錯視

視覚において、錯視（視覚錯視とも呼ばれる^[2]）は、視覚系によって生じる錯覚であり、現実とは異なって見える視覚を特徴とする。錯視にはさまざまな種類があり、根本的な原因が明らかでないことが多いため分類は難しい^[3]が、リチャード・グレゴリーが提唱した分類^{[1] [4]}が方向性を決めるのに役立つ。それによると、錯視は主に物理的錯視、生理学的錯視、認知的錯視の3つのクラスに分かれ、各クラスには曖昧さ、歪み、パラドックス、虚構の4種類がある^[4] 。物理的歪みの典型的な例は、半分水に浸かった棒が曲がっているように見えることである。生理学的パラドックスの例としては、運動残効（動いているにもかかわらず位置が変わらない）がある^[4] 。生理学的虚構の例としては、残像がある。^[4]認知の歪みの代表的なものとしては、ポンゾ錯視、ポッゲンドルフ錯視、ミュラー・リヤー錯視の3つがある。^[4]物理的錯視は物理的環境、例えば水の光学特性によって引き起こされる。^[4]生理学的錯視は目や視覚経路、例えば特定の受容体の過剰な刺激の影響によって生じる。 [ ^4]認知的視覚錯視は無意識の推論の結果であり、おそらく最も広く知られているものである。^[4]

病的な視覚錯覚は、前述の種類の錯覚を引き起こす生理的な視覚知覚メカニズムの病的な変化から生じます。これらについては、たとえば幻覚の項で説明されています。

錯視や視覚に関わる多感覚錯覚は、幻肢症候群^[5]や統合失調症^[6]などの精神疾患のモニタリングやリハビリテーションにも利用することができます。

よく知られた現象であり物理的な視覚錯覚の例として、晴れていて湿度が低い（フェーン現象）ときに山が実際よりもずっと近くに見えるという現象が挙げられます。これは霞が奥行き知覚の手がかりとなり、^[7]遠くにある物体の距離を知らせる（空気遠近法）ためです。

物理的な錯覚の典型的な例としては、棒を半分水に浸すと曲がって見えるというものがあります。この現象はプトレマイオス（ 150年頃）^[8]によって論じられており、しばしば錯覚の典型的な例とされていました。

明るい光や過度に長い交互パターンの順応刺激（随伴知覚残効）の後に現れる残像^[9]などの生理学的錯覚は、過度の刺激や、特定の種類の文脈的または競合する刺激（明るさ、色、位置、タイル、大きさ、動きなど）との相互作用が目や脳に及ぼす影響であると考えられています。その理論は、刺激が視覚処理の初期段階で個別の専用神経経路をたどり、その経路での激しいまたは反復的な活動、または隣接する活性チャネルとの相互作用が、知覚を変える生理学的不均衡を引き起こすというものです。

ヘルマン格子錯視とマッハ帯は、生物学的アプローチで説明されることが多い2つの錯視である。網膜の受容野で明るい部分と暗い部分からの受容体信号が互いに競合する側方抑制は、マッハ帯を見ると色の違いの端に明るい帯が見える理由を説明するために使用されてきた。受容体が活性化すると、隣接する受容体を抑制します。この抑制によりコントラストが生まれ、エッジが強調されます。ヘルマン格子錯視では、周辺部の交差点に現れる灰色の斑点は、受容野が大きいほど周囲による側方抑制によって生じると説明されることが多い。 ^[10]しかし、ヘルマン格子錯視の説明としての側方抑制は反証されている。^{[11] [12] [13] [14] [15]} より最近の光学的錯視に対する経験的アプローチは、側方抑制に基づく理論が苦労してきた光学現象を説明することにある程度成功している。^[16]

認知錯覚は、世界についての仮定との相互作用によって生じ、「無意識の推論」につながると考えられており、この考えは19世紀にドイツの物理学者で医師のヘルマン・ヘルムホルツによって初めて提唱されました。^{[17]認知錯覚は一般的に、}曖昧錯覚、歪曲錯覚、パラドックス錯覚、またはフィクション錯覚に分類されます。

• 曖昧な錯視とは、代替の解釈の間で知覚的な「切り替え」を引き起こす画像や物体のことである。ネッカー立方体はよく知られた例である。他の例としては、ルビンの花瓶や杉原厚吉の曖昧な円筒錯視に基づく「スクワークル」などがある。 ^[18]
• 歪曲錯視または幾何光学錯視は、大きさ、長さ、位置、曲率の歪みを特徴とします。顕著な例としては、カフェウォール錯視があります。他の例としては、有名なミュラー・リヤー錯視やポンゾ錯視があります。
• パラドックス錯視（または不可能物体錯視）は、 MCエッシャーの「昇り降り」や「滝」などに見られるペンローズの三角形や不可能階段など、逆説的または不可能な物体によって生成されます。三角形は、隣接する辺は必ず結合するという認知的誤解に依存する錯視です。
• フィクションとは、カニッツァの三角形のように、錯覚的な輪郭を用いて、刺激の中に図形が存在しないにもかかわらず図形が知覚される場合をいう。^{[19] [20]}

世界を理解するには、入ってくる感覚を意味のある情報に整理する必要があります。ゲシュタルト心理学者は、これを行う方法の1つは、個々の感覚刺激を意味のある全体として知覚することだと考えています。^[21]ゲシュタルト組織化は、ウサギとアヒルの錯覚（画像全体がアヒルからウサギに切り替わる）や、図地錯覚で図と地が反転できる理由など、多くの錯覚を説明するために使用できます。

さらに、ゲシュタルト理論は、カニッツァの三角形の錯覚的な輪郭を説明するために使用できます。存在しない白い三角形が浮かんでいるのが見えます。脳は、見慣れた単純な物体を見る必要があり、個々の要素から「全体の」イメージを作成する傾向があります。^[21]ゲシュタルトはドイツ語で「形」または「形状」を意味します。ただし、カニッツァの三角形の別の説明は、進化心理学と、生き残るためには形とエッジを見ることが重要だったという事実に基づいています。知覚組織を使用して刺激から意味を作成するのは、不可能なオブジェクトを含む他のよく知られた錯覚の背後にある原理です。脳は、ジグソーパズルのように形や記号を組み合わせて意味を理解し、存在しないものを信じられるものに定式化します。

ゲシュタルト知覚原理は、異なる物体をグループ化する方法を規定します。良い形式とは、知覚システムが空白を埋めて複雑な物体ではなく単純な物体を見るようにすることです。連続性とは、知覚システムがどのセグメントが連続線に収まるかを明確にすることです。近接性とは、近くにある物体が関連しているということです。類似性とは、類似している物体が関連していると見なされることです。これらの要素のいくつかは、最適推定やベイズ推定を含む定量モデルにうまく組み込まれています。^{[22] [23]}

二重アンカー理論は、明るさの錯覚に関する最近の人気ある理論で、あらゆる領域はゲシュタルトグループ化原理によって作られた1つ以上のフレームワークに属し、各フレーム内では最高輝度と周囲の輝度の両方に独立してアンカーされているとしている。スポットの明るさは、各フレームワークで計算された値の平均によって決まる。^[24]

錯覚は、網膜に映る画像が 2 次元であっても、人が 3 次元で見る能力に基づいて生じることがあります。ポンゾ錯視は、単眼の奥行き知覚の手がかりを使って目を欺く錯覚の一例です。しかし、2 次元の画像であっても、脳は水平距離と比較すると垂直距離を誇張します。垂直水平錯視では、2本の線の長さがまったく同じになります。

ポンゾ錯視では、収束する平行線が脳に視野の上部にある像の方が遠くにあると伝えるため、網膜に当たる 2 つの像は同じ大きさであるにもかかわらず、脳は像を大きく知覚します。ジオラマ/偽遠近法で見られる錯視も、単眼の奥行き知覚の手がかりに基づく仮定を利用しています。MCエッシャーの絵画「滝」は、奥行きと近接の法則、および物理的世界に対する理解を利用して錯覚を作り出しています。奥行き知覚と同様に、運動知覚は多くの感覚錯覚の原因です。映画のアニメーションは、脳が急速に連続して生成される一連のわずかに異なる像を動画として知覚するという錯覚に基づいています。同様に、乗り物に乗っているときのように移動しているとき、安定している周囲の物体が動いているように見えることがあります。また、飛行機などの大きな物体は、車などの小さな物体よりも遅く動いていると知覚することがありますが、実際には大きな物体の方が速く動いています。ファイ現象は、脳が動きを認識する方法のもう 1 つの例であり、ほとんどの場合、連続して点滅する光によって生み出されます。

奥行きの視覚的参照がないため、動きの方向が曖昧になることは、回転するダンサー錯視に表れている。回転するダンサーは、知覚が主観的な脳の自発的な活動に応じて、時計回りまたは反時計回りに動いているように見える。最近の研究では、fMRIで、この錯視を見ているときに皮質活動、特に動きの知覚に関与する頭頂葉に自発的な変動があることが示されている。^[25]

知覚の恒常性は錯覚の原因です。色の恒常性と明るさの恒常性は、見慣れた物体が、反射する光の量や色に関係なく、同じ色に見えるという事実の原因です。色の違いや明度の違いの錯覚は、見慣れない物体の周囲の明度や色が変わると生じます。物体の明度は、物体自体の明度が変わっていなくても、白いフィールドよりも黒いフィールド（光の反射が少ない）に対して明るく見えます。同様に、目は周囲の色かぶりに応じて色のコントラストを補正します。

ゲシュタルト知覚原理に加えて、水彩画錯視は錯視の形成に寄与する。水彩画錯視は、物体穴効果と色彩から構成される。物体穴効果は、図と背景があり、3D立体感のある穴がある境界が目立つ場合に発生する。色彩は、暗い色の輪郭に沿った薄い色の縁から放射される色の同化から構成される。水彩画錯視は、人間の心が物体の全体性をどのように認識するか、例えばトップダウン処理を説明する。したがって、物体の明るさの認識には文脈的要因が影響する。^[26]

脳は色や明るさの恒常性を認識するのと同じように、見慣れた物体を一定の形や大きさとして理解する能力を持っています。例えば、ドアは、ドアが開いたり閉じたりしたときに網膜上の画像がどのように変化しても、長方形として認識されます。しかし、見慣れない物体は必ずしも形状恒常性のルールに従うわけではなく、視点が変わると変化する可能性があります。シェパードテーブル錯視^[27]は、形状恒常性の歪みに基づく錯視の例です。

^{[疑わしい–議論する]}

ニューヨークのレンセラー工科大学の研究者マーク・チャンギジは、錯視についてより想像力豊かな見解を示し、ほとんどの人間が起きている間に経験する神経の遅れが原因だと言う。光が網膜に当たったとき、脳がその信号を視覚的に外界を認識するまでに約10分の1秒かかる。科学者たちはこの遅れを認識していたが、人間がどのようにそれを補うかについて議論しており、ある科学者は、人間の運動システムが何らかの形で動きを修正して遅れを相殺しているのではないかと提案している。^[28]

チャンギジは、人間の視覚システムは、10分の1秒先に何が起こるかのイメージを生成することで神経の遅延を補うように進化したと主張している。この先見性により、人間は現在起きている出来事に反応することができ、フライボールを捕球するなどの反射的な行動をとったり、人混みの中をスムーズに移動したりすることができる。^[29]チャンギジはABCとのインタビューで、「錯覚は、脳が未来を知覚しようとして、その知覚が現実と一致しないときに起こる」と述べている。^[30]たとえば、ヘリング錯視と呼ばれる錯覚は、中心点の周りに自転車のスポークが巻かれ、この中心のいわゆる消失点の両側に垂直線があるように見える。^[31] この錯覚は、遠近法の絵を見ていると思わせるもので、チャンギジによれば、未来を予知する能力が働くという。私たちは実際には動いておらず、人物は静止しているため、直線を曲線と誤認する。チャンギジは次のように述べている。

進化の過程で、このような幾何学的な絵は、近い将来の予感を私たちに引き起こすようになった。消失点（スポーク）に向かって収束する線は、私たちが前進していると脳に思わせる手がかりである。現実世界では、ドアの枠（一対の垂直線）が私たちが通り抜けるにつれて外側に曲がっていくように見えるのと同じように、私たちは次の瞬間にその世界がどのように見えるかを知覚しようとする。^[29]

病的な視覚錯覚は実際の外部刺激の歪みであり^[32]、しばしば拡散し持続する。病的な視覚錯覚は通常視野全体に発生し、全般的な興奮性または感度の変化を示唆する。^[33]一方、幻覚は外部視覚刺激が存在しない場合に外部視覚刺激があると知覚されるものである。^[32]幻覚は多くの場合局所機能障害から生じ、通常は一過性である。

錯視の種類には、動揺視、物体の周囲に光輪が見える現象、回盲視（視覚の尾を引く現象、光の筋が走る現象、長く続く不明瞭な残像）、無視症、ビジュアルスノー、小視症、巨視症、遠視症、遠視症、変視症、色覚異常、強いグレア、ブルーフィールド内視現象、プルキンエ樹などがあります。

これらの症状は、基礎疾患を示している可能性があり、医師の診察が必要になる場合があります。病的な視覚錯覚に関連する病因には、さまざまな種類の眼疾患、片頭痛、幻覚持続性知覚障害、頭部外傷、処方薬などがあります。医学的検査で病的な視覚錯覚の原因が明らかにならない場合は、特発性の視覚障害が、片頭痛を伴わない視覚オーラに見られる興奮性の変化した状態に類似している可能性があります。視覚錯覚が拡散して持続する場合、患者の生活の質に影響を及ぼすことがよくあります。これらの症状は治療に反応しないことが多く、前​​述の病因のいずれかによって引き起こされる可能性がありますが、特発性であることがよくあります。これらの視覚障害には標準的な治療法はありません。

ラバーハンド錯覚（RHI）は、視覚と触覚の両方が関与する多感覚錯覚であり、幻肢症候群が時間の経過とともに切断患者にどのように影響するかを研究するために使用されてきました。[ ^{5]この症候群の}切断患者は、対照群よりも実際にRHIに強く反応し、その効果は切断されていない腕と切断された腕の両側で一貫していることが多かったです。^[5]しかし、いくつかの研究では、切断患者は実際には切断されていない腕でRHIに強く反応し、最近切断した人の方が何年も腕を失っていた切断患者よりも錯覚によく反応しました。^{[5]研究者は、これは}身体図式、つまり個人の身体とその部分に関する感覚が、切断後の状態に徐々に適応していることの兆候であると考えています。 ^[5]本質的に、切断患者は、かつて自分の腕だった場所の近くの感覚に反応しないように学習していたのです。^[5]その結果、多くの人が、切断患者の幻肢感覚の軽減と身体の新しい状態に適応する進捗状況をモニタリングするためのツールとしてRHIの使用を提案しました。^[5]

他の研究では、RHIを義肢装着者のリハビリテーションに使用しました。^[34] RHIに長期間さらされた後、切断患者は義肢（ゴムの手に似たもの）と体の他の部分との分離を徐々に感じなくなりました。^[34]これは、体の他の部分や感覚とつながっているように感じられない手足に反応して動かすことに適応したためだと考えられました。^[34]

RHIは、切断されていない人の固有受容感覚障害や触覚障害に関連する特定の障害の診断にも使用されることがあります。^[34]

統合失調症は幻覚を特徴とする精神疾患であるが、高次の錯視を知覚する能力も低下させる。^{[6]これは、統合失調症により、}トップダウン処理能力と、一次視覚野V1を超えた高次の視覚情報の統合能力が損なわれるためである。^[6]これが脳内で具体的にどのように起こるかを理解することは、想像上の幻覚を超えた視覚の歪みが統合失調症患者にどのように影響するかを理解するのに役立つ可能性がある。^{[6]さらに、統合失調症患者と健常者の錯視の見え方の違いを評価することで、研究者は}視覚ストリームのどこで特定の錯視が処理されるかをより正確に特定できるようになる可能性がある。^[6]

ある研究では、統合失調症患者は神経定型健常者とは異なり、3次元の錯視である中空顔錯視に騙される可能性が極めて低いことがわかった。^[35] fMRIデータに基づいて、研究者らは、これは視覚手がかりのボトムアップ処理システムと頭頂皮質におけるそれらの手がかりのトップダウン解釈システムとの間の切断に起因すると結論付けた。^[35]動き誘発性失明（MIB）錯視に関する別の研究（右図）では、統合失調症患者は、動き誘発性失明を経験した神経定型健常者とは異なり、気を散らす動きの刺激を観察しているときでも、静止した視覚ターゲットを認識し続けた。^{[36]統合失調症の被験者は認知組織化の障害を示し、}動きの手がかりと静止した画像手がかりの処理を調整する能力が低下していた。 ^[36]

錯視を扱った芸術家には、MCエッシャー^[37] 、ブリジット・ライリー、サルバドール・ダリ、ジュゼッペ・アルチンボルド、パトリック・ボカノフスキー、マルセル・デュシャン、ジャスパー・ジョーンズ、オスカー・ロイテルスヴァルド、ヴィクトル・ヴァザルリ、チャールズ・アラン・ギルバートがいる。錯視を試みた現代芸術家には、ヨンティ・ハーウィッツ、サンドロ・デル・プレーテ、オクタビオ・オカンポ、ディック・テルメス、福田繁雄、パトリック・ヒューズ、イシュトヴァン・オロス、ロブ・ゴンザルベス、ジャンニ・A・サルコーネ、ベン・ハイネ、北岡明佳がいる。錯視は、強制遠近法の技法によって映画でも使用されている。

オプアートは、視覚的な錯覚を利用して動きや隠れた画像やパターンの印象を作り出す芸術のスタイルです。トロンプ・ルイユは 、写実的な画像を使用して、描かれた物体が 3 次元で存在しているかのような視覚的な錯覚を作り出します。

トリックアイ美術館や香港3Dミュージアムなど、大規模な錯覚アートを用いて訪問者が幻想的なシーンで自分自身を撮影できる観光スポットがアジアのいくつかの国でオープンしている。^{[38] [39]}

この仮説は、視覚系の神経回路が神経学習によって、通常の3Dシーンを非常に効率的に解釈するシステムに進化し、脳内に単純化されたモデルが出現することで解釈プロセスが高速化されるが、異常な状況では錯視が生じると主張している。この意味で、認知プロセス仮説は、視覚が逆問題を解決するために進化してきた経験的統計的方法の特徴として、錯視を理解するための枠組みと見なすことができる。^[40]

研究によると、3D 視覚能力は動作の計画と同時に発現し、学習されることが示されています。^[41]つまり、奥行きの手がかりがよりよく知覚されるにつれて、個人は周囲の 3D 環境内でより効率的な動作と相互作用のパターンを開発できるようになります。^[41]長い学習プロセスの後、より近い物体から得られる知覚データによく適応した世界の内部表現が発現します。地平線近くの遠くの物体の表現は「適切」ではありません。^{[さらなる説明が必要]}実際、地平線近くで知覚すると、月だけが大きく見えるわけではありません。遠くの風景を撮影した写真では、遠くの物体はすべて、視覚を使用して直接観察する場合よりも小さく知覚されます。

• モーション残効: このビデオは、視聴者が視聴後に目をそらすと歪んだ錯覚を生み出します。
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  エビングハウス錯視：左側のオレンジ色の円は右側の円よりも小さく見えますが、実際には同じ大きさです。
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  カフェウォール錯視: この画像では平行な水平線が傾いて見えます。
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  チェッカー バージョン: 大きなグリッド ポイントの斜めのチェッカー スクエアにより、グリッドが歪んで見えます。
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  水平と垂直の中心対称性を持つチェッカーバージョン
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  ライラック チェイサー: 中央の黒い十字に焦点を合わせると、消える点の位置が緑色に表示されます。
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  動きの錯覚: 対照的な色によって動きの錯覚が生まれます。
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  水彩画錯視：この図形の黄色と青の境界線は、物体が白ではなく淡い黄色であるかのような錯覚を生み出す^[42]
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  主観的なシアンフィルター、左：青い円の上に主観的に構築されたシアンの正方形フィルター、右：小さなシアンの円がフィルターの構築を阻害している^{[43] [44]}
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  耳介の錯視的絡み合い効果^[45]と耳介錯視（scholarpedia）^[46] 。この図では、正方形が同心円状に配置されているにもかかわらず、内側に螺旋状に広がっている様子が描かれている。
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  回転するフェナキストスコープ。円盤の外側の縁で男性がお辞儀をし、女性がお辞儀をしているような動きの錯覚を映し出す。1833 年
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  マリリン モンローの写真の低周波成分(左の挿入画像) とアルバート アインシュタインの写真の高周波成分(右の挿入画像) から作成されたハイブリッド画像。アインシュタインの画像は、全体画像ではより鮮明です。
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  古代ローマの幾何学モザイク。立方体のテクスチャがネッカーキューブのような錯覚を引き起こします。
• 錯覚を起こすカラフルな回転ディスクのセット。ディスクはさまざまな領域で前後に動いているように見えます。
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  耳介ブレルスタッフ錯視：黒い点を見ながら頭を前後に動かすと、2つの円が動いているように見える。^[47]
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  回転ダンサーは時計回りにも反時計回りにも動いているように見えます。
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  強制的な遠近法: 男性が背景のピサの斜塔を支えているように見えるように描かれています。
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  きらめくグリッド錯視: 暗い点がランダムな交差点で急速に現れたり消えたりするように見えるため、「きらめく」という名前が付けられています。
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  家具が天井に取り付けられた建物の部屋では、2人の男性が逆さまになっているように見えます。
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  フィレンツェ大聖堂の床の幻想

ウィキメディア・コモンズには、錯視に関連するメディアがあります。

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