ファイ現象

ファイ現象という用語は、2つの近くの光刺激が比較的高い周波数で交互に提示された場合に観察される見かけの動きを指す狭義の意味で使用されます。より低い周波数で見られるベータ運動とは対照的に、刺激自体は動いているようには見えません。代わりに、拡散した不定形の影のようなものが刺激の前に飛び出し、一時的に刺激を遮るように見えます。この影は、背景とほぼ同じ色をしているように見えます。^[1]マックス・ヴェルトハイマーは、1912年に出版された彼の資格論文で、この形の見かけの動きについて初めて説明しました。 ^{[2] これは、}ゲシュタルト心理学の誕生を示しました。^[3]

より広い意味では、特に複数形のファイ現象が使用される場合、2つの近くの光刺激が交互に提示された場合に見られるすべての見かけの動きにも適用されます。これには特に、映画やアニメーションで動きの錯覚と見なされてきたベータ運動が含まれますが、^{[4] [5]}ベータ運動は、映画で見られる短距離の見かけの動きではなく、長距離の見かけの動きを示すと主張することもできます。^[6]実際、ワートハイマーは1912年にこの用語を導入したとき、彼の論文で説明されているすべての見かけの動きに「φ現象」という用語を適用しました。彼はオブジェクトのない動きを「純粋なφ」と呼びました。^[2]しかし、一部の評論家は、彼がギリシャ文字のφを純粋なオブジェクトのない動きのために取っておいたと主張しています。^{[7] [8]}

ヴェルトハイマーの古典的な実験では、タキストスコープを使用して2本の光線または曲線を繰り返し次々に提示した。^[9]刺激間に一定の比較的短い間隔が使用され、刺激間の距離が適切であった場合、被験者（同僚のヴォルフガング・ケーラーとクルト・コフカ^[10]）は純粋な「物体のない」動きを見たと報告した。^[9]

しかし、ファイを安定して説得力を持って実証することは難しいことが判明しました。この現象の実証を容易にするために、21世紀の心理学者は、2つ以上の刺激を使用してより鮮明な実験配置を設計しました。「マグニファイ」と呼ばれるこのデモンストレーションでは、同一のディスクが円形に配置され、ディスクの1つが時計回りまたは反時計回りの順序で素早く隠されます。これにより、ワートハイマーが発見したような影のような動きを観察しやすくなります。マグニファイのデモンストレーションは、タイミング、サイズ、強度、ディスクの数、視聴距離などのパラメータの変化に対して堅牢です。^[9]

さらに、負の刺激間隔(ISI) を使用すると、2 つの要素のみでも、より確実に現象を観察できます(つまり、2 つの要素が見える期間がわずかに重なる場合)。その場合、視聴者は 2 つのオブジェクトが静止しているように見え、一方の側での刺激の再出現は、その位置に以前表示されていたオブジェクトが再出現したことを意味すると無意識に想定し、ベータ運動で観察されるように、反対側のオブジェクトが新しい位置に移動したことを意味するとは想定しません。この認識の重要な要因は、各側の刺激の不連続性の短さです。これは、純粋なファイ現象を生成するために 2 つのパラメータを適切に選択する必要があるという観察によって裏付けられています。第 1 に、各側のギャップの絶対持続時間は、約 150 ミリ秒を超えてはならず、第 2 に、ギャップの持続時間は刺激周期の 40% を超えてはなりません。^[1]

1912年の論文で、ヴェルトハイマーは次のように記号φ（ファイ）を導入した。 ^[2]

ワートハイマーは、両方の物体の「最適運動」（後にベータ運動と呼ばれる）と部分運動の他に、「純粋運動」と呼ぶ現象についても説明しました。これに関して、彼は被験者の記述を次のように要約しています。

ヴェルトハイマーはこれらの観察を非常に重要視した。なぜなら、これらの観察は、動きが直接知覚できること、そして、動きが、わずかに異なる場所でわずかに異なる時間に生じた2つの光刺激の別々の感覚から必ずしも推測されるわけではないことを証明したからだ^[2]。彼の論文のこの側面は、ゲシュタルト心理学の立ち上げの重要なきっかけとなった^{[9] 。}

20 世紀半ばから、ファイ現象が正確に何であるかに関して科学文献に混乱が生じ始めた。その理由の 1 つは、ドイツ語で発表されたウェルトハイマーの論文を英語圏の科学者が理解するのに苦労したためである。ウェルトハイマーの文体も特異である。^[11]さらに、ウェルトハイマーの論文では、「純粋な動き」がどのパラメータで観察されたかを正確に指定していない。さらに、この現象を再現することは困難である。エドウィン・ボーリングの 1942 年に最初に出版された、影響力のある感覚と知覚の心理学の歴史が、この混乱の一因となった。^[12]ボーリングは、ウェルトハイマーが観察した現象をリストし、刺激間隔の長さで分類した。しかし、ボーリングはファイ現象を間違った位置、つまり刺激間隔が比較的長いものとして位置付けた。実際、そのような長い間隔では、被験者は動きをまったく知覚せず、2 つの物体が連続して現れるのを観察するだけである。^[9]

この混乱は、おそらくファイ現象が「オメガ運動」「残像運動」「影運動」など他の名称で「再発見」されることにつながったと思われる。^[1]

人間の視覚系は、静止した類似の2つの光刺激を高頻度で連続的に照射することで見かけ上のファイ運動を知覚しますが、この運動の逆バージョンである逆ファイ錯視も存在します。^[13]逆ファイ錯視は、正の方向から負の方向にフェードまたは溶解するタイプのファイ現象であり、そのため、人間が知覚する見かけ上の運動は、実際の物理的な変位と逆になります。逆ファイ錯視の後には、白黒のパターンが続くことがよくあります。

逆ファイ錯視は実際には明るさの効果であり、明るさが反転する画像が網膜を横切るときに発生すると考えられています。^{[13] [14]}これは、視覚刺激が空間的に加算される（空間微分化の逆のプロセス）視覚受容野モデルのメカニズムによって説明できます。この空間加算により輪郭がわずかにぼやけ、知覚される明るさが変わります。この受容野モデルから4つの予測が確認されています。第1に、変位が中心窩受容野の幅よりも大きい場合、中心窩の逆ファイ錯視は解消されるはずです。第2に、受容野は周辺網膜の方が大きいため、中心窩よりも大きな変位に対して周辺網膜に逆ファイ錯視が発生します。第3に、受容野による空間加算は、デフォーカスレンズを備えたスクリーンに投影された逆ファイ錯視の視覚的なぼやけによって増加する可能性があります。 4番目に、正像と負像の間のずれが減少するにつれて、逆ファイ錯視の量が増加するはずです。

実際、私たちの視覚システムは、順方向と逆方向のファイ現象を同じように処理します。私たちの視覚システムは、連続するフレーム内の対応する明るさの個々の点の間でファイ現象を認識し、ファイの動きは、全体的ではなく、明るさによって媒介される局所的な点ごとに決定されます。^[14]

• T4 および T5 運動検出細胞は逆ファイ行動に必要かつ十分であり、逆ファイ運動に対する回転反応を生成する他の経路は存在しません。^[要出典]
• 接線細胞は逆ファイ運動の刺激に対して部分的な電圧応答を示す。^[要出典]
• ハッセンシュタイン・ライヒャルト検出器モデル。^[要出典]
• T4 樹状突起では逆ファイに対してかなりの反応があり、T5 樹状突起では限界的な反応があります。^{[引用が必要]}

ファイ現象は長い間ベータ運動と混同されてきましたが、ゲシュタルト心理学の創始者であるマックス・ヴェルトハイマーは、1912年に両者の違いを区別しました。ファイ現象とベータ運動は、広い意味では同じカテゴリーに分類できますが、実際にはまったく異なるものです。

まず、違いは神経解剖学的なレベルにあります。視覚情報は 2 つの経路で処理されます。1 つは位置と動きを処理し、もう 1 つは形状と色を処理します。物体が動いたり位置を変えたりしている場合は、両方の経路が刺激され、ベータ運動の知覚が生じる可能性があります。一方、物体の位置が急激に変化した場合は、ファイ現象などの純粋な運動の知覚が生じる可能性があります。

第二に、ファイ現象とベータ運動は知覚的にも異なります。ファイ現象の場合、2 つの刺激 A と B が連続して提示され、A と B 上を通過する何らかの動きとして知覚されます。一方、ベータ運動の場合、やはり 2 つの刺激 A と B が連続して提示され、物体が実際に位置 A から位置 B へ移動するものとして知覚されます。

違いは認知レベルにも存在し、視覚系が動きを解釈する方法についても、視覚系が知覚解釈の逆問題を解くという仮定に基づいています。物体によって生成された近傍の刺激については、近傍の刺激が現実の完全な画像を与えないため、視覚系は物体を推測する必要があります。視覚系が解釈する方法は複数あります。したがって、視覚系は、ユニークで本物の解釈を獲得するために、複数の解釈に制約を課す必要があります。視覚系が制約を設定するために使用する原則は、多くの場合、単純さと尤度に関連しています。^[16]

ハッセンシュタイン・ライヒャルト検出器モデルは、視覚系が2つの隣接する点からの光強度の時間的相互相関を検出することによって動きを推定することを提案した最初の数学モデルであると考えられており、簡単に言えば、視覚系が動きを追跡する方法に関する理論的な神経回路です。このモデルは、ファイ現象とその逆バージョンを説明および予測できます。^{[15] [17]}このモデルは2つの場所と2つの視覚入力で構成されており、1つの場所で1つの入力が検出されると、信号が他の場所に送信されます。2つの視覚入力は時間的に非対称にフィルタリングされ、1つの場所の視覚コントラストが他の場所からの時間遅延コントラストと乗算されます。最後に、乗算結果を減算して出力を取得します。

したがって、2 つの正の信号または 2 つの負の信号は正の出力を生成しますが、入力が 1 つ正で 1 つ負の場合、出力は負になります。これは数学的には乗算規則に対応します。

ファイ現象の場合、動き検出器が発達して網膜上のある点の光強度の変化を検出し、その後、私たちの視覚システムはその変化と網膜上の隣接点の光強度の変化との相関関係を短い遅延で計算します。^[18]

ライヒャルトモデル^[17]は、最も単純なハッセンシュタイン-ライヒャルト検出器モデルのより複雑な形式であり、共通の二次非線形性を持つペアワイズモデルであると考えられている。フーリエ法は線形法であると考えられているように、ライヒャルトモデルは、異なる要素位置での輝度変化に対する視覚反応が組み合わされた場合に乗法非線形性を導入する。^[19]このモデルでは、1つの光受容体入力は、隣接する位置からのもう1つの入力との乗算によって比較されるフィルターによって遅延される。入力は、乗算の前と乗算の後に鏡映対称な方法で2回フィルターされ、2次動き推定が得られる。^{[17] [20]}この一般化されたライヒャルトモデルでは、乗法非線形性の前の任意のフィルターと非線形性の後のフィルターが可能である。^[17]ファイ現象は多くの場合、一次動きと見なされるが、このモデルによれば、逆ファイは一次と二次の両方になり得る。   ^[21]

• カラーファイ現象
• 動きの知覚

ウィキメディア・コモンズには、ファイ現象に関連するメディアがあります。

• ベータ運動とファイ現象。