生物運動

生物学的運動は、生物の行動から生じる運動である。人間や動物は、経験、識別、および高次の神経処理を通じてそれらの行動を理解することができる。^[1]人間は生物学的運動を利用して身近な行動を識別し理解しており、これは共感、コミュニケーション、および他者の意図の理解のための神経プロセスに関与している。生物学的運動の神経ネットワークは、行動の生物学的運動に関する観察者の以前の経験に非常に敏感であり、身体化された学習を可能にする。これは、ミラーニューロンの研究とともに、身体化認知科学として広く知られている研究分野に関連している。

たとえば、特定の種類の生物学的動作に対する敏感さのよく知られた例としては、熟練したダンサーが他の人のダンスを観察することが挙げられます。ダンスの仕方を知らない人に比べて、熟練したダンサーは、自分の専門分野のダンス スタイルの生物学的動作に対してより敏感です。同じ熟練したダンサーは、自分の専門分野以外のダンス スタイルに対しても同様の敏感さを示しますが、敏感さは低くなります。ダンス動作の知覚の違いは、生物学的動作を知覚して理解する能力が、観察者のその動作に関する経験に大きく影響されることを示唆しています。同様の専門知識効果は、音楽制作、言語、科学的思考、バスケットボール、ウォーキングなど、さまざまな種類の動作で観察されています。

生物学的な動きに対する人間の敏感さという現象は、1973年にスウェーデンの知覚心理学者グンナー・ヨハンソンによって初めて文書化されました。 ^[1]彼はポイントライトディスプレイ（PLD）を使用した実験で最もよく知られています。ヨハンソンは、暗闇の中でさまざまな動作を行う俳優の体の部分と関節に電球を取り付けました。彼はこれらの動作を撮影し、各電球から黒い背景で動くポイントライトを生み出しました。ヨハンソンは、PLDが動いているときは人々が俳優の動作を認識できたが、静止しているときは認識できなかったことを発見しました。ヨハンソンのPLDの発明は、人間の知覚に関する新しい研究分野に影響を与えました。PLDを作成するための現代の技術は同じ原理に基づいていますが、フィルムの代わりに、俳優の動きの3D表現を構築するコンピューターに接続された複数のカメラが使用され、PLDをかなり制御できるようになりました。

1996年にミラーニューロンに関する論文が発表され、生物学的運動への関心が再燃した。^[2]ミラーニューロンは、動物が他の動物の運動を観察したときと、その動物が同じ運動をしたときの両方で、動物の脳内で活性化することがわかった。ミラーニューロンは当初、運動前野で観察されたが、生物学的運動処理に関連する脳の領域である上縁回と側頭頭頂接合部でも発見された。視覚と運動の両方の行動を同じニューロンセット内でコード化することは、生物学的運動の理解と知覚が、運動の視覚情報だけでなく、生物学的運動に関する観察者の経験にも影響されることを示唆している。

今日、ミラーニューロンの発見は、社会情動神経科学、言語、行動、モーションキャプチャ技術、アンドロイドや仮想具現化エージェントなどの人工知能、不気味の谷現象などの研究分野における生物学的運動と行動の知覚と理解に関する研究の爆発的な増加につながっています。

生物学的動作に関する研究の成果は、人間が行動の生物学的動作に非常に敏感であることを示しており、その観察は、身体行動の生物学的動作の知覚と理解におけるさまざまな要因に関する研究へと発展しました。ポイントライトディスプレイ (PLD) の研究を通じて、心理学と神経科学の分野での成果は、さまざまな分野にまたがる 大規模な研究へと成長しました。

PLD実験では、参加者には、生物の動作に関与する関節に配置された光源またはモーションキャプチャマーカーで構成される静的、動的、またはランダム化された動的白いドットが提示されます。 PLDの個々のドットは他のドットと明白な視覚的接続を示しませんが、観察者は動的PLDの動作のまとまりのある生物学的動きを知覚できます。^[4] PLD手法を使用した研究では、人々は他の人に比べて自分の歩き方のPLDを識別するのが得意であることがわかりました。^[3]人々はPLDでさまざまな感情を認識することもできます。 ボディランゲージに特に注意することで、観察者は怒り、悲しみ、幸せを識別できます。 観察者は、 PLDのいくつかの動作で 俳優の性別 を識別することもできます。

脳卒中患者を対象とした大規模な研究では、生物学的運動知覚の欠陥に関連する重要な領域として、上側頭溝と運動前野が含まれることが判明しました。^[3]小脳も生物学的運動処理に関与しています。^[4]

物体認識障害である発達性失認の患者を対象とした最近の研究では、運動を通して非生物学的形状を認識する能力は欠損しているものの、生物学的運動を通して生物の形状を認識する能力は損なわれていないことがわかった。^[5]

最近の認知神経科学の研究は、生物学的運動処理に関与する脳の構造と神経ネットワークに焦点を当て始めている。 ^[2]経頭蓋磁気刺激法の使用により、生物学的運動処理は視覚的形状と運動の両方を含む MT+/V5 領域の外で起こることを示唆する証拠が得られた。^[6]後上側頭溝は、生物学的運動知覚中に活動することがわかっている。^[7]また、運動前野は生物学的運動処理中に活動することがわかっており、ミラーニューロンシステムが PLD の知覚と理解に利用されていることがわかる。^[8]別の研究からのさらなる証拠は、デフォルトモードネットワークが生物学的運動と非生物学的運動を区別するのに不可欠であることを示す。^{[9]前述の研究からのそのような知見は、生物学的運動知覚が、}非生物学的運動および物体の視覚処理に関与するネットワークの外側にあるいくつかの異なる神経系を引き込むプロセスであることを示す。

動物の行動における生物学的運動に対する人間の知覚と理解は、年齢とともに発達し、通常は約5歳で頭打ちになります。^[10]ある実験では、3歳、4歳、5歳の子供と大人を対象に、参加者に、歩く人間、走る犬と歩く犬、飛ぶ鳥などの動物の行動のPLDを特定するように依頼しました。結果は、大人と5歳児が動物の行動を正確に識別できることを示しました。しかし、4歳児と3歳児は苦労しましたが、4歳児は3歳児よりも動物の行動を特定するのがはるかに得意でした。これは、生物学的運動と行動に対する知覚と理解が人間の子供において発達過程を経て、5歳で動物の行動を識別するパフォーマンスの上限に達することを示唆しています。

ほとんどの動物、例えば猫は、他の種やスクランブルPLDよりも自分の種の点光源表示を認識する傾向がありますが、^[11] 3歳児は歩いている犬のPLDを識別することに最も成功し、歩いている人間のPLDを識別することに最も成功しませんでした。この矛盾した結果の考えられる説明は、子供たちの小さな体格と、それに伴う視覚的視点の経験によるものである可能性があります。犬は小さな子供に身長が近いですが、歩く人間の同様の生物学的動作を観察して実行する経験は、大人の身長と歩行経験の少なさのために得にくいです。

実験の次の部分では、異なる参加者に、点光表示の同じ動物を識別するよう依頼したが、動く点ではなく静止画像で識別するよう依頼した。5歳児と成人は偶然の成果を出したが、より若い参加者は、課題の難しさからエラー率が高かったため除外された。したがって、この実験は、5歳になると、点光表示で動物の行動や視覚的形態を識別するのが上手になることを示唆している。この研究はまた、生物学的運動の経験が、行動の知覚と理解に非常に重要であることを示している。^[10]

人間は、実際の動詞と生物学的に可能な動作を識別する際に、同様の認知機能を使用しているようです。^[12]別の実験では、研究者は参加者に語彙と動作の決定タスクを与え、単語が実際のものであるか、スクランブルされたPLDが動作であるかを識別するのにかかった時間を測定しました。参加者は、疑似単語とスクランブルされたPLDを識別するのに非常に長い時間がかかりました。動詞とPLD動作の反応時間の相関はかなり強いことがわかりました（r = 0.56）が、名詞とPLD動作の相関ははるかに低かったです（r = 0.31）。

これらの発見は、人間が、書かれた言語であれ点光源ディスプレイであれ、生物学的な動きや言葉を識別するために同様の認知機能を使用していることを示唆している。研究者は、これらの発見が身体化認知と呼ばれる理論的枠組みを支持すると示唆しており、これは、行動や言葉の認知が運動システムによってサポートされる可能性があることを示唆している。^[12]

いくつかの研究では、生物学的動作のグローバル処理とローカル処理の違い、つまりPLD図全体が処理される方法とPLD内の個々の点が処理される方法の違いについて調べています。ある研究では、個々の点を異なる方向を向いている人間の画像または棒人間に置き換えることで、さまざまな方向に歩く人間のPLDにおける両方のタイプの処理を調査しました。^[13]結果は、ローカル点が同じ方向を向いていないと人間はグローバルPLDの歩行方向を認識するのに苦労することを示しており、脳が処理中にグローバル刺激とローカル刺激の両方の認識に同様の形状ベースのメカニズムを使用していることを示しています。結果はまた、ローカル画像の処理は自動プロセスであり、歩行PLDのグローバル形式のその後の処理を妨げる可能性があることも示しています。

PLDにおける生物学的運動の知覚は、個々の点の動きと体全体の構成/向き、およびこれらの局所的および全体的な手がかり間の相互作用に依存します。^{[14]顔の知覚における}サッチャー効果と同様に、個々の点の反転は、図全体が通常どおりに表示されている場合は簡単に検出できますが、表示全体が逆さまに表示されている場合は検出が困難です。ただし、最近の電気生理学的研究では、神経処理の初期段階では、PLDの構成/向きがPLDの動きの処理に影響を与える可能性があることが示唆されています。^[15]