物体認識（認知科学）

MarrとNishihara（1978）が提唱したこのモデルは、視覚対象から得られた3Dモデル表現を、垂直形状の原則として記憶に保存されている3Dモデル表現と照合することで、物体の認識が達成されると述べている。^{[ 10 ]} Yi Yungfeng（2009）は、コンピュータプログラムとアルゴリズムを用いて、人間の脳が網膜に現れる2D画像のみを使用して3D画像を精神的に構築する能力を実証することができた。彼らのモデルはまた、2D画像間で形状の恒常性が高い度合いで保存されていることを示しており、これにより3D画像が認識される。^{[ 10 ]}物体から得られる3Dモデル表現は、まず物体の凹面を識別することによって形成され、これにより刺激が個々の部分に分割される。最近の研究では、脳の尾側頭頂間野（CIP）と呼ばれる領域が、凹面認識を可能にする平面の傾斜と傾きを記憶する役割を担っていることが示唆されている。^{[ 11 ]} Rosenburg らは、CIP 内のニューロンから単一ニューロンの活動を同時に記録しながら、眼の位置を監視するために強膜サーチコイルをサルに埋め込んだ。実験中、サルは視覚刺激を表示する LCD スクリーンから 30 cm 離れた場所に座った。両眼視差の手がかりは、刺激を緑赤アナグリフとしてレンダリングすることによってスクリーンに表示され、傾斜曲線は 0 から 330 までの範囲であった。1 つの試行は、注視点と、1 秒間の刺激の提示から構成された。その後、外科的に挿入されたマイクロ電極を使用してニューロンの活動が記録された。物体の特定の凹面に対するこれらの単一ニューロンの活動は、凹面を含む物体の個々の部分の各軸が記憶ストアに存在するという発見につながった。^{[ 11 ]}物体の主軸を識別することは、記憶には物体の標準的な記述のみが保存されるため必要なメンタル回転による正規化プロセスに役立つ。認識は、観察対象の視点を、記憶されている標準的な記述と一致するように精神的に回転させたときに獲得される。 

マールと西原のモデルを拡張した、ビダーマン（1987）が提唱したコンポーネントによる認識理論では、物体から得られた視覚情報は、ブロックや円柱などの単純な幾何学的コンポーネント（「ジオオン」（幾何学的イオン）とも呼ばれる）に分割され、次に、メモリに保存されている最も類似した物体表現と照合されて、物体の識別が行われるとされている（図1参照）。^{[ 12 ]}

外側後頭複合体 (LOC) は、知覚構造レベルでの物体認識に特に重要であることがわかっています。物体の視覚処理で活性化されるニューロンの順応を調べたイベント関連 [fMRI-en] 研究では、物体の形状の類似性が LOC でのその後の順応に必要であるが、エッジや輪郭などの特定の物体の特徴は必要ではないことが発見されました。これは、LOC での活性化が単純な物体の特徴ではなく、より高次の物体の形状情報を表していることを示唆しています。^{[ 18 ]}関連する [fMRI-en] 研究では、動き、テクスチャ、輝度コントラストなどの提示された物体の視覚的手がかりに関係なく発生した LOC の活性化は、物体を定義するために使用されるさまざまな低レベルの視覚的手がかりが「物体関連領域」に収束して知覚と認識プロセスを支援することを示唆しています。^{[ 19 ]}上記の高レベルの物体形状情報はいずれも、LOCが馴染みのない抽象的な物体を含むさまざまな形状に対して神経応答を示すことから、物体に関する意味情報を提供していないように思われる。^{[ 20 ]}

さらなる実験では、LOCは形状選択性に関する階層的なシステムで構成されており、物体の断片に対しては後部領域でより大きな選択的活性化が見られるのに対し、完全な物体または部分的な物体に対しては前部領域でより大きな活性化が見られると提唱されている。 ^{[ 21 ]}これは、腹側側頭皮質における階層的表現を示唆する以前の研究と一致しており、そこでは主要な特徴処理が後部領域で行われ、これらの特徴が全体的で意味のある物体に統合されるのは前部領域で行われる。^{[ 22 ]}

意味的関連付けにより、物体の認識が速くなります。物体が以前に何らかの意味と関連付けられていた場合、人はその物体を正しく識別しやすくなります。研究によると、意味的関連付けにより、物体がさまざまな角度から見られている場合でも、物体の認識がはるかに速くなります。物体が従来の視点からますますずれた角度で見られる場合、学習された意味的関連付けを持つ物体は、学習された意味的関連付けを持たない物体と比較して、反応時間が短くなりました。^{[ 23 ]} したがって、物体の認識がますます難しくなると、意味的関連付けにより認識がはるかに容易になります。同様に、対象物体に単純に関連する動作を観察することで、被験者は物体を認識するように準備することができます。これは、物体が感覚的、運動的、意味的関連付けのセットを持ち、それによって人が物体を正しく認識できることを示しています。^{[ 24 ]} これは、脳が物体を正確に識別しようとする際に複数の部分を利用するという主張を裏付けています。

[神経心理学的-en]患者から提供された情報から、構造的処理と[意味的-en]処理の間で認識処理の解離が特定されており、構造的情報、色、および関連情報が選択的に障害される可能性がある。あるPET研究では、関連意味処理に関与していることが判明した領域には、構造的情報と色情報と比較した場合の左前上/中側頭回と左側頭極、および色判断課題のみと比較した場合の右側頭極が含まれる。[ ^{25 ]これら}の結果は、保存された知覚知識と意味知識が物体認識において別々の皮質領域に関与していること、および側頭領域に半球差があることを示している。

研究では、視覚的な意味情報が下側頭葉の紡錘状回に収束するという証拠も得られています。カテゴリと属性の意味知識を比較した研究では、認識への貢献の仕方において、それぞれ異なる役割を果たしていることが分かりました。カテゴリの比較では、生物は紡錘状回の外側領域を活性化しましたが、非生物は内側領域を活性化しました。属性の比較では、全体的な形状は右紡錘状回を活性化しましたが、局所的な詳細は左紡錘状回を活性化しました。これらの結果は、意味認識の処理において、物体のカテゴリの種類によって紡錘状回のどの領域が活性化されるかが決まり、物体の属性によって、全体的な形状が処理されるか局所的な詳細が処理されるかに応じて、左または右の紡錘状回の活性化が決まることを示しています。^{[ 26 ]}

さらに、紡錘状回前部領域の活性化は認識の成功を示すと提唱されている。^{[ 27 ]}しかし、活性化レベルは対象物の意味的関連性に依存することがわかっている。ここでいう意味的関連性とは、「概念の中核的な意味に対する意味的特徴の貢献度」を指す。 ^{[ 28 ]}結果によると、人工物などの意味的関連性の高い対象物は、自然物などの意味的関連性の低い対象物と比較して活性化の増加を引き起こした。^{[ 28 ]}これは、自然物は人工物と比較して構造的特性が非常に似ているため識別が難しく、区別するのがより困難であるということが提案されているためである。^{[ 27 ]}したがって、対象物が識別しやすいほど、認識に成功する可能性が高くなる。

物体認識の成功に影響を与えるもう 1 つの条件は、文脈的促進です。物体認識のタスク中、物体には、その物体の典型的な文脈に関する意味情報を提供する「文脈フレーム」が付随すると考えられています。^{[ 29 ]}物体が文脈から外れている場合、物体が適切な文脈にある場合の認識タスクと比較して、反応時間が遅くなり、不正確さが大きくなるため、物体認識のパフォーマンスが阻害されることがわかっています。^{[ 29 ]} [fMRI-en] を使用した研究の結果に基づいて、脳内に文脈的に関連付けられた物体の「文脈ネットワーク」があり、その活動は主に傍海馬皮質(PHC) と後部帯状皮質 (RSC) で見られると提案されています。^{[ 30 ]} PHC 内では、傍海馬場所領域(PPA) の活動は、物体よりもシーンに優先することがわかっています。しかし、文脈促進課題における単独物体に対するPHCの活動は、物体が文脈的に表現されている空間シーンのその後の思考によるものである可能性が示唆されている。さらなる実験により、非空間的文脈と空間的文脈の両方でPHCの活性化が認められたが、非空間的文脈からの活性化は前部PHCに限定され、空間的文脈からの活性化は後部PHCに限定された。^{[ 30 ]}

記憶は親しみと多くの類似点を共有していますが、文脈に依存しており、調査対象の出来事からの特定の情報が必要です。^{[ 34 ]}

失認症はまれな症状であり、脳卒中、認知症、頭部外傷、脳感染症、または遺伝性の結果である可能性があります。^{[ 41 ]}知覚失認は、物体の知覚に欠陥があり、物体の意味を理解できない状態です。^{[ 34 ]} 同様に、連合視覚失認は、物体の意味を理解できない状態ですが、この場合は意味記憶に欠陥があります。^{[ 34 ]}これらの失認症はどちらも、マールの視覚理論のように、物体認識の経路に影響を与える可能性があります。より具体的には、知覚失認とは異なり、連合失認の患者は描画、模写、マッチングのタスクでより成功しますが、これらの患者は知覚はできるが認識できないことを示しています。^{[ 41 ]}統合失認（連合失認のサブタイプ）は、別々の部分を統合して全体のイメージを形成することができない状態です。^{[ 34 ]}これらのタイプの失認では、視覚処理経路の腹側（何）ストリームに損傷があります。物体方向失認とは、適切な物体認識にもかかわらず、物体の方向を抽出できない状態です。^{[ 34 ]}このタイプの失認では、視覚処理経路の背側（どこ）ストリームに損傷があります。これは、馴染みのある物体の認識に影響を与え、馴染みのない物体や視点ではさらに影響が大きくなります。顔の認識の困難さは、相貌失認によって説明できます。相貌失認の人は顔を識別することはできませんが、年齢、性別、感情表現は認識できます。^{[ 41 ]}顔認識を司る脳領域は、紡錘状顔領域です。相貌失認は、統覚型と連想型のサブタイプに分類することもできます。個々の椅子、車、動物の認識も損なわれる可能性があります。したがって、これらの物体は、紡錘状顔領域で認識される顔と同様の知覚的特徴を共有しています。^{[ 41 ]}