The Supernumerary hand illusion in augmented reality

The classic rubber hand illusion (RHI) experiment studies the sense of embodiment over a fake limb. Distinguished subcomponents of embodiment are ownership (sense of self-attribution of a body), agency (sense of having motor control), and self-location (the spatial experience of being inside a body), and are typically evoked in either reality or virtual reality. In augmented reality (AR), however, visually present real limbs can be augmented with (multiple) fake virtual limbs, which results in a variation of the RHI, the augmented reality supernumerary hand illusion (ARSHI). Such conditions occur, for example, in first-person AR games and in AR-interfaces for tele-robotics. In this article, we examined to what extent humans can experience the sense of embodiment over a supernumerary virtual arm in addition to one or two real arms. We also examine how embodiment is affected by the perceptual visual-tactile synchronicity of the virtual and real limbs, and by the synchronicity of active movement of the virtual and real hand. Embodiment was measured subjectively by questionnaire and objectively by skin conductance responses (SCRs). Questionnaire responses show that ownership, agency, and self-location can be evoked over the virtual arm in the presence of a real arm, and that they are significantly stronger for synchronous conditions than for asynchronous conditions. The perceptual and motorical synchronous condition with three visible hands led to an experience of owning the virtual hand. These responses further show that agency was also strongly experienced over the supernumerary virtual arm, and responses regarding self-location suggest a shift in sensed location when one real arm was in view and an additional location when both real arms where in view. SCRs show no significant effect of condition, but do show a significant habituation effect as a function of the number of conditions performed by participants. When analyzing the relations at the individual participant level between the questionnaire data and skin conductance, we found two clusters of participants: (1) participants with low questionnaire responses and low-medium SCRs and (2) participants with high questionnaire responses and low-high SCRs. Finally, we discuss how virtual hand appearance/realism and willingness to accept virtual limbs could play an important role in the ARSHI, and provide insights on intricacies involved with measuring and evaluating RHIs.

ラバーハンド錯視（RHI）実験は、偽物の手足に対する身体感覚を研究する古典的な実験である。具現化の下位概念として、オーナーシップ（身体の自己帰属感）、エージェンシー（運動制御感）、セルフロケーション（身体の中にいるという空間体験）があり、通常、現実または仮想現実のいずれかで喚起されるものである。しかし、拡張現実（AR）では、視覚的に存在する現実の手足を（複数の）偽の仮想の手足で拡張することができ、RHIのバリエーションである拡張現実超数値手錯視（ARSHI）が発生することがあります。このような状況は、例えば、一人称視点のARゲームやテレロボット用のARインタフェースで発生する。本稿では、1本または2本の実腕に加え、上腕の仮想腕に対して、人間がどの程度の体感を得ることができるかを検討した。また、仮想肢と実肢の知覚的な視覚触覚の同期性、仮想手と実手の能動的な動きの同期性によって、具現化感覚がどのように影響されるかを検証している。身体性は、アンケートによる主観的な測定と皮膚コンダクタンス反応（SCR）による客観的な測定を行った。アンケートの結果、所有、主体性、自己位置は、実腕の存在下で仮想腕を介して喚起され、非同期状態よりも同期状態の方が有意に強いことが示された。3本の手が見える知覚・運動同期条件では、仮想の手を所有する体験が導かれた。また、自己位置に関する回答では、片方の腕が見えているときに位置感覚が変化し、両方の腕が見えているときにさらに位置感覚が変化することが示唆された。SCRは条件による有意な影響を示さなかったが、参加者が行った条件数の関数として有意な慣れ効果を示した。アンケートデータと皮膚コンダクタンスの関係を参加者個人レベルで分析したところ、参加者に2つのクラスタがあることが判明した。(1)アンケート回答が低く、SCRが低・中位の参加者と、(2)アンケート回答が高く、SCRが低・高の参加者である。最後に、バーチャルハンドの外観／リアルさ、およびバーチャル手足の受け入れ意欲がARSHIに重要な役割を果たす可能性について考察し、RHIの測定と評価に関わる複雑さについての知見を提供した。