現実世界で大規模な神経科学研究を実施する方法：EmotivLABSを使用したケーススタディ。
ニコラス・ウィリアムズ博士
更新日
2021/12/08
現実世界で大規模な神経科学研究を実施する方法：EmotivLABSを使用したケーススタディ。
ニコラス・ウィリアムズ博士
更新日
2021/12/08
現実世界で大規模な神経科学研究を実施する方法：EmotivLABSを使用したケーススタディ。
ニコラス・ウィリアムズ博士
更新日
2021/12/08
脳神経科学の研究と聞くと、多くの人は、大学や病院で白衣を着た科学者が巨大で高価な医療用機器を操作している姿を思い浮かべるでしょう。確かに、陽電子放出断層撮影（PET）や機能的磁気共鳴画像法（fMRI）、脳磁図（MEG）などの脳神経科学的手法の一部は、同様に高価格帯のこれら巨大で複雑なシステムを必要とします。しかし、脳波（EEG）システムは一般的に、より小型で安価です。その技術は、紙への記録や大型コンピュータから、ワイヤレスでモバイル、セットアップが簡単で、比較的安価なシステムへと進化してきました。設置面積の小ささや金銭的負担の少なさに加え、EEGはその高い時間分解能によって、脳活動を解読するための主要なツールとして台頭してきました。PETやfMRIが秒単位での脳活動の変化を測定するのに対し、EEGはミリ秒単位で発生する活動の変化を検出できるため、他の方法では検出できないようなプロセスを指標化することができます。
EEGは何を測定するのか？
ニューロンが発火すると、微量の電気が放出されます。何かに追随して考え事をするときなど、同じ領域で多くのニューロンが一斉に発火すると、結果として生じる電場を頭蓋骨の外側から検出できるようになります。EEGシステムは、頭皮に配置されたセンサーの配列を使用して、時間の経過に伴う電圧変化をシンプルに測定することで、この現象を利用しています。これらのセンサーは、脳からの電気的な「音」を測定する小さなマイクロフォンのようなものと考えることができます。その後、これらの信号をデジタル形式に変換してコンピュータに収集し、処理および分析することで、意味のあるパターンを導き出すことができます。
なぜEEGが重要なのか？
多くの場合、単に人々に質問したり、その行動を観察したりするだけでは、物事を測定することはできません。また、質問できたとしても、人々が正確に報告するとは限りません。EEGは、バイアス、態度、信念に左右されない、脳の中を覗く窓を私たちに提供してくれます。例えば、誰かにリラックスしているかどうか尋ねた場合、たとえリラックスしていなくても、不安であることを認めたくないという心理から、「はい」と答えがちになります。
研究者は、その人のEEGを観察することで、その人の主張とは裏腹に、実際にはリラックスしていない状態を示す高い覚醒状態にあることを見抜くことができる場合があります。実験室において、EEGは聴覚や視覚の知覚などの低次の認知プロセスを測定するためによく使用され、研究者がこれらのプロセスをより深く理解したり、疾患が脳にどのように影響するかを理解したりするのに役立ちます。この種の技術は、本人が報告できない、あるいは誤って報告しやすい現象を理解するために極めて重要です。
なぜ実験室の外でEEGを行うのか？
EEG技術は、脳のプロセスを理解するための優れた技術です。実験室ベースのEEG研究の多くは、知覚や認知などの低次機能の調査に向けられています。実験室は、研究者が外部変数を取り除き、コントロールできる高度に管理された場所であるため、これに最適な環境です。しかし、私たちは人生を実験室の中で過ごしているわけではありません。私たちは、豊かで多様な経験に彩られたダイナミックな生活を送る、歩き、話し、相互作用する存在です。この事実が、実験室での研究をコントロールされていない環境に一般化することを困難にしています。この技術を実験室の外に持ち出すことで、私たちが実際に生活している環境に近い、現実世界の環境における人々とその脳活動を調査することができます。
少し前まで、実験室の外でEEGの実験を行うことは考えられないことでした。システムは大型で、アンプや電源、データ送信ユニットとケーブルで接続されている必要がありました。さらに、これらのシステムをセットアップするには時間がかかり、被験者にとって不快なことも少なくありませんでした。技術の大幅な進歩により、システムはより小型で低コスト、そしてワイヤレスで構築できるようになりました。この携帯性の向上と価格の低下により、コスト効率が高く使いやすいEEGシステムが著しく普及することとなりました。Emotivはこの分野で10年以上にわたりリーダーシップを発揮しており、世界初の商業用EEGシステムを市場に投入しました。この間、Emotivは2チャンネルのイヤホンから32チャンネルの研究用キャップまで、6つの異なるシステムをリリースしてきました。
これらの商用システムの開発は、もう一つの効果をもたらしました。それは、脳神経科学的手法へのアクセシビリティが劇的に向上したことです。脳神経科学は、もはや学術研究者や臨床医だけのものではありません。今ではすべての人が、家庭で使用するためにこれらのシステムを購入する手段を持っています。そうする動機は層によってさまざまであり、レクリエーション愛好家、趣味人、市民科学者などが含まれます。さらに、民間企業も、社内に専用の脳神経科学部門を設けることなく、これらのシステムを自社の業界で活用できることにいち早く注目しています。
EEGの現実世界での応用例は？
実験室外でのEEGの応用は、多岐にわたり多様です。臨床ツールとして、EEGは人々に施設への通院を強いることなく、その認知機能を長期にわたってモニタリングするために使用できます。例えば、研究によって、EEGが認知症のバイオマーカーとして有効であることが支持されています（Chatzikonstantinou et al., 2021）。さらに、軽度認知障害から認知症への移行を予測するために使用することさえ可能です（Engedal et al., 2020）。定期的な研究施設への移動が困難な高齢者が大半を占めるこれらの集団において、一貫した自宅でのEEGは特に有用です。
野生における（実社会での）EEG応用のもう一つのタイムリーな例は、最近スポーツ界で注目を集めている頭部外傷（脳震盪）です。プロアメリカンフットボールのようなハイインパクトスポーツにおいて、脳震盪は一般的な怪我です。脳震盪は臨床的な検出を免れることが多く、個人の認知機能に有害な影響を及ぼす可能性があるため懸念されています。脳震盪の診断を支援し、受傷後の臨床管理をサポートするためにEEGを使用することを支持するエビデンスが示されています（Corbin-Berrigan et al., 2020）。確かに、ピッチサイド（競技場脇）にポータブルEEGが存在することは、チームが選手の福祉に関して適切な意思決定を行うのを支援するための強力なツールになるはずです。
民間企業にとっても、現実世界のEEGから得られるメリットは大きいです。ニューロマーケティングは広義の用語ですが、一般的には、神経信号やその他の生理信号を測定することで、消費者の嗜好についてのインサイト（洞察）を得たり、行動を予測したりすることに関連しています。消費者の欲求を調査するためにEEGを使用する価値は、この手法が客観的な反応を指標化できる点にあります。人間はさまざまなバイアスに影響されるため、報告された内容が実際の気持ちとは異なる場合があります。また、他者を喜ばせたい、あるいは恥をかきたくないという強い欲求を持つこともあります。質問の表現方法一つでも、人が製品をどのように捉えるかに影響を与えることがあります。EEGは、研究者がこれらの特徴を回避することを可能にし、個人が情報をどのように処理しているかをフィルターなしで垣間見せてくれます。これらのデータストリームを活用することで、企業は従来のマーケティングツールを補強、あるいはそれに置き換えることができます。
現実世界でのEEGにおける障害は何か？
コストは、現実世界でEEG実験を実施する上でおそらく最大の障壁です。他の脳画像ツールよりも安価であるとはいえ、EEGシステムは依然として大型で高価な場合があります。大量のデータを理解するには、処理および分析のパイプラインが必要です。また、データセットは安全な方法で保存されなければなりません。このため、多くの小規模企業にとって、社内で脳神経科学を導入することは手の届かないものとなっています。
人間を対象とした研究の極めて重大な欠点の一つである「代表性の高いサンプリング」という問題を考慮すると、現実世界でEEGを実施するコストはさらに跳ね上がります。多くの研究は、被験者募集の現実的な制約により、便利で集めやすい人々（例：大学生）に依存しがちです。その結果、多くの研究が、被験者の大半が欧米の、教育水準が高く、工業化された、裕福な、民主主義国家の居住者（WEIRD）であるという問題に悩まされています。EEGを単に実験室の外に持ち出すだけではこの問題は解決せず、異なる文化、教育水準、関心、経験を持つ人々で構成されるサンプルを募集する負担は、金銭的および物流的に禁止的なものになり得ます。
現実世界のEEGを大規模に実施するには？
現実世界でのEEG実施にかかるコストを考えると、脳神経科学の研究は一部の資金力のある学術機関や大企業の領域にとどまると思われるかもしれません。しかし、Emotivはポータブルで低コストのEEGシステムで状況に革命を起こしただけでなく、企業が大規模な脳神経科学実験を設計し、実施できるようにするプラットフォームである「EmotivPRO Builder」および「EmotivLABS」を立ち上げました。EmotivPRO Builderは直感的なグラフィカルインターフェースであり、ユーザーは実験を完全に制御でき、あらゆるスキルのユーザーがEEG研究を設計するのを容易にします。技術的により洗練されたユーザーであれば、Python言語で書かれたPsychoPyの実験をインポートすることも可能です。
実験を構築した後、ユーザーはそれをEmotivLABS上にデプロイできます。これは単なる提示用のプラットフォームではなく、そのダッシュボードを通じて被験者の募集を効率化し、研究者が広範なEmotivのコントリビュータープールにアクセスできるようにします。被験者への謝礼の支払いも、このプラットフォームを通じて処理できます。Emotivのコントリビュータープールは現在、84カ国から集まっています。そのほぼ半数がバイリンガルであり、幅広い教育背景を持つ人々が含まれています。
脳神経科学の力をどのように活用するのが最適か確信が持てない企業に対しては、EmotivのResearch as a Service（サービスとしての研究）チームがコンサルタントとして関与することができます。研究チームが重要な疑問を定義し、実験を設計し、被験者を募集し、データを収集・処理・分析し、その知見に関するパーソナライズされたレポートを作成します。すべてのステップにおいて、お客様の意見が歓迎されます。Emotivの研究チームとのパートナーシップは、脳神経科学の革命に取り組むための、まさに真のエンドツーエンドのソリューションを象徴しています。
具体的なユースケースを説明するために、最近のパートナーシップのケーススタディを以下に示します。
Mentimeter効果：EmotivLABSを使用した現実世界のEEGケーススタディ
Mentimeterは、マルチメディアプレゼンテーションソフトウェアプラットフォームです。大半の人はMicrosoft Powerpointに馴染みがあるでしょう。聴衆が受動的な役割を果たすPowerpointプレゼンテーションを行うために、数え切れないほどの時間が費やされてきました。Mentimeterもテキスト、画像、音声、動画を使用して情報を伝えることができますが、そこにひねりが加えられています。Mentimeterが他と一線を画しているのは、リアルタイムでインタラクティブに聴衆をエンゲージさせる機能です。典型的なスライドに加えて、発表者は聴衆が個人のデバイスを使用して参加できるイベントを盛り込むことができます。例えば、聴衆はプレゼンテーションの中でどのコンテンツに焦点を当てたいかについて投票することができます。あるいは、特定のトピックについて意見を述べたり、今見たばかりの内容についてのクイズに答えたりすることもできます。このようにして、MentimeterはPowerpointよりもダイナミックで活気のあるプレゼンテーションを可能にします。
Mentimeterは自社製品が特別なものであり、人々がおそらくより魅力的（エンゲージング）に感じるであろうことを知っていました。しかし、彼らはユーザーからの主観的な報告だけに頼りたくはありませんでした。彼らは、Mentimeterを特別なものにしている要素を正確に示す、客観的で詳細なデータ（グラニュラーデータ）を求めていました。そこで彼らはこの答えを見つけるための共同研究プロジェクトを実施すべく、Emotivにアプローチしました。当社の研究チームと共同で、私たちはMentimeterの特別な「スパイス」の核心に迫る重要な質問を特定しました。
キーとなる質問：
Mentimeterでのプレゼンテーションは、従来のPowerpointプレゼンテーションと比較して、どれほどエンゲージメントが高いのか？
Mentimeterのどの特別機能が、最も聴衆の注目を集めるのか？
プレゼンテーションの進行に伴い、注目度はどのように影響を受けるのか？長いPowerpointプレゼンテーションで予想されるように、徐々に減退していくのだろうか？
エンゲージメントと注目度の間にはどのような関係があるのか？人々は深く引き込まれている（エンゲージしている）とき、より注意を払うのだろうか？
講義やプレゼンテーションは、新しい情報を学び、それを記憶にとどめることを目的とすることが多い。Mentimeterは、私たちの学習効果を高めるのに役立っているか？
これらの疑問に答えるため、Emotivの研究チームはオーダーメイドの実験を考案しました。通常、この種の研究は、被験者を一部屋に集め、伝統的なプレゼンテーションとMentimeterプレゼンテーションを視聴している間のEEGデータをローカルのコンピュータに収集する方法で行われます。しかし、単一の地域から被験者を募集し、限られたスペースに集めることは、いくつかの理由から好ましくありませんでした。
第一の理由は、単純にロジスティクスの問題でした。被験者が私たちの場所に赴くためには移動が必要であり、これがボランティアの数を制限する可能性があります。同様に、単一の地域から被験者を募集すると、代表性のないサンプルになってしまう恐れがありました。第二の問題は、公衆衛生に関するものでした。パンデミックの真っ只中、EEG研究は、システムをセットアップするために必要な対人接触の近さから、厳しく制限されていました。Emotivのユーザーベースを活用したリモート研究を組織し、それをEmotivLABSプラットフォーム上でデプロイすることで、これらの問題を回避することができました。これにより、世界中のユーザーから安全にデータを収集し、Emotivの洗練された機械学習アルゴリズムを活用して、聴衆のエンゲージメント、注目度、興味、認知ストレスをリアルタイムで評価する安全な研究を行うことができました。
研究内容
Mentimeter効果を評価するため、私たちは「Mentimeterで行われたプレゼンテーション」と「Powerpointで行われたプレゼンテーション」の2つを視聴する実験を設計しました。視聴中、リモートでEEGデータを収集し、エンゲージメント、注目度、興味、認知ストレスの各領域にわたって脳活動を評価しました。また、デモグラフィック（人口統計）データと自己報告式のアンケートデータも収集しました。
対象読者（被験者）
本研究のために、Emotivの顧客ベースから、メール通信やオンラインフォームを通じて28名の被験者が募集されました。このサンプルサイズは、私たちが希望していた数よりは少なかったです。しかし、プロジェクトのスケジュールが厳しかったことを考慮すると、短期間でこれだけの人数を募集できたことは注目に値し、EmotivLABSを使用した被験者募集の効率性を反映しています。同意を得た上で、これらの効果が様々な人々にどのように影響するかをMentimeterが理解できるように、デモグラフィックデータが収集されました。
15カ国以上から21歳から64歳までの被験者が募集されました。オンラインでの世界規模の募集により、多様な教育水準、職業、音楽的才能、および関連トピックに関する専門知識をとらえることができました。被験者の特徴については、図1〜3を参照してください。
図1. 被験者の属性情報（デモグラフィック）。
図2. 被験者の教育水準と音楽的才能。
図3. 各トピックに関する知識についての自己評価。
方法
オンライン研究への参加に関心がありそうなすべてのEmotiv顧客ベースに対して、電子メールを介して募集アンケートが送付されました。ビデオ会議ソフトウェアを使用し、実験がどのように行われるかの基本を被験者に説明するオリエンテーションセッションから開始しました。すべての被験者は通話前にEmotiv EPOC、EPOC+またはEPOCX（https://www.emotiv.com/epoc-x/）をセットアップし、Emotivの研究ディレクターによる迅速なデータ品質チェックの後、EmotivLABSソフトウェアが録音全体にわたって信号品質を自動的に追跡しました。
実験全体は、Emotivのウェブプラットフォーム実験ビルダー（https://www.emotiv.com/emotivpro/build/）を使用して構築されました。EmotivLABSプラットフォームは、被験者にベースライン（目を開けた状態と閉じた状態で静かに座る）、当日のEEGに影響を与える可能性のあるものがないかを判定するためのいくつかの調査票を案内し、その後、最初のプレゼンテーションを開始するよう指示しました。Mentimeterの担当者であるOscarが、2つのトピックのうちの1つについてウェビナーを発表しました。一方のプレゼンテーションはMentimeterで行われ、もう一方はPowerpointで行われました。また、プレゼンテーションには異なるコンテンツが含まれており、一方は「調和級数（The Harmonic Series）」、もう一方は「音楽における人工知能（Artificial Intelligence in Music）」でした。私たちは、得られた効果がコンテンツによるものではなく、使用されたソフトウェアに起因するものであることを保証するために、これらのプレゼンテーション条件をカウンターバランス（順序相殺）にしました（図4を参照）。
図4. 各グループのカウンターバランスされた条件。
2回目のプレゼンテーションに続いて、被験者はアンケートに回答し、最後にベースラインEEGの最終セッションを収集しました。プロトコルの概要については、図5を参照してください。
図5. 実験の概要。
Emotivパフォーマンスメトリクス
Emotivパフォーマンスメトリクス（PM）は、認知的・感情的状態の神経生理学的評価基準（測定値）です。これらは独自の機械学習アルゴリズムであり、集計された脳波（EEG）測定値、すなわち脳内で発火するニューロンの様々な脳波振幅、空間分布、出力、および周波数のリアルタイム値を提供します。
管理された心理実験や現実世界の日常生活における何百人もの個人からのEEGデータが収集され、これらのアルゴリズムを構築するために使用されました。各パフォーマンスメトリクス（スコア）は、ユーザー自身の脳活動の「範囲」に基づいて、個々のユーザー向けにスケーリングされ、カスタマイズされています（本研究で使用されたPMの概要については図6を参照）。
図6. Emotivパフォーマンスメトリクスの概要
調査結果
Mentimeter vs Powerpoint: 全体的なPMパターン
私たちはまず、プレゼンテーション全体のそれぞれのグループレベルでの脳活動を調査しました。図7は、MentimeterプレゼンテーションとPowerpointプレゼンテーションにおける各PMの平均値を示しています。Powerpointと比較して、被験者は統計的に有意に低い退屈レベルと、高いレベルのエンゲージメント、注目度、および認知負荷を示しました。興味レベルにおける統計的な差はありませんでしたが、数値的な傾向としては、Mentimeterプレゼンテーションの方がより高い興味を示していました。
図7. プレゼンテーションプラットフォーム別に比較した、プレゼンテーション全体におけるPMの平均値。
次に、それぞれのプレゼンテーションに対して個人がどのように反応したかを調べました。図8において、「幅の広い」形状はその値におけるより多くの個人のPM観察を示し、「幅の狭い」形状はその値におけるPM観察がより少ないことを示します。これらのパターンは、MentimeterプレゼンテーションがPowerpointよりも同質的な反応を呼び起こしたことを示唆しています。言い換えれば、人々はMentimeterには同様の反応を示したのに対し、Powerpointには賛否が分かれる（意見を二分する）反応を示しました。
図8. プレゼンテーションプラットフォーム別に比較した、個人の平均PM分布。
Mentimeter vs Powerpoint: 時間経過に伴うPM
プレゼンテーションの過程で人々がどのように反応したかを把握するために、各プラットフォーム（Mentimeter vs Powerpoint）および各コンテンツ（AI vs ハーモニクス）について、スライド毎のグループPM平均値を算出しました。図9は、最も顕著なパターンを示しています。
図9. 各スライドにわたるPMのタイムコース。
AIコンテンツについては、プレゼンテーション全体を通じて退屈のレベルがより低くなりました。ハーモニクスのコンテンツでは興味深い退屈パターンが観察され、プレゼンテーションの中盤に向けて退屈レベルが上昇し、その後低下しました。これは、Mentimeterの「イベント」というユニークで魅力的な特性が、プレゼンテーションの進行に伴って生じる蓄積された退屈を和らげるのに役立ったことを示唆しています。
ほぼプレゼンテーション全体にわたり、どちらのタイプのコンテンツにおいても、Mentimeterの方がエンゲージメントレベルが高いことが観察されました。全24枚のスライドのうち、MentimeterのエンゲージメントがPowerpointを下回ったのはわずか2回でした。
Mentimeter効果：MentimeterイベントとPowerpointスライドの比較
全体として人々がMentimeterに好意的な反応を示したことが判明しましたが、私たちはさらに深く掘り下げて、特定のMentimeterイベントがPowerpointスライドとどのように比較できるかを確認したいと考えました。Mentimeterイベントは、聴衆が自身のモバイルデバイスを使用してプレゼンテーションに参加するように促す場面です。例えば、被験者はトピックに関する個人の意見を求められたり、プレゼンテーションに関連するクイズに答えるよう求められたりすることがあります。図10は、MentimeterイベントとPowerpointスライドに対して観察された平均PMを示しています。
図10. MentimeterイベントとPowerpointスライドのPM値の比較。
Powerpointスライドと比較して、Mentimeterイベントは退屈レベルを抑え、エンゲージメント、注目度、興味、および認知負荷を高める結果となったことが観察されました。最も大きな効果が現れたのは退屈レベルとエンゲージメントレベルであり、それぞれ16%の減少と13%の増加が見られました。
Mentimeter効果：異なるMentimeterイベント同士の比較はどうか？
Mentimeterイベントは一般的に聴衆の好意的な反応を引き出しましたが、私たちは一部のイベントがより優れているかどうかを知りたいと考えました。Mentimeterプレゼンテーションには、「オピニオンイベント」（トピックに関する聴衆の意見を求める）、「クイズイベント」（プレゼンテーションの内容に関する質問に答えてもらう）、そして「動画イベント」（被験者が動画を視聴する）という3種類のイベントが含まれていました。図11は、それぞれのイベントタイプにおけるPM値を示しています。比較のためにPowerpointスライドも含まれています。
図11. Mentimeterのイベントタイプごとの平均PM。比較用としてPowerpointスライドの平均PMも含めて表示。
オピニオンイベントは、他のイベントと比較して最も退屈を誘発せず、最も多くのエンゲージメント、注目度、興味、および認知負荷を引き出すという、最も一貫した効果を示しました。興味深いことに、動画イベントは最も退屈を引き起こしやすく、エンゲージメントや注目度が最も低くなる傾向がありました。
Mentimeter効果：エンゲージメントを詳しく見る
すべてのPMがMentimeterプレゼンテーションに対する好意的な反応を示しましたが、特にエンゲージメントに最も一貫した効果が見られました。さらに詳しく調べるため、各被験者が最高のエンゲージメントPMを示した時点を指標化しました。図12は、Mentimeterプレゼンテーション中により多くの最大エンゲージメント値が発生したことを示しています。さらに、被験者の最大エンゲージメントスコアの70%がMentimeterイベント中に発生していました。
図12. 最大エンゲージメントPMの分布。
Mentimeter効果：客観的指標と主観的指標の比較
EEGは刺激に対する客観的な反応を指標化できますが、これらの測定値が自己報告によって補強されたとき、効果に対する説得力のあるエビデンスが提供されます。図13は、実験の最後に提示された5つのエンゲージメント関連の質問に対する、主観的なエンゲージメントスコアを示しています。
図13. 「全くない」から「極めて高い」までの1〜5のリッカート尺度で被験者が報告した主観的なエンゲージメントスコア。
すべての質問への回答が、脳データから得られた知見を裏付ける結果となりました。Powerpointプレゼンテーションと比較して、Mentimeterプレゼンテーションは、被験者がプレゼンテーションにより深く関与し、発表者により深く引き込まれ、コンテンツにより高い関心を持ち、プレゼンテーションをより楽しみ、プレゼンテーション中により多くの斬新なコンテンツを学んだと感じる結果をもたらしました。
まとめ
この研究の結論として、Emotivの研究チームは調査結果に関する詳細なレポートをMentimeterに提出しました。これにより、Mentimeterは自社製品と、それがユーザーにとって何故これほどポジティブな体験をもたらしたのかをより深く理解することができました。Mentimeterは、自自社製品がより高いエンゲージメント、注目度、認知負荷を引き出すと同時に退屈を軽減することを示す実証データを得ただけでなく、特別機能のどれがユーザーを最も引きつけるかについての実行可能なインサイトを獲得しました。この研究結果に関するMentimeterのレポートは以下でご覧いただけます：https://www.mentimeter.com/campaigns/the-mentimeter-effect?
「Mentimeter効果」のような研究は、リモートで合理化され、パーソナライズされたEEG実験がもたらす可能性のごく一部にすぎません。消費者の嗜好評価からメンタルヘルスの調査に至るまで、Emotivの研究スイートは、スケーラブルなEEG研究に最適なプラットフォームを提供します。当社の研究チームと協力することで、個人、企業、機関は、脳神経科学の力を活用して人々の行動や心理に対するインサイトを得ることができます。このソリューションは、公衆衛生の危機の影響を受けず、予算の縮小にも耐え、グローバルコミュニティを広く巻き込むことができる、現代の脳神経科学にとって理想的な回答となります。
脳神経科学の研究と聞くと、多くの人は、大学や病院で白衣を着た科学者が巨大で高価な医療用機器を操作している姿を思い浮かべるでしょう。確かに、陽電子放出断層撮影（PET）や機能的磁気共鳴画像法（fMRI）、脳磁図（MEG）などの脳神経科学的手法の一部は、同様に高価格帯のこれら巨大で複雑なシステムを必要とします。しかし、脳波（EEG）システムは一般的に、より小型で安価です。その技術は、紙への記録や大型コンピュータから、ワイヤレスでモバイル、セットアップが簡単で、比較的安価なシステムへと進化してきました。設置面積の小ささや金銭的負担の少なさに加え、EEGはその高い時間分解能によって、脳活動を解読するための主要なツールとして台頭してきました。PETやfMRIが秒単位での脳活動の変化を測定するのに対し、EEGはミリ秒単位で発生する活動の変化を検出できるため、他の方法では検出できないようなプロセスを指標化することができます。
EEGは何を測定するのか？
ニューロンが発火すると、微量の電気が放出されます。何かに追随して考え事をするときなど、同じ領域で多くのニューロンが一斉に発火すると、結果として生じる電場を頭蓋骨の外側から検出できるようになります。EEGシステムは、頭皮に配置されたセンサーの配列を使用して、時間の経過に伴う電圧変化をシンプルに測定することで、この現象を利用しています。これらのセンサーは、脳からの電気的な「音」を測定する小さなマイクロフォンのようなものと考えることができます。その後、これらの信号をデジタル形式に変換してコンピュータに収集し、処理および分析することで、意味のあるパターンを導き出すことができます。
なぜEEGが重要なのか？
多くの場合、単に人々に質問したり、その行動を観察したりするだけでは、物事を測定することはできません。また、質問できたとしても、人々が正確に報告するとは限りません。EEGは、バイアス、態度、信念に左右されない、脳の中を覗く窓を私たちに提供してくれます。例えば、誰かにリラックスしているかどうか尋ねた場合、たとえリラックスしていなくても、不安であることを認めたくないという心理から、「はい」と答えがちになります。
研究者は、その人のEEGを観察することで、その人の主張とは裏腹に、実際にはリラックスしていない状態を示す高い覚醒状態にあることを見抜くことができる場合があります。実験室において、EEGは聴覚や視覚の知覚などの低次の認知プロセスを測定するためによく使用され、研究者がこれらのプロセスをより深く理解したり、疾患が脳にどのように影響するかを理解したりするのに役立ちます。この種の技術は、本人が報告できない、あるいは誤って報告しやすい現象を理解するために極めて重要です。
なぜ実験室の外でEEGを行うのか？
EEG技術は、脳のプロセスを理解するための優れた技術です。実験室ベースのEEG研究の多くは、知覚や認知などの低次機能の調査に向けられています。実験室は、研究者が外部変数を取り除き、コントロールできる高度に管理された場所であるため、これに最適な環境です。しかし、私たちは人生を実験室の中で過ごしているわけではありません。私たちは、豊かで多様な経験に彩られたダイナミックな生活を送る、歩き、話し、相互作用する存在です。この事実が、実験室での研究をコントロールされていない環境に一般化することを困難にしています。この技術を実験室の外に持ち出すことで、私たちが実際に生活している環境に近い、現実世界の環境における人々とその脳活動を調査することができます。
少し前まで、実験室の外でEEGの実験を行うことは考えられないことでした。システムは大型で、アンプや電源、データ送信ユニットとケーブルで接続されている必要がありました。さらに、これらのシステムをセットアップするには時間がかかり、被験者にとって不快なことも少なくありませんでした。技術の大幅な進歩により、システムはより小型で低コスト、そしてワイヤレスで構築できるようになりました。この携帯性の向上と価格の低下により、コスト効率が高く使いやすいEEGシステムが著しく普及することとなりました。Emotivはこの分野で10年以上にわたりリーダーシップを発揮しており、世界初の商業用EEGシステムを市場に投入しました。この間、Emotivは2チャンネルのイヤホンから32チャンネルの研究用キャップまで、6つの異なるシステムをリリースしてきました。
これらの商用システムの開発は、もう一つの効果をもたらしました。それは、脳神経科学的手法へのアクセシビリティが劇的に向上したことです。脳神経科学は、もはや学術研究者や臨床医だけのものではありません。今ではすべての人が、家庭で使用するためにこれらのシステムを購入する手段を持っています。そうする動機は層によってさまざまであり、レクリエーション愛好家、趣味人、市民科学者などが含まれます。さらに、民間企業も、社内に専用の脳神経科学部門を設けることなく、これらのシステムを自社の業界で活用できることにいち早く注目しています。
EEGの現実世界での応用例は？
実験室外でのEEGの応用は、多岐にわたり多様です。臨床ツールとして、EEGは人々に施設への通院を強いることなく、その認知機能を長期にわたってモニタリングするために使用できます。例えば、研究によって、EEGが認知症のバイオマーカーとして有効であることが支持されています（Chatzikonstantinou et al., 2021）。さらに、軽度認知障害から認知症への移行を予測するために使用することさえ可能です（Engedal et al., 2020）。定期的な研究施設への移動が困難な高齢者が大半を占めるこれらの集団において、一貫した自宅でのEEGは特に有用です。
野生における（実社会での）EEG応用のもう一つのタイムリーな例は、最近スポーツ界で注目を集めている頭部外傷（脳震盪）です。プロアメリカンフットボールのようなハイインパクトスポーツにおいて、脳震盪は一般的な怪我です。脳震盪は臨床的な検出を免れることが多く、個人の認知機能に有害な影響を及ぼす可能性があるため懸念されています。脳震盪の診断を支援し、受傷後の臨床管理をサポートするためにEEGを使用することを支持するエビデンスが示されています（Corbin-Berrigan et al., 2020）。確かに、ピッチサイド（競技場脇）にポータブルEEGが存在することは、チームが選手の福祉に関して適切な意思決定を行うのを支援するための強力なツールになるはずです。
民間企業にとっても、現実世界のEEGから得られるメリットは大きいです。ニューロマーケティングは広義の用語ですが、一般的には、神経信号やその他の生理信号を測定することで、消費者の嗜好についてのインサイト（洞察）を得たり、行動を予測したりすることに関連しています。消費者の欲求を調査するためにEEGを使用する価値は、この手法が客観的な反応を指標化できる点にあります。人間はさまざまなバイアスに影響されるため、報告された内容が実際の気持ちとは異なる場合があります。また、他者を喜ばせたい、あるいは恥をかきたくないという強い欲求を持つこともあります。質問の表現方法一つでも、人が製品をどのように捉えるかに影響を与えることがあります。EEGは、研究者がこれらの特徴を回避することを可能にし、個人が情報をどのように処理しているかをフィルターなしで垣間見せてくれます。これらのデータストリームを活用することで、企業は従来のマーケティングツールを補強、あるいはそれに置き換えることができます。
現実世界でのEEGにおける障害は何か？
コストは、現実世界でEEG実験を実施する上でおそらく最大の障壁です。他の脳画像ツールよりも安価であるとはいえ、EEGシステムは依然として大型で高価な場合があります。大量のデータを理解するには、処理および分析のパイプラインが必要です。また、データセットは安全な方法で保存されなければなりません。このため、多くの小規模企業にとって、社内で脳神経科学を導入することは手の届かないものとなっています。
人間を対象とした研究の極めて重大な欠点の一つである「代表性の高いサンプリング」という問題を考慮すると、現実世界でEEGを実施するコストはさらに跳ね上がります。多くの研究は、被験者募集の現実的な制約により、便利で集めやすい人々（例：大学生）に依存しがちです。その結果、多くの研究が、被験者の大半が欧米の、教育水準が高く、工業化された、裕福な、民主主義国家の居住者（WEIRD）であるという問題に悩まされています。EEGを単に実験室の外に持ち出すだけではこの問題は解決せず、異なる文化、教育水準、関心、経験を持つ人々で構成されるサンプルを募集する負担は、金銭的および物流的に禁止的なものになり得ます。
現実世界のEEGを大規模に実施するには？
現実世界でのEEG実施にかかるコストを考えると、脳神経科学の研究は一部の資金力のある学術機関や大企業の領域にとどまると思われるかもしれません。しかし、Emotivはポータブルで低コストのEEGシステムで状況に革命を起こしただけでなく、企業が大規模な脳神経科学実験を設計し、実施できるようにするプラットフォームである「EmotivPRO Builder」および「EmotivLABS」を立ち上げました。EmotivPRO Builderは直感的なグラフィカルインターフェースであり、ユーザーは実験を完全に制御でき、あらゆるスキルのユーザーがEEG研究を設計するのを容易にします。技術的により洗練されたユーザーであれば、Python言語で書かれたPsychoPyの実験をインポートすることも可能です。
実験を構築した後、ユーザーはそれをEmotivLABS上にデプロイできます。これは単なる提示用のプラットフォームではなく、そのダッシュボードを通じて被験者の募集を効率化し、研究者が広範なEmotivのコントリビュータープールにアクセスできるようにします。被験者への謝礼の支払いも、このプラットフォームを通じて処理できます。Emotivのコントリビュータープールは現在、84カ国から集まっています。そのほぼ半数がバイリンガルであり、幅広い教育背景を持つ人々が含まれています。
脳神経科学の力をどのように活用するのが最適か確信が持てない企業に対しては、EmotivのResearch as a Service（サービスとしての研究）チームがコンサルタントとして関与することができます。研究チームが重要な疑問を定義し、実験を設計し、被験者を募集し、データを収集・処理・分析し、その知見に関するパーソナライズされたレポートを作成します。すべてのステップにおいて、お客様の意見が歓迎されます。Emotivの研究チームとのパートナーシップは、脳神経科学の革命に取り組むための、まさに真のエンドツーエンドのソリューションを象徴しています。
具体的なユースケースを説明するために、最近のパートナーシップのケーススタディを以下に示します。
Mentimeter効果：EmotivLABSを使用した現実世界のEEGケーススタディ
Mentimeterは、マルチメディアプレゼンテーションソフトウェアプラットフォームです。大半の人はMicrosoft Powerpointに馴染みがあるでしょう。聴衆が受動的な役割を果たすPowerpointプレゼンテーションを行うために、数え切れないほどの時間が費やされてきました。Mentimeterもテキスト、画像、音声、動画を使用して情報を伝えることができますが、そこにひねりが加えられています。Mentimeterが他と一線を画しているのは、リアルタイムでインタラクティブに聴衆をエンゲージさせる機能です。典型的なスライドに加えて、発表者は聴衆が個人のデバイスを使用して参加できるイベントを盛り込むことができます。例えば、聴衆はプレゼンテーションの中でどのコンテンツに焦点を当てたいかについて投票することができます。あるいは、特定のトピックについて意見を述べたり、今見たばかりの内容についてのクイズに答えたりすることもできます。このようにして、MentimeterはPowerpointよりもダイナミックで活気のあるプレゼンテーションを可能にします。
Mentimeterは自社製品が特別なものであり、人々がおそらくより魅力的（エンゲージング）に感じるであろうことを知っていました。しかし、彼らはユーザーからの主観的な報告だけに頼りたくはありませんでした。彼らは、Mentimeterを特別なものにしている要素を正確に示す、客観的で詳細なデータ（グラニュラーデータ）を求めていました。そこで彼らはこの答えを見つけるための共同研究プロジェクトを実施すべく、Emotivにアプローチしました。当社の研究チームと共同で、私たちはMentimeterの特別な「スパイス」の核心に迫る重要な質問を特定しました。
キーとなる質問：
Mentimeterでのプレゼンテーションは、従来のPowerpointプレゼンテーションと比較して、どれほどエンゲージメントが高いのか？
Mentimeterのどの特別機能が、最も聴衆の注目を集めるのか？
プレゼンテーションの進行に伴い、注目度はどのように影響を受けるのか？長いPowerpointプレゼンテーションで予想されるように、徐々に減退していくのだろうか？
エンゲージメントと注目度の間にはどのような関係があるのか？人々は深く引き込まれている（エンゲージしている）とき、より注意を払うのだろうか？
講義やプレゼンテーションは、新しい情報を学び、それを記憶にとどめることを目的とすることが多い。Mentimeterは、私たちの学習効果を高めるのに役立っているか？
これらの疑問に答えるため、Emotivの研究チームはオーダーメイドの実験を考案しました。通常、この種の研究は、被験者を一部屋に集め、伝統的なプレゼンテーションとMentimeterプレゼンテーションを視聴している間のEEGデータをローカルのコンピュータに収集する方法で行われます。しかし、単一の地域から被験者を募集し、限られたスペースに集めることは、いくつかの理由から好ましくありませんでした。
第一の理由は、単純にロジスティクスの問題でした。被験者が私たちの場所に赴くためには移動が必要であり、これがボランティアの数を制限する可能性があります。同様に、単一の地域から被験者を募集すると、代表性のないサンプルになってしまう恐れがありました。第二の問題は、公衆衛生に関するものでした。パンデミックの真っ只中、EEG研究は、システムをセットアップするために必要な対人接触の近さから、厳しく制限されていました。Emotivのユーザーベースを活用したリモート研究を組織し、それをEmotivLABSプラットフォーム上でデプロイすることで、これらの問題を回避することができました。これにより、世界中のユーザーから安全にデータを収集し、Emotivの洗練された機械学習アルゴリズムを活用して、聴衆のエンゲージメント、注目度、興味、認知ストレスをリアルタイムで評価する安全な研究を行うことができました。
研究内容
Mentimeter効果を評価するため、私たちは「Mentimeterで行われたプレゼンテーション」と「Powerpointで行われたプレゼンテーション」の2つを視聴する実験を設計しました。視聴中、リモートでEEGデータを収集し、エンゲージメント、注目度、興味、認知ストレスの各領域にわたって脳活動を評価しました。また、デモグラフィック（人口統計）データと自己報告式のアンケートデータも収集しました。
対象読者（被験者）
本研究のために、Emotivの顧客ベースから、メール通信やオンラインフォームを通じて28名の被験者が募集されました。このサンプルサイズは、私たちが希望していた数よりは少なかったです。しかし、プロジェクトのスケジュールが厳しかったことを考慮すると、短期間でこれだけの人数を募集できたことは注目に値し、EmotivLABSを使用した被験者募集の効率性を反映しています。同意を得た上で、これらの効果が様々な人々にどのように影響するかをMentimeterが理解できるように、デモグラフィックデータが収集されました。
15カ国以上から21歳から64歳までの被験者が募集されました。オンラインでの世界規模の募集により、多様な教育水準、職業、音楽的才能、および関連トピックに関する専門知識をとらえることができました。被験者の特徴については、図1〜3を参照してください。
図1. 被験者の属性情報（デモグラフィック）。
図2. 被験者の教育水準と音楽的才能。
図3. 各トピックに関する知識についての自己評価。
方法
オンライン研究への参加に関心がありそうなすべてのEmotiv顧客ベースに対して、電子メールを介して募集アンケートが送付されました。ビデオ会議ソフトウェアを使用し、実験がどのように行われるかの基本を被験者に説明するオリエンテーションセッションから開始しました。すべての被験者は通話前にEmotiv EPOC、EPOC+またはEPOCX（https://www.emotiv.com/epoc-x/）をセットアップし、Emotivの研究ディレクターによる迅速なデータ品質チェックの後、EmotivLABSソフトウェアが録音全体にわたって信号品質を自動的に追跡しました。
実験全体は、Emotivのウェブプラットフォーム実験ビルダー（https://www.emotiv.com/emotivpro/build/）を使用して構築されました。EmotivLABSプラットフォームは、被験者にベースライン（目を開けた状態と閉じた状態で静かに座る）、当日のEEGに影響を与える可能性のあるものがないかを判定するためのいくつかの調査票を案内し、その後、最初のプレゼンテーションを開始するよう指示しました。Mentimeterの担当者であるOscarが、2つのトピックのうちの1つについてウェビナーを発表しました。一方のプレゼンテーションはMentimeterで行われ、もう一方はPowerpointで行われました。また、プレゼンテーションには異なるコンテンツが含まれており、一方は「調和級数（The Harmonic Series）」、もう一方は「音楽における人工知能（Artificial Intelligence in Music）」でした。私たちは、得られた効果がコンテンツによるものではなく、使用されたソフトウェアに起因するものであることを保証するために、これらのプレゼンテーション条件をカウンターバランス（順序相殺）にしました（図4を参照）。
図4. 各グループのカウンターバランスされた条件。
2回目のプレゼンテーションに続いて、被験者はアンケートに回答し、最後にベースラインEEGの最終セッションを収集しました。プロトコルの概要については、図5を参照してください。
図5. 実験の概要。
Emotivパフォーマンスメトリクス
Emotivパフォーマンスメトリクス（PM）は、認知的・感情的状態の神経生理学的評価基準（測定値）です。これらは独自の機械学習アルゴリズムであり、集計された脳波（EEG）測定値、すなわち脳内で発火するニューロンの様々な脳波振幅、空間分布、出力、および周波数のリアルタイム値を提供します。
管理された心理実験や現実世界の日常生活における何百人もの個人からのEEGデータが収集され、これらのアルゴリズムを構築するために使用されました。各パフォーマンスメトリクス（スコア）は、ユーザー自身の脳活動の「範囲」に基づいて、個々のユーザー向けにスケーリングされ、カスタマイズされています（本研究で使用されたPMの概要については図6を参照）。
図6. Emotivパフォーマンスメトリクスの概要
調査結果
Mentimeter vs Powerpoint: 全体的なPMパターン
私たちはまず、プレゼンテーション全体のそれぞれのグループレベルでの脳活動を調査しました。図7は、MentimeterプレゼンテーションとPowerpointプレゼンテーションにおける各PMの平均値を示しています。Powerpointと比較して、被験者は統計的に有意に低い退屈レベルと、高いレベルのエンゲージメント、注目度、および認知負荷を示しました。興味レベルにおける統計的な差はありませんでしたが、数値的な傾向としては、Mentimeterプレゼンテーションの方がより高い興味を示していました。
図7. プレゼンテーションプラットフォーム別に比較した、プレゼンテーション全体におけるPMの平均値。
次に、それぞれのプレゼンテーションに対して個人がどのように反応したかを調べました。図8において、「幅の広い」形状はその値におけるより多くの個人のPM観察を示し、「幅の狭い」形状はその値におけるPM観察がより少ないことを示します。これらのパターンは、MentimeterプレゼンテーションがPowerpointよりも同質的な反応を呼び起こしたことを示唆しています。言い換えれば、人々はMentimeterには同様の反応を示したのに対し、Powerpointには賛否が分かれる（意見を二分する）反応を示しました。
図8. プレゼンテーションプラットフォーム別に比較した、個人の平均PM分布。
Mentimeter vs Powerpoint: 時間経過に伴うPM
プレゼンテーションの過程で人々がどのように反応したかを把握するために、各プラットフォーム（Mentimeter vs Powerpoint）および各コンテンツ（AI vs ハーモニクス）について、スライド毎のグループPM平均値を算出しました。図9は、最も顕著なパターンを示しています。
図9. 各スライドにわたるPMのタイムコース。
AIコンテンツについては、プレゼンテーション全体を通じて退屈のレベルがより低くなりました。ハーモニクスのコンテンツでは興味深い退屈パターンが観察され、プレゼンテーションの中盤に向けて退屈レベルが上昇し、その後低下しました。これは、Mentimeterの「イベント」というユニークで魅力的な特性が、プレゼンテーションの進行に伴って生じる蓄積された退屈を和らげるのに役立ったことを示唆しています。
ほぼプレゼンテーション全体にわたり、どちらのタイプのコンテンツにおいても、Mentimeterの方がエンゲージメントレベルが高いことが観察されました。全24枚のスライドのうち、MentimeterのエンゲージメントがPowerpointを下回ったのはわずか2回でした。
Mentimeter効果：MentimeterイベントとPowerpointスライドの比較
全体として人々がMentimeterに好意的な反応を示したことが判明しましたが、私たちはさらに深く掘り下げて、特定のMentimeterイベントがPowerpointスライドとどのように比較できるかを確認したいと考えました。Mentimeterイベントは、聴衆が自身のモバイルデバイスを使用してプレゼンテーションに参加するように促す場面です。例えば、被験者はトピックに関する個人の意見を求められたり、プレゼンテーションに関連するクイズに答えるよう求められたりすることがあります。図10は、MentimeterイベントとPowerpointスライドに対して観察された平均PMを示しています。
図10. MentimeterイベントとPowerpointスライドのPM値の比較。
Powerpointスライドと比較して、Mentimeterイベントは退屈レベルを抑え、エンゲージメント、注目度、興味、および認知負荷を高める結果となったことが観察されました。最も大きな効果が現れたのは退屈レベルとエンゲージメントレベルであり、それぞれ16%の減少と13%の増加が見られました。
Mentimeter効果：異なるMentimeterイベント同士の比較はどうか？
Mentimeterイベントは一般的に聴衆の好意的な反応を引き出しましたが、私たちは一部のイベントがより優れているかどうかを知りたいと考えました。Mentimeterプレゼンテーションには、「オピニオンイベント」（トピックに関する聴衆の意見を求める）、「クイズイベント」（プレゼンテーションの内容に関する質問に答えてもらう）、そして「動画イベント」（被験者が動画を視聴する）という3種類のイベントが含まれていました。図11は、それぞれのイベントタイプにおけるPM値を示しています。比較のためにPowerpointスライドも含まれています。
図11. Mentimeterのイベントタイプごとの平均PM。比較用としてPowerpointスライドの平均PMも含めて表示。
オピニオンイベントは、他のイベントと比較して最も退屈を誘発せず、最も多くのエンゲージメント、注目度、興味、および認知負荷を引き出すという、最も一貫した効果を示しました。興味深いことに、動画イベントは最も退屈を引き起こしやすく、エンゲージメントや注目度が最も低くなる傾向がありました。
Mentimeter効果：エンゲージメントを詳しく見る
すべてのPMがMentimeterプレゼンテーションに対する好意的な反応を示しましたが、特にエンゲージメントに最も一貫した効果が見られました。さらに詳しく調べるため、各被験者が最高のエンゲージメントPMを示した時点を指標化しました。図12は、Mentimeterプレゼンテーション中により多くの最大エンゲージメント値が発生したことを示しています。さらに、被験者の最大エンゲージメントスコアの70%がMentimeterイベント中に発生していました。
図12. 最大エンゲージメントPMの分布。
Mentimeter効果：客観的指標と主観的指標の比較
EEGは刺激に対する客観的な反応を指標化できますが、これらの測定値が自己報告によって補強されたとき、効果に対する説得力のあるエビデンスが提供されます。図13は、実験の最後に提示された5つのエンゲージメント関連の質問に対する、主観的なエンゲージメントスコアを示しています。
図13. 「全くない」から「極めて高い」までの1〜5のリッカート尺度で被験者が報告した主観的なエンゲージメントスコア。
すべての質問への回答が、脳データから得られた知見を裏付ける結果となりました。Powerpointプレゼンテーションと比較して、Mentimeterプレゼンテーションは、被験者がプレゼンテーションにより深く関与し、発表者により深く引き込まれ、コンテンツにより高い関心を持ち、プレゼンテーションをより楽しみ、プレゼンテーション中により多くの斬新なコンテンツを学んだと感じる結果をもたらしました。
まとめ
この研究の結論として、Emotivの研究チームは調査結果に関する詳細なレポートをMentimeterに提出しました。これにより、Mentimeterは自社製品と、それがユーザーにとって何故これほどポジティブな体験をもたらしたのかをより深く理解することができました。Mentimeterは、自自社製品がより高いエンゲージメント、注目度、認知負荷を引き出すと同時に退屈を軽減することを示す実証データを得ただけでなく、特別機能のどれがユーザーを最も引きつけるかについての実行可能なインサイトを獲得しました。この研究結果に関するMentimeterのレポートは以下でご覧いただけます：https://www.mentimeter.com/campaigns/the-mentimeter-effect?
「Mentimeter効果」のような研究は、リモートで合理化され、パーソナライズされたEEG実験がもたらす可能性のごく一部にすぎません。消費者の嗜好評価からメンタルヘルスの調査に至るまで、Emotivの研究スイートは、スケーラブルなEEG研究に最適なプラットフォームを提供します。当社の研究チームと協力することで、個人、企業、機関は、脳神経科学の力を活用して人々の行動や心理に対するインサイトを得ることができます。このソリューションは、公衆衛生の危機の影響を受けず、予算の縮小にも耐え、グローバルコミュニティを広く巻き込むことができる、現代の脳神経科学にとって理想的な回答となります。
脳神経科学の研究と聞くと、多くの人は、大学や病院で白衣を着た科学者が巨大で高価な医療用機器を操作している姿を思い浮かべるでしょう。確かに、陽電子放出断層撮影（PET）や機能的磁気共鳴画像法（fMRI）、脳磁図（MEG）などの脳神経科学的手法の一部は、同様に高価格帯のこれら巨大で複雑なシステムを必要とします。しかし、脳波（EEG）システムは一般的に、より小型で安価です。その技術は、紙への記録や大型コンピュータから、ワイヤレスでモバイル、セットアップが簡単で、比較的安価なシステムへと進化してきました。設置面積の小ささや金銭的負担の少なさに加え、EEGはその高い時間分解能によって、脳活動を解読するための主要なツールとして台頭してきました。PETやfMRIが秒単位での脳活動の変化を測定するのに対し、EEGはミリ秒単位で発生する活動の変化を検出できるため、他の方法では検出できないようなプロセスを指標化することができます。
EEGは何を測定するのか？
ニューロンが発火すると、微量の電気が放出されます。何かに追随して考え事をするときなど、同じ領域で多くのニューロンが一斉に発火すると、結果として生じる電場を頭蓋骨の外側から検出できるようになります。EEGシステムは、頭皮に配置されたセンサーの配列を使用して、時間の経過に伴う電圧変化をシンプルに測定することで、この現象を利用しています。これらのセンサーは、脳からの電気的な「音」を測定する小さなマイクロフォンのようなものと考えることができます。その後、これらの信号をデジタル形式に変換してコンピュータに収集し、処理および分析することで、意味のあるパターンを導き出すことができます。
なぜEEGが重要なのか？
多くの場合、単に人々に質問したり、その行動を観察したりするだけでは、物事を測定することはできません。また、質問できたとしても、人々が正確に報告するとは限りません。EEGは、バイアス、態度、信念に左右されない、脳の中を覗く窓を私たちに提供してくれます。例えば、誰かにリラックスしているかどうか尋ねた場合、たとえリラックスしていなくても、不安であることを認めたくないという心理から、「はい」と答えがちになります。
研究者は、その人のEEGを観察することで、その人の主張とは裏腹に、実際にはリラックスしていない状態を示す高い覚醒状態にあることを見抜くことができる場合があります。実験室において、EEGは聴覚や視覚の知覚などの低次の認知プロセスを測定するためによく使用され、研究者がこれらのプロセスをより深く理解したり、疾患が脳にどのように影響するかを理解したりするのに役立ちます。この種の技術は、本人が報告できない、あるいは誤って報告しやすい現象を理解するために極めて重要です。
なぜ実験室の外でEEGを行うのか？
EEG技術は、脳のプロセスを理解するための優れた技術です。実験室ベースのEEG研究の多くは、知覚や認知などの低次機能の調査に向けられています。実験室は、研究者が外部変数を取り除き、コントロールできる高度に管理された場所であるため、これに最適な環境です。しかし、私たちは人生を実験室の中で過ごしているわけではありません。私たちは、豊かで多様な経験に彩られたダイナミックな生活を送る、歩き、話し、相互作用する存在です。この事実が、実験室での研究をコントロールされていない環境に一般化することを困難にしています。この技術を実験室の外に持ち出すことで、私たちが実際に生活している環境に近い、現実世界の環境における人々とその脳活動を調査することができます。
少し前まで、実験室の外でEEGの実験を行うことは考えられないことでした。システムは大型で、アンプや電源、データ送信ユニットとケーブルで接続されている必要がありました。さらに、これらのシステムをセットアップするには時間がかかり、被験者にとって不快なことも少なくありませんでした。技術の大幅な進歩により、システムはより小型で低コスト、そしてワイヤレスで構築できるようになりました。この携帯性の向上と価格の低下により、コスト効率が高く使いやすいEEGシステムが著しく普及することとなりました。Emotivはこの分野で10年以上にわたりリーダーシップを発揮しており、世界初の商業用EEGシステムを市場に投入しました。この間、Emotivは2チャンネルのイヤホンから32チャンネルの研究用キャップまで、6つの異なるシステムをリリースしてきました。
これらの商用システムの開発は、もう一つの効果をもたらしました。それは、脳神経科学的手法へのアクセシビリティが劇的に向上したことです。脳神経科学は、もはや学術研究者や臨床医だけのものではありません。今ではすべての人が、家庭で使用するためにこれらのシステムを購入する手段を持っています。そうする動機は層によってさまざまであり、レクリエーション愛好家、趣味人、市民科学者などが含まれます。さらに、民間企業も、社内に専用の脳神経科学部門を設けることなく、これらのシステムを自社の業界で活用できることにいち早く注目しています。
EEGの現実世界での応用例は？
実験室外でのEEGの応用は、多岐にわたり多様です。臨床ツールとして、EEGは人々に施設への通院を強いることなく、その認知機能を長期にわたってモニタリングするために使用できます。例えば、研究によって、EEGが認知症のバイオマーカーとして有効であることが支持されています（Chatzikonstantinou et al., 2021）。さらに、軽度認知障害から認知症への移行を予測するために使用することさえ可能です（Engedal et al., 2020）。定期的な研究施設への移動が困難な高齢者が大半を占めるこれらの集団において、一貫した自宅でのEEGは特に有用です。
野生における（実社会での）EEG応用のもう一つのタイムリーな例は、最近スポーツ界で注目を集めている頭部外傷（脳震盪）です。プロアメリカンフットボールのようなハイインパクトスポーツにおいて、脳震盪は一般的な怪我です。脳震盪は臨床的な検出を免れることが多く、個人の認知機能に有害な影響を及ぼす可能性があるため懸念されています。脳震盪の診断を支援し、受傷後の臨床管理をサポートするためにEEGを使用することを支持するエビデンスが示されています（Corbin-Berrigan et al., 2020）。確かに、ピッチサイド（競技場脇）にポータブルEEGが存在することは、チームが選手の福祉に関して適切な意思決定を行うのを支援するための強力なツールになるはずです。
民間企業にとっても、現実世界のEEGから得られるメリットは大きいです。ニューロマーケティングは広義の用語ですが、一般的には、神経信号やその他の生理信号を測定することで、消費者の嗜好についてのインサイト（洞察）を得たり、行動を予測したりすることに関連しています。消費者の欲求を調査するためにEEGを使用する価値は、この手法が客観的な反応を指標化できる点にあります。人間はさまざまなバイアスに影響されるため、報告された内容が実際の気持ちとは異なる場合があります。また、他者を喜ばせたい、あるいは恥をかきたくないという強い欲求を持つこともあります。質問の表現方法一つでも、人が製品をどのように捉えるかに影響を与えることがあります。EEGは、研究者がこれらの特徴を回避することを可能にし、個人が情報をどのように処理しているかをフィルターなしで垣間見せてくれます。これらのデータストリームを活用することで、企業は従来のマーケティングツールを補強、あるいはそれに置き換えることができます。
現実世界でのEEGにおける障害は何か？
コストは、現実世界でEEG実験を実施する上でおそらく最大の障壁です。他の脳画像ツールよりも安価であるとはいえ、EEGシステムは依然として大型で高価な場合があります。大量のデータを理解するには、処理および分析のパイプラインが必要です。また、データセットは安全な方法で保存されなければなりません。このため、多くの小規模企業にとって、社内で脳神経科学を導入することは手の届かないものとなっています。
人間を対象とした研究の極めて重大な欠点の一つである「代表性の高いサンプリング」という問題を考慮すると、現実世界でEEGを実施するコストはさらに跳ね上がります。多くの研究は、被験者募集の現実的な制約により、便利で集めやすい人々（例：大学生）に依存しがちです。その結果、多くの研究が、被験者の大半が欧米の、教育水準が高く、工業化された、裕福な、民主主義国家の居住者（WEIRD）であるという問題に悩まされています。EEGを単に実験室の外に持ち出すだけではこの問題は解決せず、異なる文化、教育水準、関心、経験を持つ人々で構成されるサンプルを募集する負担は、金銭的および物流的に禁止的なものになり得ます。
現実世界のEEGを大規模に実施するには？
現実世界でのEEG実施にかかるコストを考えると、脳神経科学の研究は一部の資金力のある学術機関や大企業の領域にとどまると思われるかもしれません。しかし、Emotivはポータブルで低コストのEEGシステムで状況に革命を起こしただけでなく、企業が大規模な脳神経科学実験を設計し、実施できるようにするプラットフォームである「EmotivPRO Builder」および「EmotivLABS」を立ち上げました。EmotivPRO Builderは直感的なグラフィカルインターフェースであり、ユーザーは実験を完全に制御でき、あらゆるスキルのユーザーがEEG研究を設計するのを容易にします。技術的により洗練されたユーザーであれば、Python言語で書かれたPsychoPyの実験をインポートすることも可能です。
実験を構築した後、ユーザーはそれをEmotivLABS上にデプロイできます。これは単なる提示用のプラットフォームではなく、そのダッシュボードを通じて被験者の募集を効率化し、研究者が広範なEmotivのコントリビュータープールにアクセスできるようにします。被験者への謝礼の支払いも、このプラットフォームを通じて処理できます。Emotivのコントリビュータープールは現在、84カ国から集まっています。そのほぼ半数がバイリンガルであり、幅広い教育背景を持つ人々が含まれています。
脳神経科学の力をどのように活用するのが最適か確信が持てない企業に対しては、EmotivのResearch as a Service（サービスとしての研究）チームがコンサルタントとして関与することができます。研究チームが重要な疑問を定義し、実験を設計し、被験者を募集し、データを収集・処理・分析し、その知見に関するパーソナライズされたレポートを作成します。すべてのステップにおいて、お客様の意見が歓迎されます。Emotivの研究チームとのパートナーシップは、脳神経科学の革命に取り組むための、まさに真のエンドツーエンドのソリューションを象徴しています。
具体的なユースケースを説明するために、最近のパートナーシップのケーススタディを以下に示します。
Mentimeter効果：EmotivLABSを使用した現実世界のEEGケーススタディ
Mentimeterは、マルチメディアプレゼンテーションソフトウェアプラットフォームです。大半の人はMicrosoft Powerpointに馴染みがあるでしょう。聴衆が受動的な役割を果たすPowerpointプレゼンテーションを行うために、数え切れないほどの時間が費やされてきました。Mentimeterもテキスト、画像、音声、動画を使用して情報を伝えることができますが、そこにひねりが加えられています。Mentimeterが他と一線を画しているのは、リアルタイムでインタラクティブに聴衆をエンゲージさせる機能です。典型的なスライドに加えて、発表者は聴衆が個人のデバイスを使用して参加できるイベントを盛り込むことができます。例えば、聴衆はプレゼンテーションの中でどのコンテンツに焦点を当てたいかについて投票することができます。あるいは、特定のトピックについて意見を述べたり、今見たばかりの内容についてのクイズに答えたりすることもできます。このようにして、MentimeterはPowerpointよりもダイナミックで活気のあるプレゼンテーションを可能にします。
Mentimeterは自社製品が特別なものであり、人々がおそらくより魅力的（エンゲージング）に感じるであろうことを知っていました。しかし、彼らはユーザーからの主観的な報告だけに頼りたくはありませんでした。彼らは、Mentimeterを特別なものにしている要素を正確に示す、客観的で詳細なデータ（グラニュラーデータ）を求めていました。そこで彼らはこの答えを見つけるための共同研究プロジェクトを実施すべく、Emotivにアプローチしました。当社の研究チームと共同で、私たちはMentimeterの特別な「スパイス」の核心に迫る重要な質問を特定しました。
キーとなる質問：
Mentimeterでのプレゼンテーションは、従来のPowerpointプレゼンテーションと比較して、どれほどエンゲージメントが高いのか？
Mentimeterのどの特別機能が、最も聴衆の注目を集めるのか？
プレゼンテーションの進行に伴い、注目度はどのように影響を受けるのか？長いPowerpointプレゼンテーションで予想されるように、徐々に減退していくのだろうか？
エンゲージメントと注目度の間にはどのような関係があるのか？人々は深く引き込まれている（エンゲージしている）とき、より注意を払うのだろうか？
講義やプレゼンテーションは、新しい情報を学び、それを記憶にとどめることを目的とすることが多い。Mentimeterは、私たちの学習効果を高めるのに役立っているか？
これらの疑問に答えるため、Emotivの研究チームはオーダーメイドの実験を考案しました。通常、この種の研究は、被験者を一部屋に集め、伝統的なプレゼンテーションとMentimeterプレゼンテーションを視聴している間のEEGデータをローカルのコンピュータに収集する方法で行われます。しかし、単一の地域から被験者を募集し、限られたスペースに集めることは、いくつかの理由から好ましくありませんでした。
第一の理由は、単純にロジスティクスの問題でした。被験者が私たちの場所に赴くためには移動が必要であり、これがボランティアの数を制限する可能性があります。同様に、単一の地域から被験者を募集すると、代表性のないサンプルになってしまう恐れがありました。第二の問題は、公衆衛生に関するものでした。パンデミックの真っ只中、EEG研究は、システムをセットアップするために必要な対人接触の近さから、厳しく制限されていました。Emotivのユーザーベースを活用したリモート研究を組織し、それをEmotivLABSプラットフォーム上でデプロイすることで、これらの問題を回避することができました。これにより、世界中のユーザーから安全にデータを収集し、Emotivの洗練された機械学習アルゴリズムを活用して、聴衆のエンゲージメント、注目度、興味、認知ストレスをリアルタイムで評価する安全な研究を行うことができました。
研究内容
Mentimeter効果を評価するため、私たちは「Mentimeterで行われたプレゼンテーション」と「Powerpointで行われたプレゼンテーション」の2つを視聴する実験を設計しました。視聴中、リモートでEEGデータを収集し、エンゲージメント、注目度、興味、認知ストレスの各領域にわたって脳活動を評価しました。また、デモグラフィック（人口統計）データと自己報告式のアンケートデータも収集しました。
対象読者（被験者）
本研究のために、Emotivの顧客ベースから、メール通信やオンラインフォームを通じて28名の被験者が募集されました。このサンプルサイズは、私たちが希望していた数よりは少なかったです。しかし、プロジェクトのスケジュールが厳しかったことを考慮すると、短期間でこれだけの人数を募集できたことは注目に値し、EmotivLABSを使用した被験者募集の効率性を反映しています。同意を得た上で、これらの効果が様々な人々にどのように影響するかをMentimeterが理解できるように、デモグラフィックデータが収集されました。
15カ国以上から21歳から64歳までの被験者が募集されました。オンラインでの世界規模の募集により、多様な教育水準、職業、音楽的才能、および関連トピックに関する専門知識をとらえることができました。被験者の特徴については、図1〜3を参照してください。
図1. 被験者の属性情報（デモグラフィック）。
図2. 被験者の教育水準と音楽的才能。
図3. 各トピックに関する知識についての自己評価。
方法
オンライン研究への参加に関心がありそうなすべてのEmotiv顧客ベースに対して、電子メールを介して募集アンケートが送付されました。ビデオ会議ソフトウェアを使用し、実験がどのように行われるかの基本を被験者に説明するオリエンテーションセッションから開始しました。すべての被験者は通話前にEmotiv EPOC、EPOC+またはEPOCX（https://www.emotiv.com/epoc-x/）をセットアップし、Emotivの研究ディレクターによる迅速なデータ品質チェックの後、EmotivLABSソフトウェアが録音全体にわたって信号品質を自動的に追跡しました。
実験全体は、Emotivのウェブプラットフォーム実験ビルダー（https://www.emotiv.com/emotivpro/build/）を使用して構築されました。EmotivLABSプラットフォームは、被験者にベースライン（目を開けた状態と閉じた状態で静かに座る）、当日のEEGに影響を与える可能性のあるものがないかを判定するためのいくつかの調査票を案内し、その後、最初のプレゼンテーションを開始するよう指示しました。Mentimeterの担当者であるOscarが、2つのトピックのうちの1つについてウェビナーを発表しました。一方のプレゼンテーションはMentimeterで行われ、もう一方はPowerpointで行われました。また、プレゼンテーションには異なるコンテンツが含まれており、一方は「調和級数（The Harmonic Series）」、もう一方は「音楽における人工知能（Artificial Intelligence in Music）」でした。私たちは、得られた効果がコンテンツによるものではなく、使用されたソフトウェアに起因するものであることを保証するために、これらのプレゼンテーション条件をカウンターバランス（順序相殺）にしました（図4を参照）。
図4. 各グループのカウンターバランスされた条件。
2回目のプレゼンテーションに続いて、被験者はアンケートに回答し、最後にベースラインEEGの最終セッションを収集しました。プロトコルの概要については、図5を参照してください。
図5. 実験の概要。
Emotivパフォーマンスメトリクス
Emotivパフォーマンスメトリクス（PM）は、認知的・感情的状態の神経生理学的評価基準（測定値）です。これらは独自の機械学習アルゴリズムであり、集計された脳波（EEG）測定値、すなわち脳内で発火するニューロンの様々な脳波振幅、空間分布、出力、および周波数のリアルタイム値を提供します。
管理された心理実験や現実世界の日常生活における何百人もの個人からのEEGデータが収集され、これらのアルゴリズムを構築するために使用されました。各パフォーマンスメトリクス（スコア）は、ユーザー自身の脳活動の「範囲」に基づいて、個々のユーザー向けにスケーリングされ、カスタマイズされています（本研究で使用されたPMの概要については図6を参照）。
図6. Emotivパフォーマンスメトリクスの概要
調査結果
Mentimeter vs Powerpoint: 全体的なPMパターン
私たちはまず、プレゼンテーション全体のそれぞれのグループレベルでの脳活動を調査しました。図7は、MentimeterプレゼンテーションとPowerpointプレゼンテーションにおける各PMの平均値を示しています。Powerpointと比較して、被験者は統計的に有意に低い退屈レベルと、高いレベルのエンゲージメント、注目度、および認知負荷を示しました。興味レベルにおける統計的な差はありませんでしたが、数値的な傾向としては、Mentimeterプレゼンテーションの方がより高い興味を示していました。
図7. プレゼンテーションプラットフォーム別に比較した、プレゼンテーション全体におけるPMの平均値。
次に、それぞれのプレゼンテーションに対して個人がどのように反応したかを調べました。図8において、「幅の広い」形状はその値におけるより多くの個人のPM観察を示し、「幅の狭い」形状はその値におけるPM観察がより少ないことを示します。これらのパターンは、MentimeterプレゼンテーションがPowerpointよりも同質的な反応を呼び起こしたことを示唆しています。言い換えれば、人々はMentimeterには同様の反応を示したのに対し、Powerpointには賛否が分かれる（意見を二分する）反応を示しました。
図8. プレゼンテーションプラットフォーム別に比較した、個人の平均PM分布。
Mentimeter vs Powerpoint: 時間経過に伴うPM
プレゼンテーションの過程で人々がどのように反応したかを把握するために、各プラットフォーム（Mentimeter vs Powerpoint）および各コンテンツ（AI vs ハーモニクス）について、スライド毎のグループPM平均値を算出しました。図9は、最も顕著なパターンを示しています。
図9. 各スライドにわたるPMのタイムコース。
AIコンテンツについては、プレゼンテーション全体を通じて退屈のレベルがより低くなりました。ハーモニクスのコンテンツでは興味深い退屈パターンが観察され、プレゼンテーションの中盤に向けて退屈レベルが上昇し、その後低下しました。これは、Mentimeterの「イベント」というユニークで魅力的な特性が、プレゼンテーションの進行に伴って生じる蓄積された退屈を和らげるのに役立ったことを示唆しています。
ほぼプレゼンテーション全体にわたり、どちらのタイプのコンテンツにおいても、Mentimeterの方がエンゲージメントレベルが高いことが観察されました。全24枚のスライドのうち、MentimeterのエンゲージメントがPowerpointを下回ったのはわずか2回でした。
Mentimeter効果：MentimeterイベントとPowerpointスライドの比較
全体として人々がMentimeterに好意的な反応を示したことが判明しましたが、私たちはさらに深く掘り下げて、特定のMentimeterイベントがPowerpointスライドとどのように比較できるかを確認したいと考えました。Mentimeterイベントは、聴衆が自身のモバイルデバイスを使用してプレゼンテーションに参加するように促す場面です。例えば、被験者はトピックに関する個人の意見を求められたり、プレゼンテーションに関連するクイズに答えるよう求められたりすることがあります。図10は、MentimeterイベントとPowerpointスライドに対して観察された平均PMを示しています。
図10. MentimeterイベントとPowerpointスライドのPM値の比較。
Powerpointスライドと比較して、Mentimeterイベントは退屈レベルを抑え、エンゲージメント、注目度、興味、および認知負荷を高める結果となったことが観察されました。最も大きな効果が現れたのは退屈レベルとエンゲージメントレベルであり、それぞれ16%の減少と13%の増加が見られました。
Mentimeter効果：異なるMentimeterイベント同士の比較はどうか？
Mentimeterイベントは一般的に聴衆の好意的な反応を引き出しましたが、私たちは一部のイベントがより優れているかどうかを知りたいと考えました。Mentimeterプレゼンテーションには、「オピニオンイベント」（トピックに関する聴衆の意見を求める）、「クイズイベント」（プレゼンテーションの内容に関する質問に答えてもらう）、そして「動画イベント」（被験者が動画を視聴する）という3種類のイベントが含まれていました。図11は、それぞれのイベントタイプにおけるPM値を示しています。比較のためにPowerpointスライドも含まれています。
図11. Mentimeterのイベントタイプごとの平均PM。比較用としてPowerpointスライドの平均PMも含めて表示。
オピニオンイベントは、他のイベントと比較して最も退屈を誘発せず、最も多くのエンゲージメント、注目度、興味、および認知負荷を引き出すという、最も一貫した効果を示しました。興味深いことに、動画イベントは最も退屈を引き起こしやすく、エンゲージメントや注目度が最も低くなる傾向がありました。
Mentimeter効果：エンゲージメントを詳しく見る
すべてのPMがMentimeterプレゼンテーションに対する好意的な反応を示しましたが、特にエンゲージメントに最も一貫した効果が見られました。さらに詳しく調べるため、各被験者が最高のエンゲージメントPMを示した時点を指標化しました。図12は、Mentimeterプレゼンテーション中により多くの最大エンゲージメント値が発生したことを示しています。さらに、被験者の最大エンゲージメントスコアの70%がMentimeterイベント中に発生していました。
図12. 最大エンゲージメントPMの分布。
Mentimeter効果：客観的指標と主観的指標の比較
EEGは刺激に対する客観的な反応を指標化できますが、これらの測定値が自己報告によって補強されたとき、効果に対する説得力のあるエビデンスが提供されます。図13は、実験の最後に提示された5つのエンゲージメント関連の質問に対する、主観的なエンゲージメントスコアを示しています。
図13. 「全くない」から「極めて高い」までの1〜5のリッカート尺度で被験者が報告した主観的なエンゲージメントスコア。
すべての質問への回答が、脳データから得られた知見を裏付ける結果となりました。Powerpointプレゼンテーションと比較して、Mentimeterプレゼンテーションは、被験者がプレゼンテーションにより深く関与し、発表者により深く引き込まれ、コンテンツにより高い関心を持ち、プレゼンテーションをより楽しみ、プレゼンテーション中により多くの斬新なコンテンツを学んだと感じる結果をもたらしました。
まとめ
この研究の結論として、Emotivの研究チームは調査結果に関する詳細なレポートをMentimeterに提出しました。これにより、Mentimeterは自社製品と、それがユーザーにとって何故これほどポジティブな体験をもたらしたのかをより深く理解することができました。Mentimeterは、自自社製品がより高いエンゲージメント、注目度、認知負荷を引き出すと同時に退屈を軽減することを示す実証データを得ただけでなく、特別機能のどれがユーザーを最も引きつけるかについての実行可能なインサイトを獲得しました。この研究結果に関するMentimeterのレポートは以下でご覧いただけます：https://www.mentimeter.com/campaigns/the-mentimeter-effect?
「Mentimeter効果」のような研究は、リモートで合理化され、パーソナライズされたEEG実験がもたらす可能性のごく一部にすぎません。消費者の嗜好評価からメンタルヘルスの調査に至るまで、Emotivの研究スイートは、スケーラブルなEEG研究に最適なプラットフォームを提供します。当社の研究チームと協力することで、個人、企業、機関は、脳神経科学の力を活用して人々の行動や心理に対するインサイトを得ることができます。このソリューションは、公衆衛生の危機の影響を受けず、予算の縮小にも耐え、グローバルコミュニティを広く巻き込むことができる、現代の脳神経科学にとって理想的な回答となります。
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