[論文レビュー] Assessment of Empathy in an Affective VR Environment using EEG Signals

Maryam Alimardani, Annabella Hermans+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2020

EEG and Brain-Computer Interfaces参考文献 42被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、DVを描写した感情的バーチャルリアリティ（VR）環境にさらされたユーザーの共感を評価する、リアルタイムでEEGに基づく手法を提案する。前頭野および中心部のEEG非対称性（α、θ、δ）を用いて、ベースライン時の前頭野α非対称性が自己報告された共感スコアと顕著に相関することを示し、社会的知能を持つシステムにおける受動的で継続的な感情状態モニタリングとしてEEGの可能性を示唆する。

ABSTRACT

With the advancements in social robotics and virtual avatars, it becomes increasingly important that these agents adapt their behavior to the mood, feelings and personality of their users. One such aspect of the user is empathy. Whereas many studies measure empathy through offline measures that are collected after empathic stimulation (e.g. post-hoc questionnaires), the current study aimed to measure empathy online, using brain activity collected during the experience. Participants watched an affective 360 video of a child experiencing domestic violence in a virtual reality headset while their EEG signals were recorded. Results showed a significant attenuation of alpha, theta and delta asymmetry in the frontal and central areas of the brain. Moreover, a significant relationship between participants' empathy scores and their frontal alpha asymmetry at baseline was found. These results demonstrate specific brain activity alterations when participants are exposed to an affective virtual reality environment, with the level of empathy as a personality trait being visible in brain activity during a baseline measurement. These findings suggest the potential of EEG measurements for development of passive brain-computer interfaces that assess the user's affective responses in real-time and consequently adapt the behavior of socially intelligent agents for a personalized interaction.

研究の動機と目的

• 没入型VR体験中にEEGを用いて、共感をリアルタイムで受動的に評価する手法を開発すること。
• 特にEEG非対称性が、感情的VR露出時の個々の共感の違いと相関するかどうかを調査すること。
• 人間と技術のインタラクションにおける継続的でオンラインの感情状態モニタリングにEEGを用いる可能性を検討すること。
• 社会的知能を持つエージェント（仮想アバターまたはソーシャルロボットなど）におけるインタラクションのパーソナライズに、EEGベースの指標が果たす可能性を評価すること。

提案手法

• 参加者は、DVを描写した360°の感情的VR動画を視聴しながらEEG信号が記録された。
• EEGデータは、前頭野および中心部の脳領域におけるα、θ、δ周波数帯の非対称性について分析された。
• VR露出前のEEG活動を記録し、特質レベルの共感関連脳パターンを評価した。
• 共感スコアは、露出後のアンケートから収集され、VR露出前のEEG非対称性指標と相関分析された。
• 統計解析により、EEG非対称性と共感スコアの関係が検証され、特に前頭野領域に注目した。
• 本研究では、制御されたVR刺激と標準化されたEEG収集プロトコルを用いた被験者内設計が採用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 感情的VR環境への暴露が、前頭野および中心部の脳領域におけるEEG非対称性に測定可能な変化を引き起こすか？
• RQ2 参加者のベースライン時の前頭野α非対称性と自己報告された共感スコアの間に有意な相関が存在するか？
• RQ3 ベースライン期間中のEEG非対称性パターンが、感情的VR体験時の個々の共感レベルを予測できるか？
• RQ4 α、θ、δ帯のEEG信号が、VR内での共感的刺激への即時の感情処理をどの程度反映しているか？

主な発見

• 感情的VR刺激への暴露中に、前頭野および中心部のα、θ、δ非対称性が顕著に低下した。
• ベースライン時の前頭野α非対称性と参加者の自己報告された共感スコアの間に有意な正の相関が確認された。
• ベースライン期間中のEEG非対称性パターンが、個々の共感レベルを予測可能であり、特質レベルの神経的サインを示唆した。
• 結果から、没入型VR体験中に共感の神経生理的関連要因をリアルタイムでEEGが検出可能であることが示された。
• 本研究では、人間-コンピュータインタラクションにおける感情反応の受動的で継続的なモニタリングにEEGを用いる可能性が実証された。