[論文レビュー] How Gamification Affects Physical Activity: Large-scale Analysis of Walking Challenges in a Mobile Application

Ali Shameli, Tim Althoff+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2017

Educational Games and Gamification参考文献 35被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、80万人日におよぶ1年間の移動型ヘルスアプリにおける2,500件のウォーキングチャレンジを分析し、ゲーム化されたコンテストが平均して身体活動を23%向上させることを明らかにした。研究では、ユーザーの初期活動レベルを類似したレベルにマッチングし、性別構成をバランスさせるといった、参加意識と効果を最大化するための設計原則を同定し、75.1%のAUCを達成する予測モデルを構築した。

ABSTRACT

Gamification represents an effective way to incentivize user behavior across a number of computing applications. However, despite the fact that physical activity is essential for a healthy lifestyle, surprisingly little is known about how gamification and in particular competitions shape human physical activity. Here we study how competitions affect physical activity. We focus on walking challenges in a mobile activity tracking application where multiple users compete over who takes the most steps over a predefined number of days. We synthesize our findings in a series of game and app design implications. In particular, we analyze nearly 2,500 physical activity competitions over a period of one year capturing more than 800,000 person days of activity tracking. We observe that during walking competitions, the average user increases physical activity by 23%. Furthermore, there are large increases in activity for both men and women across all ages, and weight status, and even for users that were previously fairly inactive. We also find that the composition of participants greatly affects the dynamics of the game. In particular, if highly unequal participants get matched to each other, then competition suffers and the overall effect on the physical activity drops significantly. Furthermore, competitions with an equal mix of both men and women are more effective in increasing the level of activities. We leverage these insights to develop a statistical model to predict whether or not a competition will be particularly engaging with significant accuracy. Our models can serve as a guideline to help design more engaging competitions that lead to most beneficial behavioral changes.

研究の動機と目的

• 多様なユーザーのデモグラフィック要因を対象とした移動型ヘルスアプリにおけるゲーム化ウォーキングコンテストが、身体活動レベルに与える影響を理解すること。
• コンテスト中のユーザー参加意識と身体活動の増加を最大化するゲームデザイン要素を同定すること。
• 将来的なコンテストの参加意識レベルを、ユーザーおよびコンテストの特徴に基づいて予測できる予測モデルを開発すること。
• 参加者の構成要因（性別バランス、活動レベルの類似性など）が、コンテストのダイナミクスと結果に与える影響を検討すること。
• 長期的な身体活動の促進を目的としたモバイルヘルスアプリが、コンテストを活用するにあたり実行可能な設計ガイドラインを提供すること。

提案手法

• 1年間にわたり、Azumio Argusアプリ内の2,500件のウォーキングチャレンジから匿名化された歩数データを収集・分析した。
• コンテスト外のベースライン身体活動レベルとコンテスト中の活動パターンを用いて、1日あたりの歩数増加量と順位変化を算出した。
• 年齢、性別、BMIなどのデモグラフィックデータ、過去のコンテスト行動、活動レベルの類似性を用いた統計モデルを構築し、コンテスト参加意識を予測した。
• ROC AUCを用いて、主なアウトカム（FIRST-LAST順位差、RANK SWAPS、ΔACTIVITY：活動レベルの変化）のモデル性能を評価した。
• デモグラフィックのみ vs. 全ての特徴を含むなど、異なる特徴量セットを用いたモデルを比較し、実世界への導入に適した最小限の入力要因を同定した。
• 外部コンテスト活動レベルや基本的なデモグラフィック情報のみで予測精度が高く維持されることを示すことで、モデルの頑健性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 移動型ヘルスアプリにおけるウォーキングコンテストが、多様なユーザー層の身体活動にどの程度向上効果をもたらすか？
• RQ2 参加者の構成要因（性別バランス、コンテスト前の活動レベルの類似性など）が、コンテストのダイナミクスとユーザー参加意識に与える影響は？
• RQ3 基本的なユーザーおよびコンテスト特徴量のみを用いて、コンテストの参加意識や成功度を予測できるか？
• RQ4 ユーザーの過去のコンテスト行動と、新しいコンテストにおけるパフォーマンスおよび活動量の増加との関係は？
• RQ5 身体活動量の増加幅は、不活発なユーザーおよび年齢やBMIが異なるユーザーのサブグループ間でどのように異なるか？

主な発見

• ユーザーは、コンテスト中、平均してベースラインレベル比で1日あたり23%の身体活動を増加させた。
• 特に活動量が低かったユーザーにおいて、1日あたり2,500歩を超える最大の活動量増加が観察され、低活動群における行動変容の可能性が明確になった。
• コンテスト優勝者は、ベースライン比で40〜60%の活動量増加を示したが、最下位のユーザーは平均してコンテスト前よりも活動量が減少した。
• 参加者間のコンテスト前の活動レベルに著しい不均衡が見られたコンテストでは、全体の身体活動増加が顕著に低下しており、バランスの取れたマッチングの重要性が浮き彫りになった。
• 男性と女性のバランスの取れた参加者構成のコンテストは、同性別グループに比べて身体活動の向上が顕著に高まった。
• 過去のコンテスト外活動レベルのみを用いた統計モデルは、最終順位差（FIRST-LAST）を予測する際、70.7%のROC AUCを達成した。一方、コンテスト外およびコンテスト内履歴を併用したモデルでは75.1%のAUCを達成し、参加意識のアウトカムに対する強い予測力が示された。