Labvancedでオンラインのメンタル回転タスクを実行しています。

メンタル回転タスク

メンタル回転テストは、空間処理を研究するための認知心理学の分野における強力なタスクです。2Dおよび3Dのメンタル回転タスクの詳細、歴史、オンライン設定を含む実施方法、明らかにできる強力な研究結果、さらにこのタスクを利用した実験の例を学ぶために、読み続けてください！

メンタル回転タスクの歴史

メンタル回転テストは1970年代にさかのぼり、物体を心の中で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ン・メッツラーは、3Dの立方体状または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どうかを判断する際に反応時間を測定することによって、メンタル回転を客観的に研究した最初の人物の一部です（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・クーズは、垂直軸を中心に回転させることで異なる方向に3Dオブジェクトを提示するシェパードとメッツラーのメンタル回転タスクに基づいて、メンタルローテーションテストを正式に確立しました。これは20項目のテストで、参加者は4つの図形を比較し、基準の図形に一致する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）。

メンタル回転テストについて

メンタル回転タスクは参加者に何を要求しますか？実際には非常に簡単です！

メンタル回転実験の一般的な概要は次の通りです：

  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、提示された4つのオプションのうち、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しなければなりません

2D回転

メンタル回転実験のいくつかのバージョンでは、2D形状回転がテストされています：

Labvancedでオンラインの2Dメンタル回転タスクで使用される刺激の例。

2Dまたは3Dメンタル回転テストの実施

Labvancedでのメンタル回転タスクは次の方法で実施できます：

  1. テストをオンラインで実施する（リモート研究用）ため、URLの研究リンクを参加者と簡単に共有できます。また、
  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に実施できます
  3. 研究者はタスクをデザインエディタにインポートし、コーディングせずに実験を設定できます。ここでLabvancedのメンタル回転テストをチェックしてください。実験の基礎として使用するために、単に「参加」ボタンをクリックして試すか、「インポート」をクリックしてアカウントにアップロードしてください：
  4. さらに、反応時間に加えて、追加の生理データを追加するために、ウェブカメラベースの眼球追跡などの高度な機能も含めることができます。

認知機能とプロセス

メンタル回転実験によって明らかにされ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：

  • インテリジェンス
  • 組織
  • 推論
  • 空間認知
  • 視覚認知

同一の2つの画像を一致させる際に、メンタル回転テストに関与する認知プロセスは以下の通りです：

  1. 知覚的前処理
  2. 刺激の識別/区別
  3. 刺激の空間的方向の識別
  4. 対称性の判断
  5. 行動反応、つまり：選択の選択/実行

これらのプロセスは、参加者がメンタル回転タスクを成功裏に完了するために必要です（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。

メンタル回転実験によって測定される認知プロセス、3D思考を含む。

メンタル回転テストからの測定とデータ

  • 精度 / エラー率： タスク全体での全体的な精度またはエラー。
  • 角度の差： 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： 決定作成を超えて他のプロセスが取る時間、例えば刺激のエンコーディングや運動反応の実行。
  • ドリフト率： 情報を蓄積するのにかかる時間。
  • 境界分離： 2つの異なる反応間の距離。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ときに広がります。
  • 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 / フィクスレーション： 眼球追跡が使用されている場合、視線の持続時間やフィクスレーションなどの関連するメトリックも、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。メンタル回転タスクの文脈における眼球追跡データを利用して報告された結果の例には、不正解の回答におけるフィクスレーションの平均数を正解の回答の平均数で割ったラン数比（RC比）があります（Suzuki et al., 2018）。

考慮すべき可能な混乱要因

実験の設計およびデータ分析段階で考慮すべき特定の混乱要因は以下の通りです：

  • 性差： 2Dおよび3Dメンタル回転タスクにおいて、男性は認知的に優位である（Collins, D. W., & Kimura, D., 1997）。この発見は、1200万人以上の参加者を対象としたメタ合成研究によって裏付けられ、メンタル回転テストに関して男性が心理学文献の中で最大の認知的性差を示すことが結論づけられています（Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015）。
  • 空間不安 / 自信： 上記の点に関連して、別の研究ではメンタル回転タスクにおける顕著な性差は、特にタスク要求が高いときに空間不安や自信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： 性差ほど顕著ではありませんが、利き手もメンタル回転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、利き手は提示された画像が支配的な手に対応する場合に促進に役割を果たします（Jones et al., 2021）。

MRTスコアの使用法

研究の目標はさまざまですが、メンタル回転テストから得られたスコアの最も一般的な使用法は以下のとおりです：

  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： 認知プロセスを定量化し、2つのグループ、たとえばディスレクシアの参加者と対照の参加者との間で比較するため。
  3. 治療結果： 主な焦点が治療と介入の効果である場合、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。

メンタル回転テストのバリエーション

メンタル回転タスクは通常、クラシックな立方体や2D形状と共に行われますが、研究において言及する価値のあるいくつかのバリエーションがあります：

  • 異なる視覚刺激： 立方体の代わりに、メンタル回転実験で提示され回転される他の種類の視覚刺激も一般的に見られます、例えば：文字、動物、顔、色付きの形状、および擬似文字（文字のように見えるが文字ではない形状）（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
  • cMRT： メンタル回転の時間的研究（cMRT）では、2つの刺激が提示され（4つの代わりに）、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回転の例。

メンタル回転テストの例：アプリケーションと実験

メンタル回転タスクは、実装が容易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、心理学研究で人気があります。以下は、アプリケーションや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: メンタルローテーションタスクは、空間認知スキルが年齢とともにどのように進化するかを理解するために、発達心理学の実験で実施されます。これに関する例として、3歳児、4歳児、5歳児の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があり、3歳児が偶然のレベルを上回るタスクを最初に実行でき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改善: 別の研究では、6歳および7歳の子どもたちに対するメンタルローテーション空間トレーニングを含む1週間のオンライントレーニング介入が、標準的な算数の問題にどのように移行するかが示されました。このグループは、リテラシートレーニングを受けたコントロール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改善されており、これは視覚化能力の向上や視覚空間作業記憶の容量の増加によるものである可能性があります (Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019)。

臨床心理学

  • 自閉症: 自閉症の特定のサブグループは、視覚空間能力が強化されていることが発見されています。これは、メンタルローテーションタスクを含む認知テストを通じて支持されており、このグループは早くパフォーマンスを発揮します。認知的な利点は、単純または2Dの刺激に対してではなく、高い複雑性を持つ3D形状に特に明確に示されます。現在の研究トレンドは、このようなパフォーマンスの神経的相関を探求しており、視覚空間的な強みを持つ自閉症者において、後頭葉と頭頂葉の機能が高い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、ドリフト速度、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などの課題におけるADHD参加者の認知をより良く理解できるようになりました。これらの実験は、メンタルローテーション実験におけるADHD参加者の低いパフォーマンスが、証拠の蓄積が遅く、境界分離調整の相対的な柔軟性の欠如によるものであることを示しています (Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021)。
  • ディスレクシア: メンタルローテーションテスト（2Dの回転や2Dの形状の回転を含む）は、ディスレクシアの患者にしばしば実施されます。機能的協調欠損（FCD）モデルによれば、ディスレクシア患者は、グラフェミックな材料が提示されたときに対称性を抑制できないため、文字が反転しているかどうかを判断できません。そのため、文字が反転しているかどうかを判断できないのは、グラフェームとフォネームの表現の間のあいまいなマッピングによるものです。このため、ミラーリングや回転に関わるメンタルローテーションは、ディスレクシア患者に実施できる関連するテストです。コントロール群/正常な読者と比較して、ディスレクシアの子どもたちは反応時間が遅いため、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: パーキンソン病は神経変性疾患で、運動スキルと認知スキルの両方が病気の進行によって衰退します。これらの患者は、メンタルローテーションタスクにおいてパフォーマンスが低下していることが発見されています。最近、軽度の認知障害の証拠がない早期発症のパーキンソン病のための認知バイオマーカーとしてメンタルローテーションタスクを活用する努力が行われています (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、正確性が低いことを示しています。研究者はまた、メンタルローテーションタスクと目の動きを追跡することを組み合わせて、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ています (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: メンタルローテーションタスクは、認知心理学を核心に持つさまざまな研究で使用されてきました。これらの実験は、空間的な認知能力を理解するために健康な神経型参加者と共に実施されます。Labvancedで実施された研究の1つでは、メンタルローテーションタスク（他のタスクと組み合わせて）を使用して、空間能力が時間の表現に与える影響を評価しました。その結果、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が示されました (Otenen, E., & Kanero, J., 2022)。
  • 手話: メンタルローテーションタスクに関連する興味深いトピックは、手話の研究の文脈内にあります。ある研究では、手話ユーザーとメンタルローテーション能力との間にポジティブな相関関係があることが示されました (Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020)。

Labvancedでメンタルローテーション実験を実施し、参加者に3Dメンタルローテーションテストをオンラインで提供してください。

スポーツ心理学

スポーツと運動の研究分野では、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、運動協調がパフォーマンスに影響を与える可能性があるため、多くの興味深い結論に至っています。

  • 新しいMRTタスクを持つバスケットボール選手: 最近の研究では、初心者とエキスパート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。従来の3Dキューブではなく、参加者は回転または反転された6つの異なるバスケットボールプレイを見ました。その結果、性別と専門知識の効果があることが分かりました。男性の参加者はより多くのアイテムを解決し、パフォーマンスはより専門的なプレイヤーにとって良好でした。この研究は、特定の支援に特化した刺激素材の道を開きます (Weigelt, M. & Memmert, D., 2020)。

結論

メンタルローテーションタスクは研究において多くの基盤を持ち、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一般的に使用されます。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、ほとんどの実験では3Dまたは2Dのキューブ刺激が使用されます。

参考文献

  1. Arrighi, L., & Hausmann, M. (2022). 空間的不安と自信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のトレーニングは数学的な能力の向上に繋がるか？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における空間認知の新たな視点：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). 操作性におけるメンタルローテーションの効果：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). 手話の理解とメンタルローテーション能力との間にポジティブな相関関係がある。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のレベルを上回って解決したが、反応時間と角度の違いとの間には線形関係が見られなかった。Frontiers in Psychology, 9, 328248。

  9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). 過去と未来を見つける：空間能力が時間の表現に与える影響。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）の欠損に対する病態生理のアプローチ：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). 視覚空間機能を評価するメンタルローテーションタスクによる軽度認知障害およびアルツハイマー病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の神経相関の違い。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、タスクの複雑性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). 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：コート内のプレイの特定。Research Quarterly for Exercise and Sport, 92(1), 137-145。

  17. Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R. (2015). メタ合成を用いた性差の類似点と相違点の評価。American psychologist, 70(1), 10。