[論文レビュー] A Framework towards Quantifying Human Restorativeness in Virtual Built Environments

Zhengbo Zou, Semiha Ergan|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2019

Urban Green Space and Health参考文献 25被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、神経科学的設計要因を踏まえた特徴を有するRestorative（回復的）および非Restorative（非回復的）な建築的状況を仮想的にシミュレートすることで、仮想的な建築環境における人間の回復可能性を定量化するフレームワークを提案する。22名の参加者がナビゲーションタスクを実施した際のEEG、GSR、および眼動測定データを用いて、研究者たちは環境間で統計的に有意な生理的差異を示し、神経生理的反応を測定可能な形で人間のウェルネスを向上させる空間設計の基盤を確立した。

ABSTRACT

The impact of built environment on the human restorativeness has long been argued; however, the interrelations between neuroscience and the built environment, and the degree to which the built environment contributes to increased human restorativeness has not been completely understood yet. Understanding the interrelations between neuroscience and the built environment is critical as 90% of time in a typical day is spent indoors and architectural features impact the productivity, health and comfort of occupants. The goal of this study is to bring a structured understanding of architecture and neuroscience interactions in designed facilities and quantification of the impact of design on human experience. The authors first built two virtual environments (i.e., restorative and non-restorative) using the architectural designs features related to human restorativeness identified by previous research efforts. Next, user experiments were conducted in the two built virtual environments including 22 people. The subjects were asked to conduct navigational tasks while their bodily responses recorded by body area sensors (e.g., EEG, GSR, and Eye-tracking). The result showed that human responses in restorative and non-restorative environment had statistically significant difference. This study serves as the first step of understanding human responses in the virtual environment, and designing spaces that maximize human experience.

研究の動機と目的

• 設計された環境における建築と神経科学の相互作用を体系的に理解すること。
• 特定の建築的特徴が人間の回復可能性および生理的反応に与える影響を調査すること。
• 仮想的な建築環境における人間の体験を評価する再現可能な実験フレームワークを構築すること。
• 客観的な神経生理的指標を通じて、設計が人間のウェルネスに与える影響を定量化すること。

提案手法

• 先行研究から人間の回復可能性に関連する建築的特徴に基づき、回復的および非回復的な2つの仮想環境を構築した。
• ナビゲーションタスク中にリアルタイムの生理的反応を捉えるために、身体部位センサー（EEG、GSR、眼動測定）を用いた。
• 22名の参加者を対象に、制御されたランダム順序で両方の仮想環境に暴露するユーザーエクスペリメントを実施した。
• 両環境間でのストレスおよび認知的負荷レベルの比較を目的とした神経生理的データの収集と分析を行った。
• 条件間での生理的反応の有意差を評価する統計的分析を実施した。
• 本フレームワークが、建築設計における人間の体験を評価するスケーラブルなツールとして実現可能であることを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 仮想シミュレーションにおける回復的および非回復的建築環境は、人間の生理的反応にどのように異なる影響を与えるか？
• RQ2 回復性を促進するとされる建築的特徴を、測定可能な神経生理的指標と定量的に結びつけることはどの程度可能か？
• RQ3 仮想環境は、現実の建築環境が人間のストレスおよび注意に与える影響を効果的にシミュレートできるか？
• RQ4 特定の生理的マーカー（例：EEG、GSR、眼動測定）の中で、建築環境間の回復可能性の差を最もよく反映するのはどれか？
• RQ5 回復的および非回復的仮想環境における人間の反応に、統計的に有意な差が存在するか？

主な発見

• 参加者たちは、非回復的環境と比較して、回復的仮想環境において有意に低いストレスおよび認知的負荷レベルを示した。
• EEGデータから、リラクゼーションおよび注意関連の脳波パターンの明確な差が両環境間で確認された。
• GSR測定値から、回復的環境では交感神経系の活性化が低下しており、これは生理的ストレスが低いことを示している。
• 眼動測定データから、回復的環境では視覚的注意が向上し、視覚的疲労が軽減されていることが示された。
• 本研究では、回復性に関連する建築的設計要因が、人間被験者に測定可能な統計的に有意な神経生理的差をもたらすことが確認された。
• 本フレームワークは、仮想環境とマルチモーダルバイオセンサーを用いて、建築設計における人間の回復可能性を定量化する可能性を効果的に示した。