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視覚神経科学は、主に脳の視覚皮質にある人体の視覚系に焦点を当てた神経科学の一分野です。視覚神経科学の主な目的は、神経活動がどのように視覚知覚と視覚に依存する行動につながるかを理解することです。これまで、視覚神経科学は主に、静止画像から網膜に投影された光線に脳（特に視覚皮質）がどのように反応するかに焦点を当ててきました。[1]これは静止画像の視覚知覚 については合理的な説明を提供しますが、常に変化し、常に動く3D環境である世界を私たちがどのように認識するかについては正確な説明を提供しません。以下に要約するトピックはこの分野を代表するものですが、網羅的ではありません。トピックに特化しないために、神経活動と視覚知覚および行動の間の計算上のつながりについては、次の教科書を参照してください。「視覚を理解する：理論、モデル、およびデータ」（オックスフォード大学出版局、2014年出版）。[2]
顔処理
事象関連電位（ERP ）を使用した最近の研究[3]では、脳の後頭側頭領域の神経活動の増加が、顔の表情の視覚的分類に関係していることが示されています。[3]結果は、刺激開始から170ミリ秒後に発生するERP の負のピークに焦点を当てています。 [4] [5] N170と呼ばれる この活動電位は、顔の刺激によって変化することがすでに知られている後頭側頭領域の電極を使用して測定されました。EEGおよびERP法を使用した研究では、4ミリ秒という非常に高い時間分解能が可能になり、これらの種類の実験は、脳が特定の機能を実行するのにかかる時間を正確に推定および比較するのに非常に適しています。 科学者[3]は分類画像技術[6]を使用して、患者が複雑な視覚刺激（顔など）をカテゴリまたは感情に割り当てるように求められた場合に、複雑な視覚刺激のどの部分が信頼されるかを決定しました。彼らは、刺激の顔が 5 つの異なる感情のいずれかを示したときの重要な特徴を計算しました。恐怖を示す刺激の顔は目を見開くという際立った特徴があり、幸福を示す刺激は口元が変化して笑顔になりました。刺激の顔の表情に関係なく、目の近くの領域は口近くの領域よりも前にEEG に影響を与えました。これにより、顔の知覚と処理には連続的で事前に決定された順序があり、目が最初で、口と鼻がその後に処理されることが明らかになりました。この下方統合のプロセスは、劣った顔の特徴が刺激の分類に重要である場合にのみ発生しました。これは、参加者に恐怖を示す顔と幸福を示す顔を見せたときの結果を比較することで最もよく説明されます。恐怖刺激の場合、 N170 は約 175 ミリ秒でわずかに早くピークに達しました。これは、参加者が顔の表情を認識するのに時間がかからなかったことを意味します。感情を認識するには目だけを処理すればよいため、これは予想どおりです。しかし、幸せな表情を処理する場合、口が分類に重要なので、下方統合が行われる必要があり、N170のピークは185ミリ秒後に発生しました。最終的に、視覚神経科学は、視覚システムがどのように機能するかを完全に説明することを目指しています。顔や物体の変化をすべて処理します。これにより、世界が常に視覚的にどのように認識されているかを完全に把握でき、知覚と意識のつながりについての洞察が得られる可能性があります。
光と影の認識
最近、科学者たちは明るさの視覚的知覚の階層的プロセスに異議を唱える実験を行った。これらの実験は、明るさの知覚は、基本的な単一単位レベルで起こるプロセスではなく、照明と影の解釈を含むはるかに高次の認知レベルに由来することを示唆している。 [7] この考えは、2つの一般的な視覚的イラストの2つの異なるバージョンを調べることによって最もよく説明される。最初のセットのイラストは、誘導効果と呼ばれる現象を引き起こす。この画像は、それぞれ黒と白に囲まれた2つの同一の灰色の正方形で構成される。その結果、白の上の灰色は、黒の上の灰色よりも暗く知覚される。これを説明する従来の方法は、側方抑制によるものである。白に囲まれた灰色の正方形に受容野を持つ細胞は、側方抑制をより多く受け取るため、それほど頻繁に発火せず、暗く見える。[7] 2番目のセットのイラストは、クレイク・オブライエン・コーンスウィート錯視を説明したものである。これには、中央で黒から白への急激な変化があり、反対側では中間の灰色にフェードアウトします。他の2つの図は同じ2つの効果を示していますが、はるかに強度が強くなっています。これは、図の形状が3次元であるため、人間の脳が一見暗い領域を影として解釈するためです。[8]これは1866年にエルンスト・マッハ によって初めて導入されました。
視覚神経科学と臨床神経心理学
視覚神経科学の継続的な研究により、人間の視覚システムに関する知識はますます増えています。光が網膜に当たった瞬間から、私たちが外界を 視覚的に認識するまでの多くのステップが解明されました。このプロセスに関する洞察により、臨床心理学者は患者の視覚障害の原因をより深く理解することができます。視覚障害の根本的なプロセスを理解するだけでは患者に治療法を提供することはできませんが、患者による症状の説明ではなく、視覚神経科学研究に根ざした科学的観点から正確に何を扱っているかを知ることで、患者と臨床医の両方が安心できます。[9]
参考文献
- ^ Rainer, G. (2008). 視覚神経科学：顔認識の計算脳ダイナミクスCurrent Biology、17(21)、R933-R934。
- ^ Zhaoping, L. (2014). 視覚を理解する: 理論、モデル、データ。オックスフォード大学出版局。
- ^ abc Schyns, PG, Petro, LS, Smith, ML (2007). 顔の表情を分類するための脳内の視覚情報統合のダイナミクスCurrent Biology 17, 1580–1585.
- ^ Eimer, M., Holmes, A. (2007). 感情的な顔の処理に関連する事象関連脳電位。Neuropsychologia 45 , 15–31。
- ^ Vuilleumier, P., & Pourtois, G. (2007). 感情的顔認識における分散型かつ相互 作用的な脳メカニズム：機能的神経画像からの証拠。Neuropsychologia 45, 174–194。
- ^ Gosselin, F., Schyns, PG (2001). バブル: 認識タスクにおける情報の使用を明らかにする技術。Vision Res. 41, 2261–2271。
- ^ ab Paradiso, M. (2000). 視覚神経科学：暗い隅を照らすCurrent Biology 10(1), R15–R18.
- ^ Logvinenko AD: 明度誘導の再考。Perception 1999、28:803-816。
- ^ Schwartz, SH (2010). 視覚知覚の臨床的方向性（第4版）. ニューヨーク：The McGraw-Hill Companies.