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筆記動作分析とは、筆記や描画に関わる動作の研究と分析のことです。これは、1982年にオランダのナイメーヘンで開催された「筆記動作分析に関する国際ワークショップ」をきっかけに確立されたグラフォノミクスの重要な一部を形成しています。このワークショップは、その後も継続的に開催される国際グラフォノミクス会議の第一回目となりました。グラフォノミクスの最初のマイルストーンは、Thomassen、Keuss、Van Galen、Grootveld (1983) によるものです。
手書きは、歴史的に見て最も広く教えられている運動技能と考えられています。また、小学校で子供たちが最初に、そして多くの場合唯一学ぶ運動技能の一つでもあります。大人の手書き技能を習得するには、長年の練習と成熟が必要です。手書きは、紙にインクの痕跡を残す動作（成果物）としてだけでなく、動作（プロセス）としても捉えることができます。手書きのプロセスを理解しない限り、手書きの成果物を完全に理解することはできません。そのため、測定技術が利用可能になって以来、手書きの動作に関する研究が行われてきました。
しかし、筆記動作の研究に関心のある人が筆記動作の記録と処理を手軽に行えるようになるまでには、3つの要素が必要でした。筆記動作を捉える装置、動作データを保存・処理する実験用コンピュータ、そして、未検証のカスタムソフトウェアをプログラミングすることなく、特定の実験パラダイムの下で研究者がこれらの作業を行えるようにするコンピュータソフトウェアです。筆記動作分析ソフトウェアは、描画、目と手の協調、あるいは研究者がペンを使って動作を記録したいその他のあらゆる状況の研究にも使用されます。
エリシャ・グレイの「Telautograph」、米国特許第386,815号（1888年）に続き、同様の特許がさらに4件（1891～93年）取得された。ジャン・ルナール・ワード著「ペンコンピューティングと手書き認識に関する注釈付き参考文献」を参照。[ 1 ]手書き文字は、電線でのみ送信され、他の場所でリアルタイムに再現されることができた。スクリプチャー（1895年）は、紙上のペン位置を100Hzで保存できる筆記装置を開発した 。この装置により、個々の筆記ストロークの持続時間を測定することが可能になった（マカリスター、1900年）。
手書きの動きは速く、反復性がなく、基本周波数は約 5 Hz、帯域幅は約 10 Hz です。 20 Hz のサンプリング レートで理論的には十分ですが、リサジュー のような手書きや描画のストロークを適切に視覚化するには、アップサンプリングが必要になります。 100 Hz などの必要以上に高いサンプリング レートが望ましいです。これは、機器と量子化ノイズを√ 100/20 = √ 5倍に低減して、ローパス フィルタリングまたは平滑化されたデータも可能にするためです。膨大な数のサンプルを保存、処理、視覚化するには、実験室用コンピュータが必要です。 コンピュータが研究室で利用可能になるまで 50 年以上かかりました。デジタルコンピュータが研究に利用可能になるまでは、電子アナログ コンピュータが使用されていました。 Wang Laboratories、Digital Equipment Corporation (DEC)、Apple Inc.、IBM PC (Personal Computer)、Norsk Data、Atari、Osborne Computer Corporation、Data Generalなどです。これらの革新的なミニコンピュータおよびマイクロコンピュータ企業のほとんどは、事業を停止している。
コンピュータに接続できる手書き文字を正確に記録する最初のデバイスは、現在私たちが知っている電子ペンを備えたグラフィックスタブレット、またはデジタイザ、XYタブレット、グラフィックスパッドでした。最も初期のタブレットには、1957年にコンピュータ入力と手書き文字認識用のペンを備えたStyalator電子タブレット[ 2 ]とVector General の市販製品があります。Vector General製品は、スタイラスの位置を100Hzで報告し 、0.1cmの精度を謳っていました 。一般的なタブレットは、ペンの位置を電磁的に検出します。タッチセンシティブタブレットは、何らかの手拒否機能を実装しない限り、タブレットに手が置かれている状態では使用できません。タブレットにはディスプレイが内蔵されているものもあります（タブレットPCなど）。今日でも、手書きタブレットは手書き文字を記録するためのゴールドスタンダードです。サンプリングレートは、ヒューマン入力デバイス（HID） の最小レートが少なくとも 133 Hz であるべきと決定されるまで100 Hz でしたが、サンプリングレートは 133 ～ 200 Hz に引き上げられました。利点は、デバイス ノイズと量子化ノイズが 15% ～ 40% 低減されることです。デジタイザ技術は、最も正確でコスト効率の高いポインティング デバイスに属します。一定周波数で 0.01 cm の動的精度が達成可能です。不透明タブレットは、ディスプレイ デジタイザも製造しているWacom 、Euronovate SA、Hanvon、 [ 3 ] VisTablet、[ 4 ] Adesso、[ 5 ] Genius [ 6 ]によって製造されています。
ペンベースの手書き文字キャプチャデバイス[ 7 ]が開発されてきたが、タブレットの精度には達していない。現在、 Anoto社製のものなど、手書き文字を「記録」する多くの新しいシステムや、EMGベースのシステムが 市場に登場している。
多くのペン動作記録システムは、ペン先の位置のx座標とy座標だけでなく、ペン軸の圧力、ペン軸のx軸とy軸の傾き、またはペン軸の高度と方位角も記録します。
手書き動作測定システムでは、以下の項目を捉えることができます。
オプションとして、デジタイザーはタブレットに対するペン軸の向きを出力できます。
理想的には、各座標セットは同時に一定の周波数でサンプリングされ、非等時サンプリングを補正するために各座標にタイムスタンプが含まれるべきです。デジタイザで測定できるその他の機能（主に旧モデル）には、ペンの高さ、ペン軸の回転、およびグリップ力（例えば、3本の指で握る部分）などがあります。
筆記動作は 、運動学、人間の運動科学、手の生体力学、微細運動制御、利き手、人間とコンピュータの相互作用、視覚運動制御、視覚フィードバック、目標指向運動、描画、実験心理学、精神医学、錐体外路症状（EPS）または投薬による運動副作用、神経学、運動障害、パーキンソン病、ジストニア、書痙、理学療法、矯正筆記指導、作業療法、児童発達、発達障害、教育、初等教育、ホームスクーリング、再教育、言語学、言語、コミュニケーション、吃音、法医学文書検査、文書分析、法医学文書検査または問題文書検査、署名検証と識別、筆記画像分析、コンピュータ科学、人工知能、筆記認識など、多くの分野から研究されています。
次の波は、多くの場所で手書き文字を記録できるパッケージソフトウェアの登場でした。初期のソフトウェアシステムのほとんどは大学の研究者によって開発され、多くの場合、それを使用できるのは彼らだけでした。今日でも、未知のコンピュータにインストールでき、少しの慣れさえあれば、これまで関わってこなかった他のユーザーも使用できるパッケージソフトウェアを提供することは、大きな成果と言えるでしょう。
ここ数年で、筆跡動作分析の分野に関心を持つ多くの研究者が利用できるソフトウェアパッケージが市場に登場した。
最初に販売された筆記動作分析は、Science And Motion [ 8 ]の CSWin で、ドイツのミュンヘンで Christian Marquardt と Norbert May によって開発されました。CSWin はドイツで販売され、多くのドイツの病院で使用されています。500 人の書痙患者の治療に使用されました。現在の会社はゴルフのトレーニングに特化しており、2003 年に設立され、オーナーの Christian Marquardt が経営しています。彼らの最も古い出版物は Marquardt と Mai (1994) によるものです。
もう一つの初期のシステムは、オランダのKikoSoft社が1995年にPeter De Jong氏によって設立したOasisです。Oasisは、柔軟なマクロ言語によってカスタマイズできます。1998年には、このシステムを使用して精神薬理学的研究のための自動テストバッテリーであるOrgabatが開発されました。Oasisに関する最も古い文献の一つは、De Jong、Hulstijn、Kosterman、およびSmits-Engelsman（1996）によるものです。
コロンビア大学では、セス・プルマン教授がプルマン螺旋取得分析法を開発しました。[ 9 ]これはパーキンソン病患者の振戦を検査するために使用されます。2002年、プルマンは米国特許第6,454,706号「運動機能を臨床的に評価するためのシステムおよび方法」を取得しました。パーキンソン病などの運動障害のある患者は螺旋を描きます。ソフトウェアは、一次滑らかさ、二次滑らかさ、螺旋のタイトさ、ゼロ交差率、二次ゼロ交差率を計算し、これらのスコアから重症度スコアを導き出します。このシステムにより、運動障害の評価に熟練または経験のない医師、例えば神経学の診療の認定を受けていない一般開業医や小児科医でも、客観的に運動機能を評価できます。彼の螺旋分析に関する初期の論文はプルマン（1998）によるものです。
もう一つの筆跡分析システムは、米国コロラド州ボルダーのVerifax社が開発したNeuroskillです。同社は1990年にルース・シュライマン博士とアレックス・ランダウによって設立されました。Neuroskillは、生体認証測定、セキュリティ目的、パーキンソン病治療薬の効果測定のために設計され、運動障害にも多くの応用があります。Verifax社は、遠隔から署名を検証するための生体認証ツール（VeriFax Autograph Technology）の開発を目指して事業を開始しました。Verifax社は、カスタマイズされたNeuroskillソフトウェアに用途に応じた修正を加えて、さらに2つのアプリケーションを開発しました。薬物乱用スクリーニングと検出、有毒吸入物質と環境ストレスのモニタリング、セキュリティ/プライバシー保護と偽造検出のための正確な署名識別です。ターゲット市場には、神経筋疾患センター、薬物およびアルコール乱用クリニック、産業保健センター、セキュリティ業界などが含まれます。その過程で、神経筋疾患を研究する医師のための臨床モニタリングツールとして、生体認証測定に自社の技術を応用しました。
2003年、NeuroSkill社は米国特許第6,546,134号「ヒトの微細運動制御評価システム」を取得しました。同社の手法は、行動信号の相関関数分析（CFA）を用いて、筆記動作の安定性、滑らかさ、同期性を神経機能の定量化指標として推定します。CFAは、筆記ストロークの安定性や、筆記体サンプルを再現する際の位相歪みの特性を表す数値スコアとグラフを返します。
別の用途としては、独自の筆記具であるVeriFax Impairoscopeを用いて、ストレス、生理的障害、アルコールや薬物の乱用によって引き起こされる身体的および精神的なパフォーマンスの低下について、重要なスキルを持つ人々（例：航空機のパイロット、バスの運転手）を評価するというものがあった。この最後の用途では、宇宙空間での使用に適したImpairoscopeの改良版を用いて、ストレス、疲労、過重な作業負荷、宇宙居住空間における有害化学物質の蓄積などの影響に関して、宇宙飛行士のパフォーマンスを評価する可能性が示された。
2009年、iNeuroskillという新しい事業体のもとでiNeuroskillウェブポータルが設立されました。このウェブサイトでは、パーキンソン病患者がデジタルタブレットで記録した署名をアップロードできます。患者は、チャート分析の形で、細かい運動機能に関する即時のフィードバックを受け取ります。[ 10 ]彼らの最も古い論文は、Morgenthaler、Shrairman、およびLandau（1998）によるものです。
MovAlyzeRは、米国アリゾナ州テンピのNeuroScript社によって開発されました[ 11 ]。NeuroScript社は、1997年にジョージ・ステルマック教授（現在は退職）とハンス＝レオ・テューリングス博士によって設立されました。1999年にグレゴリー・M・ベイカーがMovAlyzeRの設計者兼実装者として加わりました。この手書き動作分析ソフトウェアは、統合失調症治療薬による動作の副作用を、現在精神医学で使用されている従来の評価方法よりも正確に識別できることを初めて実証したものです（国際特許出願中）（Caligiuri et al., 2009a, b）。MovAlyzeRは現在、Microsoft Windows XPおよびVistaで認証されている唯一の手書き動作分析ソフトウェアです。MATLABと統合して、スキャンした手書きサンプルの画像処理を実行できます。 MovAlyzeRは、人間の運動科学、運動学、心理学、教育、加齢研究、精神医学、神経学、作業療法、法医学文書鑑定、コンピュータ科学（手書き認識、署名検証）の研究から、これらの分野における教育デモンストレーションや学生プロジェクトまで、幅広い分野で使用されています。MovAlyzeRに関する最も古い文献は、Teulings and Romero (2003)、Teulings and Van Gemmert (2003)、Romero and Teulings (2003)です。
ハイファ大学では、サラ・ローゼンブラム博士とパトリシア・L（タマル）・ワイス氏らが、MATLABを用いてPOET（Penmanship Objective Evaluation Tool）と呼ばれるコンピュータ化された筆記評価システムを開発しました。このシステムは、視覚刺激を与え、筆記動作を記録・分析するために使用されました。彼らは、紙の上でのペンの動き（エアストローク）である「空気現象」について研究しました。POETに関する最も古い記述は、Rosenblum、Parush、Epstain、およびWeiss（2003）の論文にあります。
その後すぐに、POETはさらに開発され、ComPET（Computerized Penmanship Evaluation Tool）と改名されました。これは、書字障害、発達性協調運動障害（DCD）の子供や、多発性硬化症（MS）、うつ病、アルツハイマー病、パーキンソン病、加齢の影響など、さまざまな病態を持つ成人の研究に使用されます。[ 12 ]また、ポリグラフなどの言語ベースの嘘発見技術にも使用されます。
Eye and Pen [ 13 ]は、ポワティエ大学 (フランス) で開発された、手書きと視線の動きを同期的に記録するソフトウェアです。最初のバージョンは、テキスト作成における一時停止と書き込みの期間を研究することを目的としていました (G-Studio; 1994)。MS-Windows をサポートするために完全に書き直された後、書き込み中の読書と情報検索についての洞察を得るために視線の動きの記録が追加されました。その進化は、主にポワティエ大学の心理学研究室 (Denis Alamargot、Eric lambert、Cyril Perret、Thierry Olive) の手書き研究者との協力の成果です。現在では、音声録音、同期信号 (他のコンピュータ、ソフトウェア、またはデバイスとの間で)、データタグ付けツール、さまざまなデータフィルタリングおよび抽出モジュールを統合し、マルチモーダル研究への道を開いています。商用配布 (2004 ～ 2018 年) の後、現在は無料で配布されています。 EyeとPenに関する最も古い言及は、ChesnetとAlamargot（2005）、Alamargot、Chesnet、Dansac、Ros、C.（2006）である。
MedDrawは、英国のケント大学とフランスのルーアン大学が共同で進めている、コンピュータベースの描画タスク診断・リハビリテーションシステムプロジェクトで、リチャード・ゲスト博士がコーディネーターを務め、2003年に開始されました。このプロジェクトは、堅牢で最先端の、かつ使いやすい臨床システムを開発し、さまざまな臨床症状に対して客観的な診断推奨事項を提供することを目指しています。彼らは、視覚野における空間無視と運動障害の組織化の検出に重点を置いています。彼らは、これらの障害の描画ベースの診断に引き続き注力します。MedDrawについて言及した最初の研究論文は、Kaplani、Guest、およびFairhurst（2005）とGlenat、Heutte、Paquet、およびMellier（2005）によるものです。このプログラムは2006年以降オフラインになっています。
拡張描画テストは、腕と手の機能を評価するコンピュータ化されたグラフォノミクス評価です。EDT は、被験者が左右両方の手で垂直線を描く能力を測定します。腕の粗大な動きと指の細かい制御のパフォーマンスを比較するために、被験者はタブレットのペン (指で持つ) またはマウス (手全体で持つ) のいずれかを持って線を描きます。後者の動きには指の動きは含まれません。3 歳から 70 歳までの健康な人を対象とした基準値が確立されています。健康な人の基準値からの逸脱は、患者グループによって異なる病態を反映します。たとえば、片麻痺の脳卒中患者などです。EDT について最初に言及した論文は、Vuillermot、Pescatore、Holper、Kiper、および Eng (2009) です。
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