視覚的短期記憶

視覚の研究において、視覚短期記憶（VSTM ）は、象徴記憶や長期記憶を含む3つの主要な記憶システムのうちの1つです。VSTMは短期記憶の一種ですが、視覚領域の情報に限定されています。

VSTMという用語は、理論に中立的な方法で、長期間にわたる視覚情報の非永続的な保存を指します。^{[ 1 ]}視空間スケッチパッドは、アラン・バデリーが提唱したワーキングメモリの理論モデル内のVSTMサブコンポーネントであり、ワーキングメモリは計画や比較などの精神的タスクを助けると主張されています。^{[ 2 ] [ 3 ]}象徴的記憶は脆弱で急速に減衰し、積極的に維持することができないのに対し、視覚短期記憶は後続の刺激に対して頑健で、数秒間持続します。一方、VSTMは、主にその容量が非常に限られている点で長期記憶と区別されます。^{[ 4 ] [ 5 ]}

言語化が難しく、長期記憶に保持される可能性が低い刺激の導入は、1970年代初頭のVSTMの研究に革命をもたらした。^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}使用された基本的な実験手法では、短い時間間隔で提示された2つのマトリックス^{[ 7 ] [ 8 ]}または図形^{[ 6 ]}が同じかどうかを観察者に示してもらう必要があった。観察者が偶然をはるかに上回るレベルで変化が起こったと報告できたという発見は、少なくとも2番目の刺激が提示されるまでの期間、最初の刺激の側面を純粋に視覚的な記憶に符号化できたことを示していた。しかし、使用された刺激は複雑であり、変化の性質は比較的制御されていなかったため、これらの実験では次のようなさまざまな疑問が残された。

1. 視覚刺激を構成する知覚次元のうち、一部の次元のみが記憶されるかどうか（例：空間周波数、輝度、コントラスト）
2. VSTMでは知覚次元が他の次元よりも高い忠実度で維持されるかどうか
3. これらの次元がどのように符号化されるか（つまり、知覚次元は別々の並列チャネル内で符号化されるのか、それともすべての知覚次元はVSTM内の単一の結合された実体として保存されるのか）という性質。

VSTM の容量限界を調査するために多くの努力が注がれてきました。典型的な変化検出タスクでは、観察者は複数の刺激から構成される 2 つの配列を提示されます。2 つの配列は短い時間間隔で分離され、観察者のタスクは、最初の配列と 2 番目の配列が同一であるか、または 2 つの表示間で 1 つの項目が異なるかを判断することです。^{[ a ]}パフォーマンスは、配列内の項目の数に大きく依存します。一般的に、1 つまたは 2 つの項目の配列ではパフォーマンスはほぼ完璧ですが、項目が増えるにつれて、正答率は必ず単調に低下します。VSTM ストレージの限界を説明するためにさまざまな理論モデルが提案されており、それらを区別することは現在も活発な研究分野となっています。

心理物理学的実験によると、情報はVSTMに複数の並列チャネルにわたって符号化され、各チャネルは特定の知覚属性に関連付けられている。^{[ 14 ]}この枠組みの中で、セットサイズの増加に伴う観察者の変化検出能力の低下は、2つの異なるプロセスに起因すると考えられる。

1. 異なるチャネルで意思決定が行われる場合、パフォーマンスの低下は通常小さく、複数の独立した意思決定を行う際に予想される低下と一致します^{[ 15 ] [ 16 ]。}
2. 同じチャネル内で複数の決定が行われる場合、パフォーマンスの低下は決定ノイズの増加のみに基づく予想よりもはるかに大きく、同じ知覚チャネル内での複数の決定によって引き起こされる干渉に起因する。^{[ 17 ]}

しかし、Greenlee-Thomasモデル^{[ 15 ]}はVSTMにおけるセットサイズの影響のモデルとして2つの欠点を抱えている。第一に、1つまたは2つの要素で構成された表示でのみ経験的に検証されている。さまざまな実験パラダイムで繰り返し示されているように、セットサイズの影響は、比較的少数の要素（つまり4項目以下）で構成された表示と、より大きな表示（つまり4項目以上）に関連するものとは異なる。Greenlee-Thomasモデルは、これがなぜそうなるのかについての説明を提供していない。第二に、Magnussen、Greenlee、およびThomas ^{[ 18 ]}は、このモデルを使用して、異なる知覚次元ではなく、同じ知覚次元内で二重決定が行われる場合に干渉が大きくなることを予測できるが、この予測は定量的厳密さを欠いており、閾値の増加の大きさを正確に予測したり、その根本的な原因を詳細に説明したりすることができない。

Greenlee-Thomasモデルに加えて、VSTMにおけるセットサイズ効果を記述するための他の2つの主要なアプローチがあります。これらの2つのアプローチは、サンプルサイズモデル^{[ 19 ]と壺モデル[ g ]}と呼ばれます。これらはGreenlee-Thomasモデルと以下の点で異なります。

1. セットサイズ効果の根本原因を意思決定前の段階に帰する
2. 同一の知覚次元で行われた決定、あるいは異なる知覚次元で行われた決定について、理論的な区別は一切行わない。

視覚記憶と視覚短期記憶の両方の特徴を持つ中間視覚ストアの存在を示す証拠がいくつかあります。 ^{[ 20 ]}この中間ストアは、高い容量（最大15項目）と長い記憶痕跡持続時間（最大4秒）を持つと提案されています。これは視覚短期記憶と共存しますが、視覚刺激は視覚ストアの内容を上書きすることができます。^{[ 21 ]}さらに、視覚作業記憶における刺激の色に関する情報の保持に視覚野V4が関与していること、 ^{[ 22 ] [ 23 ]}および形状に関する情報の保持にVO1領域が関与していることが示唆されています。^{[ 23 ]} VO2領域では、記憶に保持された刺激のすべての特徴が全体的なイメージに統合されることが示されています。^{[ 23 ]}

VSTMはワーキングメモリシステムの視覚コンポーネントと考えられており、そのため、自然発生的なタスクの実行中に一時的な情報ストレージのバッファとして使用されます。しかし、自然発生的なタスクで実際にVSTMが必要なのはどのようなものでしょうか？この問題に関する研究のほとんどは、サッカード眼球運動によって生じる感覚ギャップを埋めるVSTMの役割に焦点を当てています。これらの急激な視線移動は通常1秒間に2～4回発生し、眼球が動いている間、視覚は一時的に抑制されます。したがって、視覚入力は、短いギャップによって区切られた、空間的にずれたシーンの一連のスナップショットで構成されます。時間の経過とともに、入力のこれらの短い一瞥から豊かで詳細な長期記憶表現が構築され、VSTMはこれらの一瞥間のギャップを埋め、ある一瞥の関連部分を次の一瞥の関連部分に合わせることを可能にすると考えられています。空間VSTMシステムとオブジェクトVSTMシステムの両方が、眼球運動を横断する情報の統合において重要な役割を果たす可能性があります。眼球運動もVSTM表現の影響を受けます。 VSTMに保持されている構築された表現は、タスクが明示的に眼球運動を必要としない場合でも眼球運動に影響を与える可能性があります。小さなマイクロサッケードの方向は、VSTM内のオブジェクトの位置を示します。^{[ 24 ]}

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