工学院, 教授 (60323804)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 瞳孔 / 注意 / インターフェース / 空間周波数 / 奥行き / 対光反射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，ヒトが注意を向けた対象の刺激特性と瞳孔応答の関係を定量的に明らかにし，その関係に基づいて注意を向けた対象を同定する手法を確立することである．そしてその手法を用いて，視線を向けずとも注意を向けることで意図した情報を入力するインターフェースシステムを構築することである．
令和３年度においては，まず，注意対象の刺激輝度と瞳孔反応に関して定量的な関係を見出すための検討を行なった．特に，瞳孔対光反射に与える心理状態の影響について調査した．そして，並行して，注意を向けた対象の空間周波数成分と瞳孔応答の関係を定量的に明らかにし，その結果に基づいて注意を向けた対象を同定する手法について検討した．
空間周波数の実験において，異なる2種類の対象画像をフィルターで処理し，高空周波数成分＼と低空間周波数成分を持つ画像をそれぞれ作成し，それらの画像を重ね合わせて刺激画像を作成した．観察者は，１枚の画像に含まれるいずれかの対象に注意を向けるように指示された．その間，一つの対象の高空間周波数成分と低空間周波数成分が0.16Hz，0.33Hz，0.5Hzのいずれかの頻度で入れ替わり，瞳孔径が計測された．
その結果，対象の周波数成分の変化に追従して瞳孔系が変化することが明らかになった．そして，瞳孔径変動データから，注意した対象を推定し，その精度を算出した．その結果，用いた刺激交代頻度に関わらず70%以上の推定精度が得られ，交代頻度が低い条件(0.16Hz)においては，約89％の推定精度が得られた．また，個人差の存在も明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究は概ね順調に進んでいる. ただし，注意対象を同定し情報入力をするインターフェースシステムの構築については，想定した使用者による実験を開始する予定であったが，近年の社会事情により実行できず，この点がやや遅れている．
このシステムの使用者として想定しているのは，筋力の低下により手や音声などによる通常のコミュニケーションができなくなる筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの患者である．彼らは視線入力装置を用いてコミュニケーションをとる場合が多いが，症状が進むと眼球も動かなくなるので，そのようなシステムは使えない．しかし，瞳孔反応に基づいて注意を向ける対象を同定する本提案システムは，このような使用者にとって非常に有効であると考えられる．しかし，このような患者の皆さまに関しては，感染症の影響については特に慎重にならざるを得ないため，実験を延期した．しかし，ALS協会の方とはコンタクトしており，実験の準備は進めている．
健常者を用いた基礎的な実験，インターフェースに用いる提示画像の作成，注意対象の同定アルゴリズムの開発については，ほぼ予定通りに進んでいる．今後は，推定精度を向上させること，他の指標についての検討を進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，瞳孔変動データに基づいた注意対象の推定の精度の向上を目指すとともに，対象の奥行き位置と瞳孔変動との関係に関する基礎的なデータを収集し，それらの関係に基づいた情報入力システムの検討を開始する．注意対象の奥行き位置と瞳孔反応に関する知見は現在のところ全く報告されていないが，近距離の対象に視点を移すと縮瞳することが知られているので，注意についても同様の瞳孔反応が起こることが予想される．しかし，実証はされておらず，その反応量や時間的な特性に関して明らかではない．
次に，輝度，空間周波数成分，奥行き位置それぞれと瞳孔反応の関係に基づいて，視野内の注意対象を予測する手法を精緻化し，検証実験を行う．そして，その注意対象を推定する手法に基づき，画面中のいくつかの選択肢から，注意を向けた対象を同定し情報入力をするインターフェースシステムを構築する．
このシステムの使用者として想定しているのは，筋力の低下により手や音声などによる通常のコミュニケーションができなくなる筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの患者である．そのため，そのような人々に実際に実験参加者となっていただき，データを収集する．その際，提示画像の選択肢，観察時間や姿勢の制約などに考慮してインターフェースに関する部分についても検討を行い，システムの構築を進める，
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| Causes of Carryover |
最近の社会状況により，本システムの使用を想定する筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの患者による実験ができなかったため，そのための機器の購入費や実験補助者謝金，実験協力者謝金の使用ができず，当初予定より2021年度の使用額が少なくなった．
2022年度は，学外での実験も可能になると考えられるため，そのための費用も予定通り執行できると考えている．
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