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人間のエコーロケーションとは、杖を叩いたり、軽く足を踏み鳴らしたり、手を叩いたり、指を鳴らしたり、口でクリック音を出したりするなど、積極的に音を発することで、周囲の物体からの反響を感知して物体を検出する人間の能力のことである。 [ 1 ]
反響定位によって方向を定める訓練を受けた人は、近くの物体から反射された音波を解釈し、その位置、大きさ、密度を正確に特定することができます。つまり、反響によって、物体の位置（どこにあるか）、寸法（大きさや形）、密度（固さ）に関する詳細な情報を特定できるのです。例えば、壁、出入り口、くぼみ、張り出し、柱、上り坂の縁石や階段、消火栓、歩行者、駐車中または走行中の車両、木やその他の植物など、物体とその環境の位置や性質に関する情報が得られます。中には、ランニング、バスケットボール、ローラースケート、サッカー、スケートボードなどの技を披露したり、ハイキングやマウンテンバイクで荒野を安全にナビゲートできる人もいます。
多くの盲人は、自然環境の反響音をパッシブに利用して周囲の環境の詳細を感知します（パッシブ反響定位）。しかし、中には口でクリック音（口蓋クリック）を積極的に発し、そのクリック音の反響音を使って周囲の環境に関する情報を測ることができる人もいます（アクティブ反響定位）。[ 2 ]パッシブ反響定位とアクティブ反響定位の両方が、盲人が周囲の環境を感知するのに役立ちます。
周囲の環境を見ることができる人は、先行効果によって引き起こされる反響抑制現象のため、近くの物体からの反響を容易に知覚できないことが多い。しかし、訓練によって、正常な聴覚を持つ視覚のある人は、音だけを使って障害物を避けることを学ぶことができ、反響定位が一般的な人間の能力であることを示している。[ 3 ]ジョン・レバック・ドレバーは、人間の反響定位を、規定された規範モードを超える空間聴覚であるパナクシ・ロキの例と呼んでいる。 [ 4 ]
反響音やその他の音は、光によって伝えられる空間データと多くの点で類似した空間データを伝えることができます。[ 5 ]反響音を利用する視覚障害者は、物理的に到達できる距離をはるかに超えた距離から、世界の非常に複雑で詳細かつ具体的な特徴を知覚することができます。反響音は、壁、出入口、くぼみ、張り出し、柱、上昇する縁石や階段、消火栓、歩行者、駐車または走行中の車両、木やその他の植物など、物体の性質や配置、環境の特徴に関する情報を提供できます。反響音は、位置（物体がどこにあるか）、寸法（物体の大きさや一般的な形状）、密度（物体の固さ）に関する詳細な情報を提供できます。位置は一般的に、観察者からの距離と方向（左/右、前/後ろ、高/低）に分けられます。寸法は、物体の高さ（高いか低いか）と幅（広いか狭いか）を指します。
これらの特性の相互関係を理解することで、物体または複数の物体の性質について多くのことが分かります。例えば、背が高く細い物体は、すぐに柱だと認識できます。下部が背が高く細く、上部が広い物体は木です。背が高く非常に幅の広いものは、壁や建物として認識されます。中央部が幅広で背が高く、両端が短いものは、駐車中の車として識別できます。低く幅の広い物体は、植木鉢、擁壁、または縁石である可能性があります。そして最後に、最初は近くて非常に低く、高くなるにつれて遠ざかっていくものは、階段です。
密度とは、物体の堅固さ（堅固／疎、硬い／柔らかい）を指します。密度を意識することで、利用可能な情報に豊かさと複雑さが加わります。例えば、低く堅固な物体はテーブルとして認識されるかもしれませんが、低く疎な物体は茂みのように聞こえます。しかし、高く幅広く非常に疎な物体はおそらくフェンスでしょう。[ 6 ]
視覚と聴覚は、どちらも反射されたエネルギー波を検出するという点で共通しています。視覚は、光源から発せられ、周囲のあらゆる表面で反射して目に入る光波を処理します。同様に、聴覚系は、音源から発せられ、表面で反射して耳に入る音波を処理します。どちらの神経系も、感覚器官が受け取る反射エネルギーの複雑なパターンを解釈することで、環境に関する多くの情報を抽出することができます。音の場合、これらの反射エネルギー波はエコーと呼ばれます。
盲人の中には、口でクリック音を出し、返ってくる反響音を聞くだけで、無音の物体をエコーロケーションできる人がいる。人間のエコーロケーションの神経基盤に関する研究はほとんど行われていないが、それらの研究では、盲目の熟練したエコーロケーションを行う人のエコーロケーション中に一次視覚野が活性化することが報告されている。 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]この脳領域再マッピング現象の駆動メカニズムは、神経可塑性として知られている。
2014年にThalerらが行った研究[ 10 ]では、研究者らはまず、盲目のエコーロケーション被験者が屋外に立って車、旗竿、木などのさまざまな物体を識別しようとしている間に、耳に装着した小型マイクを使ってクリック音とその微かな反響音を録音した。次に、研究者らは録音した音をエコーロケーション被験者に再生し、その間、機能的磁気共鳴画像法を用いて被験者の脳活動を測定した。驚くべきことに、エコーロケーションの録音を盲目の専門家に再生すると、彼らは反響音に基づいて物体を認識しただけでなく、通常は視覚情報を処理する脳の領域、主に一次視覚野またはV1にも活動が見られた。視覚領域は通常、視覚タスク中にのみ活動するため、この結果は驚くべきものである。聴覚情報を処理する脳領域は、反響音を含む屋外シーンの録音によって活性化されることは、反響音を除去した屋外シーンの録音によって活性化されることと変わらなかった。重要なことに、同じ実験を視覚に障害のないエコーロケーション能力のない被験者で行ったところ、これらの被験者は対象物を認識できず、脳のどこにもエコーに関連する活動は見られなかった。このことから、盲目のエコーロケーション能力者の皮質は可塑性があり、再編成されることで、聴覚野ではなく一次視覚野がエコーロケーションの計算に関与するようになることが示唆される。
この証拠があるにもかかわらず、盲目のエコーロケーションを行う人の視覚皮質の活性化がエコーロケーション能力にどの程度寄与しているかは不明である。[ 3 ]前述のように、視覚のある人はエコーロケーションを行う能力を持っているが、視覚皮質の活性化は盲目の人ほど顕著ではない。これは、視覚のある人はエコーロケーションに視覚皮質以外の領域を使用していることを示唆している。
「エコーロケーション」という用語は、1944 年に動物学者のドナルド・グリフィンによって造語されました。しかし、この現象はそれ以前から知られており、例えば、ドゥニ・ディドロは1749 年に盲人が無音の物体の位置を特定できることを報告しています。[ 7 ]人間のエコーロケーションは、少なくとも 1950 年代から知られ、正式に研究されてきました。[ 11 ]人間と動物のエコーロケーションの分野は、1959 年という早い時期に書籍の形で概説されました[ 12 ] (ホワイトら (1970) [ 13 ]も参照)。
昔は、人間のエコーロケーションは「顔面視覚」や「障害物感覚」と呼ばれることもありました。これは、近くの物体が皮膚に圧力変化を引き起こすと考えられていたためです。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 1940年代になって初めて、コーネル心理学研究所で行われた一連の実験により、この能力を駆動するメカニズムは皮膚の圧力変化ではなく、音と聴覚であることが示されました。[ 7 ]
エコーロケーションは、非営利団体World Access for the Blindを通じて盲人を支援する Daniel Kish によってさらに発展しました。[ 17 ]彼は盲目のティーンエイジャーを荒野でのハイキングやマウンテンバイクに案内し、「FlashSonar」と呼ぶ技術で新しい場所を安全にナビゲートする方法を教えています。[ 18 ] Kish は生後 13 ヶ月で網膜癌のため眼球を摘出しました。彼はまだ子供の頃に舌で口蓋クリック音を出すことを学び、現在は他の盲人にエコーロケーションと彼が「知覚移動」と呼ぶものの使い方を教えています。[ 6 ] 最初は杖を移動に使うことに抵抗があり、それを「障害者用」の道具と見なし、自分は「全く障害者ではない」と考えていましたが、Kish は白杖とエコーロケーションを組み合わせた技術を開発し、移動範囲をさらに広げました。[ 6 ]
キッシュは、「経験豊富なユーザーにとって、イメージの感覚は非常に豊かです。音や反響から、美しさや厳しさなど、あらゆる感覚を得ることができます。」と報告しています。[ 18 ]彼は、フェンスの構造の配置に関する反響から返される情報によって、金属製のフェンスと木製のフェンスを区別することができます。極めて静かな状況では、金属に比べて木材からの反響の、より暖かく鈍い音質も聞き取ることができます。[ 18 ]
トーマス・タジョは、インド北東部アルナーチャル・プラデーシュ州のヒマラヤの辺境の村、チャヤンタジョで生まれた。7歳か8歳頃に視神経萎縮のため失明し、独学で反響定位を習得した。現在、彼はベルギーに住み、ビジョニアーズやワールドアクセスと協力して、世界中の視覚障害者に自立したナビゲーションスキルを教えている。タジョはまた、独立した研究者でもある。彼は感覚の文化的および生物学的進化の歴史を研究し、その研究成果を世界中の科学会議で発表している。[ 19 ]
ベン・アンダーウッドは1992年1月26日にカリフォルニア州リバーサイドで生まれた。2歳の時に網膜癌と診断され、 3歳の時に眼球摘出手術を受けた。 [ 20 ]
彼は5歳でエコーロケーションを独学で習得し、舌で頻繁にクリック音を出すことで物体の位置を感知できるようになった。この事例は「20/20: Medical Mysteries」で解説されている。[ 21 ]彼はこれを使って、走る、バスケットボールをする、自転車に乗る、ローラースケートをする、サッカーをする、スケートボードをするなどの偉業を成し遂げた。[ 22 ] [ 23 ]アンダーウッドの幼少期の眼科医は、アンダーウッドは人間の中で最もエコーロケーションに長けた人物の一人だと主張した。
アンダーウッドは2009年に癌で亡くなった。[ 24 ]
ローレンス・スカデンは子供の頃に病気で視力を失いましたが、交通量の多い道路で自転車に乗れるほどエコーロケーションをうまく使いこなせるようになりました。（両親は彼にまだいくらか視力が残っていると思っていました。） 1998年、彼はメリーランド大学の聴覚神経行動学研究所で、エコーロケーションの経験についてインタビューを受けました。[ 13 ]研究者たちは、コウモリがエコーロケーションの鳴き声を出し続けているにもかかわらず、慣れ親しんだ音響空間で経路統合を使用するという、グリフィン[ 12 ]が記述したWiederorientierung現象を認識していました。スカデンは、エコーロケーションには余分な努力が必要だったため、自分も同じことをしたと述べました。
全米科学教師協会は、彼の功績を称え、「障害のある生徒のためのローレンス・A・スカデン優秀教師賞」を創設した。[ 25 ]
ドーセット州プール出身のルーカス・マレーは生まれつき盲目で、ダニエル・キッシュからエコーロケーションを学んだ最初のイギリス人の一人である。[ 26 ]ルーカスの両親は、ダニエル・キッシュがベン・アンダーウッドにエコーロケーションを教えているドキュメンタリーを見た。[ 27 ]数か月後、彼らはダニエルがVisibilityというスコットランドの慈善団体を訪問することを知り[ 28 ]、彼に連絡を取った。キッシュは5歳のルーカスに4日間かけてエコーロケーションの基礎を教えた。7歳になる頃には、ルーカスは物体の距離だけでなく材質も正確に判断できるほど熟練しており、ロッククライミングやバスケットボールなどのスポーツで他の子供たちと遊ぶことができた。[ 29 ] [ 30 ] 2019年には、サウス・ウェスタン鉄道で1週間の職場体験を楽しんだ。[ 31 ]
科学者のケビン・ワーウィックは、追加の感覚入力として、超音波パルスを脳に送り込む実験を行った（神経インプラントからの電気刺激を介して）。実験では、物体までの距離を正確に識別し、それらの物体の小さな動きを検出することができた。[ 32 ]
生まれつき盲目のフアン・ルイスは、カリフォルニア州ロサンゼルスに住んでいる。彼はスタン・リーのスーパーヒューマンズの第1話「エレクトロマン」に登場した。このエピソードでは、彼が自転車に乗ったり、駐車車両やその他の障害物を避けたり、近くの物体を識別したりできる様子が描かれた。彼は洞窟に出入りし、その長さやその他の特徴を突き止めた。
1964年のマーベルコミックのキャラクター、デアデビルは、強化された感覚と反響定位を組み合わせて、世界を非常に詳細に認識するスーパーヒーローです。[ 33 ] [ 34 ]
2007年の児童向けファンタジー小説『グレゴールと爪の掟』では、主人公のグレゴールが反響定位を習得する。この能力は、本書の主な舞台である地下文明「アンダーランド」での戦闘に役立つ。[ 35 ]
2012年の映画『イマジン』では、主人公が視覚障害者クリニックの生徒たちにエコーロケーションを教えている。この型破りな方法は物議を醸すが、生徒たちが世界を探求するのに役立つ。[ 36 ]
2017年のビデオゲーム「Perception」では、プレイヤーは盲目の女性となり、反響定位を使って環境をナビゲートしなければならない。[ 37 ]
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