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課題誘発瞳孔反応（「課題誘発瞳孔反応」とも呼ばれる）は、人間に課せられた認知負荷によって、および末梢神経系における副交感神経活動の低下の結果として引き起こされる瞳孔反応である。[1]課題が作業記憶にかける要求が増加すると、瞳孔拡張が直線的に増加することがわかっている。Beatty は、短期記憶、言語処理、推論、知覚、持続的注意、選択的注意のさまざまな課題における課題誘発瞳孔反応を評価し、それがカーネマンの処理負荷を示す 3 つの基準を満たしていることを発見した。[2] [3]つまり、課題内、異なる課題間、および個人間の処理負荷の違いを反映できる。これは、精神生理学研究において認知負荷レベルの指標として使用されている。[2]
初期の歴史
数百年前、商人は顧客の瞳孔径の変化に注意を払うことで顧客の考えや意図を読み取ることができたと言われていました。[1]
生物学的背景
瞳孔の大きさは、瞳孔を拡張させる虹彩散大筋と瞳孔を収縮させる虹彩括約筋によって制御されます。これらはそれぞれ交感神経と副交感神経の影響を受けます。[4]
以前の研究では、この瞳孔反応は脳幹の網様体賦活系が大脳皮質にリンクしていることによる可能性が高いと示唆されています。[1]散瞳を含む眼球機能の一部の調節は網様体系によって直接影響を受けます。この系の一部は、認知やタスク関連の活動、および皮質の活性化に直接関与する高次神経構造にリンクしています。これらの神経構造には以下が含まれます。
そのため、認知負荷は、眼球の拡張など網様体の一部の機能に直接影響を及ぼし、課題誘発性瞳孔反応を引き起こす可能性があります。
最近の研究では、瞳孔反応は青斑 ノルエピネフリン（LC-NE）系に直接関係していることが判明しています。[4] LC-NE系は、タスク要求の検出、認識、注意に関連する脳の領域に関連しています。また、LCが瞳孔活動に関連しているのは、腹側延髄の巨細胞核との共通の相互作用によるものである可能性も非常に高いです。
実験結果
短期記憶
ビーティーとカーネマン(1966) は、実験の参加者に、1 秒に 1 つの速度で一連の数字を記憶するように依頼しました。[1] 2 秒間の休止の後、参加者は同じ速度で数字を繰り返すように依頼されました。彼らは、参加者が聞いた数字ごとに瞳孔径が増加し、数字を順番に繰り返すにつれて減少することを発見しました。最大サイズは、記憶して繰り返す数字の数によって決まりました。したがって、拡張の程度は、タスクの難易度、つまり参加者が経験した認知負荷、つまり「精神的努力」の量に直接関係しています。[2] [5]このため、タスク誘発瞳孔反応は、認知負荷の尺度として使用できる可能性があります。
診断
課題誘発瞳孔反応は、認知負荷が課題遂行能力に関連している場合、診断には役立ちません。[1]これは、知覚、認知、反応関連課題を含む精神的努力を必要とする多くの活動において、瞳孔反応は同じであるためです。 代わりに、課題誘発瞳孔反応は認知負荷の尺度として観察できます。 ただし、課題誘発瞳孔反応は、データ制限処理に関しては診断に役立つようです。[1] [2]たとえば、弱い聴覚刺激の変化が提示された場合、瞳孔の直径は変化しませんが、代わりに実験条件の変化の影響を受けます。
タスクパフォーマンス
いくつかの研究では、課題誘発性瞳孔反応による瞳孔拡張が課題パフォーマンスの向上と関連していることが示唆されています。[4]たとえば、 nバック課題を含む実験に参加したとき、瞳孔反応による瞳孔拡張が大きい人とパフォーマンスの向上との間に相関関係が見られました。
逆に、他の研究では逆の関係が示されており、瞳孔拡張が大きいほど課題のパフォーマンスが低下することが示されています。 [4]ストループ効果を測定する課題を提示された場合、瞳孔拡張が大きいほどストループ効果の大きさと正の相関関係がありました。これは、不一致に関するテストが苦手な人は、不一致に直面したときに自分を止めるのが上手な人よりも精神的な努力をしなければならないためだと考えられています。しかし、同じ相関関係は、抑制制御が優れている人が情報にアクセスする際の潜在的な容易さによって説明できます。
専門知識
各分野の専門家は、初心者に比べて認知負荷が低く、そのため課題誘発瞳孔反応も小さくなります。[6]これは、専門家の方が情報に簡単にアクセスできるためだと考えられています。
知能
ある研究によると、同じ計算課題をこなした知能の高い人の瞳孔径は、知能の低い人に比べて拡大が少ないことが分かりました。 [4]しかし、流動性知能を対象としたテストでは、流動性知能の高い人の方が流動性知能の低い人よりも瞳孔が大きく拡大することが分かりました。
否定的な結果
Wierwille と同僚は、パイロットにフライトシミュレーターを操作しながら航法上の問題を解くように指示した場合、タスク誘発瞳孔反応が否定的な結果をもたらすことを発見しました。[ 1]しかし、この実験では、フライトシミュレーターのディスプレイの視覚刺激が提示されてから 3 秒後に瞳孔の大きさが記録されたと主張しています [誰が？ ]。瞳孔反応は非常に速いため、瞳孔の大きさを測定するまでに反応が終了している可能性があります。
信頼性
光反射や近距離反射などの外部変数は、課題誘発瞳孔反応に変化を引き起こす可能性があります。[1] [2]このため、クレイマーは、この瞳孔反応を認知負荷の科学的尺度として使用するのは研究室に限定し、現場では使用すべきではないと主張しています。[1]このことは、参加者が写真などの不均一なフィールド上で視線を移動させると、課題誘発瞳孔反応が影響を受ける可能性があることを発見したヘスによってさらに実証されています。[1]
参照
参考文献
- ^ abcdefghij Kramer AF (1991)。「精神的作業負荷の生理学的測定基準：最近の進歩のレビュー」。Damos DL (編)。マルチタスクパフォーマンス。ロンドン：Taylor & Francis Ltd。
- ^ abcde Beatty J (1982 年 3 月). 「タスク誘発瞳孔反応、処理負荷、および処理リソースの構造」.心理学速報. 91 (2): 276–92. doi :10.1037/0033-2909.91.2.276. PMID 7071262.
- ^ Kahneman D (1973).注意と努力。イングルウッドクリフス、ニュージャージー：Prentice-hall。
- ^ abcde van der Wel P, van Steenbergen H (2018年12月). 「認知制御タスクにおける努力の指標としての瞳孔拡張：レビュー」Psychonomic Bulletin & Review . 25 (6): 2005–2015. doi :10.3758/s13423-018-1432-y. PMC 6267528. PMID 29435963 .
- ^ Hess EH 、 Polt JM (1964 年 3 月)。「単純な問題解決中の精神活動と瞳孔の大きさの関係」。Science。143 ( 3611): 1190–2。Bibcode : 1964Sci ...143.1190H。doi : 10.1126/science.143.3611.1190。PMID 17833905。S2CID 27169110。
- ^ Szulewski A、Roth N、Howes D（2015年7月）。「初心者および訓練を受けた医師の認知負荷の客観的指標としての課題誘発瞳孔反応の使用：専門知識を評価するための新しいツール」。Academic Medicine。90 （7 ）：981–7。doi ：10.1097 /ACM.0000000000000677。PMID 25738386。