本記事は、 The Conversation との協力により掲載されています。
私たちは目の奥にある二つの小さく平らな網膜を通して世界を見ていることを考えると、一人ひとりが知覚しているものが継ぎ目のない立体的な視覚世界であることは驚くべきことに思えます。
網膜は、周囲の世界から届くさまざまな波長の光に反応します。しかし、それは過程の最初の段階にすぎません。脳は、入ってくる生のデータすべてに対して多くの処理を行う必要があります。すなわち、それらを統合し、何に注意を向け、何を無視するかを選択しなければなりません。私たちの視覚世界を構築するのは脳なのです。
神経科学者や認知科学者は近年、この過程の仕組みを解明する上で大きな進展を遂げてきました。私自身の研究は、人間が視覚情報のどれに注意を向けるかを選択し、視覚記憶を用いて短時間それを保持することで、いかに視覚世界を構築するかに焦点を当てています。私たちが生きる視覚世界の知覚を形成するには、単純な感覚入力以上のものが多く関わっています。
視覚の第一段階：目。 BruceBlaus、 CC BY
視覚センサーとしての目
網膜 は、私たちの目それぞれの奥にある細胞の層です。これらの細胞のうち、光受容体と呼ばれるものは光に敏感です。主な種類は2つあります。桿体は明暗の差に敏感で、錐体は色に敏感です。
これらの光受容体は、網膜の中心にある「中心窩」と呼ばれる小さな領域に最も密集しています。ここは視覚の中心に当たり、解像度が最も高い部分です。視野の中心から離れるにつれて、つまり周辺部（そのため「周辺視」と呼ばれます）では、細部の解像度が次第に低下します。
私たちは周囲を見回すとき、目を動かします。これにより、周囲の中で最も関心のあるものに中心窩を向けることができます。こうした随意的な目の動きは サッケード と呼ばれ、1秒に約3回行われます。
目 + 脳 = 視覚
目は絶えず動いているのに、頭の中にある世界の像はなぜこれほど安定して見えるのでしょうか。この見かけ上の不一致を調べる中で、神経科学者たちは、目からの入力は サッケード中には抑制されており、それがなければ生じるはずの速い動きや像のぶれを私たちは認識しません。さらに、脳は目の筋肉を制御する情報を用いて目の動きを補正しています。脳は目が動いている間に入ってくる情報を省くため、私たちの視覚世界は主に注視、すなわち目が静止している短い時間（約200〜300ミリ秒）の間に知覚されます。例えば読書中、目が動いているのはわずか 10%-20% の時間です。
各注視の間、私たちはその時点の課題を遂行するうえで最も関連性の高い視覚情報を選択しなければなりません。私たちは、一つまたは複数の情報源に注意を向け、焦点を合わせる一方で、残りのすべてを無視するか、少なくともその重要性を下げる能力を備えています。研究者はこれを視覚的注意と呼んでいます。研究者らは、視覚的注意が、色や方向といった基本的な特徴を結びつけ、統合して環境中の完全な対象の知覚を形成するうえで極めて重要だと考えています。
言い換えれば、 この理論は 、視覚的注意は世界を覗く小さな窓であると主張しています。この限られた焦点――空間と注意の両面における――から、脳は視覚情報を統合して一貫した対象にまとめ上げます。例えば、混雑した都市の通りを見ているとき、注目しうる視覚情報の源は多数あります。しかし、視覚的注意を用いると、いつの時点でも、その情報のごく一部、例えば私たちに向かってくる、タクシーへと形を成す黄色い塊だけを選択します。
視覚記憶が場面の構築を助ける
脳が重要な情報を処理し、そうでないものを捨てることを可能にするのは、視覚的注意のような選択的過程です。何が関心の対象となるか、あるいはならないかは、個人の目標によって決まります。例えば、 ある研究 が、仮想現実環境において対象に生じた変化に観察者が気づくのは、その変化が起きた時点でその対象が課題に関連していた場合に限られることを示しました。例えば、仮想的にレンガを大きさ順に分類するよう指示された場合、単にレンガを出現順に持ち上げるだけの場合よりも、レンガの寸法の変化に気づきやすかったのです。
その時点の課題にとって何が重要かを判断するには、個人は情報を時間を超えて保持する手段を必要とします。ここで視覚記憶が登場します。視覚記憶は一般に短期型と長期型に分けられます。視覚短期記憶は、刻々と進む視覚世界の構築と安定化において最も重要です。
かつて科学者たちは、視覚短期記憶が視覚世界を詳細に表現し、静止した目の注視ごとの情報をつなぎ合わせて、周囲の詳細な「頭の中の絵」を作り上げていると考えていました。
しかし、より最近の研究では、観察者は、目の動きなどほかの中断を伴うとき、比較的大きな視覚環境の変化にも通常は気づかないことが示されています。この現象は 変化の見落としと呼ばれています。
関連する現象として「非注意性盲目」と呼ばれるものがあります。これは、無関係な課題に没頭しているとき、人は環境中の明白な出来事を見落としやすいというものです。例えば、バスケットボールのパスの回数を数えるよう求められた際、人々は 一般にはそれに気づきませんでした ――ゴリラの着ぐるみを着た人物がコートを横切り、選手の集団の中をまっすぐ歩いて通り抜けたときでさえ。
この現象とそれに関連する仕組みの研究により、人間は、これまで考えられていたよりも目の注視をまたいで、環境のより図式的な表象を構築していることが分かっています。この図式的な環境表象は、一般に「場面の要旨」（シーン・ジスト）として知られています。それには、場面の基本的なカテゴリー（それは自然か、人工物か、都市景観か）と、全体的なレイアウトに関する概念的情報が含まれており、いくつかの対象や特徴に限られる場合もあります。この図式的な環境表象は、「頭の中の絵」という想定からはほど遠いものです。しかし、この図式的情報こそが、ある注視から次の注視へと私たちを導き、その間により詳細な情報が取り込まれるのです。
脳が視覚処理装置として絶えず計算を行っていなければ、目を通じて受け取る視覚情報は、混沌としてぎくしゃくした混乱のままでしょう。目の動きを補正する神経機構が働いています。視覚記憶と注意は連携して、ある情報源から次の情報源への滑らかな移行を可能にします。これらの過程が組み合わさることで、脳は一貫性のある安定した視覚世界の知覚を生み出すことができるのです。
本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
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著者：Alex Burmester氏は、ニューヨーク大学で知覚と記憶の研究員（Research Associate）を務めています。
画像：放射線科医が患者の脳X線写真を確認している。REUTERS/Rupak De Chowdhuri.