メンタルローテーション

メンタルローテーションとは、人間の心の中でそのような回転の視覚的表現に関連して、2次元および3次元の物体の心的表現を回転させる 能力のことです。 ^{[ 1 ]}知覚とメンタルローテーションに関連する脳の領域の間には関係があります。空間処理の認知速度、一般的な知能とメンタルローテーションの間にも関係がある可能性があります。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

メンタルローテーションとは、脳が物体を動かすことで、それが何であるか、どこに属するかを理解しようとする働きと説明できます。メンタルローテーションは、脳が周囲の環境にある物体をどのように認識するかを解明するために研究されてきました。研究者は一般的に、そのような物体を刺激と呼びます。メンタルローテーションは、変化した物体が何であるかを人が理解するための認知機能の一つです。

精神回転は、次の認知段階に分けられます。^{[ 2 ]}

1. 物体をあらゆる方向から見たイメージを頭の中に作り出す（物体がまっすぐ進む部分と曲がる部分を想像する）。
2. 比較が可能になるまで、対象物を頭の中で回転させます（刺激を他の図形に合わせるように）。
3. 比較してみましょう。
4. 対象物が同じかどうかを判断してください。
5. 決定内容を報告してください（レバーを引いたりボタンを押したりした際の反応時間が記録されます）。

もともとは、1978 年にヴァンデンバーグとクーズ^{[ 5 ]がシェパードとメッツラー (1971 年) [ 1 ]}の研究に基づいて開発したメンタルローテーション テスト(MRT) は、参加者が 2 つの3Dオブジェクト (または文字) を比較し、それらが同じ画像であるか、鏡像(エナンチオモルフ)であるかを答えるものです。 ^{[ 1 ]}通常、このテストでは、それぞれ特定の角度(たとえば 0°、60°、120°、または 180°) だけ回転した画像のペアが提示されます。一定数のペアは、同じ画像を回転させたものと、鏡像にしたものに分けられます。研究者は、参加者が鏡像のペアと鏡像でないペアをどれだけ正確かつ迅速に区別できるかを評価します。 ^{[ 6 ]}

2000年に、精神回転中に脳のどの部分が活性化されるかを調べる研究が行われた。29歳から66歳までの7人のボランティア（男性4人、女性3人）がこの実験に参加した。この研究では、被験者に8つの文字がそれぞれ4回（通常の向きで2回、反転して2回）提示され、被験者は文字が通常の配置か鏡像かを判断しなければならなかった。この課題中にPETスキャンが行われ、右後頭頂葉の活性化が明らかになった。^{[ 11 ]}

精神回転中の脳活動に関する機能的磁気共鳴画像法（fMRI） 研究では、頭頂葉、特に頭頂間溝の活動が一貫して増加し、それが課題の難易度に依存することが明らかになっています。一般的に、回転角度が大きいほど、課題に関連する脳活動が増加します。この脳活動の増加は、回転課題を完了するのにかかる時間の延長とエラー率の上昇を伴います。研究者らは、脳活動の増加、時間の増加、およびエラー率の増加は、課題の難易度が回転角度に比例することを示していると主張しています。^{[ 12 ] [ 13 ]}

2006年の研究では、ベースラインと比較して、メンタルローテーション中に以下の脳領域が活性化されることが観察されました。回転タスク中、両側内側側頭回、左内側後頭回、両側上後頭回、両側上頭頂葉、および左下後頭回。^{[ 14 ]}

グロリア・マーモルは、子供の心的回転能力を研究した最初の人物である。^{[ 15 ] [ 16 ]これら}の研究とそれに続く多くの研究は、子供は大人より遅い速度ではあるものの、強制選択を必要とする心的回転課題を約3.5歳から5歳までに解決できること、^そして心的回転のパフォーマンスは運動活動と関連していることを示唆した。^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]対照的に、乳児の注視時間を測定した研究では、乳児は}生後1年で既に物体の向きを追跡および予測できること、^{[ 22 ] [ 23 ]および}向きが異なる鏡像物体を識別できることが示されている。^{[ 24 ] [ 25 ]}

2008年の研究では、性差は発達の初期に生じる可能性があることがさらに示唆されました。この実験は、2Dのメンタルローテーション課題を用いて3～4ヶ月の乳児を対象に行われました。被験者は、刺激をどのくらいの時間見ているかを観察する選好装置を使用しました。まず、被験者に数字の「1」とその回転に慣れさせました。次に、回転させた「1」とその鏡像の画像を見せました。この研究では、男性の方が鏡像に反応しやすいことが示されたため、性差は発達の初期に現れる可能性があるようです。この研究によると、これは男性と女性が乳児の段階でもメンタルローテーションを異なる方法で処理していることを意味する可能性があります。^{[ 26 ]}しかし、他の乳児の研究では性差は見つかりませんでした。^{[ 24 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}発達の初期に性差が存在することを裏付ける他の研究では、幼児を含むすべての年齢層でメンタルローテーションテストにおける性差が見られることがわかりました。興味深いことに、これらの違いは他のカテゴリーの空間テストではずっと後になって現れた。^{[ 31 ]}

2020年にAdvances in Child Development and Behavior誌に、非常に初期の発達段階における心的回転能力を検証したレビューが掲載されました。^{[ 32 ]}著者らは、生後3ヶ月の乳児でも物体を心的に回転させる能力が検出できると結論付けました。また、乳児期のMRプロセスは、成人期まで安定して維持される可能性が高いです。乳児のMRパフォーマンスに影響を与えると思われるその他の変数には、運動活動、刺激の複雑さ、ホルモンレベル、親の態度などがあります。^{[ 33 ]}

現在および将来の研究の方向性の多くは、文献で確立された内容を拡張し、以前の結果の背後にある根本的な原因を調査することに関係しています。将来の研究では、人口統計、さまざまな適性、性格、まれな/逸脱した心理プロファイルなど、MR能力に影響を与える可能性のある追加の要因が検討されます。現在および将来の多くの研究は、外傷性損傷によって引き起こされるものを含む特定の脳の異常が、精神回転を実行する能力にどのように影響するかを調べています。深層での精神回転のように見えるものは、実際には平面画像の特性に対する反応であるという証拠がいくつかあります。^{[ 49 ] [ 50 ]}

身体の動きの巧みさと、個人がメンタルローテーションを実行できる速度の間には関係があるかもしれない。研究者らは、メンタルローテーション課題で訓練した子供たちが練習後に戦略スキルが向上したことを発見した。^{[ 51 ]}人々は課題を完了するためにさまざまな戦略を使用する。心理学者は、特定の認知スキルを使用する参加者を研究し、能力と反応時間を比較するだろう。^{[ 52 ]}他の研究者は、回転する物体に基づいてメンタルローテーションの能力の違いを引き続き調査するだろう。^{[ 53 ]}参加者が物体と同一視すると、性別や年齢に関係なくメンタルローテーション能力が阻害されたり、助けられたりする可能性があり、男性の方が反応時間が速いという以前の主張を裏付けることになる。^{[ 41 ] [ 54 ] [ 55 ]}心理学者は、メンタルローテーションと身体回転の類似性を引き続きテストし、反応時間の違いと環境的影響との関連性を調査するだろう。^{[ 56 ]}

• メンタルイベント
• 空間マッピング

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• PsyToolkitを使用したメンタルローテーションの授業
• 「シェパード・メッツラー・リソースパック」。メンタルローテーション課題の作成に使用できる、オープンソースのアイテム集。