Labvancedでオンラインでメンタルローテーションタスクを実施する.

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で強力なタスクです。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、どのように実施できるか（オンライン環境を含む）、明らかにされる強力な研究結果、そしてこのタスクを利用した実験の例についてさらに学びましょう！

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、立方体、または非対称のオブジェクトのペアを提示し、その後、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決定する際の反応時間を測定することにより、メンタルローテーションを客観的に研究した最初の研究者の一人です（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・クーゼは、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で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公式化しました。これは20項目のテストであり、参加者は4つの図を比較し、基準図に一致する2つの選択肢を選択する必要がありました（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？実際には非常に簡単です！

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. 参加者には基準/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、基準/ターゲットオブジェクトと一致する2つのオプション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でオンラインで使用される2Dメンタルローテーションタスクの刺激の例.

2Dまたは3Dメンタルローテーションテストの実施

Labvancedでメンタルローテーションタスクを実施する方法は以下の通りです：

  1. オンラインでテストを実施する（リモート研究用）。この場合、URLの研究リンクは参加者と簡単に共有できます。
  2. 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、コーディングなしで実験をセットアップできます。Labvancedでのメンタルローテーションテストをこちらでチェックしてください。単に「参加する」ボタンをクリックして試すか、「インポート」してアカウントにアップロードし、実験の基盤として使用します：
  4. さらに、高度な機能として、ウェブカメラベースのアイ・トラッキングを含むこともでき、反応時間に加えて生理的データの追加の層を提供します。

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なるいくつかの認知機能とプロセスは以下の通りです：

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

同一の2つの画像を一致させる際、メンタルローテーションテストには次の認知プロセスが関与しています：

  1. 知覚的前処理
  2. 刺激の識別/識別
  3. 刺激の空間的方向の識別
  4. 偶数性の判断
  5. 行動的反応、すなわち：選択肢の選択/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できるようにします（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またはエラー。
  • 角度的な不一致： 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： 決定を下すまでの時間を超え、刺激のエンコーディングや運動反応の実行にかかる時間。
  • 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、速度よりも正確性が優先される場合や、回転角度が増加する場合に広くなります。
  • 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： アイ・トラッキングが使用されている場合、視線の持続時間や注視のような関連する指標も、参加者の視覚処理戦略を理解する手段として報告できます。メンタルローテーションタスクの文脈でアイ・トラッキングデータを利用して報告された結果の一例には、不正解の回答における平均注視数を正解の回答の平均注視数で割ったランカウント比（RC比）が含まれます（Suzuki et al., 2018）。

考慮すべき可能な混乱

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について、男性は認知的利点を持っています（Collins, D. W., & Kimura, D., 1997）。この発見は、心的回転テストに関して、男性が心理文学で最も大きな認知的性差を示すという1200万人以上のサンプルを持つ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/自信： 上記の点に関連して、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/ジェンダー差は、特にタスクの要求が高い場合に空間的不安と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）。
  • 利き腕： 性の混乱ほど顕著ではありませんが、利き腕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。右利きは左利きよりも速いことが示されています。また、提示された画像が支配的な手に対応する場合には、利き腕が促進要因となります（Jones et al., 2021）。

MRTスコアの使用

研究の目標が異なるため、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は以下の通りです：

  1. 参加者の空間スキルの記述： 空間スキルや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： 2つのグループ間のMRTに関連する認知プロセスを定量化して比較するため。たとえば、ディスレクシアの参加者とコントロールグループの比較など。
  3. 治療結果： 治療および介入の効果に重点を置く場合、MRTは空間認知処理に関連する特定の変化を定量化する手段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、クラシックな立方体や2D形状を使用しますが、研究で言及すべきバリエーションもいくつかあります：

  • 異なる視覚的刺激： 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、擬似文字（文字に見えるが異なる形状）など、他の種類の視覚的刺激が提示され回転することも一般的です（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、角度的な不一致の違いを持つ2つの刺激が提示されます（4つではなく）。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する必要があります（Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008）。

心理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、いくつかの応用と実験の例です。

発達心理学と教育心理学

  • 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とも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。これに関連する一例は、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で、3歳児がランダムレベルを上回るパフォーマンスを開始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歳の子供を対象にしたメンタルローテーションの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、標準的な算数問題への適応にもつながることが示されました。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改善され、これは視覚化能力の向上や視覚的作業記憶の容量の増加によるものかもしれません（Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019）。

臨床心理学

  • 自閉症: 自閉症のある特定のサブグループは、強化された視覚空間能力を持つ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、単純または2Dの刺激に対して、高い複雑さを持つ3D形状に特に定義されます。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、視覚的強みを持つ自閉症者における後頭部および頭頂部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、ドリフトレート、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タスクにおけるADHD参加者の認知をより良く理解することができるようになりました。このような実験では、メンタルローテーション実験におけるADHD参加者のパフォーマンスが悪いのは、証拠の蓄積速度が遅いためおよび境界分離の調整に対する相対的な柔軟性が不足しているためであることが示されています（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回転および2D形状回転を含む）は、ディスレクシアの患者にしばしば実施されます。機能的協調欠陥（FCD）モデルに従い、ディスレクシアの人々は、文字の対称性を抑制することに失敗するため、文字が逆さまかどうかを決定できず、そのため、文字が逆さまかどうかを決定することができません。したがって、タスクの性質上、反転および回転に関連するメンタルローテーションは、ディスレクシアの人々に実施可能な関連テストです。対照群や通常の読者と比較して、ディスレクシアの子供たちは、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、運動能力と認知能力の両方が病気の進行に伴って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ツールとしてメンタルローテーションタスクを利用することに向けられています（Razzaque et al., 2024）。
  • アルツハイマー病: アルツハイマー病患者は、健常な高齢者と比較して、メンタルローテーションタスクでの反応時間が長く、正確性が低いことを示します。研究者たちは、メンタルローテーションタスクを目の動きを追跡することと組み合わせて、アルツハイマー病または軽度認知障害（MCI）の患者に対するスクリーニングツールとして活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、上記に限られたものではありません。脳外傷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の研究に使用されています。

認知心理学

  • 一般集団研究: メンタルローテーションタスクは、認知心理学を基盤とするさまざまなタイプの研究で使用されています。これらの実験は、健康な神経的に典型的な参加者で実施され、空間認知能力を理解するために行われます。そのような研究の一例として、Labvancedで行われた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使用）を利用して、空間能力が時間表現に与える影響を評価したものがあります。調査結果は、より高い空間能力と時間的学習がより良い記憶につながることを示しました（Otenen, E., & Kanero, J., 2022）。
  • 手話: 言語と認知が動的に重なり合う面白いトピックとして、メンタルローテーションタスクは手話の研究の文脈内にあります。そのような研究の一つは、手話ユーザーとメンタルローテーション能力の間に正の関係があることを示しました（Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020）。

スポーツ心理学

近年、スポーツと運動の研究分野は、メンタルローテーションタスクを使用しており、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、非常に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たち: 最近の研究では、初心者と熟練のバスケットボール選手が新しいメンタルローテーションテストを受けました。参加者は、刺激として古典的な3Dキューブの代わりに、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、性別の影響や専門性の影響がありました。男性参加者はより多くの問題を解決し、熟練プレイヤーのパフォーマンスがより良好でした。この研究は、特定の刺激素材に向けたサポートの道を開きます（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多くの足場を持ち、さまざまな分野の心理学者に利用されています。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可能で、空間認知の評価に一般的に使われています。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キューブの刺激を使用します。

参考文献

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