選択的聴覚注意

選択的聴覚注意、または選択的聴覚は、聴覚情報処理のために特定の刺激を選択または集中し、他の刺激を無視する聴覚システムのプロセスです。^[1]人間の処理能力と記憶能力には限界があるため、この選択は非常に重要です。^[2]人が選択的聴覚を使用すると、周囲の環境からのノイズは聴覚システムによって聞こえますが、聴覚情報の特定の部分のみが選択され、脳で処理されます。

ほとんどの場合、聴覚の注意は人々が最も聞きたいものに向けられます。^[3]選択的聴覚は生理的な障害ではなく、むしろほとんどの人間が音や雑音を遮断する能力です。それは周囲の環境の特定のものを無視するという概念です。

Krans、Isbell、Giuliano、Neville (2013) の論文では、選択的聴覚注意は、脳が複数の刺激の処理を阻害するプロセスであるボトルネック効果のプロセスを通じて見ることができるとされています。たとえば、生徒は先生の授業に集中しており、騒々しい教室でのクラスメートの音は無視しています (p. 53)。その結果、先生から与えられた情報は生徒の長期記憶に保存され、エンコードされ、騒々しい教室からの刺激は、最初から存在しなかったかのように完全に無視されます。脳は、混沌とした現実世界の環境で発生するすべての感覚情報を持続的に収集することはできないため、最も関連性の高い重要な情報だけが脳によって徹底的に処理されます。^[4]

選択的聴覚注意に関する初期の研究は、コリン・チェリーが「カクテルパーティー問題」を発表した1953年に遡ります。^[5]当時、管制塔の航空管制官は、パイロットからのメッセージを拡声器で受信していました。1つの拡声器から混合した音声を聞くことは、この作業が非常に困難でした。^[6]航空管制官が直面する問題を模倣したチェリーの実験では、参加者は1つの拡声器から同時に再生される2つのメッセージを聞き、聞いた内容を繰り返さなければなりませんでした。^{[5]これは後に}両耳聴課題と呼ばれました。^[7]

コリン・チェリーによって提唱されたにもかかわらず、ドナルド・ブロードベントは研究において初めて体系的に両耳分離聴テストを適用した人物とみなされることが多い。^{[8]ブロードベントは両耳分離聴法を用いて、聴覚刺激が}過剰に与えられた場合に被験者が刺激に選択的に注意を向ける方法をテストした。ブロードベントは、その発見を用いて1958 年に注意のフィルター モデルを開発した。^[9]ブロードベントは、人間の情報処理システムには容量の制限による「ボトルネック」があり、脳は聴覚情報を処理する前に「早期選択」を行うという理論を立てた。^[10]ブロードベントは、聴覚情報が無制限の感覚バッファーに入り、1 つの情報ストリームがフィルターされてボトルネックを通過してまとまり、選択されなかった他のすべての情報はすぐに顕著性が低下して処理されないと提唱した。^{[11]ブロードベントのモデルは}カクテルパーティー現象と矛盾している。なぜならブロードベントのモデルは、無人情報は処理される前に破棄されるため、無人情報源から自分の名前を聞いても人々は決して反応しないと予測しているからである。

1963年に提唱されたドイチュとドイチュの後期選択モデルは、ブロードベントの早期選択モデルと競合するモデルである。 ^[12]ドイチュとドイチュのモデルは、すべての情報と感覚入力が注目され、意味処理されると理論づけている。^[12]処理ルーチンの後の方で、情報が短期記憶に入る直前に、フィルターが情報の意味特性を分析し、関連情報を含む刺激を短期記憶に通し、無関係な情報を除去する。ドイチュとドイチュの選択的聴覚注意モデルは、注目されていない刺激に対する弱い反応は、より重要な刺激が最初に作業記憶に入るように優先される、情報の関連性に関する内部決定から生じることを示唆している。

1964年、ブロードベントの大学院生だったアン・トレイスマンは、ブロードベントの理論を改良し、独自の減衰モデルを提唱した。^[13]トレイスマンのモデルでは、注意を払われていない情報は、注意を払われている情報に比べて減衰され、調整されているが、それでも処理される。例えば、コーヒーショップで飲み物を注文しているときに、3つの無関係な音源（おしゃべり、コーヒーメーカー、音楽）にさらされていると想像してみてほしい。トレイスマンのモデルによれば、レジ係に注意を払っている間も、後者の3つの音は拾うが、これらの無関係なノイズ源は、あたかも「音量」が下げられたかのように、くぐもった音になる。トレイスマンはまた、選択的聴覚注意には閾値メカニズムが存在し、無関係な情報の流れからの言葉が人の注意を引くことができると示唆している。自分の名前や「気をつけろ」など、閾値が低く、意味と重要性が高い言葉は、人の注意を緊急に必要とされる場所に向け直す。^[13]

選択的聴覚注意は聴覚注意の構成要素であり、覚醒、定位反応、注意持続時間も含まれる。選択的聴覚注意の検査は、言語命令の使用と理解の能力が限られているため、乳児に比べて子供や成人の方が容易であることが知られている。結果として、乳児の聴覚選択に関する理解のほとんどは、音声や言語の知覚と識別などの他の研究から得られている。^[14]しかし、乳児における少量の選択は、乳児の母親の声を他の女性の声よりも好む、^[15]自分の母国語を外国語よりも好む、^[16]大人同士の会話ではなく乳児に向けられた会話で記録されている。^[17]

年齢を重ねるにつれて、年長児は年少児に比べて聴覚刺激を検出し選択する能力が高まります。これは、選択的聴覚注意は年齢に依存した能力であり、情報の自動処理能力の向上に基づいて増加することを示唆しています。^[18]

低年齢の子供は、高年齢の子供に比べて聴覚刺激を検出して選択する能力が低いため、無関係な情報と関連する情報を識別する能力は、低年齢の子供の方が高年齢の子供よりも低いことが示されています。干渉するメッセージの中から1つのメッセージに注意を向ける能力は、年齢とともに増加し、特に5歳から12歳の間に増加し、その後は最終的に平準化されます。^[19]

これらの能力の向上に寄与することが示されている要因には、年齢が上がるにつれて言語能力と単語の親しみやすさが向上することが含まれます。^[19]

もう一つの要因としては、年齢が上の子供は課題を理解する能力がより高いため、課題を理解して完了できた場合の報酬や罰をより頻繁に受け、不必要な刺激をより頻繁に排除するようになることが挙げられます。^[20]偶発的学習パラダイムを用いた測定では、11歳以上の子供は、無関係な情報よりも関連情報を積極的に処理する戦略が発達するため、偶発的な刺激を処理する可能性が低くなり始めることが示されました。^[21]

全体として、無関係な情報をフィルタリングしたり、関連する情報に注意を向けたりすることができないことは、発達的に未熟な注意の割り当てにつながります。^[22]

近年、PET（陽電子放出断層撮影）やfMRI（機能的磁気共鳴画像法）などの神経画像ツールは、高空間分解能での神経操作に非常に成功しています。特に、fMRIは複数の研究で聴覚皮質における注意効果の証拠を見つけるために使用されています。「古典的な」両耳選択的聴取パラダイムに基づく別の研究も同様に成功していることが証明されています。研究結果では、注意の方向と反対側の皮質で効果が大きいことが示され^{[23] [24] [25] [26]}、「注意の方向に応じて左または右の聴覚皮質を選択的に調整する」と解釈されました^[26]

選択的聴覚の普及については、まだ明確に研究されていない。しかし、選択的聴覚の割合は特に男性の方が女性よりも高いと主張する人もいる。Ida Zündorf、Hans-Otto Karnath、Jörg Lewaldは2010年に、聴覚情報の位置特定における男性の利点と能力を調査する研究を行った。^{[27]彼らの研究では、カクテルパーティー効果を中心とした}音源位置特定タスクが利用された。男性と女性の参加者は、他の音源からの競合する音の上で、特定の音源からの音を拾い上げようとしなければならなかった。結果は、全体的に男性の成績が優れていることを示した。女性の参加者は、複数の音源環境で目的の音を見つけるのがより困難であると感じた。Zündorfらは、複数の音源の聴覚場から目的の音を見つけるのに役立つ注意プロセスに性差があるかもしれないと示唆した。選択的聴覚に関しては男性と女性に若干の違いがあるものの、マルチタスクという課題に直面した際には、特に同時に実行しようとするタスクの性質が非常に似ている場合には、どちらも苦労します（Dittrich、Stahl、2012、p.626）。^[28]

選択的聴覚は、生理的または心理的側面の障害であるとは知られていません。世界保健機関(WHO) によると、聴覚障害は耳の聴力が完全に失われた場合に発生します。これは、聞く能力の喪失を意味します。技術的に言えば、選択的聴覚は特定の音声メッセージに対する「聴覚喪失」ではありません。むしろ、音声メッセージに聞き取れるよう注意を向ける個人の選択性です。音声メッセージ全体が物理的に耳で聞こえますが、脳は不要な情報を体系的にフィルタリングして、メッセージの関連する重要な部分に集中します。したがって、選択的聴覚を生理的聴覚障害と混同しないでください。^[29]選択的聴覚注意は脳の正常な感覚プロセスであり、自閉症、注意欠陥多動性障害、^[30]心的外傷後ストレス障害、^[31]統合失調症、^[30]選択性緘黙症、^[32]などの感覚処理障害や単独の聴覚処理障害を持つ人々では、このプロセスに関連する異常が存在する可能性がある。^[33]

ターゲットスピーチヒアリングは、ヘッドセットや補聴器などのヒアラブルデバイスに提案されており、装着者が群衆の中でターゲットの人の声を聞き取れるようにする。^{[34] [35]} この技術は、リアルタイムニューラルネットワークを使用してターゲットスピーカーの音声特性を学習し、後で他の話者やノイズを除去しながらそのスピーチに焦点を合わせるために使用される。^{[36] [37]} ディープラーニングベースのデバイスでは、装着者がターゲットスピーカーを3〜5秒間見つめて登録することができる。^{[35]すると、}ヒアラブルデバイスは環境内の他のすべての音をキャンセルし、リスナーが動き回ってスピーカーに向き合わなくなった場合でも、登録されたスピーカーの声だけをリアルタイムで再生することができる。^{[36]これは、}聴覚障害だけでなく感覚処理障害のある人にも役立つ可能性がある。

ニューラルネットワークとノイズキャンセリング技術を組み合わせることで、カスタマイズ可能な聴覚ゾーン（サウンドバブルと呼ばれる）を備えたヘッドセットが開発され、装着者は外部の音を抑えながら指定エリア内の話者に集中することができる。^[38]この技術の中核となるのは、リソースが限られたヘッドセットでオーディオ信号をリアルタイム（100分の1秒以内）で処理・分析するように最適化されたニューラルネットワークである。この軽量ネットワークは、サウンドバブルの内外の音源の数を識別し、これらの音を分離し、各音源までの距離を推定するようにトレーニングされる。これは、人間の脳にとっても非常に難しいタスクであると考えられている。^{[38] [39]}ニューラルネットワークは、複数のマイクを備えたノイズキャンセリングヘッドセットに組み込まれており、半径が1〜2メートルの範囲でプログラム可能なサウンドバブルを生成できるシステムが実現している。^[39]これらのサウンドバブルヘッドセットは、装着者が空間的に近い音に選択的に集中し、遠い音を抑えるのに役立つ。

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