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視覚知覚において、錯視（視覚錯覚とも呼ばれる[ 2 ]）は、視覚系によって引き起こされる錯覚であり、現実とは異なるように見える視覚的知覚を特徴とする。錯視にはさまざまな種類があり、その根本原因が明確でないことが多いため分類は難しい[ 3 ]が、リチャード・グレゴリーが提案した分類[ 1 ] [ 4 ]は方向性として役立つ。それによると、錯視には物理的錯視、生理的錯視、認知的錯視の3つの主要なクラスがあり、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 ] 。物理的歪みの古典的な例は、水に半分浸された棒が曲がっているように見えることである。生理的パラドックスの例は、運動残効（動きにもかかわらず位置が変わらない）である[ 4 ] 。生理的虚構の例は残像である。[ 4 ] 3 つの典型的な認知の歪みは、ポンゾ錯視、ポッゲンドルフ錯視、ミュラー・リヤー錯視です。[ 4 ]認知的な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す。[ 4 ]
病的な視覚錯覚は、前述のタイプ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。これらは、例えば視覚幻覚の項で説明されています。
視覚的錯覚や、視覚的知覚を伴う多感覚錯覚は、幻肢症候群[ 5 ]や統合失調症[ 6 ]などのいくつかの心理障害のモニタリングやリハビリテーションにも使用できる。
物理的な視覚錯覚のよく知られた例として、湿度が低い晴天時（フェーン現象）には、山が実際よりもずっと近くにあるように見えることが挙げられます。これは、もやが奥行き知覚の手がかりとなり、遠くにある物体の距離（空中遠近法）を示すためです。[ 7 ]
物理的な錯覚の古典的な例は、水に半分浸された棒が曲がって見える現象です。この現象はプトレマイオス（紀元150年頃）[ 8 ]によって論じられ、錯覚の典型的な例としてよく挙げられました。
明るい光の後に残る残像[ 9 ]や、過度に長い交互パターンの刺激への順応（偶発的知覚残効）などの生理的錯覚は、特定の種類の刺激（明るさ、色、位置、タイル、サイズ、動きなど）の過剰な刺激や、文脈的または競合する刺激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る。この理論では、刺激は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、あるいは隣接する活動チャネルとの相互作用が、知覚を変化させる生理的不均衡を引き起こすとされている。
ヘルマン格子錯視とマッハバンドは、生物学的アプローチを用いて説明されることが多い2つの錯視です。網膜の受容野において、明暗領域からの受容体信号が互いに競合する側方抑制は、マッハバンドを見たときに色差の端で明るさが増した帯が見える理由を説明するために使用されてきました。受容体が活性化すると、隣接する受容体が抑制されます。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、周辺部の交点に現れる灰色の斑点は、より大きな受容野の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よくあります。 [ 10 ]しかし、ヘルマン格子錯視の説明としての側方抑制は否定されています。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 錯視に対するより最近の経験的アプローチは、側方抑制に基づく理論では説明が困難であった光学的現象を説明することに成功しています。[ 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た。[ 17 ]認知錯覚は一般的に、曖昧な錯覚、歪んだ錯覚、逆説的な錯覚、または虚構の錯覚に分類される。
典型的な認知錯覚の具体的な例としては、以下のようなものがある。
世界を理解するためには、入ってくる感覚を意味のある情報に整理する必要がある。ゲシュタルト心理学者は、この整理方法の一つとして、個々の感覚刺激を意味のある全体として知覚することを挙げている。[ 21 ]ゲシュタルト組織化は、ウサギとアヒルの錯視のように、画像全体がアヒルとウサギの間を行ったり来たりする錯視や、図と地の錯視で図と地が反転する理由など、多くの錯視を説明するために使用できる。[ 22 ]
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。存在しない浮遊する白い三角形が見えます。脳は馴染みのある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。しかし、カニッツァの三角形の別の説明は進化心理学に基づいており、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。刺激から意味を作成するために知覚的組織化を使用することは、不可能な物体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シンボルを組み合わせて意味を理解し、そこにないものを信憑性のあるものに形成します。
知覚のゲシュタルト原理は、異なるオブジェクトがどのようにグループ化されるかを支配します。良い形態とは、知覚システムが複雑なオブジェクトではなく単純なオブジェクトを見るために空白を埋めようとすることです。連続性とは、知覚システムがどのセグメントが連続した線に合うかを曖昧さなくしようとすることです。近接性とは、互いに近いオブジェクトが関連付けられることです。類似性とは、類似したオブジェクトが関連付けられていると認識されることです。これらの要素の一部は、最適推定やベイズ推論を含む定量的モデルにうまく組み込まれています。[ 23 ] [ 24 ]
明るさの錯覚に関する、比較的新しい理論であるダブルアンカリング理論では、どの領域もゲシュタルト的グループ化原理によって作成された1つ以上のフレームワークに属し、各フレームワーク内では、最高輝度と周囲の輝度の両方に独立して固定されているとされています。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定されます。[ 25 ]
錯視は、網膜に映る画像が二次元であっても、個人の三次元的な視覚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利用して目を欺く錯視の一例です。しかし、二次元画像であっても、脳は水平方向の距離と比較して垂直方向の距離を誇張します。これは、2本の線が実際には同じ長さである垂直・水平錯視に見られます。
ポンゾ錯視では、収束する平行線が、視野の上部にある画像が遠くにあると脳に伝え、そのため、網膜に映る2つの画像は同じ大きさであるにもかかわらず、脳は画像が大きく見える。ジオラマ/偽遠近法に見られる錯視も、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る。M.C .エッシャーの絵画「滝」は、奥行きと近接の法則と物理世界の理解を利用して錯覚を作り出している。奥行き知覚と同様に、運動知覚も多くの感覚錯覚の原因となっている。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変化する画像を動く画像として知覚するという錯覚に基づいている。同様に、乗り物に乗っているときのように、私たちが移動しているとき、周囲の安定した物体が動いているように見えることがある。また、飛行機のような大きな物体は、車のような小さな物体よりも遅く動いているように見えることがあるが、実際には大きな物体の方が速く動いている。ファイ現象は、脳がどのように動きを認識するかを示すもう一つの例であり、多くの場合、連続して点滅する光によって引き起こされる。
奥行きに関する視覚的参照がないため、動きの方向が曖昧になる現象は、回転するダンサーの錯視に見られます。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ます。最近の研究では、fMRI を用いて、この錯視を見ている間、特に頭頂葉が動きの知覚に関与しているため、皮質活動に自発的な変動があることが示されています。[ 26 ]
両眼視における錯覚とは、両眼視によってのみ生じる状況を指します。
両眼視差から抽出された両眼視深度情報は、一般的に単眼視深度情報よりも信頼性が高い。
互いに後ろにある2つの同一の物体は、互いに隣り合っている2つの類似した物体と同じ網膜像を形成します。AとBの間のわずかな距離では、脳は選択肢C、Dを見ることを選択します。その結果、実際の物体が位置A、Bにあり、C、Dにない場合、錯覚が生じます（二重爪錯覚）。
この錯視は両眼性のゴースト像を示しており、触覚、運動感覚、単眼感覚の手がかりと矛盾する多くのバリエーション（マルチモーダル錯視）が存在する。
カミソリの刃のような薄い物体を正中矢状面に保持すると、視線方向に対して直角に見える（正中矢状面錯視）。
この錯視は、視覚系が等コントラスト符号を持つエッジ（縁）の差異のみを検出することを示唆している。
白い円盤の前に黒い円盤が浮かんでいる場合、それは物理的にそのままの形で知覚されることもあれば、白い円錐台が切頭になっているように知覚されることもあります。黒い上面を持つ物理的な白い円錐台が提示された場合、それは物理的にそのままの形で知覚されることもあれば、白い円盤の上に黒い円盤が浮かんでいるように知覚されることもあります。言い換えれば、観察者は白い背景の上にピンで固定された円盤を見ているのか、それとも上面が黒い白い円錐台を見ているのかを区別することができません（曖昧な3D表面）。
この錯視は、視覚系が等号の辺の視差（奥行き）を検出し、その間の表面の向きを補完していることを示唆している。
車のワイパーが揺れる様子を、片目にグレーのフィルターや濃い色のサングラスをかざして見ると、振り子が奥行き方向に楕円を描いているように見える。さらに、ガラスを通り抜けているようにも見える。（プルフレッヒ錯視）
これは、覆われた目からの信号が遅延して処理されることを示唆している。
立体像が入れ替わると（擬似立体視）、両眼の奥行きが反転し、単眼の奥行き情報と矛盾が生じる。知覚される奥行きは反転した視差に対応しているように見えるが、物体の見かけの大きさは異なって見える。近くの物体は通常よりも大きく見え、遠くの物体は通常よりも小さく見える。
知覚の恒常性は錯覚の原因となる。色の恒常性と明るさの恒常性によって、見慣れた物体は、反射する光の量や色に関係なく、同じ色に見える。見慣れない物体の周囲の明るさや色が変化すると、色の違いや明るさの違いの錯覚が生じる。物体自体の明るさは変化していないにもかかわらず、黒い背景（反射する光が少ない）を背景にした場合、白い背景を背景にした場合よりも、物体の明るさが明るく見える。同様に、目は周囲の色の濃淡に応じて色のコントラストを補正する。
知覚のゲシュタルト原理に加えて、水彩画の錯視は錯視の形成に寄与する。水彩画の錯視は、物体の穴効果と着色から構成される。物体の穴効果は、立体的に見える穴のある図形と背景の境界が目立つ場合に発生する。着色は、より暗い色の輪郭に沿って細い色の縁から放射状に広がる色の同化から構成される。水彩画の錯視は、人間の心がトップダウン処理のように物体の全体性をどのように知覚するかを説明する。したがって、文脈的要因は物体の明るさの知覚に関与する。[ 27 ]
脳は色や明るさの恒常性を認識するのと同様に、馴染みのある物体を一定の形状や大きさを持つものとして理解する能力を持っています。たとえば、ドアは、開閉によって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、馴染みのない物体は、形状恒常性の規則に必ずしも従わず、視点が変わると形状が変化することがあります。シェパードテーブル錯視[ 28 ]は、形状恒常性の歪みに基づく錯視の一例です。
ニューヨーク州レンセラー工科大学の研究者マーク・チャンギジは、錯視についてより独創的な見解を示しており、ほとんどの人が覚醒時に経験する神経遅延が原因であると述べている。光が網膜に当たると、脳がその信号を視覚的な知覚に変換するまでに約10分の1秒かかる。科学者たちはこの遅延の存在を知っていたが、人間がどのように補償しているかについては議論が続いており、運動系が何らかの方法で動きを修正して遅延を相殺しているという説もある。[ 29 ]
チャンギジは、人間の視覚系は、10分の1秒先の未来に起こる出来事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てきたと主張している。この予知能力によって、人間は現在の出来事に反応することができ、フライボールをキャッチしたり、人混みをスムーズに通り抜けたりといった反射的な行動をとることができる。[ 30 ] ABCのインタビューで、チャンギジは「錯覚は、脳が未来を知覚しようとしたときに発生し、その知覚が現実と一致しない」と述べている。[ 31 ]例えば、ヘリング錯覚と呼ばれる錯覚は、中心点の周りの自転車のスポークのように見え、この中心点、いわゆる消失点の両側に垂直線がある。[ 32 ] この錯覚は、私たちが遠近法の絵を見ていると錯覚させ、チャンギジによれば、未来を見る能力を活性化させる。実際には私たちは動いておらず、図形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。
進化によって、このような幾何学的な図形は、私たちに近未来の予感を呼び起こすようになった。消失点に向かって収束する線（スポーク）は、私たちが前進していると脳をだます手がかりとなる。現実世界では、ドア枠（一対の垂直線）が通り抜ける際に外側に膨らむように見えるが、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。[ 30 ]
病的な視覚錯覚は、実際の外部刺激の歪みであり[ 33 ]、しばしば拡散的で持続的です。病的な視覚錯覚は通常、視野全体に発生し、全体的な興奮性または感度の変化を示唆しています[ 34 ] 。一方、視覚幻覚は、存在しない外部視覚刺激の知覚です[ 33 ] 。視覚幻覚は、多くの場合、局所的な機能障害から生じ、通常は一過性です。
視覚錯覚の種類には、オシロプシア、物体の周りのハロー、錯覚性パリノプシア（視覚残像、光の筋、長時間にわたる不明瞭な残像）、アキネトプシア、ビジュアルスノー、ミクロプシア、マクロプシア、テレオプシア、ペロプシア、メタモルフォプシア、ディスクロマトプシア、強烈なグレア、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唆する可能性があり、医師の診察が必要となる場合があります。病的視覚錯覚の原因としては、様々な種類の眼疾患、片頭痛、幻覚剤持続性知覚障害、頭部外傷、処方薬などが挙げられます。医学的検査で病的視覚錯覚の原因が特定できない場合、特発性視覚障害は、片頭痛を伴わない視覚オーラに見られる興奮性の変化状態に類似している可能性があります。視覚錯覚が広範囲に及び持続する場合、患者の生活の質に影響を与えることがよくあります。これらの症状は治療に抵抗性を示すことが多く、前述の原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、多くの場合、特発性です。これらの視覚障害に対する標準的な治療法はありません。
視覚と触覚の両方を含む多感覚錯覚であるラバーハンド錯覚（RHI）は、幻肢症候群が切断者に時間ととも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 ]この症候群の切断者は、実際には対照群よりもRHIに強く反応し、この効果は多くの場合、健常な腕と切断された腕の両方で一貫していました。[ 5 ]しかし、いくつかの研究では、切断者は健常な腕でRHIに強く反応し、切断してから数年以上経っている切断者よりも最近切断した人の方が錯覚によく反応しました。[ 5 ]研究者たちは、これは身体図式、つまり個人の自分の身体とその部分に対する感覚が、切断後の状態に徐々に適応していく兆候だと考えています。 [ 5 ]本質的に、切断者は、かつて自分の腕だったものの近くの感覚に反応しなくなったのです。[ 5 ]その結果、多くの人が、切断者の幻肢感覚の軽減と身体の新しい状態への適応の進捗状況をモニタリングするためのツールとしてRHIを使用することを提案している。[ 5 ]
他の研究では、義肢を装着した切断者のリハビリテーションにRHIが用いられた。[ 35 ] RHIに長時間曝露された後、切断者は義肢（ゴム製の手に似ている）と体の他の部分との間の乖離感を徐々に感じなくなった。[ 35 ]これは、体の他の部分や感覚とあまりつながっていないと感じた肢に反応して動かすことに適応したためと考えられた。[ 35 ]
RHIは、切断手術を受け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疾患の診断にも使用されることがある。[ 35 ]
統合失調症は、幻覚を伴うことが多い精神疾患ですが、高次の錯視を認識する能力も低下させます。[ 6 ]これは、統合失調症が、一次視覚野V1を超えた視覚情報のトップダウン処理と高次統合を行う能力を損なうためです。[ 6 ]脳内でこれが具体的にどのように起こるかを理解することで、想像上の幻覚以外の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ります。[ 6 ]さらに、統合失調症患者と健常者が錯視をどのように認識するかの違いを評価することで、研究者は特定の錯視が視覚経路のどこで処理されるかをよりよく特定できるようになる可能性があります。[ 6 ]
統合失調症患者を対象としたある研究では、健常ボランティアとは異なり、患者は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。 [ 36 ] fMRIデータに基づき、研究者らは、これは頭頂皮質における視覚的手がかりのボトムアップ処理システムと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断絶に起因すると結論付けた。[ 36 ]運動誘発性盲目（MIB）錯視（右図）に関する別の研究では、統合失調症患者は、運動誘発性盲目を経験した非統合失調症対照群とは異なり、注意をそらす運動刺激を観察しているときでも静止した視覚的ターゲットを知覚し続けた。[ 37 ]統合失調症の被験者は認知組織化の障害を示し、これは運動手がかりと静止画像手がかりの処理を調整する能力が低いことを意味する。[ 37 ]
錯視を扱ったアーティストには、MC エッシャー[ 38 ] 、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 ギルバートなどがいます。錯視を実験的に扱った現代のアーティストには、ジョンティ 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、ロブゴンサルベス、ジャンニA. サルコーネ、ベン ハイネ、北岡明吉などがいます。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ます。
オプアートは、視覚的な錯覚を利用して動きや隠されたイメージ、パターンなどの印象を与える芸術様式です。トロンプルイユは、 写実的なイメージを用いて、描かれた物体が三次元に存在するかのような視覚的な錯覚を生み出します。
大規模な錯視アートを用いて、来場者が幻想的なシーンの中で自分自身を写真に収めることができる観光名所が、トリックアイミュージアムや香港3Dミュージアムなど、アジアのいくつかの国でオープンしている。[ 39 ] [ 40 ]
この仮説は、視覚錯覚は、視覚系の神経回路が神経学習によって進化し、脳内に単純化されたモデルが出現することで通常の3Dシーンを非常に効率的に解釈するシステムになるが、通常とは異なる状況では錯視が生じるため発生すると主張している。この意味で、認知プロセス仮説は、逆問題を解決するために視覚が進化してきた経験的統計的方法の兆候として錯視を理解するための枠組みと考えることができる。[ 41 ]
研究によると、3D 視覚能力は動きの計画と同時に出現し、学習される。[ 42 ]つまり、奥行きの手がかりがよりよく知覚されるようになると、個人は周囲の 3D 環境内でより効率的な動きと相互作用のパターンを発達させることができる。[ 42 ]長い学習プロセスを経て、より近い物体から得られる知覚データによく適合した世界の内部表現が出現する。地平線近くの遠方の物体の表現は「適切」ではない。実際、地平線近くで知覚すると大きく見えるのは月だけではない。遠景の写真では、遠方の物体はすべて、視覚で直接観察する場合よりも小さく知覚される。
ウィキメディア・コモンズにある錯視に関するメディア
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