ハンス・ワラック

ウォラックの博士論文^{[ 12 ]}は、マスキング面の開口部の後ろで動く線の知覚、つまり開口問題として知られる現象を研究した。傾斜線がそのような開口部の後ろで動く場合、目に提示される物理的な刺激は、その動きが水平方向か垂直方向か、あるいは他の角度か区別しない。ウォラックは、観察者が知覚する動きは開口部の形状によって決まることを発見した。開口部が円形の場合、線（または複数の線）は、その向きに垂直な方向に動いているように見える。しかし、開口部が長方形の場合、線は開口部の長軸に平行な方向に動いているように見える。この現象の一例として、よく知られているバーバーポール錯視がある。ウォラックはこの発見を、知覚システムは開口部によって作られた終点によって定義される線分の個々の同一性を保持する傾向があり、この動きの様式がその同一性を最もよく保持すると主張することで説明した。^{[ 13 ]}

原著論文がドイツ語であったため、この研究は数十年間英語圏の心理学者にはあまり知られていませんでした。1976年、ウォラックは博士論文の実験の英語要約を発表しました。^{[ 11 ]：第IX章1節。} 20年後の1996年、ソフィー・ヴュルガー、ロバート・シャプレー、ナヴァ・ルービンは完全な英語訳を発表し、ウォラックの研究結果について述べた序文を追加しました。

現代の研究に関連しており、運動知覚の研究だけでなく、形態や色の知覚にも影響を与える。彼の研究結果は、形態、色、運動が個別に計算されるという視覚処理のモジュール的スキームに反する証拠を提供する。代わりに、彼は、知覚される運動の方向がシーンの知覚的組織化と関連していることを発見した。形態の解釈が複数存在し、運動の方向が複数可能な場合、形態と運動の特定の組み合わせのみが知覚される。^{[ 13 ]}

1944 年に発表された、よく引用される論文^{[ B ] [ 14 ]}の中で、ケーラーとウォラックは図形残効に関する一連の実験を発表した。例えば、左側に大きな黒い長方形がある以外は白い視野の中央にある注視点を観察者が約 1 分間見つめ、その後 (長方形を取り除いた状態で)注視点の周りに対称的に配置された 4 つの等間隔の正方形の配列の中央を見ると、左側の 2 つの正方形は右側の正方形よりも離れているように見える。^{[ 15 ] : 509–515}ケーラーとウォラックの論文では、同様の観察結果が多数議論されている。

ケーラーはこの現象が、自身の精神物理学的同型性の理論、すなわち形態の知覚は脳皮質の電場によって媒介され、その電場は刺激と同型であるが飽和過程によって歪められる可能性があるという理論を裏付けるものだと考えた。^{[ 8 ] [ 15 ]： 509-515}しかし、ワラックはこの説明に疑問を抱き、その後数年間でこの研究から距離を置くようになった。一般的にワラックは知覚現象に対する神経生理学的説明を避けており、図形残効に関する論文は、ワラックが1976年に出版した論文集には含まれていない。^{[ 5 ]}

一連の論文^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}で 、Wallach は、人間が正中面における音の位置を特定する能力、つまり、音が耳と同じ高さにある音源から来ているのか、それより高い音源、低い音源、あるいは頭の後ろにある音源から来ているのかを判断する能力について調査しました。両耳の音の手がかり、つまり各耳への音の到着の位相または時間、および両耳での音の相対的な強度 (それぞれ ITD および ILD として知られています) により、聞き手は音の横方向の位置 (左、右、または正面のいずれであるか) を判断できます。しかし、異なる高さにある 2 つの音は、耳に同じ ITD および ILD 情報を提供する可能性があるため、静止した耳に対する両耳の手がかりは、正中面における音の位置を特定するには不十分です。^{[ 18 ]}頭の形や外耳の構造に依存する単耳性の手がかりは垂直方向の定位に役立ちますが、頭が静止していない場合は両耳性の手がかりも役割を果たします。

ウォラックの研究によると、人間の頭が動くとき（傾いたり垂直軸を中心に回転したりすることによって）、両耳の手がかりの動的なパターンが生成され、頭の動きの方向と程度に関する情報と組み合わせることで、聞き手は音源の高さを判断できる。^{[ 16 ] [ 17 ]}聞き手が積極的に頭を動かす必要はない。その後の論文では、観察者が受動的に回転しているとき、または視覚的な手がかりによって身体の回転の誤った感覚が誘発されているときに、音を正中面内に正しく定位できることが実証された。^{[ 18 ]}

1949年、ウォラックはエドウィン・B・ニューマンとマーク・ローゼンツヴァイクと共同で、音源定位における先行効果を定義する画期的な論文^{[ B ]を発表しました。 [ 19 ]} 彼らの実験では、定位可能な音が耳に到達し、すぐに別の方向から来る同一の音が続くと、聞き手は最初に到着した刺激の位置で単一の音を知覚することが示されました。最初に到着した音と2番目に到着した音の間の遅延は、クリック音の場合は1～5ミリ秒、音声や音楽などの複雑な音の場合は最大40ミリ秒になります。これらの閾値を超える遅延では、2番目の音はエコーとして聞こえます。この現象は、聴覚系が知覚される音の明瞭度を高めるために局所的な残響を抑制する方法を示しており^{[ 20 ]}、音響工学や音響増幅システムの設計において重要な要素となっています。^{[ 21 ]} ウォラックらは、また、先行効果がステレオ音の知覚において重要な役割を果たしていることも指摘されている。^{[ 19 ]}

1948 年に発表された広く賞賛された^{[ B ] [ C ]論文[ 24 ]}で、ウォラックは中性色の知覚の刺激条件を探求しました。中性色とは、明度は変化するが色相を持たない色であり、白から灰色、黒までの範囲です。ウォラックは、暗い部屋の白いスクリーンにさまざまな明るさの円形の光のパッチ (「ディスク」) を投影し、ディスクを単独で提示すると、常に光っているように見えることを発見しました。つまり、暗い空の高いところにある月のように、光を発しているように見えました。しかし、投影されたディスクに異なる明るさの周囲のリングを追加すると、ディスクは光っているように見えなくなり、中央のディスクと周囲のリングの相対的な明るさによって色が変わる滑らかな紙のパッチのように見えました。周囲の明るさが中央のディスクよりも低い場合、ディスクは白く見えました。周囲の明るさが中央よりも高い場合、中央のディスクは灰色に見えました。グレーの濃淡は、ディスプレイ内の2つの要素の絶対輝度レベルに関係なく、中心部と周辺部の輝度比によって決まります。したがって、例えば、物理的な輝度が50ミリランバート（mL）の円盤を200mLのリングで囲んだ場合と、500mLの円盤を2000mLのリングで囲んだ場合では、グレーの濃淡は同じように見えます。

ウォラックは、この「比率原理」が明度恒常性^{[ D ]}の現象、つまり照明が大きく変化しても物体の見かけの明度が一定に保たれるという事実を説明できると提唱した。その後、多くの文献^{[ E ]}が比率原理の妥当性と限界を探求してきた。比率原理は、輝度比が極めて高い場合^{[ 26 ] [ 27 ]}、または相互作用する2つの輝度が隣接していない場合^{[ 28 ]}には成り立たない。さらに、ウォラックの非常に単純化された実験設定は、3次元空間配置^{[ 29 ]}や、相互作用する多くの輝度を含む複雑な視覚野^{[ 30 ]}を扱っていない。ウォラックの1948年の論文は、明度恒常性の問題に対する完全な解決策を提供するのではなく、「明度知覚の計算モデルのための舞台を整える」役割を果たした^{[ 4 ] 。}

ウォラックの最も広く引用されている論文^{[ B ]}は、1953年に（DNオコンネルと共同で）運動奥行き効果を研究したものである^{[ 31 ]}。この現象は、視覚系が動的に変化する要素の表示をどのように処理し、空間に配置された剛体の世界を知覚するかを示している。

静止した三次元図形（例えば、ワイヤーフォームの立方体）を後ろから照らしてその影を半透明のスクリーンに落とすと、スクリーンの前にいる観察者は二次元的な線パターンを見る。しかし、同じ物体を回転させると、二次元情報しか提示されていないにもかかわらず、観察者はそれを回転する三次元立方体として（正確に）認識する。これが運動的奥行き効果（KDE）であり、強力な奥行きの手がかりである。これは自発的に発生し、単眼視でも見ることができ、立体図形でもワイヤーフォームでも発生し、図形は規則的な幾何学的物体である必要はなく、馴染みのある形状である必要もない。ウォラックとオコンネルは、この効果を得るための2つの必須条件を発見した。物体は明確な端点または角を持つ直線で構成されていなければならず、それらの線の投影された影は物体が回転するにつれて長さと方向の両方で変化しなければならない（そうでない場合は、平坦で変形した図形が見える）。^{[ 31 ]}

Wallach & O'Connell の KDE の発見は、多数の研究を引き起こしました。一部の研究者は、3 次元性の驚異的な体験と、それを客観的に測定する方法を探求しました。^{[ 32 ]}他の研究者は、2 次元のみを使用して剛体の 3 次元オブジェクトを動的に表現するための必須条件の理論モデルを構築しようとし、認知科学の領域の一部である構造からの動きという新しい研究分野の発展につながりました。^{[ 33 ]実用的な応用としては、コンピュータ ディスプレイ、 [ 34 ]}パームトップ デバイス、^{[ 35 ]}および空港のセキュリティ スキャナーでの 3 次元の表現などがあります。 ^{[ 36 ]}

人間の両眼は約6.5cm 離れているため、異なる視点から世界を見ています。左の網膜に投影される像は、右の網膜に投影される像とわずかに異なります。この違い（両眼視差として知られています）は、立体視の奥行き知覚の基本的な手がかりです。片目を閉じて針に糸を通そうとしたことがある人なら誰でも、立体視の重要性をよく理解しているでしょう。また、わずかに異なる2枚の写真が立体鏡（2つの画像を簡単に融合できる装置）を通して見ると、融合されたシーンは立体的に見えます。^{[ F ]}

1963年、Wallach、Moore、Davidson ^{[ 37 ] は}、鏡の配置によって両眼間の距離が拡大したように見せる装置であるテレステレオスコープを通して被験者に見させることで、視差を人為的に増大させた。被験者がテレステレオスコープを通してワイヤーフォームキューブを見たとき、被験者はキューブの奥行きが幅と高さよりも大きく見えると報告した。これはテレステレオスコープによって生じた大きな視差の結果である。その後、被験者が見ている間にキューブをゆっくりと回転させた。これにより、2つの奥行きの手がかりの間で矛盾が生じた。人為的に増大した視差はキューブの奥行きが他の2つの寸法よりも大きいことを示しているが、運動による奥行き効果（視差の影響を受けない）はすべての面が同じ大きさの通常の回転キューブと一致する手がかりを提示していた。

被験者は、このキュー競合状況で回転する立方体を10分間観察した後、再び静止した立方体（引き続きテレステレオスコープを通して）を見せられ、その奥行きを示すように求められた。被験者は、適応期間前よりも奥行きが感じられないと報告し、競合するKDEキューからの競合が、視覚系による立体視の奥行きキューの解釈方法を変化させたことが示された。奥行きの知覚の変化は一時的なものであり、テレステレオスコープを使わずに立方体の回転を見ることで容易に元に戻すことができ、被験者がその間目を閉じて座っていたとしても、数分後には自然に消失した。

その後、WallachとFrey ^{[ 38 ]は、} 視覚系が観察者から物体までの距離を計算するために使用するさまざまな手がかりの間で矛盾を生み出す同様の実験を行った。^{[ G ]}そのような手がかりの2つは、調節（近くの物体または遠くの物体に焦点を合わせるための眼のレンズの調整）と輻輳（近くの物体に固視するために必要な眼の内側への回転）である。これら2つの手がかりはまとめて眼球運動手がかりと呼ばれる。距離知覚には他の手がかりも関与しており、その中には遠近法、テクスチャ勾配、および運動手がかり（物体に触れるために手を伸ばすと、物体がどれだけ離れているかについての情報を得る）がある。

ウォラックとフレイは、眼球運動による距離の手がかりを人工的に歪める特殊なゴーグルを製作した。これにより、装着者は対象物の実際の距離よりも近い距離に適した調節と輻輳の手がかりで対象物を見ることになる。被験者はテーブルの上に置かれた小さな木製のブロックを物理的に操作しながらこのゴーグルを着用し、遠近感、質感、運動の手がかりから正確な情報を得た。15分間の順応後、被験者（ゴーグルを外した状態）はテスト対象物の距離を実際の距離よりも遠く認識した。一方、実際の距離よりも遠い距離の眼球運動の手がかりをシミュレートする別のゴーグルでは、正反対の結果が得られた。

これらの発見、すなわち手がかりの競合状況への曝露が視覚系による手がかりの評価方法を変化させるという発見は、ウォラックが訓練を受けたゲシュタルト心理学の伝統からの明確な一歩であった。ゲシュタルト心理学者は、知覚現象を刺激複合体全体の特性と知覚系の生得的で不変の機能を通して説明することを好んだ。彼らは一般的に経験と適応の役割を軽視した。^{[ 1 ] [ 2 ]}

1960年代半ばから晩年まで、ウォラックは頭、目、あるいは全身の動きにもかかわらず人間の視覚世界が安定しているように見えるメカニズムについて広範な研究を行った。^{[ H ]}これらの実験は、そのようなメカニズムの存在を実証し、そのパラメーターを探求し、それらのほとんどは変化した刺激条件への適応によって修正できることを示した。

人間が頭を左右に動かすと、網膜に投影された像は頭の動きとは逆方向に移動します。頭を動かさなければ、このような像のずれは何かが動いているように見えますが、頭の動きと連動している場合は、周囲の動きは感じられません。しかし、像が頭の動きに合わせて動くものの、その動きの程度が通常の頭の動きよりも小さい（または大きい）場合はどうでしょうか？その異常は気づかれるでしょうか？

WallachとKravitz ^{[ 40 ]}は、頭の動きによって画像が頭の動きの任意の割合だけずれるようにする機械装置を考案し、被験者が通常のずれの程度からわずか2%のずれを検出できることを発見した。これは、頭の動きに伴って通常生じる画像のずれを非常に正確な補償プロセスが補正し、それによって安定しているように見えることを示した。Wallachはこのプロセスを視覚方向の恒常性（CVD）と呼び、知覚適応によって容易に変更できることに興味を示した。これを実証するために、WallachとKravitz ^{[ 41 ]}は、頭の動きの間、視覚画像が通常のずれの150%だけ移動するように装置を設定し、被験者に頭を前後に動かして、この変更されたずれを10分間観察させた。この短い適応期間の後、被験者は頭を回しながら客観的に静止したターゲットを見せられた。被験者らは、標的がもはや静止しているようには見えず、順応期間中に生じた動きとは逆方向に前後に揺れ動くようになったと報告した。標的を静止しているように見せるためには、標的が順応期間中に動いた方向とほぼ同じ方向に約14%動くように装置を設定する必要があった。頭部の動きと像のずれを相関させるCVDプロセスは、異常な刺激条件への曝露によって変化した。（CVDプロセスの順応は一時的なもので、数分後に消失した。）

奥行きや距離の知覚の場合と同様に、刺激条件が変化すると視覚方向の恒常性が容易に適応するというウォラックの発見は、生得的で不変のプロセスに焦点を当てていたゲシュタルト心理学の伝統からの著しい逸脱を示していた。実際、ウォラックは適応をそれ自体が分析ツールであると考えるようになった。例えば、ウォラックとベーコン^{[ 42 ]}は、2つの異なるプロセスが適応の仕方が異なることを示すことで、視覚方向の恒常性には2つの異なるプロセスが関わっていることを実証できた。

ウォラックと様々な共同研究者は、頭部の回転中の画像変位を補償するプロセスに加えて、うなずき^{[ 43 ]}や眼球運動^{[ 44 ]}によって引き起こされる変位、人が通り過ぎる際の物体の向きの変化^{[ 45 ]} 、前進によって引き起こされる光学的膨張[46]、^{身体の動きとは無関係な次元での変位[ 47 ] 、および動きと相関した形態知覚の変化[ 48 ]など、身体の動き中の知覚の安定}性に関連する他の種類の補償についても調査した。