視覚的な傾斜効果

空間的コンテキストまたは時間的コンテキストの影響により、テストラインまたは格子パターンの知覚される方向は、物理的な方向から傾いて見えることがあります。傾斜錯視（TI）^[1]は、テストラインまたは格子の知覚される方向が、異なる方向の周囲の線または格子の存在によって変更される現象です（空間的コンテキスト、図1を参照）。また、傾斜残効（TAE）^[2]は、別の方向の線または格子を長時間観察した後に知覚される方向が変化する現象です（時間的コンテキスト、図2を参照）。

知覚される方向シフトの大きさと方向は、テスト刺激と文脈刺激の相対的な方向に依存することが報告されています（図3を参照）。心理物理学実験では、0度から約50度までの相対方向は反発効果（テストラインまたは格子が文脈刺激から遠ざかる方向に回転する傾向がある）を生み出し、これは傾斜効果の直接的な形として知られています。しかし、90度までのより大きな相対方向は引き付け効果（テストラインまたは格子が文脈刺激に向かって回転する傾向がある）を生み出し、これは傾斜効果の間接的な形として知られています。間接効果は直接効果よりも小さいことが繰り返し観察されています。^{[2] [3] [4]}テスト刺激と文脈刺激の相対方向が約20度のとき、反発のピークは通常約3度であり、相対方向が約70度のとき、引き付けのピークは通常最大0.5度です（図3を参照）。

これらの効果は、1937 年にギブソンによって初めて研究されました。被験者の視覚は、白い円形のフィールドを二分する黒い線 (テスト ライン) が見えるように制限され、円盤の端をつかんで線をその中心点を中心に回転させることができました。実験者は円盤の後ろに座り、刺激を設定し、被験者の調整された線の位置を記録しました。傾斜残効実験では、^[2]被験者は、方向付けられた線を 4 分間見てから、別の線を垂直に見える位置に調整する必要がありました。同時傾斜錯覚実験では、^[1]傾斜した格子が被験者の円形のフィールドに導入され、傾斜した格子が重ねられる前と重ねられた後で、被験者は調整可能な線を垂直に設定することになりました。両方の実験で、被験者の知覚された垂直に従っているように見える位置は客観的な垂直からわずかにずれており、知覚される方向のシフトは、テスト ラインと適応された線または同時に誘導された線との相対的な方向に依存することが示されました。

傾斜効果は、テスト格子とコンテキスト格子間の空間周波数、色、輝度、コントラストの違い、およびそれらの間の視差の深さまたは時間的な分離など、さまざまな刺激パラメータを使用してテストされています。また、両眼視提示、「不可視」および自然画像のコンテキスト刺激も研究されています。

^{TAE [5]}と TI ^[6]は両方とも空間周波数に特有であることが示されている。これは、テスト格子と文脈格子の空間周波数が異なる場合、直接形式 (反発) の両方の効果 (TI と TAE) が大幅に減少するためである。さらに、Wenderoth と Johnstone (1988) ^[7]は、文脈刺激とテスト刺激間の分離が空間ギャップまたは空間周波数の差のいずれかによって、直接傾斜錯視の大きさは減少するが、間接傾斜錯視の大きさは減少しないことを示唆している。彼らはまた、文脈刺激の直径を小さくすると直接効果は減少するが、間接効果は比較的一定であることを示した。

^{2006年のデュラントの論文[8]}によると、傾斜効果の直接的な形態では、テスト刺激と周囲の文脈が同時に提示されたときに最大の錯覚が発生します。空間ギャップ、相対的なコントラスト、奥行きの手がかりにより、TIが減少します。実験では、色と輝度が異なる文脈刺激とテスト刺激に対して、TIとTAEの両方が発生することも示されています。^{[9] [10] [11]}

片方の目にテストラインが提示され、もう片方の目に文脈が提示されると（二眼提示）、傾斜錯視の程度は減少する^{[12] [13] [14]}）、このことは、この効果の少なくとも一部は単眼細胞によるものであることを示唆している。^[15]そして、ごく最近、逆の傾斜効果が観察された。すなわち、単眼提示下での直接的な形態（反発）の傾斜錯視は、垂直のテストラインが20度の線で傾くと、二眼刺激に対しては間接的な形態（引き付け）になる。^[16]

^{クリフォードとハリス（2005） [17]}は、別の興味深い実験を行いました。この実験では、文脈的周囲の直後に、周囲を覆うが中心は覆わないランダムノイズマスクが続き、文脈的周囲が意識的に知覚されないようしました。方向性のある文脈的格子は、この文脈を認識していない場合でも、テスト格子の知覚される方向性に影響を与える可能性があることが判明しました。

さらに、この錯覚は、文脈的テクスチャが広範囲の方向（例えば自然画像）を持っている場合、明確に知覚できる方向がない場合でも維持される。^[18]錯視的輪郭、楕円、動く点、点や線の列など、他の方向性のある特徴も、^[14]強力な傾斜錯視を引き起こす可能性がある。

Blakemoreら(1971) ^[19]が提唱した仮説は、TAEとTIはどちらも皮質方向検出器間の側方抑制によって引き起こされると示唆している。方向検出器は異なる方向を均等に好みますが、文脈の存在によって方向検出器の反応が操作され、検出バイアスが生じる可能性がある。この仮説は検証され、発展してきた。

ギブソンとラドナー（1937）^[2]は、傾いた文脈刺激を長時間観察すると、最も近い空間の垂直軸または水平軸への順応が起こるため、TAEが発生すると示唆しました。そのため、後続の垂直テスト刺激は、垂直軸または水平軸から離れて傾きます（色や動きの残像の考え方に似ています）。しかし、この順応理論は、相対的な向きが0〜45度、分離が45〜90度である対称的なTAEを予測しますが、これは心理物理学的データと一致しません。ゼロ交差は45度ではなく、50度または55度に近いところで発生します。

コーラーとワラック（1944）^[20]は、残効を説明するために「皮質飽和」理論を提唱した。この理論に基づくと、テスト刺激と文脈刺激の間の方向に同調した皮質ニューロンは、通常、どちらかの刺激だけで興奮する。しかし、両方の刺激が提示されると、それらは抑制され、興奮のピークがずれる。大角度の脱抑制を導入することで、^{[4] [21]}この理論は間接的な傾斜効果を説明するためにも使用できる。

1970 年代頃、この理論は Blakemore らによって側方抑制理論へと発展しました。^{[22] [23]}猫や猿の視覚野と同様に、^{[24] [25]}人間の脳にも方向検出器があります。人間の視覚野のどの方向検出器も、比較的狭い範囲の方向 (好ましい方向) によって刺激され、はるかに広い帯域によって抑制されます。1 本の線を提示すると、方向検出器の集団の間で、刺激された方向に有利な活動分布 (方向調整) が生成されることが予想されます。コンテキストによって、コンテキスト方向を支持する別の分布が生成されます。これら 2 つの分布を単純に加算すると、この複合分布の活動のピークは、単一の線によって生成される個々のピークからわずかにずれます。したがって、鋭角を形成する 2 本の線は、方向が互いに離れているように見えるはずです (反発)。実験的に測定された脳内のこのような方向検出器の活動の変化は、知覚される方向の測定された変化と密接に相関していることが示されている。^{[26] [27]}

さらに、方向調整のメカニズムモデルは、傾斜効果に関する実験結果の神経的根拠を評価するために使用されています。^{[28]調整曲線の変化は集団反応をシフトさせ、傾斜バイアスをもたらします。文脈刺激は、神経}発火率、調整幅、および好ましい方向を変更する可能性があり、これは文脈刺激の方向とニューロンの好ましい方向との関係に依存します。

Schwartz ら (2009) ^{[29] は、}自然なシーンの統計が、文脈の存在によって方向調整曲線に変化をもたらす可能性も示唆している。セグメンテーション境界を越えた周囲と中心の調整は大幅に減少し^[30]、私たちの視覚システムはこの自然な統計特性を利用している。つまり、セグメンテーション情報の証拠が増えると、視覚システムは中心と周囲の調整を切り離すようになる。^{[31] [32]}彼らのモデルでは、テストの中心と文脈の間のセグメンテーション確率が導入され、文脈による変調の量を制御している。そして彼らは、このモデルが傾斜錯視の直接的および間接的な形の両方を予測することを示した。

コンテキストが傾斜に与える影響は、テスト刺激に対する単一または集団ニューロンの電気生理学的応答がコンテキストによってどのように変化するかを測定することによっても検出できます。電気生理学的結果によると、コンテキスト刺激はニューロンの発火率を抑制^{[33] [ 34 ] [35 ] [36] [37]}または増強^{[33] [38] [39]}し、方向調整幅を広げたり鋭くしたりし、^[40]好みの方向をシフトさせます。^{[36] [41]}また、集団ニューロンの応答（個々の応答を加算することにより）はコンテキストによって変化することが示されています。^[37]

Fangら(2005) ^[42]は、傾斜残効に関するfMRIの証拠を示した。方向性のある格子に長期適応した後、テスト格子に対するヒトのV1、V2、V3/VP、V3A、V4のfMRI応答は、適応格子とテスト格子の相対的な向きに比例した。

同時傾斜錯視は空間的コンテキストにより生成され、傾斜残効は時間的コンテキストにより生成されるが、実験データは両者の間に多くの類似点があることを示している。Schwartz et al. (2007) ^{[28] は}、TI と TAE の心理物理学的および電気生理学的な類似点をレビューしたが、これは空間的コンテキストと時間的コンテキストの機能的共通性を明らかにしていると考えられる。残効と反対のバイアスの同時錯視がペアになった場合 (最初に時計回りの線に順応し、次に垂直のテスト線を反時計回りの誘導線とともに提示)、2 つの効果が線形に加算されることが示されており、^[43]これも TAE と TI の共通のメカニズムを示唆している。

空間的効果と時間的効果のこの類似性は、物体が通常滑らかでゆっくりと変化するため、空間的コンテキストと時間的コンテキストが常に特徴を共有する自然シーンの統計によって説明できると示唆されている。そして、私たちの視覚システムは、情報を効率的にコード化するためにこれらの統計的特徴を適応させる。^[28]しかし、空間的特徴に明確な時間的類似物が常にあるわけではありません。たとえば、空間的特徴は、境界を推測するために空間全体で信号をリンクする上で重要な役割を果たしますが、時間的信号は同じ役割を果たさない可能性があります。

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