概要と主なポイント

GSR（皮膚電気反応）は、EDA（皮膚電気活動）とも呼ばれ、交感神経系によって制御されるエクリン汗腺の活動に伴う皮膚伝導度の変化を測定するものです。iMotionsでは、Shimmer、BIOPAC、PLUX Biosignalsとの連携によりGSR/EDAデータを収集し、マルチモーダルなデータストリーム間で完全な時間同期を実現しています。

信号は次のように分解される：

SCL（皮膚伝導度）→ 基線覚醒状態
SCR（皮膚伝導度反応）→ 事象関連の相性ピーク

主な計算指標には以下が含まれます：

SCRのピーク数（事象関連反応）
ピーク振幅（応答強度）
立ち上がり時間（応答速度）
半減期（基準値への回復）

iMotionsは、R Notebooksを使用してEDAデータを自動的に処理します。具体的には以下の機能が含まれます：

信号フィルタリング（例：バターワース）
トニック／ファジック分解
ピーク検出とイベントの同期

GSR/EDAは感情的覚醒の強度を測定する有効性が確認された指標であるが、：

感情の価値（ポジティブかネガティブか）は測定しません

GSR/EDAは、以下の分野で広く利用されています：

1. iMotionsにおけるGSR/EDAとは何ですか？

皮膚電気反応（GSR）は、皮膚電気活動（EDA）とも呼ばれ、交感神経系によって引き起こされるエクリン汗腺の活動の変化を反映する、皮膚表面の変動する電気伝導度として定義される。

EDAは現在の科学的な標準用語ですが、GSRは産業界や応用研究の分野では依然として広く使用されています。その他の関連用語としては、皮膚伝導反応（SCR）、皮膚伝導レベル（SCL）、電気皮膚反応（EDR）、および心理ガルバニック反射（PGR）などがあります。iMotionsでは、両方の慣例に対応するため、このモジュールは「EDA/GSR」と表記されています。

GSRは、皮膚表面（通常は指の手のひら側や手のひら自体）に配置した2つの電極に、微弱で一定かつ感知できない電圧を印加し、その結果生じる電気伝導度をマイクロジーメン（μS）単位で測定することで測定されます。

感情的に関連する刺激、驚愕を誘う刺激、脅威となる刺激、あるいは認知的に負荷のかかる刺激によって交感神経系の活動が高まると、エクリン汗腺の分泌量が増加する。この変化により皮膚の電気的性質が変化し、導電率の測定可能な上昇が生じる。

GSRは感情的覚醒の指標として分類され、感情体験の強度次元（人がどれほど強く活性化されているか）として定義され、その感情の価値（体験が肯定的か否定的か）とは無関係である。大きな音、興奮を誘う報酬、嫌悪感を伴う画像、そして性的な刺激は、いずれも同程度のGSR反応を引き起こし得る。

このため、GSRは感情を測定する単独の指標として用いるべきではないが、感情の極性（ポジティブ／ネガティブ）を捉える指標（例えば、表情分析、自己報告、心電図に基づく指標など）と組み合わせることで、非常に有益な情報を得られる。

2. 理論的基礎：交感神経系と汗腺の活動

手や足の掌・足底にあるエクリン汗腺は、自律神経系の交感神経系のみによって支配されている。心拍数など、交感神経と副交感神経の両方の調節を反映する他の生理学的指標とは異なり、GSRは純粋に交感神経系の指標である。感情の高ぶり、ストレス、認知的努力、あるいは注意を要する出来事など、交感神経の活性化が高まると、エクリン汗腺の活動が増加し、皮膚伝導度が上昇する。

GSRは、2つの異なるが重なり合う要素を反映しています：

皮膚伝導度レベル（SCL）：GSR信号のうち、基線として持続し、緩やかに変化する成分。SCLは、長期間（数分から数時間）にわたる自律神経系の全体的な覚醒状態を反映し、水分補給の状態、皮膚温度、および持続的な感情状態によって変動する。1回の測定セッション内では比較的安定しており、長期にわたる覚醒状態の検出に最も有用である。
皮膚伝導反応（SCR）：特定の事象に対する反応として生じる交感神経の短時間の活性化を反映する、GSRの相対的かつ急速に変化する成分。SCRは、SCLのベースライン上に重なるピークとして現れる。刺激の約1～5秒以内にSCRが生じた場合、それは事象関連SCR（ER-SCR）に分類される。特定できる誘因のない自発的なピークは、非特異的SCR（NS-SCR）に分類され、通常、1分間に1～3回発生する。

3. iMotionsにおけるGSRの仕組み：ステップバイステップのパイプライン

手順 1：電極の配置と装置の設定

GSR電極は、非利き手の2本の指（通常は人差し指と中指）の掌側に、装置に応じて等張性ゲルを塗布したAg/AgCl電極ディスク、またはドライ電極を用いて装着します。電極の位置を一定に保つことで、測定値のばらつきを抑えることができます。被験者は、動きによるアーチファクトを最小限に抑えるため、動かないようにしてください。

ステップ2：シグナルのストリーミングと可視化

GSRデバイスは、皮膚電気伝導度のデータをiMotions Labにリアルタイムで継続的に送信します。研究者は、このライブ信号を監視し、ベースラインの安定性とアーチファクトの低さを確認します。

ステップ3：刺激の提示とタイムスタンプの同期

GSRの記録は刺激提示と並行して行われる。信号のタイムラインにはイベントマーカーが埋め込まれており、解析時に刺激に関連するSCRを特定することが可能となる。

ステップ4：Rノートブックの信号処理

iMotions GSR R Notebookは、以下の機能を自動化します：

信号品質の評価
ローパス・バターワースフィルタリング（約5 Hz）
基調成分（SCL）と相成分（SCR）への分解
ピーク検出（例：0.01 μS 以上の閾値）
振幅、立ち上がり時間、および半減回復時間の計算

また、エポック処理にも対応しており、刺激に対する定義された時間枠内で応答を集計します。

ステップ5：データのエクスポート

エクスポートされる出力には、生のGSR信号、SCL、SCR、検出されたピーク（タイムスタンプ、振幅、立ち上がり時間、回復時間）、およびイベントマーカーが含まれ、これらはCSV形式で出力されます。

4. 対応ハードウェア

シマー・リサーチ

Shimmer3 GSR+は、iMotionsとネイティブに統合された、コンパクトでウェアラブルなワイヤレスGSRセンサーです。Shimmer3 GSR+は、Bluetooth経由でiMotionsに接続し、実験室でのGSR記録と外出先でのGSR記録の両方をサポートします。これは、iMotionsを用いた研究において最も広く使用されているGSRデバイスの一つです。

BIOPACシステムズ

BIOPACのGSRモジュール（GSR100Cアンプ、BionomadixワイヤレスGSRシステム）は、iMotionsと統合された研究用グレードの有線およびワイヤレスGSR記録機能を提供します。BIOPACのラボグレードシステムは、管理された実験室環境におけるGSR信号の忠実度を評価するための基準として広く採用されています。

PLUX バイオシグナル

biosignalsplux GSRセンサーはiMotionsと統合されており、学術研究および臨床現場でのGSR測定の両方に適しています。PLUXセンサーは、振幅の小さいSCRイベントも検出できるよう最適化された低ノイズの信号処理技術を採用しています。

GSR/EDA ハードウェアの選定

EDA/GSR Electrodermal Activity

5. 主要指標と成果

GSRの生データ

生GSR信号とは、マイクロシメンス（μS）単位で測定された、未処理の連続的な皮膚伝導度の時系列データを指します。この生信号には、基線となる持続性SCLと、それに重畳した相性SCR成分の両方が含まれており、その後のすべての分解処理およびピーク解析の入力として用いられます。

皮膚伝導度レベル（SCL）

SCLは、相性SCRの寄与を除去した後のGSR生信号から抽出されるトニック成分である。SCLは、長時間にわたる持続的な自律神経興奮の指標として、また実験条件間のベースライン比較のために用いられる。

GSRのピーク数

GSRのピーク数は、所定の時間間隔内に検出された個別のSCRピークの数として定義される。ピーク数は、事象関連実験デザインにおいて一般的に用いられるGSRの要約指標であり、刺激条件ごとのピーク数は、その刺激カテゴリーが引き起こした覚醒反応の数を示す指標となる。

ピーク振幅

ピーク振幅とは、SCRピークの開始点（上昇前の谷値）とピークの最大値との間のμS単位の差として定義される。ピーク振幅が大きいほど、先行する刺激に対する交感神経興奮反応が強いことを示す。

ピーク上昇時間

ピーク上昇時間は、ピークの開始からピークの最大値に達するまでの時間を秒単位で表したものです。上昇時間は、交感神経の活性化反応の速度を反映しています。

ピーク半減期

ピーク半減時間は、信号が最大値から、最大値とピーク前のベースラインの中間点まで戻るまでの時間を秒単位で定義する。半減時間は、覚醒事象後の交感神経系の不活性化の速度を反映している。

6. 他の治療法との連携

GSR + 表情分析（FEA）：

GSRは、自律神経の覚醒度（その人がどれほど興奮しているか）を測定しますが、感情の極性（ポジティブかネガティブか）は示しません。 FEAは、視覚的に捉えられる表情の感情的価値（ヴァレンス）を測定します。iMotionsの統合タイムライン内で、GSRに基づく覚醒度とFEAから導出された感情的価値を組み合わせることで、感情のサーカムプレックスモデル（Russell, 1980）に合致する二次元的な感情状態を構築することが可能になります。これは、iMotionsを用いた研究において最も一般的なマルチモーダルな組み合わせの一つです。

GSRとアイトラッキング：

アイトラッキングは、被験者がどこを見ているかを示す連続的な視線データを提供し、GSRは瞬間ごとの覚醒度データを提供します。これらを組み合わせることで、研究者はどの視覚的要素が覚醒反応を引き起こしているかを特定でき、注意行動と並行して、感情的な関与度を刺激と関連付けて精密に分析することが可能になります。

GSR + EEG：

GSRは末梢の交感神経興奮を測定する一方、EEGは認知や感情の処理に関連する大脳皮質の電気的活動を測定する。これらの信号は生理学的に異なる性質を持ち、互いに補完し合う関係にある。すなわち、GSRは自律神経の興奮反応の強度とタイミングを捉えるのに対し、EEGはその根底にある神経プロセスを反映する。この組み合わせは、感情調節の研究、意思決定の研究、およびニューロマーケティングにおいて広く活用されている。

GSR + ECG：

GSRとECGはいずれも自律神経系の活動を反映しています。GSRは純粋な交感神経の指標（汗腺の活動）であるのに対し、ECGは交感神経と副交感神経による心臓調節の複合的な状態を反映しています。iMotionsでこれら両方を同時に測定することで、いずれかの信号単独の場合よりも、自律神経のバランスや覚醒状態の動態について、より包括的な情報を得ることができます。

GSR + 音声分析：

音声分析は、発話における覚醒や感情表現の音響的特徴を捉えるのに対し、GSR（皮膚電気反応）は、そうした声の変化の根底にある生理的覚醒を捉えます。この組み合わせは、声の感情の真実性に関する研究、欺瞞検知、および感情表現の一致度に関する臨床評価を支えています。以下の記事では、GSR（EDA）と音声データを組み合わせることで、どのようにリアルタイムの感情検知が可能になるかについて考察しています。

7. 業界および研究分野別のユースケース

市場調査と広告：iMotionsのGSR/EDAは、広告やコンテンツのテストにおいて最も一般的に使用される指標の一つです。GSRのピークは、広告、小売環境、または製品とのインタラクションにおいて、顕著な覚醒反応を引き起こす瞬間を示しています。GSRは、感情的に訴求力のある瞬間を特定したり、クリエイティブ要素の影響を評価したり、刺激のバリエーションごとに消費者の反応を比較したりするために使用されます。

UXリサーチと製品テスト：UXリサーチャーは、ユーザーインターフェースとのやり取り、ウェブサイトのナビゲーション、および製品ユーザビリティテストの実施中に、GSR（皮膚電気反応）やEDA（眼球運動解析）を用いて覚醒度やストレスを測定します。タスク遂行中のGSR活動の亢進は、参加者が言葉にできなかったり、正確に自己報告できなかったりするような、フラストレーションを感じたり、混乱したり、あるいは強い関心を寄せたりするインタラクションの瞬間を特定する手がかりとなります。

学術心理学および心理生理学：学術研究者は、恐怖条件付け、注意、認知負荷、ストレス、感情調節、および臨床的心理病理学に関する研究において、交感神経興奮の標準的な指標としてGSR（皮膚電気反応）およびEDA（脳波）を用いている。GSRは19世紀半ばにまで遡る長い検証の歴史を持つ心理生理学研究において、この分野で最も多く研究されている生理的興奮指標の一つである。

臨床研究：臨床研究者は、iMotionsのGSR（皮膚電気反応）を用いて、不安障害、PTSD、統合失調症、自閉スペクトラム障害といった、皮膚電気反応の変動性や安定性に変化が見られる疾患群における自律神経失調を評価しています。GSRは、言語による自己報告能力が限られている臨床対象者にも適した、非言語的かつ非侵襲的な自律神経反応の指標となります。

人間工学と安全研究：人間工学の研究者は、安全が極めて重要な作業環境において、作業負荷、ストレス、および覚醒度を測定するために皮膚電気反応（GSR）を活用している。シミュレータを用いた研究（運転、航空、産業制御など）において、GSRは交感神経の活性化を上昇させるタスク条件や環境要因を特定し、それによってオペレータのストレスや覚醒度が高まっていることを示す。

VR研究：iMotionsの研究では、没入型仮想環境下における生理的覚醒度を測定するため、GSR（皮膚導電反応）やEDA（皮膚電気活動）がVRと組み合わせて使用されることがよくあります。VR環境は、参加者が身体的に静止している状態でも強い感情的反応を引き起こす可能性があるため、GSRは仮想コンテンツに対する感情的な没入度を測る感度の高い指標となります。

8. 他の方法に対する利点

GSRと自己報告式覚醒尺度との比較：自己報告式覚醒尺度では、自身の内面状態を意識的に把握し、それを言葉で表現し、正直に報告することが求められる。一方、GSRは交感神経系の覚醒状態を、継続的かつ非侵襲的、かつ客観的に測定するものであり、被験者の努力や言語能力を必要とせず、社会的望ましさバイアスの影響を受けず、また、事後的にではなくリアルタイムで覚醒反応を捉えることができる。

GSRとコルチゾールの比較：唾液中コルチゾールは、視床下部・下垂体・副腎系のストレス反応を示す検証済みのバイオマーカーであるが、ストレス発生から20～30分後にピークに達するため、瞬間ごとの覚醒状態を追跡することはできず、また、実験課題を中断させる検体採取手順が必要となる。一方、GSRは、検体採取の負担なく、実験セッション中に連続的かつリアルタイムで覚醒状態を追跡することができる。

GSRと瞳孔測定の比較：瞳孔の拡張（iMotionsの視線追跡機能により測定）も交感神経系の活性化を反映しており、状況によっては覚醒度の代用指標となり得る。瞳孔測定には視線追跡装置が必要であり、覚醒状態とは無関係に反射的な瞳孔反応を引き起こす輝度変化の影響を受ける。一方、GSRは視覚刺激の輝度による影響を受けず、交感神経系の覚醒度をより直接的かつ十分に検証された指標として提供する。

9. 制限事項および留意点

GSRは感情の「強さ」を測定するが、「価値」は測定しない GSRを単独の測定指標として用いる際の最大の限界は、それが感情的な興奮の強さを反映するものの、その体験が肯定的か否定的かを示さない点にある。嬉しい驚きと恐ろしい出来事でも、同程度のGSR反応が得られる可能性がある。したがって、感情に関する研究デザインにおいては、GSRは常に感情の「価値」を測定できる指標と組み合わせて用いるべきである。

反復刺激に対する慣れ：同じ刺激を繰り返し提示すると、GSR反応は慣れが生じ、振幅と頻度が低下する。刺激の新規性は、GSRのピークが生じる主な要因である。反復測定デザインや、同じ種類の刺激を複数回提示する必要がある研究では、分析において慣れの影響を考慮しなければならない。

運動アーチファクトの影響：手や腕の動きを含む身体の動きは、GSR信号に運動アーチファクトを引き起こします。有効なGSR測定を行うには、被験者に静止するよう指示するとともに、解析時に運動アーチファクトを自動的に検出・フラグ付けする必要があります。手首装着型デバイス（Empatica E4）は、指装着型電極に比べて運動アーチファクトの影響を受けやすい傾向があります。

個人間および人口統計学的変動：GSR振幅およびベースラインSCLは、エクリン腺密度、水分量、皮膚温度、年齢、および薬物使用の違いにより、個人間で大きく異なる。一部の被験者は皮膚電気反応が不安定（自発的なSCRが頻繁に生じる）と分類され、他の被験者は皮膚電気反応が安定（自発的なSCRがほとんど生じない）と分類されるが、この区別には既知の遺伝的および臨床的相関関係がある。被験者間のGSR振幅の比較には、適切な正規化または被験者内設計が必要である。

10. よくある質問：iMotionsにおけるEDA/GSR

iMotions GSRは何を測定するのですか？

iMotions GSRは、交感神経系の活性化によって引き起こされるエクリン汗腺の活動に応じて変化する、皮膚表面の電気伝導度を測定します。このモジュールは、GSRの生データ、定常皮膚伝導度（SCL）、相性皮膚伝導度反応（SCR）、事象関連ピーク数、ピーク振幅、立ち上がり時間、および半減回復時間を生成します。

GSRはEDAと同じものですか？

皮膚電気反応（GSR）と皮膚電気活動（EDA）は、交感神経系の汗腺活動によって引き起こされる皮膚の電気伝導度の変化という、同じ生理学的現象を指します。EDAは現在の科学界における標準的な用語ですが、GSRは産業界や応用研究の分野で広く使用されています。iMotionsでは、両方の慣例に対応するため、このモジュールをEDA/GSRと表記しています。

GSR検査では、感情的な反応が肯定的か否定的かを判別できるのでしょうか？

GSRだけでは、感情反応が肯定的か否定的かを区別することはできません。GSRは交感神経系の覚醒の強度を測定するものであり、その価値（肯定的・否定的）を測定するものではありません。覚醒反応が肯定的か否定的かを判断するには、GSRを、表情分析（FEA）、音声分析、あるいはiMotionsにおける自己報告といった、価値（肯定的・否定的）を捉えることができる測定法と組み合わせて使用する必要があります。

iMotionsにおいて、どのハードウェアがGSR/EDAに対応していますか？

iMotionsは、Shimmer Research（Shimmer3 GSR+）、BIOPAC（GSR100C、Bionomadixワイヤレス）、およびPLUX Biosignals製のGSR/EDAハードウェアをネイティブに統合しています。ハードウェアの選択は、信号の忠実度、装着感、移動時の使用可能性、および被験者の電極に対する耐性といった研究要件に応じて決定されます。

GSRピーク検出とは何ですか？また、iMotionsではどのようにこれを行っているのでしょうか？

GSRピーク検出とは、GSR信号中の個別の相性SCRイベントを自動的に識別することです。 iMotionsでは、GSR R Notebookを用いてピーク検出が行われます。この処理では、以下の手順が適用されます：相性信号のローパスフィルタリング、オンセットポイント（信号が閾値（通常0.01 μS以上）を上回る点）の特定、およびオフセットポイント（信号が閾値（通常0 μS未満）を下回る点）の特定です。検出された各ピークは、振幅、立ち上がり時間、および半減回復時間によって特徴付けられます。

その他のマルチモーダル・リーディング

参考文献

Boucsein, W. (2012). 『皮膚電気活動』（第2版）. Springer.
Dawson, M. E., Schell, A. M., & Filion, D. L. (2007). 皮膚電気反応系. In J. T. Cacioppo, L. G. Tassinary, & G. G. Berntson (編), 『心理生理学ハンドブック』（第3版、pp. 159–181）。ケンブリッジ大学出版局。
Fowles, D. C. ほか (1981). 皮膚電気反応測定に関する論文発表の指針. Psychophysiology, 18(3), 232–239.
ラッセル, J. A. (1980). 感情のサーカムプレックス・モデル. 『Journal of Personality and Social Psychology』, 39(6), 1161–1178.
Benedek, M., & Kaernbach, C. (2010). 相性皮膚電気活動の連続的測定法. Journal of Neuroscience Methods, 190(1), 80–91.

iMotionsにおけるGSR/EDA（皮膚電気活動）：包括的な技術・研究ガイド