[論文レビュー] Study of movement coordination in human ensembles via a novel computer-based set-up

Francesco Alderisio, Maria Lombardi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2016

Action Observation and Synchronization参考文献 44被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、社会的・感覚的干渉を最小限に抑えることで、遠隔地にいる人間のグループが動きを調整できる新しいコンピュータベースのプラットフォーム「Chronos」を紹介する。視覚的相互作用のトポロジーをカスタマイズ可能にし、仮想エージェントを統合することで、直接的な視覚的・聴覚的結合がなくても、人間のグループにおける調整の程度がネットワーク構造に強く依存することを示し、仮想エージェントが二重対やグループ設定の両方で人間らしく調整行動を模倣できることを実証した。

ABSTRACT

Movement coordination in human ensembles has been studied little in the current literature. In the existing experimental works, situations where all subjects are connected with each other through direct visual and auditory coupling, and social interaction affects their coordination, have been investigated. Here, we study coordination in human ensembles via a novel computer-based set-up that enables individuals to coordinate each other's motion from a distance so as to minimize the influence of social interaction. The proposed platform makes it possible to implement different visual interaction patterns among the players, so that participants take into consideration the motion of a designated subset of the others. This allows the evaluation of the exclusive effects on coordination of the structure of interconnections among the players and their own dynamics. Our set-up enables also the deployment of virtual players to investigate dyadic interaction between a human and a virtual agent, as well as group synchronization in mixed teams of human and virtual agents. We use this novel set-up to study coordination both in dyads and in groups over different structures of interconnections, with and without virtual agents. We find that, in dual interaction, virtual players manage to interact with participants in a human-like fashion, thus confirming findings in previous work. We also observe that, in group interaction, the level of coordination among humans in the absence of direct visual and auditory coupling depends on the structure of interconnections among participants. This confirms, as recently suggested in the literature, that different coordination levels are achieved over diverse visual pairings in the presence and in the absence of social interaction. We present preliminary experimental results on the effect on group coordination of deploying virtual computer agents in the human ensemble.

研究の動機と目的

• 個々の人物間の接続構造が人間のグループにおける動きの調整に与える影響を調査すること。
• 直接的な視覚的・聴覚的・社会的相互作用を排除することで、ネットワークトポロジーの影響を分離して評価すること。
• 仮想エージェントを人間の運動調整実験における合成的パートナーとして使用する可能性を評価すること。
• 人間のダイナミッククラムの概念をマルチプレーヤー状況に拡張し、グループダイナミクスの制御された研究を可能にすること。
• 仮想エージェントが二重対およびグループ内での相互作用において、人間らしく調整されたパターンを再現できるかどうかを特定すること。

提案手法

• 参加者が選択したパートナーの運動トレースの視覚フィードバックを通じて、遠隔地でリアルタイムに動きを調整できるコンピュータベースの実験プラットフォーム（「Chronos」）を開発した。
• 参加者には障害物を設置し、ノイズキャンセリングヘッドフォンを装着させ、他の参加者からの視覚的・聴覚的シグナルを排除することで、視覚的に隔離された状態にした。これにより、認識されるのは指定された相互作用パートナーのみとなった。
• 管理者がカスタマイズ可能な視覚的相互作用トポロジーを定義可能であり、これにより、リング型、スターブロック型、ライン型などのさまざまなネットワーク構造を、二重対およびグループ設定で研究可能となった。
• 仮想プレーヤー（VP）は、人間の動きのダイナミクスを模倣する認知アーキテクチャを用いて実装され、調整タスクにおいてフォロワーまたはリーダーとしての役割を果たした。
• 同期度を定量化して評価するために、二重対同期インデックスおよびグループ同期インデックスなどの同期指標を計算した。
• 本プラットフォームは、人間同士および人間と仮想エージェントの両方の相互作用をサポートしており、さまざまな条件下での調整行動の制御された比較が可能となった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直接的な社会的・感覚的相互作用が最小限に抑えられた状況で、視覚的相互作用トポロジーの構造が人間グループにおける動きの調整度にどのように影響するか？
• RQ2 仮想エージェントは、人間参加者との二重対相互作用において、人間らしく調整行動を効果的に再現できるか？
• RQ3 人間グループに仮想エージェントが存在する場合、全体の調整度に影響を及ぼすか。その影響は、エージェントの役割（リーダーまたはフォロワー）に依存するか？
• RQ4 参加者が人間か仮想エージェントかに応じて、調整戦略をどの程度変更するか？
• RQ5 本プラットフォームを用いて、社会的または知覚的シグナルに依存しない構造的ネットワークにおける調整の出現を体系的に研究できるか？

主な発見

• 二重対相互作用において、参加者が仮想エージェントと調整する場合と人間パートナーと調整する場合に、顕著な行動的差異は認められず、仮想プレーヤーが人間の調整ダイナミクスを効果的に模倣できることを確認した。
• 直接的な視覚的・聴覚的・社会的相互作用がなくても、人間のグループにおける調整度は、その背後にあるネットワークトポロジーに依存することが判明した。これは、構造的接続性の重要性を裏付けた。
• 仮想エージェントがグループ設定でリーダーとして機能した場合、全体のグループ調整度が低下した。これは、人工的リーダーシップが自然な同期パターンを乱す可能性があることを示唆している。
• 仮想エージェントがフォロワーとしてのみ存在する場合、または仮想エージェントが全く存在しない場合に、より高い同期インデックスが観察された。これは、フォロワー役の仮想エージェントがグループ調整に及ぼす破壊的影響が小さいことを示している。
• 本プラットフォームは、人間の運動の主要な運動学的特徴を再現する仮想エージェントの導入に成功しており、今後の集団行動研究における応用を支援するものである。
• 結果から、社会的シグナルがなくても、ネットワーク構造そのものが調整の結果を形作ることを確認した。これは、近年の理論的主張である「トポロジーが人間のグループダイナミクスに果たす役割」を強化するものである。