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

利用虚拟现实技术开发运动学习实验系统

基本信息

批准号：
19K12186
负责人：
尾崎繁
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Mejiro University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。2022年度は、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の実施と、所属機関のオープンキャンパス等を利用した脳科学の啓発を視野に入れた研究展開を予定した。新型コロナウイルス感染症の影響が続き、十分な研究成果を得るには至らなかった。一方、健常被験者実験を実施し、視界を遮断する映像効果がプリズム適応に影響することを確認した。また、所属機関オープンキャンパスにおいて、本システムを活用した運動学習の体験コーナーを実施し、参加者の好評を得た。しかしながら、研究計画の大幅な遅延を解消することはできず、研究計画全体の４０％程度の達成に留まっている。

为了通过练习提高技能，就像在体育运动中一样，“从失败中学习”很重要。例如，在伸向视觉目标的运动（伸手运动）中，如果使用玻璃棱镜水平移动视野，则在手伸向虚像时，手与目标之间会出现误差；随着重复运动而减少（棱镜适应）。接下来，当移除棱镜并执行到达移动时，首先在相反方向上出现误差（后遗症），通过再次重复移动来恢复该误差。这个过程可以通过大脑可塑性的“运动学习”来解释（Kitazawa 等人，J. Neurosci. 1995）。该研究项目结合头戴式显示器（HMD）和虚拟现实（VR）技术来诱导和分析棱镜适应，并开发具有以下规格的实验系统。 (1) 不使用玻璃棱镜的视野移动，(2) 可变移动方向和幅度，(3) 添加视野遮挡等视觉效果，(4) 使用手动控制器进行运动检测，(5) 飞镖 ( ( 6）在各种条件下在VR空间中诱导运动学习。已经构建了两种满足规格（1）至（3）的原型系统。 2022年，我们计划对健康受试者进行实验，以验证和提高这些系统的有效性，并开展研究，以利用我们附属机构的开放校园提高人们对脑科学的认识。由于新型冠状病毒感染的持续影响，无法获得足够的研究结果。另一方面，我们对健康受试者进行了实验，并证实遮挡视野的视觉效果会影响棱镜适应。此外，我们还在附属机构的开放校园中举办了使用该系统进行运动学习的实践角，受到了参与者的好评。然而，研究计划的重大延误问题一直未能得到解决，仅完成了总研究计划的40%左右。