レスポンスプライミング

知覚と運動制御の心理学では、反応プライミングという用語は、特別な形態のプライミングを指します。一般的に、プライミング効果は、ターゲット刺激への反応が、それより前に提示されたプライム刺激の影響を受ける場合に発生します。反応プライミングの特徴は、プライムとターゲットが立て続けに（通常、100 ミリ秒未満の間隔で）提示され、同一または代替の運動反応と結び付けられていることです。ターゲット刺激を分類するために高速化された運動反応が実行されると、ターゲットの直前のプライムは、ターゲットとして異なる反応に割り当てられたときに反応の矛盾を引き起こす可能性があります。これらの反応の矛盾は運動行動に目に見える影響を及ぼし、たとえば、反応時間やエラー率にプライミング効果をもたらします。反応プライミングの特別な特性は、プライムの視覚的認識に依存しないことです。

1962年、フェラーとラーブ^[1]は、被験者が視覚的ターゲット刺激の提示時にできるだけ早く1つのキーを押すように要求する実験を報告しました。ターゲットの可視性は、いわゆるメタコントラストマスキング（下記参照）によって大幅に低下しました。著者らは、反応時間はターゲットの主観的な可視性とは無関係であること、つまり、よく見えるターゲットへの反応は、ほとんど見えないターゲットへの反応と同じくらい速いことを発見しました（フェラー・ラーブ効果）。反応プライミングという用語は、ローゼンバウムとコーンブラム^{[2]によって、運動反応のさまざまな側面が視覚刺激によってプライミングされる実験}パラダイムに関して初めて使用されました。反応プライミングの現代的な手順は、1980年代と1990年代にドイツのビーレフェルト大学のピーター・ウォルフ、ヴェルナー・クロッツ、ウルリッヒ・アンゾルゲ、オドマー・ノイマンによって開発されました。^{[3] [4] [5] [6]}このパラダイムは1990年代にドイツのブラウンシュヴァイク大学のディルク・フォーベルグ率いる研究チームによってさらに発展した。^[7]

応答プライミング パラダイムにおける試行の典型的な時間経過。ここでは、参加者は割り当てられた応答キーを押して、ターゲット刺激の形状 (ダイヤモンドまたは正方形) にできるだけ素早く応答します。その直前に、ターゲットへの応答に影響を与えるプライム (ダイヤモンドまたは正方形) が表示されます。プライムの開始とターゲットの開始の間の時間間隔は、「刺激開始の非同期性」(SOA) と呼ばれます。多くの応答プライミング実験では、ターゲットはプライムを視覚的に隠す役割も果たします。そのため、参加者に隠されたプライムを識別するよう求める 2 番目のタスクが頻繁に使用されます。b) プライムとターゲットは、同じ応答に割り当てられている場合は一貫していますが、異なる応答に割り当てられている場合は一貫していません。c) プライムの可視性は、ターゲットの隠蔽効果によって大きく左右される可能性があります。

すべての応答プライミング パラダイムでは、参加者は特定のターゲット刺激に応答する必要があります。簡単な実験では、これは 2 つの幾何学的刺激の 1 つであり、それぞれが 2 つの応答キーの 1 つに割り当てられます (例: ダイヤモンド - 左キー、正方形 - 右キー)。この実験は、参加者がダイヤモンドが表示されたら左キーを、正方形が表示されたら右キーを、できるだけ迅速かつ正確に押す多数の試行で構成されます。各試行では、ターゲットの前にプライムがあり、これもダイヤモンドまたは正方形であるため、ターゲットと同じ運動応答を引き出すことができます (図 1a)。プライムとターゲットが同じ応答にリンクされている場合 (ダイヤモンドの前にダイヤモンド、正方形の前に正方形)、それらは「一貫性がある」(「一致している」、「互換性がある」とも呼ばれます)。異なる運動応答にリンクされている場合 (ダイヤモンドの前に正方形、正方形の前にダイヤモンド)、「一貫性がない」(「不一致」、「互換性がない」とも呼ばれます (図 1b)。プライムの開始とターゲットの開始の間の時間間隔は、「刺激開始非同期性」(SOA) と呼ばれます。通常、最大 100 ミリ秒 (ms) の SOA が使用されます。

プライミング効果は、プライムがターゲットに対する運動反応に影響を与えるときに発生します。つまり、一貫したプライムはターゲットに対する反応を速めますが、一貫性のないプライムは反応を遅くします (図 2)。反応時間におけるプライミング効果は、一貫性のない試行と一貫性のある試行の反応時間の差をとることによって計算されます。反応速度への影響とは別に、プライムは反応エラー (つまり、ターゲットに対する誤った反応) の割合に大きく影響する可能性があります。一貫性のあるプライムはめったにエラーにつながりませんが、一貫性のないプライムではエラー率が非常に高くなる可能性があります。反応時間とエラー率では、プライミング効果は通常 SOA とともに増加し、図 2 の典型的な反応プライミング パターンにつながります。^[7]これは、プライムとターゲットの間の経過時間が長いほど、プライムが反応に与える影響が大きくなることを意味します。平均反応時間が 350 ～ 450 ミリ秒の場合、反応プライミング効果は 100 ミリ秒にもなる可能性があり、これは反応時間研究において数値的に最も大きい効果の 1 つです。

多くの実験の結果から、SOA によるプライミングの増加は、実際のターゲット刺激が作用して運動反応を単独で制御できるようになる前に、プライミングが反応プロセスに影響を与える時間が長くなるために起こることが示されています。これは、EEG における運動活動の経時変化、^{[8] [9 ] [10] [11] [12]、}プライミングされたポインティング反応、^{[13] [14] [15]、}反応力の測定、^[16]、およびシミュレーション研究^[7]から明らかであり、これらすべてから、運動活性化はプライミングによって指定された方向に最初に発生し、その後に実際のターゲットによって指定された方向に進むことが示唆されています。したがって、プライミング効果の最終的な大きさは、刺激の特性とタスクの特性の両方に依存します。刺激エネルギーが高いプライミング (例: コントラストが高い、持続時間が長い) と刺激の弁別が容易なタスクでは、プライミング効果は大きくなりますが、刺激エネルギーが低いプライミングと弁別が難しいタスクでは、効果は小さくなります。^{[14] [15]} プライミング効果は、プライムの位置や関連する特徴にプライムの出現に合わせて視覚的な注意を向けることで増幅される可能性がある。^{[17] [18] [19]}

これまで説明した応答プライミング効果の時間経過は、約 100 ミリ秒までの SOA にのみ当てはまります。より長い SOA では、プライミング効果はさらに増大する可能性があります。ただし、状況によっては、一貫性のないプライミングが一貫したプライミングよりもターゲットへの応答を速めるという、効果の逆転が見られる場合があります。この効果は「負の互換性効果」として知られています。^{[9] [11] [20] [21] [22] [23] [24]}

応答プライミングは、意識のない知覚現象を調査するために使用できます。ここでは、マスキング刺激によってプライムの可視性を体系的に低下させたり、完全になくしたりすることができます。これは、プライムの直前または直後にマスキング刺激を提示することで実現できます。^[25]プライムの可視性は、強制選択弁別課題、刺激検出判断、明るさ判断などのさまざまな尺度で評価できます。^{[26] [27]プライムの後にプライムの形状を囲むマスクが続き、両方の刺激が隣接する輪郭を共有する場合、メタコントラスト}マスキングと 呼ばれる現象が発生する可能性があります。たとえば、プライムは、内側の輪郭がプライムの形状にぴったり合う大きな環状部でマスキングできます。多くの応答プライミング実験では、ターゲットはプライムをマスキングするという追加の目的も果たします（図1）。メタコントラストは、プライムの可視性がプライムの後の刺激によって低下する視覚後方マスキングの一種です。 ^{[25] [28] [29]}

図 3 には、ターゲット自体がマスキング刺激として機能する応答プライミング実験 (図 1a、c) における、視覚マスキング効果の典型的な時間経過がプライムターゲット SOA の関数として示されています。ここで、プライムの可視性の尺度は、各試行でプライムの形状 (ダイヤモンドまたは正方形) を推測しようとする参加者の識別パフォーマンスです。マスキングがない場合、パフォーマンスはほぼ完璧です。参加者は、すべての試行でプライムを正方形またはダイヤモンドとして正しく分類するのにほとんど困難はありません。対照的に、マスキングが完全であれば、識別パフォーマンスは偶然のレベルになります (図 3、左パネル)。ただし、多くの実験では、マスキングの時間経過はそれほど極端ではありません (図 3、右パネル)。ほとんどの刺激条件は、いわゆる「タイプ A マスキング」につながります。つまり、マスキングの程度は短い SOA で最高になり、その後減少するため、SOA が長くなるにつれてプライムを識別しやすくなります。しかし、状況によっては「タイプBマスキング」が発生することもあり、この場合、マスキングの程度は中程度のSOAで最も高くなるが、プライムはより短いまたはより長いSOAでより容易に識別される。タイプBマスキングはメタコントラストマスキングで発生することがあるが、プライムとターゲットの刺激特性に大きく依存する。^{[25] [28]}さらに、マスキングの経時変化は人によって大きく異なる可能性がある。^[30]

実験により、反応プライミング効果（SOA の増加とともに効果も増加する）の経時変化は、マスキングの程度や経時変化とは無関係であることが示された。Klotz と Neumann（1999）は、プライムの完全なマスキング下での反応プライミング効果を実証した。^{[4] Vorberg ら[7]}は、これらの発見を視覚マスキングの他の経時変化に拡張し、プライムとターゲットの相対的な持続時間を制御することでマスキングの経時変化を変化させた。彼らの実験では、ターゲットは左または右を指す矢印であり、プライムはターゲットによってメタコントラスト マスキングされた小さな矢印であった。参加者がプライムの指している方向を特定しようとしたとき、刺激条件（完全な可視性、完全なマスキング、タイプ A マスキング、タイプ B マスキング）に応じて、図 3 に示す経時変化のいずれかが生成された可能性がある。しかし、参加者がターゲットの方向にできるだけ早く反応しなければならないとき、これらすべての条件におけるプライミング効果は実質的に同一であった。さらに、プライミングの時間経過は、プライミングが見えるかどうか、また、SOAとともに可視性が増加するか減少するかに関係なく、常に同じでした（SOAの増加とともにプライミング効果が増加）。^[7]

特に興味深いのは、プライムの可視性が低下しているにもかかわらず、プライミング効果が増大している場合である。プライミングとプライムの視覚認識のこのような逆の時間経過は、両方のプロセスが異なるメカニズムに依存していることを明確に示している。^[31]この発見は、マスキングとプライミングの間に多数の分離があることを明らかにした多くのさらなる実験で確認できた。 ^{[1] [3] [4] [5] [ 13 ] [14 ] [19] [32] [33] [34 ] [35] [36] [37]}プライミングと視覚認識の独立性は、無意識の知覚の効果は、プライム刺激が著しく劣化し、プライム刺激に対する意識的な認識が何らかの「閾値」を下回った後に残る、非常に不利な視聴条件下での残存処理能力を単に反映しているという従来の概念と明らかに矛盾している。この概念は、無意識または「潜在的」知覚に関する研究に対する厳しい批判をしばしば引き起こしてきたが、^{[38] [39] [40] [41]}、これはおそらく基本的なレベルで間違っている。むしろ、プライム刺激が変化しないまま、マスキング刺激によってのみ可視性が制御される限り、マスクされたプライムによる運動活性化は明らかに逆マスキングのプロセスとは無関係である。言い換えれば、短時間で適切な実験条件下では、視覚的にマスクされた（目に見えない）刺激は、目に見える刺激と同じくらい効果的に運動反応に影響を与えることができる。

研究者が最も影響力のある実験変数を認識していることを前提として、^[42]応答プライミング法は、多くの実験バリエーションで使用でき、認知心理学の分野における多数の研究課題の探求に貢献できます。^[43] 最も一般的な応答プライミングの形式では、プライムとターゲットを同じモニター位置で使用するため、ターゲットはプライムを視覚的にマスクする役割も果たします（多くの場合、メタコントラストによって）。多くの実験では、同じモニター位置に 2 つの異なるプライムの前に 2 つの異なるターゲットがあります。^{[3] [4] [13]}次に、参加者は 2 つのターゲットを識別し、タスクに関連するターゲットの位置に反応する必要があります。プライム-ターゲット SOA が非常に長くなければならない場合は特に、3 種類の刺激（プライム、マスク、ターゲット）が使用されることがあります。^{[21] [22]}マスクがまったく使用されない場合もあります。^[19]プライムとターゲットは同じ画面位置に現れる必要はなく、エリクセンパラダイム^{[7] [11] [44] [45]}のように、一方の刺激が他方の刺激を挟むこともできる（実際、エリクセン効果は反応プライミングの特殊なケースである可能性がある）。

反応プライミング効果は、幾何学的刺激、^{[3] [4] [15]}色彩刺激、^{[13] [14] [32]}さまざまな種類の矢印、^{[7] [9] [10] [46]}自然画像（動物と物体）、^[15]母音と子音、^[47]文字、^[44]数字^[33]など、多数の刺激や弁別課題で実証されています。ある研究では、チェスの配置がプライムとターゲットとして提示され、参加者はキングがチェックされているかどうかを判断しなければなりませんでした。^[35] Mattler（2003）は、反応プライミングが運動反応に影響を与えるだけでなく、視覚的注意の空間的シフトや2つの異なる反応時間タスク間のシフトなどの認知操作にも機能することを示しました。^[36]さまざまな種類のマスキングも使用されています。キー入力の反応（通常は2つの選択肢）を測定する代わりに、2つ以上の選択肢を使用したり、音声反応を記録したり、^[5]高速指差し運動、^{[13] [14] [15]}眼球運動、^{[48]または脳の運動皮質における運動活性化の程度を反映し、}脳波法で測定できるいわゆる準備電位を記録したりする研究もあります。^{[8] [9] [12] [49]} 機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などの脳画像法も採用されています。^[33]

以降の部分では、通常の肯定的な反応プライミング効果を説明する3つの理論について説明します。否定的な適合性効果の理論のレビューは、Sumner（2007）に記載されています。^[24]

直接パラメータ指定の理論（図 4）は、ドイツのビーレフェルト大学のオドマー・ノイマンによって提唱され、フェーラー・ラーブ効果と初期の反応プライミング研究の結果を説明するものでした。^[50]この理論は、反応プライミング実験の開始時に、参加者が刺激と反応の割り当てのルールを習得し、それがすぐに自動化されると仮定しています。この練習段階の後、運動反応は、反応を指定するために 1 つの重要な刺激特徴（ダイヤモンド対四角など）のみが必要になる程度まで準備できます。この入力刺激特徴は、最後に欠けているアクションパラメータ（左キー押下対右キー押下など）を定義します。反応は、誘発刺激の意識的な表現を必要とせずに、迅速かつ直接的に誘発されます。反応プライミングは、プライムの特徴が、ターゲット刺激によって誘発されるはずのパラメータ指定プロセスとまったく同じプロセスを引き起こすと仮定することで説明されます。反応誘発プロセスと並行して、プライムとターゲットの意識的な表現が出現し、視覚マスキング プロセスの影響を受ける可能性があります。ただし、刺激の意識的な表現は、現在の実験試行では運動プロセスに何ら影響を与えません。

アクショントリガーの説明は、ドイツのヴュルツブルク大学のウィルフリード・クンデ、アンドレア・キーゼル、ヨアヒム・ホフマンによって開発されました。^{[47] [51]この説明では、無意識のプライムに対する反応は、プライムの}意味分析や事前に確立された刺激-反応マッピングによって引き起こされるのではないと想定されています。代わりに、プライムが既存のアクションリリース条件に適合し、鍵が錠前を開けるように、割り当てられた反応を引き出すと想定されています。これは2つの連続したステップで発生します。最初のステップでは、それぞれのタスクに適合し、特定の運動反応を引き出すことができるアクショントリガーがワーキングメモリ内でアクティブに保持されます。アクショントリガーは、実験の指導と練習の段階で確立されます。オンライン刺激処理と呼ばれる2番目のステップでは、次の刺激がアクションリリース条件と比較されます。刺激がトリガー条件に適合する場合、アクショントリガーは自動的に反応を実行します。例えば、被験者の課題は、視覚的に提示された数字が 5 より小さいか大きいかを示すことであり、^[33]左手のキーは「1」から「4」の数字に対して押され、右手のキーは「6」から「9」の数字に対して押される。指示に基づいて、プライムまたはターゲットの数字に割り当てられた応答を自動的に引き出すアクション トリガーが設定される。この理論の重要な予測の 1 つは、トリガー条件を満たすが実際にはターゲットとして発生しないプライムによって応答が引き出される可能性があるというものである。^[51]アクション トリガーの説明の後のバージョンでは、プライムの意味表現がアクションのリリース条件として機能できると主張している。^{[52] [53]}

繰り返しになりますが、刺激の意識的な表現は運動活性化には何の役割も果たしません。ただし、後の試行で応答基準を戦略的に調整することにつながる可能性があります (たとえば、エラーを回避するために応答を遅くすることを選択するなど)。要するに、この理論は、応答プライミングにつながる正確な条件に焦点を当てることで、直接パラメータ指定の概念を拡張したものと見なすことができます。

反応プライミングのラピッドチェイス理論^{[12] [14] [15]}は、2006年にトーマス・シュミット、シルヤ・ニーハウス、アナベル・ナーゲルによって提唱された。この理論は、直接パラメータ指定モデルを、新たに発生した視覚刺激が視覚運動系のニューロン活性化の波を引き起こし、それが皮質の視覚野から運動野へと急速に広がるという発見に結び付けている。 ^{[54] [55] [56] [57]}活動の波面は非常に速く広がるため、アムステルダム大学のビクター・ラメとピーター・ロルフセマは、この波が純粋なフィードフォワードプロセス（フィードフォワードスイープ）として始まると提唱している。つまり、波面が最初に到達した細胞は、他の細胞からのフィードバックを統合する前に、その活動を次の細胞に渡す必要がある。ラメとロルフセマは、この種のフィードフォワード処理では、刺激の視覚的認識を生成するのに十分ではないと仮定している。そのためには、広範囲にわたるニューロンネットワークをリンクするニューロンフィードバックと再帰処理ループが必要である。^{[29] [55]}

ラピッド チェイス理論によると、プライムとターゲットの両方がフィードフォワード スイープを引き起こし、これが視覚運動系を次々と高速で横断して脳の運動領域に到達します。そこでは、運動プロセスが自動的に引き起こされ、意識的な表現は必要ありません。プライム信号はターゲット信号よりも先行しているため、プライムとターゲットは視覚運動系を通じて「ラピッド チェイス」を行います。プライム信号は最初に運動皮質に到達するため、プライム信号は割り当てられた運動応答をアクティブ化できます。プライム ターゲット間の SOA が短いほど、ターゲットはより早く追跡を開始できます。ターゲット信号が最終的に運動皮質に到達すると、プライムによって引き起こされた応答プロセスを継続するか (プライムとターゲットが一致している場合)、応答プロセスをリダイレクトすることができます (プライムとターゲットが一致していない場合)。これは、プライムターゲットSOAとともに応答プライミング効果が増加する理由を説明しています。SOAが長いほど、プライム信号が単独で応答を制御する時間が長くなり、応答活性化プロセスがプライムの方向に進む可能性が高くなります。状況によっては、プライムが応答エラーを引き起こすこともあります（エラー率に特徴的なプライミング効果をもたらします）。プライムとターゲットによるこのような連続的な運動制御の経時変化は、2003年にDirk Vorbergと同僚によって数学モデル^[7]で説明され、EEGのプライミングされた運動電位の経時変化と一致しています。^{[8] [12] [58]}

ラピッドチェイス理論によれば、反応プライミング効果は視覚認識とは無関係である。なぜなら、刺激の意識的表現の出現は、より遅い反復的プロセスに依存するのに対し、反応プライミング効果は、急速なフィードフォワードプロセスによって行われるからである。 ^{[29] [55]} ラピッドチェイス理論の最も重要な予測は、プライム信号とターゲット信号のフィードフォワードスイープが厳密な順序で発生するはずである。この厳密な連続性は、運動反応の経時変化で観察可能で、反応がプライム信号のみによって制御され、実際のターゲット刺激のすべての特性から独立している初期段階が存在するはずである。これらの予測を確認する方法の 1 つは、プライムされたポインティング反応の経時変化を調べることである。^[13]これらのポインティング反応は、プライム (実際のターゲットではない) の提示後、一定の時間に開始し、プライムによって指定された方向に進み始めることが示されている。プライムとターゲットが一致しない場合、ターゲットはしばしば「オンザフライ」でポインティング方向を反転し、反応を正しい方向に向けることができる。しかし、SOAが長ければ長いほど、指が誤解を招くプライムの方向に動いている時間が長くなります。^[13] Schmidt、Niehaus、およびNagel（2006）は、プライムされたポインティング運動の最も初期の段階はプライムの特性（たとえば、赤プライムと緑プライムの色のコントラスト）のみに依存し、ターゲットのすべての特性（発生時間、色のコントラスト、プライムを隠す能力）とは無関係であることを示しています。^[14]これらの発見は、さまざまな方法とさまざまなタイプの刺激で確認できました。^{[12] [15] [18] [19]}

ラピッドチェイス理論は、反応プライミングをフィードフォワードプロセスとみなしているため、プライミング効果は反復およびフィードバック活動が刺激処理に参加する前に発生すると主張しています。したがって、この理論は、反応プライミング効果は視覚刺激の事前意識処理の尺度であり、その刺激が最終的に視覚認識で表現される方法とは質的に異なる可能性があるという物議を醸す仮説につながります。^[37]

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