Labvancedでオンラインのメンタルローテーションタスクを実行しています。

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重要なタスクです。2Dおよび3Dメンタルローテーションタスクの詳細、それに関連する歴史、実施方法（オンライン環境での実施を含む）、このタスクが明らかにできる強力な研究結果、さらにはこのタスクを利用した実験の例について学び続けてください！

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、オブジェクトをメンタルに回転させる能力を研究するために1970年代に開発されました。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、キューブ、または非対称に配置されたオブジェクトのペアを提示し、参加者がペアオブジェクトが一致しているかどう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する最初の研究者の一部でした（Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971）。1978年、スティーブン・G・バンデンバーグとアラン・R・クーセは、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3Dオブジェクトを提示するメンタルローテーションテストを正式に定めました。これは20項目のテストで、参加者は4つの図を比較し、基準図形と一致する2つの選択肢を選ぶ必要がありました（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しますか？実際には非常にシンプルです！

メンタルローテーション実験の一般的な概要は次のとおりです：

  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. 参加者は提示された4つの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に一致するかを決定する必要があります。

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形状の回転がテストされます：

Labvancedでオンラインの2Dメンタルローテーションタスクに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次のように実施できます：

  1. オンラインでテストを実施する（リモート研究のために研究用のURLを参加者と簡単に共有できます）、または
  2. インターネット接続なしでデスクトップアプリを使用してローカルで実施する
  3. 研究者はタスクをデザインエディタにインポートし、コーディングをせずに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、参加ボタンをクリックして試すか、インポートボタンをクリック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できます：
  4. さらに、ウェブカメラベースの眼球トラッキングなどの高度な機能も追加でき、反応時間に加えて生理データの追加レイヤーを提供します。

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される認知機能とプロセスには次のものが含まれます：

  • 知能
  • 組織
  • 推論
  • 空間認知
  • 視覚的知覚

一致する画像を2つマッチングする場合、メンタルローテーションテストに関連する以下の認知プロセスが含まれます：

  1. 知覚前処理
  2. 刺激の識別/識別
  3. 刺激の空間的方向の識別
  4. 偶奇の判断
  5. 行動反応、つまり：選択選択/実行

これらのプロセスが組み合わさることで、参加者はメンタルローテーションタスクを成功裏に完了することができます（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。

メンタルローテーション実験で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の測定とデータ

  • 正確さ/エラー率： タスク全体の総合的な正確さまたはエラー。
  • 角度の差異： 刺激が参照刺激に対して持つ特定の角度を指します。
  • 非決定時間： 決定を下す以外に、刺激のエンコードや運動応答の実行などにかかる時間。
  • ドリフト率： 情報を蓄積するのにかかる時間。
  • 境界分離： 2つの別々の反応間の距離。この値は、正確さが速度よりも優先されるとき、および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。
  • 視線の持続時間/注視： 眼球トラッキングが使用される場合、視線の持続時間や注視などの関連指標を報告し、参加者の視覚処理戦略を理解する手段とすることもできます。メンタルローテーションタスクの文脈での眼球トラッキングデータを利用した結果の例には、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走行数比率（RC比）が含まれます（Suzuki et al., 2018）。

考慮すべき可能な混乱要因

実験デザインとデータ分析の段階で考慮すべき特定の混乱要因には次のものがあります：

  • 性差： 2Dおよび3Dメンタルローテーションタスクでは、男性が認知的な優位性を持っています（Collins, D. W., & Kimura, D., 1997）。この発見は、メンタルローテーションテストに関して、男性が心理学文献の中で最も大きな性差を示すという12万人以上のサンプルを用いたメタ合成研究によって支持されています（Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015）。
  • 空間的不安/自己信頼： 上記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ける顕著な性/ジェンダー差が、特にタスク要求が高いときに空間的な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のパフォーマンスに影響を与えます。右利きが左利きよりも速いことが示されています。また、提示された画像が優位な手に対応する場合に利き手が助けになる役割を果たします（Jones et al., 2021）。

MRTスコアの使用

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

  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. グループ内の認知の比較： 例えば、ディスレクシア患者と対照群の間でメンタルローテーションテストに関連する認知プロセスを定量化して比較するため。
  3. 治療結果： 主に治療と介入の効果に焦点を当てている場合、MRTは空間的な認知処理に関連する特定の変化を定量化するための指標として使用できます。

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、古典的な立方体や2D形状で行われますが、研究にはいくつかの言及する価値のあるバリエーションが見られます：

  • 異なる視覚刺激： 立方体の代わりに、メンタルローテーション実験では、文字、動物、顔、色付きの形状、そして擬似文字（文字に見えますが、実際には文字ではない形状）などの他のタイプの視覚刺激が提示され、回転することが一般的です（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
  • cMRT： メンタルローテーションの時間計測研究（cMRT）では、2つの刺激が提示され（4ではなく）、角度の差に違いがあります。参加者は、提示された2つの画像が同じかどうかを迅速に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、実施が簡単でありながら、空間スキルや能力について多くを明らかにするため、心理学研究において人気があります。以下は、応用と実験のいくつかの例です。

発達および教育心理学

  • 空間能力の発達: 精神回転課題は、発達心理学の実験で年齢とともに空間認知スキルがどのように進化するかを理解するために実施されます。これを示す例として、3歳、4歳、5歳の子どもたちの精神回転課題のパフォーマンスを比較した研究があり、3歳の子どもが偶然のレベル以上でこの課題を実行できることが示されました（Krüger, M., 2018）。
  • メンタルローテーションによる数学パフォーマンスの向上: 別の研究では、6歳および7歳の子どもを対象に1週間のオンライントレーニング介入を行い、精神回転空間トレーニングが標準的な算数問題にどのように移行するかを示しました。このグループは、識字トレーニングを受けた対照グループと比較して、特定の算数問題でパフォーマンスが向上し、これは視覚化能力の向上および/または視覚空間作業記憶の容量の増加による可能性があることが示されました（Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019）。

臨床心理学

  • 自閉症: 自閉症者の特定のサブグループは、視覚空間能力が向上していることがわかっています。これは、精神回転課題を含む認知テストを通じてサポートされており、このグループはより早くパフォーマンスを発揮します。この認知的利点は、高い複雑さの3D形状に特に定義されており、単純または2Dの刺激とは対照的です。現在の研究動向は、そのパフォーマンスの神経相関を探求しており、こうした視覚空間の強みを持つ自閉症者において、後頭部および頭頂部の機能が高いことがわかっています（Thérien, V.D., et al., 2022）。
  • ADHD: 拡散モデルが開発され、ドリフト率、非判断時間、境界分離などの値を使用して、精神回転テストのようなタスクにおけるADHD参加者の認知をよりよく理解します。こうした実験は、ADHD参加者の精神回転実験における悪いパフォーマンスが、証拠の蓄積の遅い速度と、境界分離調整の相対的な柔軟性の欠如によることを示しました（Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021）。
  • デイスレクシア: 精神回転テスト、2D回転や2D形状回転を含め、デイスレクシアの患者にしばしば実施されます。機能的コーディネーション欠陥（FCD）モデルによると、デイスレクシアは、グラフェミック材料が提示されるときに対称性を抑制できないため、文字がミラーリングされているかどうかを判断できません。そのため、鏡像や回転に関連する精神的回転は、デイスレクシアに対して実施できる関連テストです。対照または正常な読者と比較して、デイスレクシアの子どもは、反応時間が遅いため、より大きな精神回転効果を示します。（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
  • パーキンソン病: パーキンソン病は神経変性疾患で、運動および認知能力が病気の進行とともに衰退します。これらの患者は、精神回転課題でパフォーマンスが低下することがわかっています。最近の取り組みでは、軽度の認知障害の証拠がない早期発症パーキンソン病のための認知バイオマーカーとして精神回転課題を活用することに焦点が当てられています（Razzaque et al., 2024）。
  • アルツハイマー病: アルツハイマー病の患者は、健康な高齢者と比較して、精神回転課題で反応時間が長く、精度が低いことが示されています。研究者たちは、精神回転課題に眼球追跡を組み合わせて、アルツハイマー病または軽度の認知障害（MCI）の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ました（Suzuki et al., 2018）。

臨床心理学におけるMRTの使用は、上記に限らず、TBIやハンチントン病の患者など、さまざまな臨床集団における空間能力を研究するために使用されています。

認知心理学

  • 一般集団の研究: 精神回転課題は、認知心理学を核とした多くの異なるタイプの研究で使用されています。これらの実験は、健康で神経学的に典型的な参加者を対象に、空間認知能力を理解するために実施されます。Labvancedで実施されたある研究では、精神回転課題（他のタスクと併用）を利用して、時間の表現に対する空間能力の影響を評価しました。結果は、より高い空間能力と年代的学習が、より良い記憶につながることを示しました（Otenen, E., & Kanero, J., 2022）。
  • 手話: 精神回転課題が手話を学ぶ文脈での、言語と認知が動的にオーバーラップする興味深いトピックです。ある研究では、手話使用者と精神回転能力の間に正の関係があることが示されました（Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020）。

Labvancedで精神回転実験を実施し、参加者にオンラインで3D精神回転テストを提供しましょう。

スポーツ心理学

スポーツおよび運動研究の分野では、ここ数年、精神回転課題がますます使用されており、運動の協調がパフォーマンスに影響を与える可能性があるという多くの興味深い結論に達しています。

  • 新しいMRT課題を持つバスケットボール選手: 最近の研究では、初心者および熟練のバスケットボール選手に新しい精神回転テストが実施されました。古典的な3D立方体ではなく、参加者は回転またはミラーリングされた6つの異なるバスケットボールのプレイを見ました。結果は、性別の影響と専門性の影響がありました。男性の参加者は多くのアイテムを解決し、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、特定の刺激材料のサポートの道を開きます（Weigelt, M. & Memmert, D., 2020）。

結論

精神回転課題は、研究内で多くの足場を持ち、さまざまな分野の心理学者に使用されています。精神回転課題は、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一般的に使用されます。精神回転課題には多くのバリエーションがありますが、ほとんどの実験では3Dまたは2Dの立方体刺激を使用します。

参考文献

  1. Arrighi, L., & Hausmann, M. (2022). 空間的不安と自己信頼が精神回転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). 精神回転のトレーニングは、数学的能力の向上に移行するのか？自宅での視覚空間介入の評価。Psychological Research, 84(7), 2000-2017。

  3. Collins, D. W., & Kimura, D. (1997). 二次元精神回転課題における大きな性差。Behavioral neuroscience, 111(4), 845。

  4. Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C. (2021). ADHDにおける空間認知の新しい考え方：精神回転の拡散モデル分解。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). 手の精神回転に関する利き手の影響：系統的レビューとメタ分析。Psychological Research, 85, 2829-2881。

  6. Kaltner, S., & Jansen, P. (2014). 発達性ディスレクシアの子供における精神回転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). 手話理解と精神回転能力の間の正の関係。The Journal of Deaf Studies and Deaf Education, 26(1), 1-12。

  8. Krüger, M. (2018). 3歳児は偶然のレベル以上で精神回転課題を解決しましたが、反応時間と角度の不一致との間に直線的な関係は示されませんでした。Frontiers in Psychology, 9, 328248。

  9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). 過去と未来の位置：時間表現への空間能力の影響。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精神回転課題 (MRT) の欠損の病態生理の対処：ベンチマークの定義（P8-3.018）。Neurology (Vol. 102., No.17)。

  11. Shepard, R. N., & Metzler, J. (1971). 三次元物体の精神回転。Science, 171(3972), 701-703。

  12. Suzuki, A., Shinozaki, J., Yazawa, S., Ueki, Y., Matsukawa, N., Shimohama, S., & Nagamine, T. (2018). 視覚空間機能を評価する精神回転課題を用いた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). 自閉症における二つの異なる認知プロファイルにおける精神回転過程を支える神経相関の違い。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、課題の複雑さによるものではありません。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、三次元空間ヴィジュアライゼーションのグループテスト。Perceptual and motor skills, 47(2), 599-604。

  16. Weigelt, M., & Memmert, D. (2021). エキスパートバスケットボール選手のメンタルローテーション能力：コート上のプレイの特定。Research Quarterly for Exercise and Sport, 92(1), 137-145。

  17. Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R. (2015). メタ合成を使用して性別の類似点と相違点を評価する。American psychologist, 70(1), 10。