概要
感情を理解するには、観察だけでは不十分であり、身体から発せられる生理的信号を正確に測定することが不可欠です。最も信頼性の高い手法の一つが、皮膚電気活動（EDA）であり、ガルバニック皮膚反応（GSR）とも呼ばれています。
EDAとは、交感神経系によって引き起こされる皮膚電気伝導度の変化を測定するものであり、研究や実用的な場面において、感情的な興奮を評価するために広く用いられている。
EDAにおいては、主に以下の2つの要素が分析されます：
- 皮膚伝導反応（SCR）：刺激によって引き起こされる覚醒の急速な上昇
- 皮膚伝導度レベル（SCL）：変化が緩やかで、時間の経過とともに基準値が変化する
SCRは、次のように分類することもできます：
- 事象関連SCR（ER-SCR） – 特定の刺激によって誘発される
- 非特異的SCR（NS-SCR） – 明確な外的要因なしに発生するもの
EDA解析における中核的な手法は、EDAピーク検出（GSRピーク解析とも呼ばれる）であり、これは信号内の有意な変動を特定して感情の強度を定量化するものである。これには、信号フィルタリング、閾値設定、ピーク検出アルゴリズムなどの技術が含まれる。
重要な点として、EDAは感情的反応の強度を測定するものであり、その極性を測定するものではない。つまり、その感情がポジティブかネガティブかを判断することはできない。感情状態を完全に理解するために、EDAはしばしば自己報告データや表情分析と組み合わせて用いられる。
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科学には測定が必要ですが、もちろん、何を測定しているのかを理解することも不可欠です。測定だけでは、あまり意味がありません。
感情の科学とは、私たちの体から発せられるシグナルを測定するプロセスである。感情は体内で生じるものであるため、当然ながらデータもそこに存在する。体は多くのシグナルを発しているが、それらが単なる偶然の産物であることはほとんどなく、むしろ私たちの生理的または心理的な状態を反映しているのだ。
どのシグナルに従うべきかを判断することは、新たな課題となります。幸いなことに、この分野ではすでに多くの研究が進められています。感情的な興奮を測定する主な方法の一つは、皮膚電気反応（GSR、一般的には皮膚電気活動（EDA）として知られる）の検出です。
GSRとは、皮膚からの分泌物（多くの場合、ごく微量）に反応して生じる皮膚の電気伝導度の変動を指します。このデータは、皮膚に感知できない程度の低い定電圧を印加し、皮膚の伝導度がどのように変化するかを測定することで収集されます[1, 2]。これは、皮膚に電極を装着することで（もちろん、この活動を測定する装置も必要ですが）行うことができます。
GSRの活動は体温調節とも関連しているが[1, 3]、この信号が感情的な興奮と強い関連性を持つことも、研究によって繰り返し示されている[4, 5, 6]。交感神経系によって生成される信号は、皮膚電気反応（SCR）の変化を引き起こし、研究者たちは通常、このSCRを観察対象としている。
こうした生理的シグナルの微妙な違いを理解することは、正確な研究や実用化において極めて重要です。この強力な生体認証技術のあらゆる側面を徹底的に探求するため、当社の包括的な「皮膚電気反応（GSR）」ガイドをご参照ください。
理論的な理解にとどまらず、真に正確な研究と応用を実現するには、実験のセットアップが極めて重要です。最適なGSR研究セットアップのための5つの必須要素を確認し、信頼性の高いデータが得られるようにしましょう。
SCR / SCLとは何ですか？
SCRは、活性化される汗腺の数に比例して変化する。つまり、本質的には、個人の感情的な興奮度が高まるほど、SCRの値も増加するという意味である。また、SCRの振幅は交感神経系の活動の適切な指標であると推測される[1]。
SCRは、信号値が急激に上昇する形で現れるため、しばしば活動の「ピーク」（したがって「GSRピーク」）と呼ばれます。 SCRが刺激に反応して現れる場合（通常は1～5秒以内[7]）、それは事象関連SCR（ER-SCR）と呼ばれ、一方、明確な原因なしに現れる場合は非特異的SCR（NS-SCR）と呼ばれる。
SCRはGSR活動の一要素ではありますが、これは刺激に対する反応として急速に変化する信号を表すに過ぎません。もう一つの要素は、持続的で、継続的かつ緩やかに変化する皮膚伝導度レベル（SCL）です。
GSRデータの分析における中心的な課題は、これら2つの信号をどのように分離するかという点です。データを見ても、どちらがどちらかを明確に区別する境界線は存在せず、この計算は自ら行う必要があります。以下では、GSRデータ分析の舞台裏で何が起きているのかをより深く理解していただき、またご自身で分析を行う際の指針となるよう、最も一般的な手法の一つについて手順を解説します。
GSRのピーク
SCRは急速に現れるものの、その信号がベースラインまで低下するには時間がかかります。つまり、SCRが立て続けに発生した場合、GSRの全体的な活動レベルはさらに上昇することになります。この累積効果により、SCRの振幅が過小評価される可能性があります。なぜなら、真の「谷」（SCRに関連する活動の上昇が始まる時点）が、前の活動ピークの緩やかな低下の中に隠れてしまうからです。
この影響の一部を回避するために、プロセスをより明確に把握できるよう、データにフィルタリングを施すことができます。 最初のステップは、データの平均化です。これを行うには、データを離散的なウィンドウ（例：±4秒）に分割し、その時間枠内に存在する値の平均を算出します。その後、この平均値をデータから抽出することで、正規化されたデータ（理論上、基底データ信号が大部分除去された状態）を得ることができます。
これが完了すると、信号から一部のバックグラウンドノイズを除去することが可能になります。例えば、GSRデバイスがコンピュータの近くに置かれすぎており、意図せず電気信号を拾ってしまうことが原因で、このようなノイズが発生することがあります。特定の閾値以上の値のみを通すローパスフィルターを適用することで、信号の低域成分が除去されます。
続いて、GSRピークの存在を正確に検出するために、いくつかのパラメータを設定することができます。これには、ピークの開始点と終了点、ピーク増幅の閾値、および信号ジャンプの閾値が含まれます。
信号の立ち上がりおよび立ち下がりを決定するには、各ピークの立ち上がり点と立ち下がり点の値を設定する必要があります。信号の方向をフィルタリングするために、立ち上がり点と立ち下がり点（単位：マイクロシーメンス、µS）を設定することができます。
通常、オンセットは 0.1 µS より大きい値に設定され（この値を上回る信号のみがピーク候補として扱われるようにするため）、オフセットは 0.0 µS 未満に設定されます（信号値が減少する必要があるため、ピークの検出が可能になります。そうしないと、信号が継続的に増加している場合でも、これまでの基準を満たしてしまうことになるからです）。
ピーク増幅閾値は、ピークとして追跡されるために（単なるデータの漸増ではなく）、ピークの発生後にどの値（通常は0.05 µSに設定される）を上回らなければならないかを決定するために設定されます。
信号の急変閾値は、増幅量のピークに対する上限として機能します。あるサンプルから次のサンプルにかけて、この閾値（例：0.1 µS）を上回る値は、真の生理学的プロセスを反映するには上昇が急すぎるとみなされ、したがって破棄されます。
これらの制限を設定すれば、データポイントの計数は、データ内に存在するGSRピークの数を反映することになる。
また、潜在的な集団効果をより明確に把握するために、参加者間でデータを集計することも可能です。例えば、GSRのピーク数を比較することで、ある刺激に対してどの集団が全体として感情的覚醒の増加または減少を示したかを把握することができます。
iMotionsでは、上記のプロセスが基本的に自動的に実行されます（ユーザーは分析画面をクリックして進め、必要に応じてデフォルト値を変更するだけで済みます）。これにより、この分析を自分で計算する手間が省けます。また、グループ単位での実施も容易であり、グループ間で感情的覚醒レベルがどのように異なるかを明確に把握することができます。
iMotionsは分析段階を簡素化しますが、得られる知見の正確さは、基本的に初期のデータ収集の質にかかっています。確固たるデータ基盤を築くために、当社のガイドで詳述されている最適なGSR調査のセットアップをご確認ください。
このデータから何が読み取れるでしょうか？
GSRデータは、感情の方向性までは示さないものの、その感情がどれほど強く体験されたかを測定する指標となり得る。GSR活動の増加は、さまざまな感情状態と直接関連しており、感情の体験においてこの生理的反応がいかに重要であるかを示している[8]。
SCRの発生回数を測定することで、個人や集団間の違いを定量的に把握することができ、さまざまな刺激に対する反応がどのように生じるのか、あるいは同じ刺激に対して集団間で反応にばらつきがあるかどうかについて、洞察を得ることができます。こうした点を踏まえることで、感情に関する測定において、私たちが実際に何を測定しているのかを理解し始めることができるのです。
この記事が、SCRやGSR全般について、皆様の知識を深める一助となれば幸いです。より完全かつ詳細な理解を得るために、以下の無料ガイドをダウンロードしてください。
参考文献
[1] Benedek, M., & Kaernbach, C. (2010). 相性皮膚電気反応の連続的測定法. Journal of Neuroscience Methods, 190(1), 80-91. doi:10.1016/j.jneumeth.2010.04.028
[2] Fowles DC, Christie MJ, Edelberg R, Grings WW, Lykken DT, Venables PH. 皮膚電気反応測定に関する論文発表の指針. Psychophysiology, 1981;18(3):232–9.
[3] Wenger CB. 体温調節. In: Freedberg IM, Eisen AZ, Wolff K, Austen KF, Goldsmith LA, Katz SI（編）. 『一般内科における皮膚科学』第1版. ニューヨーク：McGraw-Hill；2003. p. 119–27.
[4] Boucsein W. 『皮膚電気活動』. ニューヨーク：プレナム・ユニバーシティ・プレス；1992年.
[5] Critchley, H. (2002). 書評：『Electrodermal Responses: What Happens in the Brain』. The Neuroscientist, 8(2), pp.132-142.
[6] Anders, S., Lotze, M., Erb, M., Grodd, W. および Birbaumer, N. (2004). 感情の価値と覚醒を支える脳活動：反応関連fMRI研究. Human Brain Mapping, 23(4), pp.200-209.
[7] Dawson ME, Schell AM, Filion DL. 皮膚電気反応系. In: Cacioppo JT, Tassinary LG, Berntson GG（編）. 心理生理学ハンドブック. ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局；2007. p. 159–81.
[8] Kreibig, S. D. (2010). 感情における自律神経系の活動：総説. Biological Psychology, vol. 84, no. 3, pp. 394–421.
