Labvancedでオンラインのメンタルローテーションタスクを実施している様子.

メンタルローテーションタスク

メンタルローテーションテストは、空間処理を研究するための認知心理学の分野において強力なタスクです。2Dおよび3Dメンタルローテーションタスクの詳細、その歴史、実施方法（オンライン設定を含む）、それが明らかにできる強力な研究成果、またこのタスクを利用した実験の例について、さらに学び続けましょう！

メンタルローテーションタスクの歴史

メンタルローテーションテストは1970年代に遡り、物体を精神的に回転させる能力を研究するために開発されました。1971年、ロジャー・シェパードとジャクリーン・メッツラーは、3Dのキューブや非対称に並べられたオブジェクトのペアを提示し、参加者がペアのオブジェクトが一致しているかを判断する際の反応時間を測定することで、メンタルローテーションを客観的に研究した最初の人々の一人でした（Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971）。1978年にはスティーブン・G・ヴァンデンバーグとアラン・R・クーゼが、1971年のシェパードとメッツラーのメンタルローテーションタスクに基づいて、異なる方向に回転させた3Dオブジェクトを提示してメンタルローテーションテストを正式に定義しました。これは20項目のテストで、参加者は4つの図を比較し、基準図に一致する2つの選択肢を選ばなければなりませんでした（Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978）。

メンタルローテーションテストについて

メンタルローテーションタスクは参加者に何を要求するのでしょうか？実際には非常に単純です！

メンタルローテーション実験の一般的な概要は以下の通りです：

  1. 参加者に基準/ターゲットオブジェクトが提示されます
  2. 参加者は4つの提示された選択肢の中から、どの2つが基準/ターゲットオブジェクトと一致するかを判断しなければなりません

Labvancedでオンラインのメンタルローテーションタスクがどのように行われるかの説明.

したがって、参加者は参照刺激を調査し、一致する回転の刺激を選ばなければなりません。上の画像では、参照刺激は最初と3番目の刺激と一致しています。以下は、3Dメンタルローテーションタスクの試行がどのように見えるかの追加の例です：

Labvancedでオンラインのメンタルローテーションタスクの試行設定の例.

2Dローテーション

メンタルローテーション実験のいくつかのバージョンでは、2D形状ローテーションがテストされます：

Labvancedでオンラインの2Dメンタルローテーションタスクで使用される刺激の例.

2Dまたは3Dメンタルローテーションテストの実施

Labvancedでのメンタルローテーションタスクは以下の方法で実施できます：

  1. オンラインでテストを実施する（リモート研究のため）、そのためのURLスタディリンクは参加者と簡単に共有できます、または
  2. 当社のデスクトップアプリを使用してインターネット接続なしでローカルに
  3. 研究者はタスクをデザインエディタにインポートし、コーディングなしで実験を設定できます。ここでLabvancedのメンタルローテーションテストをチェックし、「参加する」ボタンをクリックして試したり、「インポート」してアカウントにアップロードして実験の基礎として使用したりできます：
  4. さらに、ウェブカメラベースの目の追跡などの高度な機能も追加し、反応時間に加えて生理データを追加できます。

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認知機能とプロセス

メンタルローテーション実験によって明らかになるいくつかの認知機能とプロセスには、以下が含まれます：

  • 知能
  • 組織
  • 推論
  • 空間認知
  • 视觉知覚

一致する2つの画像をマッチングする際、メンタルローテーションテストには以下のような認知プロセスが含まれます：

  1. 知覚前処理
  2. 刺激の同定/識別
  3. 刺激の空間的方向の同定
  4. 偶数性の判断
  5. 行動反応、すなわち：選択・実行

これらのプロセスは、参加者がメンタルローテーションタスクを成功裏に完了するのを可能にします（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。

メンタルローテーション実験によって測定される認知プロセス、3D思考を含む.

メンタルローテーションテストからの測定とデータ

  • **正確性/エラー率：**タスク全体での全体的な正確性やエラーを示します。
  • **角度の対比：**刺激と参照刺激との間の特定の角度を指します。
  • **非決定時間：**決定の他にかかる時間、たとえば刺激のエンコードや運動反応の実行にかかる時間です。
  • **ドリフト率：**情報を蓄積するのにかかる時間です。
  • **境界分離：**2つの異なる反応の距離です。この値は、精度が速度よりも優先されるときや、回転角度が増加する際に広がります。
  • **反応時間：**反応を選択するのにかかる時間です。
  • **視線持続時間/注視：**目の追跡が行われる場合、視線持続時間や注視などの関連メトリクスも、参加者の視覚処理戦略を理解する手段として報告されることがあります。目の追跡データを利用した結果の一例は、不正解の平均注視数を正解の平均注視数で割って計算されるラン数比（RC比）です（Suzuki et al., 2018）。

考慮すべき可能な混乱要因

実験デザインやデータ分析の段階で考慮すべき特定の混乱要因には、以下が含まれます：

  • **性差：**2Dおよび3Dメンタルローテーションタスクでは、男性が認知的有利性を持つことが示されています（Collins, D. W., & Kimura, D., 1997）。この発見は1200万人以上の参加者のサンプルを用いたメタ合成研究によって支持され、メンタルローテーションテストに関して、男性が心理学文献において最大の認知的性差を示すことが結論づけられました（Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015）。
  • **空間不安/自己信頼：**上のポイントに関連して、別の研究ではメンタルローテーションタスクにおいて顕著な性/ジェンダー差は、特にタスクの要求が高いときに空間不安と自己信頼によって媒介される可能性があることが示されています（Arrighi, L., & Hausmann, M. , 2022）。
  • **利き手：**性の混乱要因ほど顕著ではありませんが、利き手もメンタルローテーションパフォーマンスに影響を与えます。右利きの方が左利きよりも速いことが示されています。また、利き手は、提示された画像が支配手に対応する際に促進に役立つ役割も果たします（Jones et al., 2021）。

MRTスコアの利用

研究の目的はさまざまですが、以下はメンタルローテーションテストから得られたスコアの最も一般的な使用法です：

  1. **参加者の空間スキルの記述：**空間スキルと推論の側面を定量化するため。
  2. **グループ内での認知の比較：**2つのグループ間でMRTに関連する認知プロセスを定量化および比較するため、たとえば失読症の参加者と対照群の比較。
  3. **治療結果：**治療と介入の効果が主な焦点のとき、MRTは空間認知処理に関連する特定の変化を定量化するための尺度として使用できます。

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メンタルローテーションテストのバリエーション

メンタルローテーションタスクは、通常、従来のキューブまたは2D形状を使用しますが、研究で現れるいくつかのバリエーションがあることに注意すべきです：

  • **異なる視覚刺激：**キューブの代わりに、メンタルローテーション実験で提示および回転される他の種類の視覚刺激、たとえば：文字、動物、顔、色付きの形、擬似文字（文字のように見えるが文字ではない形状）などが一般的です（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
  • **cMRT：**メンタルローテーションの時間測定的研究（cMRT）では、2つの刺激が提示され（4つではなく）、角度の対比に違いがあります。参加者は早く提示された2つの画像が同じかどうかを判断しなければなりません（Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008）

心理学実験におけるメンタルローテーションの例.

メンタルローテーションテストの例：応用と実験

メンタルローテーションタスクは、実施が容易でありながら空間スキルや能力に関して多くのことを明らかにするため、心理学研究で人気があります。以下はいくつかの応用と実験の例です。

発達および教育心理学

  • **空間能力の発達：**メンタルローテーションタスクは、発達心理学の実験で空間認知スキルが年齢と共にどのように進化するかを理解するために実施されます。この一例は、3歳、4歳、5歳の間でメンタルローテーションタスクのパフォーマンスを比較した研究で、3歳児が偶然以上にこのタスクを遂行し始めることを示しました（Krüger, M., 2018）。
  • **メンタルローテーションが数学的パフォーマンスを向上させる：**別の研究では、6歳および7歳の子供におけるメンタルローテーション空間トレーニングによる1週間のオンライントレーニング介入が、公式の算数問題に転送される様子が示されました。この群は、識字トレーニングを受けた対照群と比較して、特定の算数問題でのパフォーマンスが向上し、これは視覚化能力の向上や視空間作業記憶の増加によるものと考えられます（Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019）。

臨床心理学

  • **自閉症：**特定の自閉症のサブグループは、視空間能力が向上していることが知られています。これは、このグループがメンタルローテーションタスクで早くパフォーマンスを行うことを含む認知テストを通じて支持されています。この認知的優位性は、単純または2D刺激とは対照的に、高い複雑さの3D形状に特に定義されています。現在の研究トレンドは、そのようなパフォーマンスの神経相関を探求しており、視空間スキルが強い自閉症の人々は、大きな後頭部および頭頂部の機能を持っていることが発見されています（Thérien, V.D., et al., 2022）。
  • **ADHD：**拡散モデルが開発され、ドリフト率、非決定時間、境界分離などの値を使用して、メンタルローテーションテストのようなタスクでのADHD参加者の認知をよりよく理解するために利用されています。このような実験では、ADHDの参加者のメンタルローテーション実験でのパフォーマンスが悪いのは証拠の蓄積が遅いためであり、境界分離調整に対する相対的な柔軟性の欠如によることが示されています（Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021）。
  • **失読症：**メンタルローテーションテスト、特に2Dローテーションや2D形状ローテーションは失読症の患者にしばしば実施されます。機能的協調障害（FCD）モデルによれば、失読症者は、グラフェミックな材料が提示されるときに対称性を抑制することに失敗し、文字が鏡像かどうかを決定できず、したがって文字の不明瞭なマッピングのために鏡像かどうかを判断できないのです。したがって、鏡像およびローテーションに関するメンタルローテーションは、失読症者に実施される適切なテストとなります。対照群/正常な読者と比較して、失読症の子どもたちは反応時間が遅いために、より大きなメンタルローテーション効果を示します（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
  • **パーキンソン病：**パーキンソン病は、運動および認知能力が病気の進行に伴い低下する神経変性疾患です。これらの患者はメンタルローテーションタスクでのパフォーマンスが低下していることが知られています。最近の努力は、軽度の認知障害の証拠なく早発性パーキンソン病のための認知バイオマーカー工具としてメンタルローテーションタスクを利用することを目指しています（Razzaque et al., 2024）。
  • **アルツハイマー病：**アルツハイマー病患者は、健康な高齢者と比較してメンタルローテーションタスクで反応時間が長く、正確性が低いことが示されています。研究者はまた、メンタルローテーションタスクと目の追跡を組み合わせて、アルツハイマー病患者や軽度認知障害（MCI）患者のスクリーニングツールとして利用できることを示しています（Suzuki et al., 2018）。

臨床心理学におけるMRTの利用は上記に限られません。TBI（外傷性脳損傷）やハンチントン病の患者など、さまざまな臨床集団での空間能力の研究に使用されています。

認知心理学

  • **一般集団の研究：**メンタルローテーションタスクは、認知心理学を中心とするさまざまな研究で使用されています。これらの実験は健康な神経典型の参加者を対象にして、空間的認知能力を理解するために行われます。Labvancedで実施された研究の一つでは、メンタルローテーションタスク（他のタスクと合わせて）を用いて、空間能力が時間表現に与える影響を評価しました。結果は、より高い空間能力と時間的学習がより良い記憶に導くことを示しました（Otenen, E., & Kanero, J., 2022）。
  • **手話：**言語と認知が動的に重なり合う興味深いトピックとして、メンタルローテーションタスクは手話の研究の文脈に存在します。ある研究では、手話使用者とメンタルローテーション能力との間に正の相関関係があることを示しました（Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020）。

Labvancedでメンタルローテーション実験を行い、3Dメンタルローテーションテストを参加者に実施しましょう.

スポーツ心理学

スポーツおよび運動研究の分野では、近年メンタルローテーションタスクがますます使用されており、運動調整がパフォーマンスに影響を与える可能性があるという興味深い結論に達しました。

  • **新たなMRTタスクを使用したバスケットボール選手：**最近の研究では、初心者と熟練のバスケットボール選手に新しいメンタルローテーションテストが実施されました。刺激として従来の3Dキューブの代わりに、参加者は回転または鏡像の6つの異なるバスケットボールプレイを見ました。結果は性別の影響と専門性の影響がありました。男性参加者はより多くの項目を解決し、パフォーマンスはより熟練した選手の方が良かったです。この研究は特定のサポート素材の道を開いています（Weigelt, M. & Memmert, D., 2020）。

結論

メンタルローテーションタスクは研究で多くの足場を持ち、さまざまな分野の心理学者によって使用されています。メンタルローテーションタスクはオンラインまたは対面で実施でき、空間認知を評価するためによく使用されます。メンタルローテーションタスクには多くのバリエーションがありますが、ほとんどの実験は3Dまたは2Dのキューブ刺激を使用します。

参考文献

  1. Arrighi, L., & Hausmann, M. (2022). 空間不安と自己信頼がメンタルローテーションにおける性別差を媒介する。Learning & Memory, 29(9), 312-320。

  2. Cheung, C. N., Sung, J. Y., & Lourenco, S. F. (2020). メンタルローテーショントレーニングが数学的能力の向上に移行するか？自宅での視空間介入の評価。Psychological Research, 84(7), 2000-2017。

  3. Collins, D. W., & Kimura, D. (1997). 2次元メンタルローテーションタスクにおける大きな性差。Behavioral neuroscience, 111(4), 845。

  4. Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C. (2021). ADHDにおける空間的認知の新しい視点：メンタルローテーションの拡散モデル分解。Journal of the international neuropsychological society, 27(5), 472-483。

  5. Jones, H. G., Braithwaite, F. A., Edwards, L. M., Causby, R. S., Conson, M., & Stanton, T. R. (2021). 手のメンタルローテーションにおける利き手の影響：系統的レビューとメタアナリシス。Psychological Research, 85, 2829-2881。

  6. Kaltner, S., & Jansen, P. (2014). 発達性失読症の子供におけるメンタルローテーションと運動パフォーマンス。Research in developmental disabilities, 35(3), 741-754。

  7. Kubicek, E., & Quandt, L. C. (2021). 手話理解とメンタルローテーション能力との間の正の関係。The Journal of Deaf Studies and Deaf Education, 26(1), 1-12。

  8. Krüger, M. (2018). 3歳児はメンタルローテーションタスクを偶然以上に解決したが、反応時間と角度の対比との直線的関係は現れなかった。Frontiers in Psychology, 9, 328248。

  9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). 過去と未来を見つける：空間能力が時間表現に与える影響。In Proceedings of the Annual Meeting of the Cognitive Science Society (Vol. 44, No. 44)。

  10. Razzaque. J., et al. (2024). パーキンソン病におけるメンタルローテーションタスク（MRT）欠陥の病理生理をfMRIを使用して解決する－ベンチマークの定義（P8-3.018）。Neurology (Vol. 102., No.17)。

  11. Shepard, R. N., & Metzler, J. (1971). 三次元物体のメンタルローテーション。Science, 171(3972), 701-703。

  12. Suzuki, A., Shinozaki, J., Yazawa, S., Ueki, Y., Matsukawa, N., Shimohama, S., & Nagamine, T. (2018). 視空間機能を評価するメンタルローテーションタスクを用いて軽度認知障害およびアルツハイマー病のための新しいスクリーニングシステムの確立。Journal of Alzheimer's disease, 61(4), 1653-1665。

  13. Thérien, V. D., Degré-Pelletier, J., Barbeau, E. B., Samson, F., & Soulières, I. (2022). 自閉症の2つの異なる認知プロファイルにおけるメンタルローテーションプロセスに関する神経相関を区別する。NeuroImage: Clinical, 36, 103221。

  14. Titze, C., Heil, M., & Jansen, P. (2008). メンタルローテーションテスト（MRT）における性差はタスクの複雑さによるものではない。Journal of Individual Differences, 29(3), 130-133。

  15. Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R. (1978). メンタルローテーション、三次元空間視覚化のグループテスト。Perceptual and motor skills, 47(2), 599-604。

  16. Weigelt, M., & Memmert, D. (2021). 専門的なバスケットボール選手のメンタルローテーション能力：コート上のプレイを特定する。Research Quarterly for Exercise and Sport, 92(1), 137-145。

  17. Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R. (2015). メタ合成を用いて性の類似点と相違点を評価する。American psychologist, 70(1), 10。