認知と心理 視覚認知 慶應義塾大学 今井むつみ
私たちの「見ている」ものは単なる 網膜に映った像ではない • • 錯視 恒常現象 奥行きの知覚 運動時の物体の知覚
脳の視覚経路 (下から見た図)
恒常現象 • 光源、距離、角度などの観察条件によって、 網膜入力の特徴はさまざまに変化する。そ れでも私たちには対象の普遍の康応や性 質が難なく知覚される。つまり、外界の物 体の不変の性質を不変のものとして知覚 する – 大きさの恒常性→網膜の像の大きさは対象へ の距離や見る角度によって異なるのに私たち は恒常的な大きさを知覚できる
錯視 • 物理的特徴（網膜像の特徴）とはちがう特 徴を知覚してしまう現象の総称 • http: //www. brl. ntt. co. jp/Illusion. Forum/basic s/visual/index. html
ミュラー・リアー錯視
ボッケンドルフの錯視
ボンゾの錯視
奥行きの知覚 • そもそも網膜への光の投影は二次元の（ 平面）のものなのに、我々は三次元の世界 をどうして「知覚」できるのか
運動時の物体の知覚 • 網膜は自分が制止している場合の物体の 運動と、自分自身の運動により網膜上のイ メージの変化をどうして区別できるのか
ヘルムホルツ 「視覚認知とは無意識に行う推論のことであ る」 視覚認知 →様々な心的計算によって網膜上のイメー ジを再構成するプロセス
世界を知覚するためにシステムが計算しな ければならない問題 • 「何」があるのか(what) • 「どこに」あるのか(where) • モノがどのように運動したり作用したりする のか(how)
Where? 頭頂葉 背側経路 （空間視経路) 前頭葉 後頭葉 側頭葉 What? 腹側経路 （物体視経路) 外側膝状体 網膜 一次視覚野
世界を「認知」するためには • 個々の物体をそれ以外のモノ（他の物体、 あるいは背景）と分離する • （自分からの、あるいは他の物体からの） 距離、奥行きを計算する • 物体の運動のしかた（どのくらいの速度で 動いているか、どの方向に動いているかな ど）を計算する
分離(segregation) （1） • ある対象を他のもの（他の物体や背景）と 分離するにはその対象をひとつの「モノ (object)」として認識し、その輪郭を同定す る必要がある • 物体の位置と形はさまざまな情報から計 算される – 例 影の情報の利用(Cavanough &Leclerc, 1989)
分離（２） • ゲシュタルト学派が提唱した物体分離知覚に 働く要因 図(figure)と背景(ground)の関係の抽出 図→結合、統合されており、背景と対比 （ただし、どちらが図でどちらが背景 なのか曖昧な場合もある）
分離（３） 図を認識する際に用いられる原則 • • 近接の原則 類似の原則 連続性の原則 閉鎖の原則
距離、奥行きの計算（１） • 人はさまざまな情報源から奥行きや距離を 判断する – 単眼情報 • • 線形パースペクティヴ 肌理(texture)の勾配 遮蔽 運動視差 – 両眼情報 • 立体視(steropsis)
距離・奥行きの計算（２） 線形パースペクティヴ、肌理の勾配 • 線形パースペクティヴ 平行な線が近づいていくと距離が遠くなると 知覚され、平行な線が離れていくと距離が近くな ると知覚される • 肌理の勾配 ある対象の表面の肌理は距離が近いほど細 かくなり、遠いほど荒くなる。また、二次元の描 写では密度が高くなるにつれ遠くに後退するよう に知覚される。
距離、奥行きの計算（３） 遮蔽、運動視差 • 遮蔽 ある対象が別の対象に一部を遮蔽され ている場合、遮蔽された対象はより後方（ 遠い方）にあると知覚される • 運動視差 観察者が動くとき、より近くにある対象は 遠くの対象よりも速く動くように知覚される
距離、奥行きの計算（４） 立体視 • 両眼で世界を見た場合、二つの眼で眺め る角度は多少異なる。 • このため、二つの対象の網膜に映る距離 は多少異なる。 • 人はこの両眼の網膜に映った二つの対象 の距離の相違を実世界での対象の間の距 離や奥行きの計算に用いる。
運動の知覚（１） • 眼球や頭の運動によって外界の静止対象 の網膜像は流動する。それにもかかわら ず対象は以前として静止してみえる。 （しかしまぶたの上から眼球を指で押した 場合、今度は網膜像の移動に応じて外界 全体が動いて見える。薬物によって眼筋を 麻痺させてもそうなる）
運動の知覚（３） 運動の知覚の計算 • 網膜上のイメージの動き 自分自身が動いたため？ 対象が動いたため？ • 視覚システムはそれを決定するために運動感覚 システムからの情報を取り入れ視覚インプットを 矯正する計算を行う • たとえば物体が自分に近づいていく場合に網膜 イメージの広がりのレートから速度を計算したり、 運動によって対象を他の物体から分離したり、形 状を決定したりする。
物体の認識 • 物体の認識における「単位」とは何か – 全体を一つの単位？ – 「原素的特徴(primitive)」に還元できるのか？
物体の認識：特徴ベースモデル • 物体の記憶中の表象は基本的線分などの 特徴の集合として符号化されている • 物体認識のプロセスは、複雑な刺激を特 徴に分解し、長期記憶の中の表象の一覧 と照合すること • このモデルでは特徴とは何か、視覚刺激 がどのように符号化されているのかを明ら かにすることを目標
特徴ベースモデル（２） • ポップアウト現象 垂直な線分の中のななめの線分は見つけ るのが容易。しかし、ななめの線分の中か ら垂直な線分を見つけるのは時間がかか る • 垂直な線分は標準（デフォルト）で、これか らの逸脱（斜めの線分など）は余分な特徴 として符号化されているのではないか
特徴ベースモデルの限界 • 特徴間の空間的、構造的関係を表せない （例えば垂直線分、水平線分などの特徴を検出 したとしてもTと＋の区別がされない • 個々の物体がすでに背景から、あるいは他の物 体から分離されていることを前提にしたモデルだ が、物体認識の大きな問題はどのように物体を 分離し、輪郭の形状を同定するかにある
物体認識の構造的アプローチ • 物体の記述は特徴のリストのみではなく、特 徴の構造的関係の記述が含まれなければ ならない • Reed(1974)の実験 物体が提示され、次に部分が提示される。２番目に提示さ れた部分が最初に提示された物体の一部であるかを判断 →部分の切り分け方によって判断の速度や誤答率が変わ る →単なる線分以上のより自然な「構造」が存在
ビーダーマンのジオン理論 • 特徴と構造の両方を記述した物体認識理 論 • 物体はジオンと呼ばれる要素に分解され る
ジオン理論 • 視覚システムは特定の役に立つ情報に注 目する傾向がある→ジオンの検出 – スムースな連続性 – 結合 – 平行 – 対象
何にみえる？
視覚認知における知識や文脈の影 響
Stroop効果
物体認知における高次認知の影響（２） • Yokosawa&Imai(1997)の研究 • 二つの物体の同異判断課題 • 概念的なつながりがある物体同士を否と 答えるのは二つの物体に概念的なつなが りが無い場合に比べ時間がかかる • 概念的なつながり – 上位概念のつながり – 連想的なつながり
物体認知における高次認知の影響（２） • Yokosawa &Imaiの研究から示唆されるこ と →物体の知覚的な認識(例：ウサギを表す 絵を「ウサギの絵」として同定すること）の 際に概念知識が自動的に働く
シーンの中の物体の認識 • 写真の中の物体を認識、同定する際、写 真の体制化された構造がトップダウン的に 影響を及ぼす
ビーダーマン(Biedreman, 1972)の実験 （１） • 被験者は多くの場面の写真を短時間見る。 その際写真に含まれる物体の一つをター ゲットであることを知らされる。 • テストでは、４つの選択肢の中からターゲ ットの物体を選び出す。
ビーダーマン(Biedreman, 1972)の実験 （２） • シーンの提示のされ方 自然な位置 対 ６分割されてランダムに再構成 • ターゲットを示す矢印が提示される順序 シーンの直前 対 シーンの直後 • ４つの選択肢とシーンを見る順序 選択肢を見てからシーン 対 シーンを見てから 選択肢
シーンの位置情報のトップダウン処理 • 被験者がどこを見ればよいか、何を探すか 知っている場合(事前手がかり、事前選択 肢）でも分割撹拌操作は目標物体の同定 に影響を与えた →シーンの位置情報のトップダウン処理 が自動的に働く
ただし、知識と関係なく自動的に働 くプロセスもある • 見まいとしても見えてしまう。 – カニッツアの錯視 • 考えたり、想像したりすることはできるが、知覚的 に経験することはできない – ネッカーの立方体 • 推論したり想像したりすることは困難であるにも かかわらず、簡単に知覚されてしまう – ペンローズの不可能図形 • 認知的な知識や推論が知覚に影響を与えない 場合もある
–カニッツアの錯視
視覚認知は • 視覚認知は知識に依存しない自動的処理 と知識に依存するプロセスのせめぎあいで ある
3) 顔認知の特殊性 ：顔認識に専門化された処理経路は存在するか？ ① 相貌失認 ② 脳画像研究と紡錘状回 ③ 現在の論争点 (特殊説と熟達化説)
① 相貌失認の研究 ◆ 視覚失認 (Visual Agnosia) ： 基礎的な視覚機能 (視力等)，知能の障害に起因 できない視覚物体認識の障害 1) 主に後側頭葉の腹側面の損傷で生じる 2) モダリティ依存 （聴覚や触覚ならば認識可能) 3) 特定のカテゴリーに選択的な障害が見られる ・ 相貌失認 (Prosopagnosia) Bodamer (1947) ： 顔の認識だけができない．他の物体ならばOK ・ C. Kさん (Moscovitch et al. , 1997) ： 顔の認識だけができる．他の物体は認識不能 ２重解離 (Double Dissociation) ⇒ 顔専門システムの存在
普通の人 ： 果物でできた顔 相貌失認 ： 果物にしか見えない C. Kさん ： 顔にしか見えない
普通の人 ： 本でできた顔 相貌失認 ： 本にしか見えない C. Kさん ： 顔にしか見えない
森の中に顔が 隠されている （1０個以上ある) 普通の人 ： 1分間で 1個のペース で発見できる C. Kさん ：矢継ぎ早に顔を指摘 ．．．というか， 顔の集合写真にしか 見えない
◆ 相貌失認と倒立効果のまとめ 脳の視覚認識システムには２つのシステムがある ① 顔専門のシステム ② 一般的な物体認識シ ステム
脳の活動を調べる方法 (その１) 脳波 (EEG: Electroencephalogram) : 頭皮上に電極を配置する 様々な刺激を提示したときの脳波の違いを調べる
◆ 実験の流れ 1 s
◆ 事象関連電位 （ERP: Event-Related Potential) 平 均 加 算 顔の認知に関連したERP波形 家の認知に関連したERP波形
+9μV Face House T 5 -9μV 300 ms T 6
実験１の結果 外側側頭部位(T 5, T 6)で記録されたERP波形 Face (μV) +6 House Car 0 ← N 170 -6 0 100 200 300 400 500 (ms)
実験２の結果 外側側頭部位(T 5, T 6)で記録されたERP波形 Human Face (μV) +6 Cat Face Dog Face 0 ← N 170 ← 動物は 10 ms遅い -6 0 100 200 300 400 500 (ms)
脳波研究のまとめ 1) 顔に特有な脳波成分 (N 170)が見られた 2) N１７０は動物の顔でも，倒立顔でも生じる 3) しかし，動物の顔や倒立顔は潜時がやや遅れる
脳の活動を調べる方法 (その 2) 機能的MRI (f. MRI) 神経細胞の活動で生じる脳血流と酸素消費の変化を 調べることにより，脳の活動部位を同定する．
f. MRI研究： 顔を提示すると選択的に活動する部位が見られる (Mc. Carthy et al. , 1997) 紡錘状回 (Fusiform Gyrus) ： 顔に対して特に強く応答することが知られている
Tong et al. (2000)のf. MRI研究 ：紡錘状回の応答特性を探る 人の顔でも動物の顔でも強く反応する
Tong et al. (2000)のf. MRI研究 ：紡錘状回の応答特性を探る アニメキャラクターの顔でも強く応答する
Tong et al. (2000)のf. MRI研究 ：紡錘状回の応答特性を探る 正面向きでも，横向きでもFFAは強く反応する
③ 現在の論争点 (特殊説と熟達化説） 顔に特有な現象 ・相貌失認 ・脳波のN 170 ・外側紡錘状回 本当に「顔」に特有なのか？ ・社会的に重要 ・深い情報処理 (個人識別) 顔という物体 ・高度な熟達化 これらの条件を満たせば「顔」以外でも見られるのでは？
Gauthier (2000)のf. MRI研究 ： 専門家が自分の専門領域の物体を見ると， 顔と同じ脳の領域が活動する 顔を提示 車を提示 鳥を提示 車の専門家 鳥の専門家
Gauthier (1999) ： 顔を模擬して作られた未知の３ D物体 (グリーブル) 普通の人には見分けがつかない 数週間に及ぶ専門訓練 を施すと個体識別ができるようになる 訓練前と訓練後でFFAの活動を比較
Gauthier (1999) 訓練前： 顔を見せたときにのみFFAが強く活動 訓練後： 顔とグリーブルの両者でFFAが強く活動
Скачать презентацию 認知と心理 視覚認知 慶應義塾大学 今井むつみ 私たちの 見ている ものは単なる 網膜に映った像ではない
666e2f6bf2de0e643f3c2ade731d93a3.ppt