JP5866567B2 - 集中度の評価装置、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、精神的作業を行う作業者の集中の程度を評価する集中度の評価装置、集中度の評価装置の要部の機能をコンピュータを用いて実現するプログラムに関する。

従来、利用者の認識能力を測定する技術として、有意味な被写体を含む画像を劣化させた画像を利用者に見せ、利用者が被写体を知覚するまでの時間（知覚時間）から能力スコアを算出する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、複数人に画像を見せることによって当該画像を知覚する際の難易度情報をあらかじめ算出しておき、特定の利用者に画像を見せたときの知覚時間と画像の難易度情報とを用いることにより、利用者の能力スコアを算出する技術が記載されている。

また、利用者の集中力を計測するために、利用者に基準図形をトレースさせ、基準図形とトレース図形とのずれ量から集中度を算出する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。集中度は基準図形とトレース図形とのずれ量から求めた値に係数を乗じた値として算出され、トレース作業の終了時には、トレース作業中に一定間隔で算出された集中度の変化、平均値、標準偏差、変動係数、最大・最小値などが算出される。さらに、特許文献２には、基準図形のトレースを行う際にトレース作業を行わせる速度を変化させることによって難易度を変化させることや、基本図形のトレース作業を行うことを通して利用者の生理状態あるいは性格特性を推定することが記載されている。

特開２００６−８７７４３号公報 特開平９−１３５８２６号公報

特許文献１に記載された能力スコアは、個々の画像の意味を知覚する能力を示しているに過ぎず、利用者が精神的作業負荷を与えられたときの集中度を能力スコアで評価することはできない。

一方、特許文献２に記載された技術を採用すると、トレース作業という課題を行っている期間の利用者の集中度の変化を算出することが可能であるが、トレース作業は精神的作業負荷ではないから、集中度の評価には適していない。また、トレース作業は利用者の手先の運動能力に依存するから、この点からも集中度を評価する目的には適していない。

本発明は、集中度に関する客観的な評価値を算出可能にした集中度の評価装置を提供することを目的とする。また、本発明は、集中度の評価装置の要部の機能をコンピュータを用いて実現するプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る集中度の評価装置は、利用者が行った複数のタスクについて前記タスクごとに測定された処理時間を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記タスクごとの前記処理時間を記憶する記憶部と、前記タスクごとの難易度に応じて設定した負荷係数を用いて、前記記憶部が記憶している前記処理時間を、所定の難易度に対応する実効時間に補正する補正部と、前記利用者の集中度に関する評価値を前記記憶部が記憶している前記処理時間から求めた前記実効時間の集合から得られる統計量に基づいて算出する処理部とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る集中度の評価装置は、利用者が行った複数のタスクについて前記タスクごとに測定された処理時間を取得する取得部と、前記タスクごとの難易度に応じて設定した負荷係数を用いて、前記取得部が取得した前記タスクごとの前記処理時間を、所定の難易度に対応する実効時間に補正する補正部と、前記実効時間を記憶する記憶部と、前記利用者の集中度に関する評価値を前記記憶部が記憶している前記実効時間の集合から得られる統計量に基づいて算出する処理部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、集中度の評価装置として機能させる。

本発明の構成によれば、利用者が行ったタスクの処理時間を、タスクごとの難易度に応じて設定した負荷係数を用いて実効時間に補正し、この実効時間を用いて集中度に関する評価値を求めている。したがって、評価装置は、集中度に関する客観的な評価値を算出することが可能になる。しかも、タスクごとの難易度に応じた負荷係数を適用して処理時間を実効時間に補正するから、タスクの難易度にばらつきがあっても集中度に関する評価値を精度よく求めることが可能になる。

実施形態の一例を示すブロック図である。 実施形態における時間占有度ヒストグラムの一例を示す図である。 実施形態の他例を示すブロック図である。

以下に説明する実施形態は、利用者がオフィスにおける執務者、教育施設あるいは学習環境における学習者などである場合を想定している。想定しているオフィスの執務者は、身体の動きによる作業結果が求められる身体的作業ではなく、書類作成、情報管理、分類作業のように主として精神的作業を行う。

以下では、精神的作業における生産性を、「知的生産性」と呼ぶ。知的生産性は、個人の知識や技能の能力だけではなく、作業時の集中の程度（以下、「集中度」という）、集中した状態の持続時間（以下、「集中期間」という）などが影響する。

たとえば、作業に関する精神的作業負荷（メンタルワークロード）が比較的大きい場合に、知的生産性を高めようとすると、精神的作業に用いる精神的資源を高度に集中することが要求されるから、高い集中度が要求される。一方、精神的作業負荷は比較的小さいが作業量が多い場合は、精神的作業に用いる精神的資源を集中する状態を継続することが要求されるから、集中度はやや下がるものの比較的長い集中期間が要求される。

また、利用者は、オフィスにおける執務者に限らず、学校や家庭における学習者などでもよい。本実施形態において、「精神的作業負荷」「精神的負荷」「精神的」などの用語は、「ＪＩＳ Ｚ８５０２−１９９４」に記載された定義に準じた意味で使用する。

本実施形態は、集中度に関する評価値を求めるために、集中度の評価対象である利用者に複数のタスクを行わせる。以下に説明する集中度の評価装置は、タスクごとに計測された処理時間に基づいて集中度に関する評価値を算出する。ここでのタスクは、利用者に与えられる課題を意味している。利用者の集中度に関する評価値は、利用者が与えられた複数のタスクを順に処理することによって求められる。そして、集中度の評価装置は、利用者が個々のタスクの処理時間を用いて集中度の評価値を算出する。

以下に説明するタスクには、基本的には認知的課題であり、利用者に対してタスクごとの解答を求めるように内容が定められている。また、タスクごとに処理時間が計測され、集中度の評価装置は、タスクごとに計測された処理時間に基づいて、利用者の集中度に関する評価値を算出する。処理時間は、たとえば、利用者に対するタスクの提示を開始してからタスクに対する解答が得られるまでの時間が用いられる。

本実施形態の 集中度の評価装置は、図１に示すように、認知的課題を提示する提示装置２０、認知的課題に対する解答を利用者に入力させる入力装置３０、利用者の集中度に関する評価値を算出する評価装置１０を備える。すなわち、評価装置１０は、提示装置２０および入力装置３０と組み合わせて用いられる。

評価装置１０は、専用装置であってもよいが、汎用のコンピュータでプログラムを実行することにより実現することが可能である。コンピュータは、デスクトップ型、ノート型のほか、タブレット端末、スマートフォン、プログラムの交換が可能なゲーム機などであってもよい。すなわち、コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサを備え、メモリ、入力装置、出力装置などを備える構成を想定している。

評価装置１０が、ノート型のコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン、ゲーム機などから選択される場合、少なくとも入力装置３０と一体に設けられ、さらに出力装置としての提示装置２０と一体に設けられていてもよい。本実施形態では、評価装置１０が提示装置２０および入力装置３０と独立した構成、評価装置１０が入力装置３０と一体である構成、評価装置１０が提示装置２０および入力装置３０と一体である構成の３種類のいずれかが採用される。

提示装置２０は、一度に複数個の認知的課題を提示する構成であってもよいが、複数個の認知的課題を１問ずつ順に提示する構成が望ましい。これは、提示装置２０に認知的課題が提示されてから入力装置３０に解答が入力されるまでの時間を、個々の認知的課題の処理時間として計測するのに都合がよいからである。また、複数個の認知的課題を一覧表示し、最初に解答が得られるまでの時間を最初の処理時間とみなし、その後は、入力装置３０に解答が入力される時間の間隔を処理時間とみなすことによって、個々の認知的課題の処理時間に代えてもよい。

利用者の集中度に関する評価値を求めるには、たとえば１００個以上の認知的課題が利用者に与えられる。認知的課題の個数は、とくに制限されない。ただし、最小個数は、認知的課題ごとに得られた処理時間に関する統計量を算出した場合に、所定の信頼性が得られるように定められる。また、最大個数は、利用者が認知的課題に継続して取り組むことができる程度に定められる。

ところで、一般論としては、利用者の集中度に関する評価値を求めるために用いる認知的課題は、精神的負荷の程度が規定範囲内であるという条件を満足することが望ましいと言える。しかしながら、このような条件を満足する認知的課題は種類が限られている。また、この種の認知的課題は、実際の精神的作業とは内容が異なることが多いから、認知的課題に基づいて得られた集中度の評価値と、実際の精神的作業での集中度とには、ずれが生じる可能性がある。

本実施形態は、認知的課題ごとの精神的負荷の程度について、比較的大きいばらつきを許容するように認知的課題に対する条件を緩和する。しかも、本実施形態では、認知的課題ごとの処理時間に基づいて利用者の集中度に関する評価値が精度よく算出可能である技術を提案する。

ところで、個々の認知的課題は、解答が一意に決定される認知的課題でなければならない。また、練習の効果によって集中時と非集中時との処理時間の特性に差異が生じにくくなるような認知的課題は集中度に関する評価値を算出する目的には適していないから、認知的課題は種類に富んでいることが望ましい。つまり、提示装置２０に提示される認知的課題は、練習の効果が飽和しても、集中時と非集中時との処理時間の特性に差異が生じやすくなるように設計されていることが望ましい。認知的課題ごとの精神的負荷は、低すぎると利用者がすぐに飽き、高すぎると精神疲労が増加する。すなわち、認知的課題ごとの精神的負荷は、低すぎても高すぎても利用者の意欲が低下するから、適度に設定されている必要がある。

上述したように、集中度の評価値を求めるには、提示装置２０に提示された認知的課題に対する処理時間が用いられる。ただし、この処理時間は、提示装置２０に提示された認知的課題に対して入力装置３０に正解が入力された場合の処理時間である。これは、利用者が入力装置３０に入力した解答が正解ではない場合、利用者が精神的作業を行わずに入力装置３０に解答を入力した可能性を排除できないからである。したがって、認知的課題に対する利用者の解答が正解ではない場合、当該認知的課題に対する処理時間は評価対象から除外することが望ましい。なお、評価装置１０は、解答の正解率に基づいて設定された係数を用い、集中度の評価値にこの係数を乗じてもよい。この構成では、正解率が低いほど集中度の評価値も低くなる。

評価装置１０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えたデバイスと、外部装置を接続するためのインターフェイス用のデバイスとを主なハードウェア要素として備える。プロセッサを備えるデバイスは、マイクロプロセッサのほか、マイコン（microcontroller）であってもよい。インターフェイス用のデバイスは、少なくとも提示装置２０および入力装置３０を接続する機能を有する。インターフェイス用のデバイスは、データ通信を行う機能を有することが望ましい。プロセッサで実行されるプログラムは、あらかじめＲＯＭ（Read Only Memory）に書き込まれるほか、インターネットのような電気通信回線を通して提供されるか、コンピュータで読取可能な記録媒体により提供される。

評価装置１０は、図１に示すように、利用者が行った認知的課題（タスク）について認知的課題ごとに測定された処理時間を取得する取得部１１を備える。また、評価装置１０は、提示装置２０が接続される出力部１６と、入力装置３０が接続される入力部１７とを備える。出力部１６は、提示装置２０に認知的課題を提示し、入力部１７は、入力装置３０に入力された解答を受け付ける。

認知的課題ごとの処理時間は、入力装置３０が計測するか、あるいは評価装置１０に設けられた計測部１４が計測する。入力装置３０が処理時間を計測する場合、入力装置３０は、提示装置２０と連携し、提示装置２０に認知的課題が提示された後に、解答が入力されるまでの時間を処理時間として計測する。計測部１４が処理時間を計測する場合、計測部１４は、出力部１６を通して認知的課題を出力してから、入力部１７が解答を受け付けるまでの時間を処理時間として計測する。したがって、前者の構成では、取得部１１は、入力部１７を通して入力装置３０から処理時間を取得し、後者の構成では、取得部１１は、計測部１４から処理時間を取得する。

評価装置１０は、複数の認知的課題について認知的課題ごとに求められた処理時間の情報を蓄積する記憶部１２と、記憶部１２に記憶された情報を用いて利用者の集中度に関する評価値を算出する処理部１３とを備える。記憶部１２は、利用者に提示された認知的課題ごとの処理時間を、認知的課題が提示された順に記憶する。また、記憶部１２は、認知的課題を提示した日時を併せて記憶してもよい。

取得部１１が取得した処理時間の情報は、記憶部１２に設けられた解答記憶部１２１に認知的課題ごとに記録される。解答記憶部１２１は、認知的課題ごとに解答が正解か不正解かも記録する。すなわち、提示装置２０に認知的課題が提示された状態で利用者が入力装置３０に解答を入力すると、該当する認知的課題に対する処理時間の情報と解答が正解か不正解かの情報とが解答記憶部１２１に記録される。また、解答記憶部１２１は、入力装置３０に解答が入力されると、認知的課題を識別する情報、あるいは認知的課題ごとに定められた負荷係数を記憶する。負荷係数については後述する。

認知的課題は所定数で１セットを構成しており、処理部１３は、１セット分の認知的課題に対する解答が得られた後、認知的課題の１セットにおける正解率を算出する。処理部１３が求めた正解率は、解答記憶部１２１に記録される。なお、解答記憶部１２１は、認知的課題ごとの処理時間と解答が正解か不正解かの情報との両方ではなく、処理時間のみを記録してもよい。１セットの認知的課題は、たとえば１００個以上とし、１セットの認知的課題のみを用いて利用者の集中度に関する評価値を求めることが可能である。また、複数セットの認知的課題を用いると、集中度に関する評価値の時間変化を求めることが可能になる。

さらに、記憶部１２は、提示装置２０に提示する複数個の認知的課題を格納した課題記憶部１２２を備える。課題記憶部１２２は、認知的課題だけではなく、認知的課題ごとの正解を対応付けて格納する。一方、処理部１３は、課題記憶部１２２に格納されている認知的課題のうち１回の計測に用いる認知的課題を選択する評価処理部１３２を備える。評価処理部１３２は、選択した認知的課題を出力部１６に与え、出力部１６を通して認知的課題を提示装置２０に提示させる。

処理部１３は、利用者の集中度に関する評価値を算出する演算処理部１３１を備える。演算処理部１３１は、１セットの認知的課題が提示装置２０に提示され、利用者が入力装置３０に入力した解答が解答記憶部１２１に記録された後、解答記憶部１２１に記録された処理時間の情報を用いて利用者の集中度に関する評価値を算出する。つまり、演算処理部１３１は、１セットの認知的課題に対応した処理時間の情報に基づいて、利用者の集中度に関する評価値を算出する。

ところで、本実施形態は、認知的課題ごとの精神的負荷の程度に比較的大きいばらつきを許容しているから、処理時間は、利用者の集中度だけではなく、認知的課題の難易度によっても変化する。そのため、処理時間に基づいて利用者の集中度に関する評価値を算出するには、処理時間から認知的課題の難易度による変動分を除去しなければならない。

この目的のために、評価装置１０は、取得部１１が取得した処理時間を、所定の難易度に対応する実効時間に補正する補正部１５を備える。つまり、補正部１５は、認知的課題の難易度による処理時間のばらつきを抑制し、認知的課題の難易度が同じとみなせるように、処理時間を補正する。補正部１５による処理時間の具体的な補正方法は後述する。

以下では、演算処理部１３１が行う処理について説明する。演算処理部１３１は、処理時間ではなく、補正部１５が補正した実効時間を用いて利用者の集中度に関する評価値を求める。ここに、解答記憶部１２１が処理時間を記憶し、解答記憶部１２１が記憶している処理時間を補正部１５が実効時間に補正することにより、演算処理部１３１に実効時間が入力される構成を想定して説明する。

１セットの認知的課題について計測された実効時間は、計測を開始してからの経過時間が長くなると、長くなる場合がある。これは、利用者の精神疲労などによって活性化が減退していることを表していると考えられる。実効時間の特徴量を抽出するために、演算処理部１３１は、解答記憶部１２１に記憶された処理時間に基づいて求められた実効時間について度数分布を求める。実効時間の集合から度数分布を求めることにより、実効時間の集合に関する特徴量が抽出可能になる。すなわち、実効時間の集合を用いて、利用者の集中度に関する評価値が算出可能になる。

解答記憶部１２１に格納された処理時間を補正して求めた実効時間について度数分布を求めると、たとえば、図２に示すような時間占有度ヒストグラムが得られる。図２では、認知的課題に対する回答までの時間という意味で実効時間を回答時間と記載している。時間占有度ヒストグラムは、実効時間を複数の区間に分け、実効時間の総和に対する各区間ごとの実効時間の総和の比率を時間占有度として表したヒストグラムであって、横軸は対数目盛で実効時間（回答時間）を表し、縦軸は時間占有度を表している。１回の計測における実効時間の総和をΣＴとし、特定の区間ｉにおける実効時間の総和をΣＴｉとすると、時間占有度は、ΣＴｉ／ΣＴで表される。この時間占有度ヒストグラムは、認知的課題が適切であれば、２つ以上のピークを持つ形状になるという実験結果が得られている。すなわち、時間占有度ヒストグラムには、２個以上の山形の領域が生じる。

本実施形態では、時間占有度ヒストグラムを用いて利用者の集中度を分析するために、人が精神的作業を実施している期間に生じる状態を、「作業状態」と「短期休息」と「長期休息」との３状態に分類したモデルが用いられる。「作業状態」は、認知資源を対象に割り当てて、作業の処理が進行している状態である。「短期休息」は、認知資源を対象に割り当てているが、無意識に作業の処理が短時間停止している状態である。この状態は一定の確率で生理的に発生する。「長期休息」は、認知資源を対象に割り当てず、長時間にわたって休息をとっている状態である。

上述した「作業状態」と「短期休息」とは、認知資源を対象に割り当てている状態であるから、集中の状態と考えることができ、「長期休息」は、認知資源を対象に割り当てていない状態であるから、非集中の状態と考えることができる。そして、実効時間が最短であるピークを含む山形の領域は、「作業状態」と「短期休息」とを混合した状態と推定され、他のピークを含む山形の領域は、「作業状態」と「短期休息」と「長期休息」とを混合した状態を表していると解釈される。これは、集中している状態であっても、問題の難易度のばらつきによっては、実効時間が長くなる可能性があるからである。

ところで、「作業状態」と「短期休息」とが混合した状態の山形の領域は、対数正規分布の確率密度関数に近似する当て嵌めが可能であるという知見が得られている。一方、「作業状態」と「短期休息」と「長期休息」とが混合した状態の山形の領域は、個人差があり、対数正規分布に当て嵌まらない場合が生じるという結果が得られている。この結果は、「長期休息」の個人差によって生じることが考えられる。

ここで、時間占有度ヒストグラムを生成するために認知的課題に取り組んでいる利用者は、集中の状態を保つ努力をしているから、時間占有度が最大になる実効時間は、「作業状態」と「短期休息」とが混合した状態を反映していると推定される。したがって、問題の難易度が一定である理想的な状態を想定すると、時間占有度ヒストグラムにおいて実効時間が最短である山形の領域は、実効時間ｔの関数として、対数正規分布の確率密度関数ｆ１（ｔ）で近似できると推定される。ただし、現実的には問題の難易度のばらつきを完全に排除することはできない。そこで、２つの山形の領域のうち実効時間が最短である山形領域について、ピークよりも実効時間の短い部位とピーク付近の部位のみとが対数正規分布の確率密度関数ｆ１（ｔ）に合致すると解釈する。そして、この部位を近似するように確率密度関数ｆ１（ｔ）のパラメータ（期待値と分散））を決定する。

確率密度関数ｆ１（ｔ）のパラメータが決定されると、実効時間の期待値を求めることが可能になる。求めた期待値に全問題数を乗じた結果は、被験者が問題に着手してから終了するまでの実効時間の総和のうち、集中の状態であった時間と解釈することができる。また、実効時間の総和から、集中の状態であった時間を減算した時間を、非集中の状態であった時間と解釈することができる。そこで、実効時間の総和に対する集中の状態であった時間の時間比を集中時間比率とし、この集中時間比率が大きいほど集中度が高いと判断する。このようにして求められた集中時間比率が集中度に関する評価値になる。

上述のように集中度の評価値（集中時間比率）を求めるために、演算処理部１３１は、時間占有度ヒストグラムを生成する機能と、時間占有度ヒストグラムに関数を当て嵌める機能とを有する。さらに、演算処理部１３１は、当て嵌めた関数のパラメータを用いて集中時間あるいは集中度に関する評価値を算出する機能を有する。

演算処理部１３１は、上述のようにして求めた集中時間比率を、集中度の評価値として提示装置２０に提示させる。すなわち、演算処理部１３１は、集中時間比率を算出し、出力部１６を通して提示装置２０に提示させる。

ところで、補正部１５は、認知的課題の難易度に応じた負荷係数を求め、求めた負荷係数を用いて処理時間を実効時間に補正する機能を有する。ここで、利用者の集中度が等しいという条件のもとで、認知的課題の難易度は、処理時間に比例すると仮定する。また、認知的課題の難易度は、利用者の能力に関する差異を考慮しなければ、利用者の精神的負荷に対応するとみなす。このような関係であれば、難易度の逆数を負荷係数に用い、認知的課題の処理時間に負荷係数を乗じると、認知的課題の難易度を排除した実効時間を求めたことになる。

以下に実効時間の求め方の一例を説明する。いま、処理時間が４秒である認知的課題の難易度を１とし、この難易度を標準値に定めている場合を想定する。ここで、ある認知的課題の処理時間が６秒であったとすると、上述した仮定により、この認知的課題の難易度は１．５になる。この難易度の逆数を負荷係数に用いると、処理時間が６秒である認知的課題の実効時間は、６秒×（１／１．５）＝４秒になり、認知的課題の難易度に依存しない実効時間を求めることが可能になる。

上述した負荷係数は、利用者の集中度が等しいという条件を仮定しているから、この条件を満足するように負荷係数を決定する必要がある。そのため、本実施形態では、以下の３種類のいずれかの方法を用いて認知的課題ごとの負荷係数を定める。すなわち、負荷係数は、（１）認知的課題の処理課程を分析することにより導かれる理論値と、（２）評価実験の結果から算出される期待値と、（３）利用者が実際に認知的課題を処理することにより求められる実測値とのいずれかが選択される。以下では、負荷係数の求め方に基づいて、それぞれの負荷係数について、理論値、期待値、実測値のいずれかの用語を用いる。

（１）理論値
負荷係数の理論値は、認知的課題に対する人の処理過程を分析することによって定められる。ここでは、１桁の数値と１桁の数値とを加算する場合と、２桁の数値と１桁の数値とを加算する場合とを例に挙げる。２桁の数値と１桁の数値との加算は、繰り上がりがない場合の例を挙げる。具体的例を言えば、たとえば、前者は３＋６、後者は２３＋６である。

「３＋６」という認知的課題の処理過程は、たとえば表１のように分解することが可能である。

一方、「２３＋６」という認知的課題の処理過程は、たとえば表２のように分解することが可能である。

認知的課題の処理過程を、表１、表２のように分解すると、「３＋６」という認知的課題は９ステップになり、対して、「２３＋６」という認知的課題は１１ステップになる。ステップ数の比率を難易度の比率とみなせば、「２３＋６」という認知的課題の「３＋６」という認知的課題に対する難易度は、１１／９≒１．２になる。この例の場合、１桁の数値同士を加算するという認知的課題の難易度を基準に用いるとすれば、負荷係数の理論値は、１／１．２≒０．８２になる。

認知的課題の処理過程を分解する方法は、表１、表２に示した例にかぎらず、他の処理過程を採用することも可能である。また、処理過程における個々の認知課程に対して、精神的負荷の程度を設定し、精神的負荷の程度の合計をステップ数に代えて用いることも可能である。たとえば、表１の第１ステップから第８ステップまでの個々の精神的負荷の程度を１．０とし、第９ステップの精神的負荷の程度を１．１とすると、「３＋６」のステップ数は９．１になる。このように、ステップごとの精神的負荷の程度を加味すると、認知的課題に対する負荷係数をより精度よく求めることが可能になる。

（２）期待値
負荷係数の期待値は、難易度が標準値である認知的課題と、比較対象である認知的課題とを複数の被験者に与え、認知的課題ごとの処理時間を用い、比較対象である認知的課題の難易度を算出することによって定められる。すべての被験者に対して、認知的課題を除く条件は等しくなるように設定される。そして、難易度が標準値である認知的課題に対する処理時間と、比較対象である特定の認知的課題に対する処理時間との比率が、多数の被験者について求められる。このようにして求められた比率の平均値は、比較対象である認知的課題に関する負荷係数の期待値になる。

たとえば、難易度が標準値である認知的課題の処理時間をＴ１とし、比較対象である認知的課題の処理時間をＴｘとする。１人の被験者について、負荷係数に相当する処理時間の比率はＴｘ／Ｔ１であり、多数の被験者について、この比率Ｔｘ／Ｔ１の平均値を求めると、該当する認知的課題に対する負荷係数の期待値が求められる。

被験者が認知的課題を処理する条件が等しければ、被験者の集中度は環境による影響を受けないから、処理時間は、認知的課題の難易度と認知的課題に対する被験者の処理能力とだけに影響される。また、被験者ごとに比率Ｔｘ／Ｔ１を求めているから、被験者の処理能力の影響も除去される。また、被験者ごとの比率Ｔｘ／Ｔ１を求めることにより、提示装置２０および入力装置３０におけるユーザインターフェイスの相違、被験者のモチベーションの相違などの影響も軽減される。

期待値を求める方法は、負荷係数を求める３種類の方法の中ではもっとも汎用性が高いと考えられる。とくに、認知的課題は、計算に関する課題、言語に関する課題、比較および判断を行う課題、規則に従って問題の解答を導く課題のいずれであってもよく、これらが混在している場合であっても、個々の認知的課題についての負荷係数の期待値を求めることが可能になる。また、被験者ごとの比率Ｔｘ／Ｔ１を用いて負荷係数の期待値を求めるから、認知的課題の処理を行う環境が、被験者ごとに異なっている場合であっても、認知的課題ごとの負荷係数を求めることが可能である。

（３）実測値
負荷係数の理論値と期待値とは、集中度に関する評価値を求めるための認知的課題を利用者が実施する前に求められている。一方、負荷係数の実測値は、集中度に関する評価値を求めるための認知的課題を利用者が実施している期間に求められる。

負荷係数の期待値を求める場合と同様に、利用者には、難易度が標準値である認知的課題と、比較対象である認知的課題とが与えられる。認知的課題の難易度は不明であるが、同様の形式で表された認知的課題は、難易度が同程度であるとみなされる。したがって、難易度が同程度の認知的課題に対する処理時間の平均値を求めると、難易度に応じた処理時間の目安が得られる。したがって、比較対象である認知的課題のうち難易度が同程度である認知的課題に対する処理時間の平均値と、難易度が標準値である認知的課題に対する処理時間の平均値との比率が負荷係数に該当する。

要するに、負荷係数の期待値は、複数人の被験者に同じ認知的課題を与えることにより求められたのに対して、負荷係数の実測値は、１人の利用者に難易度が同程度である複数の認知的課題を与えることにより求められる。ここに、期待値を求める場合に「被験者」が認知的課題を処理しているのは、負荷係数を求めるために認知的課題を処理する人が集中度の計測を行う利用者とは異なる場合が多いからである。一方、実測値を求める場合「利用者」が認知的課題を処理しているのは、負荷係数を求めるために認知的課題を処理する人が集中度の計測を行う利用者と一致するからである。

なお、難易度が同程度であっても、集中度には変化が生じるから、集中度の変化の影響を抑制するために、難易度が標準値である認知的課題と、難易度が同程度である比較対象の認知的課題とは、それぞれ連続的に与えることが望ましい。また、集中度の変化が処理時間に与える影響をさらに軽減するには、比較対象の認知的課題と難易度が標準値である認知的課題とを与える順番を適宜のタイミングで入れ替え、認知的課題を入れ替えて求めた負荷係数の平均値を、負荷係数として採用すればよい。

認知的課題の難易度の評価は、認知的課題の形式の類似性を用いてあらかじめ定めることが可能である。また、被験者が認知的課題を処理している期間に計測される処理時間を用いて、同程度の難易度と判断するようにしてもよい。

上述のようにして求められた負荷係数の実測値は、認知的課題が利用者に適切なタイミングで与えられると、認知的課題の難易度を反映した値になる。とくに、比較対象の認知的課題と難易度が標準値である認知的課題との比率を負荷係数に用いるから、提示装置２０および入力装置３０におけるユーザインターフェイスの相違、被験者のモチベーションの相違などの影響も軽減される。また、同様の理由で、被験者の処理能力の影響も除去される。

認知的課題は、計算に関する課題、言語に関する課題、比較および判断を行う課題、規則に従って問題の解答を導く課題のいずれであってもよく、これらが混在している場合であっても、認知的課題についての負荷係数の実測値を求めることが可能になる。

以上のように、認知的課題ごとの負荷係数が求められていると、認知的課題に対して計測された処理時間に、該当する認知的課題に応じた負荷係数を適用することにより、計測された処理時間を所定の難易度に相当する処理時間に補正することが可能になる。以下では、実際に利用者の集中度に関する評価値を求める場合の評価装置１０の使用例について説明する。

なお、類似した認知的課題であって難易度が異なる認知的課題の一例としては、１桁同士の繰り上がりのない加算、１桁同士の繰り上がりのある加算、１桁同士の減算を考えることができる。認知的課題の種類が、この３種類である場合には、種類ごとに負荷係数を設定することが可能になる。また、認知的課題の種類ごとに負荷係数を求めるために、認知的課題の種類ごとに処理時間の代表値が求められる。この代表値は、平均値あるいは中央値を用いればよい。

ここで、たとえば、１桁同士の繰り上がりのない加算という認知的課題に対する処理時間が標準値になり、他の認知的課題が比較対象になる。さらに、年齢によって処理時間が変化する可能性があるから、負荷係数は年齢層ごとに類別することが望ましい。また、処理時間は、年齢層以外にも体調、習慣などによっても変化する可能性があるから、これらの要素を負荷係数に加味してもよい。

上述のように、集中度に関する評価値は、利用者の年齢、体調、習慣などで分類される利用者層によって変化することが予想され、また、評価装置１０を利用する環境によっても変化することが想定される。利用する環境は、照度、気温、時間帯などのほか、認知的課題の提示方法も含む。認知的課題の提示方法には、たとえば、同種類の認知的課題を与える方法、異なる種類の認知的課題を混在させて与える方法、ゲームのような他の行動を行う間に認知的課題を織り交ぜる方法などがある。

したがって、評価装置１０を用いて利用者の集中度に関する評価値を求める際には、利用者に与える認知的課題を選択するだけではなく、利用者層と利用の環境とを設定する必要がある。ここでは、認知的課題の負荷係数は、理論値または期待値としてあらかじめ定められている場合を想定している。すなわち、認知的課題の負荷係数は、課題記憶部１２２において認知的課題ごとに対応させて記憶されている場合を想定する。

ただし、負荷係数の実測値を用いる場合は、集中度に関する評価値を求めるための認知的課題を利用者に与えている間に、補正部１５は、認知的課題ごとの処理時間に基づいて負荷係数の計算も行う。認知的課題の負荷係数について実測値を求める場合には、利用者層と利用の環境とは、異なる利用者で等しいことが望ましい。負荷係数の算出の仕方は上述した通りである。

上述のように、負荷係数、すなわちタスクの難易度は、タスクごとに求められる認知過程のステップ数を用いて定められる。あるいはまた、難易度は、基準になるタスクに要する処理時間に対して、比較対象であるタスクに要する処理時間の比率を用い定められる。

評価装置１０は、利用者の集中度に関する評価値を求めるために、認知的課題ごとの処理時間を取得し、認知的課題ごとの処理時間および認知的課題に対する解答が正解か不正解かを解答記憶部１２１に記憶させる。解答記憶部１２１には、処理時間と解答が正解か不正解かの情報とともに、認知的課題を識別する情報が記録される。

利用者の集中度に関する評価値を求めるのに必要な個数の処理時間が解答記憶部１２１に記憶されると、補正部１５は、解答記憶部１２１から処理時間を読み出し、認知的課題を識別する情報を課題記憶部１２２に照合することによって、該当する認知的課題に対応した負荷係数を抽出する。抽出された負荷係数は、解答記憶部１２１から読み出された処理時間に適用され、補正部１５が所定の難易度に相当する処理時間に補正する。

補正部１５が処理時間を補正した後の実効時間は、演算処理部１３１に与えられ、上述したように、実効時間の度数分布が求められ、度数分布に基づいて集中度が定量的に求められる。

上述した構成例は、利用者に対して認知的課題のみを提示しているが、認知的課題ごとの負荷係数が求められていれば、負荷係数が求められている認知的課題を他の作業の中に含めることが可能である。他の作業としては、学習あるいは業務に関連した作業ばかりでなく、たとえば、娯楽的な電子ゲームの内容に認知的課題が含まれていてもよい。

電子ゲームを行う装置は、ゲーム機のほか、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータなどの汎用装置であってもよい。どの装置も、プログラムを実行するプロセッサと、提示装置２０および入力装置３０として機能するデバイスとを備え、プロセッサがプログラムを実行することによって、上述した評価装置１０の機能を実現する。

なお、プログラムは、コンピュータで読取可能な記録媒体を用いて提供されるか、インターネットのような電気通信回線を通して提供される。また、特定の電子ゲームしか行わない専用機であれば、あらかじめＲＯＭ（Read Only Memory）にプログラムが書き込まれていてもよい。

電子ゲームにおいて認知的課題を提示するタイミングは、電子ゲームにおいて同種類の内容に対する応答後に、同種類の認知的課題を提示することが望ましい。同種類の内容とは、同様の操作を行う内容を意味し、同種類の認知的課題とは処理過程が等しい認知的課題を意味する。たとえば、移動の操作を行う内容と、選択の操作を行う内容とはそれぞれ別の操作を行う内容として扱われる。また、認知的課題は、類似した条件で提示されることが望ましい。

ここで、認知的課題ごとに負荷係数が設定されているから、認知的課題の難易度は電子ゲームの内容に関係付けなくてもよいが、電子ゲームにおける同種類の内容に対して、認知的課題の負荷係数は同程度であることが望ましい。また、負荷係数が同程度とみなせる複数の認知的課題が、利用者の集中度が同程度である期間に含めるようにすることが望ましい。負荷係数が同程度であるとは、該当する認知的課題の負荷係数の分散が規定した範囲内であることを意味する。

電子ゲームを利用者が行うと、評価装置１０は、電子ゲームを行っている期間における適宜のタイミングで認知的課題を提示し、提示した認知的課題の処理時間を記憶部１２に記憶する。電子ゲームが終了するか、認知的課題の個数が定数（たとえば、１００個）に達すると、記憶部１２に記憶された処理時間は補正部１５で実効時間に補正され、処理部１３に与えられる。処理部１３は、実効時間を用いることにより集中度を算出し、出力部１６を通して結果を提示装置２０に提示させる。なお、提示装置２０に結果を提示するタイミングは、適宜に選択することが可能である。出力部１６は、たとえば、電子ゲームの終了時点で自動的に結果を提示するか、利用者による入力装置３０への指示を受けて結果を提示する。

なお、上述した構成例において、提示装置２０は、電子ゲームの内容を表示するディスプレイと兼用すればよく、また、入力装置３０は、電子ゲームにおける操作のためのキーボードないしタッチパネルと兼用すればよい。言い換えると、電子ゲームを行うためのゲーム機に、本実施形態で説明した評価装置１０を実現するためのアプリケーションプログラムを含めておけばよい。この場合、電子ゲームを実現するアプリケーションプログラムに、評価装置１０を実現するアプリケーションプログラムを含めておくことが望ましい。また、ゲーム機は、本実施形態の評価装置１０を構成する専用のハードウェアを実装していてもよい。この場合、認知的課題は電子ゲームの内容に含められる。

ところで、上述した電子ゲームは、ロールプレイイングゲーム、シミュレーションゲーム、または学習ゲームのように、主として精神的作業を行うゲームを想定している。一方、電子ゲームには、精神的作業を主とせず、運動を模擬するゲームのように、視覚、聴覚などの感覚刺激に対して身体の動作で応答するゲームがある。この種の電子ゲームでは、感覚刺激が与えられてから身体の特定の動作が行われるまでの時間を処理時間として採用することが可能である。

この種の電子ゲームにおいて、精神的作業を伴う認知的課題を内容に含めるとゲームの興味が損なわれる可能性がある。そのため、処理時間は、感覚刺激に対して利用者が身体の処理の動作を行うまでの時間が用いられる。また、身体の特定の動作が要求されているのに対して、利用者は誤った動作を行う可能性があるから、処理時間を動作の成功と失敗とに応じた適宜の重み係数で補正することが望ましい。つまり、動作を誤った場合の処理時間は、集中度の評価値を求める際に非集中の状態に近づくように負荷係数を相対的に大きく設定し、処理時間を実測値より長くなるように補正することが望ましい。

電子ゲームの内容に認知的課題を含める例として、上述のように、認知的課題ごとの負荷係数があらかじめ定められている場合には、負荷係数の理論値あるいは期待値を用いることになる。一方、利用者について求めた負荷係数の実測値を用いる場合には、上述した負荷係数の理論値を求める場合と同様にして、評価装置１０は、認知的課題を利用者に提示することにより処理時間を求める。

処理時間は記憶部１２に記憶され、処理部１３は処理時間に基づいて認知的課題ごとに負荷係数を求める。そして、補正部１５は、記憶部１２が記憶している処理時間に、負荷係数を適用した実効時間を求め、処理部１３に実効時間を与える。処理部１３は、実効時間に基づいて集中度に関する評価値を求め、出力部１６を通して提示装置２０に評価値を提示する。なお、負荷係数を求めるために認知的課題を提示する期間と、集中度に関する評価値を求めるために認知的課題を提示する期間とは、異なる期間であってもよい。

なお、上述した認知的課題は、いずれの場合も、処理過程が１種類である認知的課題が選択される。たとえば、電子ゲームの内容は、一般的に複数種類の処理過程が選択可能であるから、電子ゲームの内容などは、集中度の評価値を算出するための認知的課題には適さない。要するに、認知的課題は、解答が一意に得られるように設定されていなければならない。

集中度に関する評価値を求めるためのタスクは、必ずしも認知的課題でなくてもよい。つまり、認知的課題でなくとも、タスクの処理時間を把握できれば、集中度に関する評価値を客観的かつ定量的に算出することが可能である。また、上述したように、処理時間を計測するタスクとは異なる作業の中に、処理時間を計測するタスクとを混在させることも可能である。したがって、何らかの作業を行っている間に、利用者が処理時間を計測するタスクを処理することにより、利用者の作業中の集中度の変化を評価することが可能になる。

なお、利用者が１回のタスクを処理する際に物理的事象が生じ、かつタスクが繰り返される場合に、１回のタスクに対する処理時間を計測できれば、この処理時間を用いて集中度に関する評価値を求めることも可能である。たとえば、包丁を用いて野菜の千切りを行う際に、野菜を１回切ることをタスクの処理とし、タスクを処理するたびに発生する音を物理的事象とすれば、処理時間は野菜を１回切るために要する時間として計測が可能である。要するに、千切りの際に包丁がまな板に衝突する衝突音が発生する時間間隔を処理時間として計測されると、処理部１３は、この処理時間を用いて上述した手順で千切りを行っている利用者の集中度に関する評価値を求めることが可能である。同様に、カメラなどで処理動作を撮像し、１回当たりの処理時間を計測するようにしてもよい。

提示装置２０が評価装置１０から分離される場合、提示装置２０は電子ペーパあるいは紙を用いることも可能である。電子ペーパが単独で提示装置２０として用いられる場合あるいは紙が提示装置２０として用いられる場合は、入力装置３０に解答が入力された時間間隔を、それぞれの認知的課題の処理時間とみなせばよい。

提示装置２０が紙である場合、提示している認知的課題を識別するために、たとえば、認識的課題ごとに二次元コードなどによる個別の識別情報を並記しておき、この識別情報をカメラのような読取装置で読み取ることが望ましい。この構成を採用すれば、読取装置が読み取った識別情報に基づいて、利用者が処理したタスクを認識し、タスクごとに処理時間を対応付けることが可能になる。なお、入力装置３０において、解答を入力するフィールド（解答欄）をタスク（認知的課題）に対応付けておくことによって、タスクごとに処理時間を対応付けることも可能である。

提示装置２０に電子ペーパを用いる場合、他装置と通信する機能を提示装置２０に付加してもよい。この構成では、認知的課題を提示するための情報を他装置から提示装置２０に与え、情報を与えた時刻を他装置から評価装置１０に通知すれば、認知的課題ごとの処理時間を精度よく計測することが可能になる。

上述した実施形態は、提示装置２０に認知的課題を提示させ、かつ認知的課題を１問ずつ順に提示する場合を想定して説明した。ただし、上述したように、処理時間は解答間の時間を用いることによって計測することも可能である。たとえば、入力装置３０に１問の解答を入力し終わった時刻と次の１問の解答を入力し終わった時刻との間の時間を１問の処理時間に用いてもよい。処理時間を解答間の時間とする場合、提示装置２０を用いることなく処理時間を求めることが可能である。すなわち、紙などに認知的課題を記載して利用者に提示し、解答を入力装置３０に入力させ、認知的課題ごとに解答が入力され終わった時刻を記録すれば、処理時間が求められる。なお、紙などに記載された認知的課題が利用者に提示される場合、認知的課題は１枚に一覧で示されている必要はなく、１枚に１問ずつ記載されていてもよい。

上述したように評価装置１０は、利用者の集中度に関する評価値を求め、提示装置２０に提示するから、支援者などが、利用者の教育支援あるいは業務支援にこの評価値を活用することが可能になる。また、利用者が集中度に関する評価値を確認すれば、利用者が自身の集中力の程度に関心を持ち、集中力を向上させるトレーニングを行う場合には、トレーニングの効果を知ることが可能になる。

以上説明したように、本実施形態の集中度の評価装置１０は、取得部１１と記憶部１２と処理部１３と補正部１５とを備える。取得部１１は、利用者が行った複数のタスクについてタスクごとに測定された処理時間を取得する。記憶部１２は、取得部１１が取得したタスクごとの処理時間を記憶する。補正部１５は、タスクごとの難易度に応じて設定した負荷係数を用いて、記憶部１２が記憶している処理時間を、所定の難易度に対応する実効時間に補正する。処理部１３は、利用者の集中度に関する評価値を記憶部１２が記憶している処理時間から求めた実効時間の集合から得られる統計量に基づいて算出する。

また、本実施形態の集中度の評価装置１０において、補正部１５は、タスクごとの難易度に応じて設定した負荷係数を用いて、取得部１１が取得したタスクごとの処理時間を、所定の難易度に対応する実効時間に補正する構成を採用してもよい。この構成では、記憶部１２は、実効時間を記憶する。そして、処理部１３は、利用者の集中度に関する評価値を記憶部１２が記憶している実効時間の集合から得られる統計量に基づいて算出する。

本実施形態の構成によれば、タスクごとの処理時間にタスクの難易度に対応付けた負荷係数が適用されることにより、処理時間が所定の難易度に対応した実効時間に補正されるから、集中度に関する評価値を求めるためのタスクの制限が少ない。すなわち、タスクに関する制約条件が少ないから、タスクの選択肢に要する負担が軽減される。

上述したタスクは、与えられた認知的課題に対して解答または応答を返す作業であることが望ましい。この構成では、認知的課題に対して解答または応答が返される時間を処理時間とし、処理時間により利用者の集中度に関する評価値が求められるから、精神的作業における集中度に関する評価値を精度よく求めることができる。

本実施形態における集中度の評価装置１０は、出力部１６と入力部１７と計測部１４とをさらに備えていてもよい。出力部１６は、提示装置２０に認知的課題を提示する。入力部１７は、入力装置３０に入力された解答を受け付ける。計測部１４は、提示装置２０に認知的課題が提示されてから入力装置３０に解答が入力されるまでの時間を処理時間として計測する。この構成において、取得部１１は、処理時間を計測部１４から取得する。

この構成によれば、評価装置１０が、認知的課題の提示および処理時間の計測を行い、認知的課題の提示および処理時間の計測のための構成を他に必要としないから、構成が簡単になる。

上述した構成例では、取得部１１が取得した処理時間を記憶部１２が記憶し、記憶部１２が記憶した処理時間を補正部１５が実効時間に補正した後に処理部１３に与えている。これに対して、図３に示すように、取得部１１が取得した処理時間を補正部１５が実効時間に補正し、記憶部１２に実効時間を記憶させる構成を採用してもよい。この構成では、処理部１３は、記憶部１２に記憶された実効時間を用いて利用者の集中度に関する評価値を算出する。

なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。

１０ 評価装置
１１ 取得部
１２ 記憶部
１３ 処理部
１４ 計測部
１５ 補正部
１６ 出力部
１７ 入力部
２０ 提示装置
３０ 入力装置

Claims (7)

1. 利用者が行った複数のタスクについて前記タスクごとに測定された処理時間を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記タスクごとの前記処理時間を記憶する記憶部と、
   前記タスクごとの難易度に応じて設定した負荷係数を用いて、前記記憶部が記憶している前記処理時間を、所定の難易度に対応する実効時間に補正する補正部と、
   前記利用者の集中度に関する評価値を前記記憶部が記憶している前記処理時間から求めた前記実効時間の集合から得られる統計量に基づいて算出する処理部とを備える
   ことを特徴とする集中度の評価装置。
2. 利用者が行った複数のタスクについて前記タスクごとに測定された処理時間を取得する取得部と、
   前記タスクごとの難易度に応じて設定した負荷係数を用いて、前記取得部が取得した前記タスクごとの前記処理時間を、所定の難易度に対応する実効時間に補正する補正部と、
   前記実効時間を記憶する記憶部と、
   前記利用者の集中度に関する評価値を前記記憶部が記憶している前記実効時間の集合から得られる統計量に基づいて算出する処理部とを備える
   ことを特徴とする集中度の評価装置。
3. 前記タスクは、与えられた認知的課題に対して解答または応答を返す作業である請求項１又は２記載の集中度の評価装置。
4. 提示装置に前記認知的課題を提示する出力部と、
   入力装置に入力された前記解答を受け付ける入力部と、
   前記提示装置に前記認知的課題が提示されてから前記入力装置に前記解答が入力されるまでの時間を前記処理時間として計測する計測部とをさらに備え、
   前記取得部は、前記処理時間を前記計測部から取得する
   請求項３記載の集中度の評価装置。
5. 前記難易度は、前記タスクごとに求められる認知過程のステップ数を用いて定められる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の集中度の評価装置。
6. 前記難易度は、基準になるタスクに要する処理時間に対して、比較対象であるタスクに要する処理時間の比率を用い定められる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の集中度の評価装置。
7. コンピュータを、請求項１〜６のいずれか１項に記載の集中度の評価装置として機能させるためのプログラム。

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