神経振動を通じてエビングハウス錯覚の異なる認知メカニズムを解明する

学術的背景

人間の視覚における大きさの知覚は物理的世界を完全に忠実に反映しているわけではなく、文脈に大きく依存しています。例えば、ある物体が多くの小さな物体に囲まれているとき、大きな物体に囲まれているときよりも大きく見えるという現象があり、これはエビングハウス錯覚と呼ばれています。視覚錯覚は、視覚世界における意識的経験のメカニズムを理解するためのユニークな視点を提供します。エビングハウス錯覚は2つの認知メカニズムで説明できます：低次の輪郭相互作用と高次の大きさ比較です。低次の輪郭相互作用は、輪郭や特徴レベルで発生する感覚的相互作用で、図形が他の図形に囲まれたときの知覚的歪みを引き起こします。このメカニズムは一次視覚野（V1）内の局所回路と関連している可能性があります。一方、高次の大きさ比較は、中心ターゲットと周囲の誘導刺激との間の認知的な大きさの比較に依存し、それらの大きさの差異が知覚的に強調されます。エビングハウス錯覚における高次の大きさ比較メカニズムは、より高次の視覚領域からのフィードバック接続、特に右頭頂葉皮質から後頭葉領域へのフィードバック投射を必要とすると考えられています。しかし、これら2つの理論の神経メカニズムは大部分が未探索のままです。

文献出典

この研究は、中国科学院心理研究所脳・認知科学国家重点実験室およびその他いくつかの研究機関のLihong ChenとYi Jiangらの著者によって行われました。この論文は2024年11月2日に投稿され、Neurosci. Bull.（2024年3月15日）に掲載されました。

研究プロセス

この研究では、立体視錯覚の提示と脳波（EEG）技術を用いて、中心ターゲットと周囲の誘導刺激の位置関係を操作することで、エビングハウス錯覚における刺激範囲の変化とその潜在的な神経メカニズムを調査しました。研究には複数の実験ステップが含まれています：

実験プロセス

• 実験対象：30名の右利きの健康なボランティア（平均年齢23.3歳）。
• 実験デザインと刺激：Matlabソフトウェアパッケージを使用して実験刺激を設定し、20インチの陰極線管ディスプレイで提示。周囲の円の水平視差を調整することで中心ターゲットの相対的な深度位置を操作。

実験1

タスク1：観察者はターゲットが誘導刺激に対して相対的にどの位置にあるかを判断する。

タスク2：対照円の大きさをターゲットに合わせて調整する。

結果：ターゲットが誘導刺激と異なる深度平面に提示されたとき、錯覚効果は有意に減少した。

実験2

タスク：観察者は立体鏡を使用せず、両眼で直接刺激を観察し、大きさ合わせタスクのみを実行する。

結果：異なる視差条件下で、錯覚効果は高視差と低視差条件で有意に減少した。

実験3

タスク：4つの誘導刺激を異なる深度平面に提示し、観察者は深度を判断し、大きさを合わせる。

結果：視覚的深度が異なる平面では錯覚効果が消失した。

実験4

タスク：観察者は立体鏡を通して刺激を観察し、ターゲットが誘導刺激に対して相対的にどの位置にあるかを判断する。同時にERPデータを記録する。

結果：EEGデータは、ターゲットの周りに大きな誘導刺激がある場合、ターゲットが誘発するN1とP2の振幅が大きくなることを示した。深度条件下では、ターゲットがより大きな知覚サイズを生成することは、より低い早期α波パワーと関連していた。一方、ゼロ視差条件下では、より大きな知覚サイズは、より高い後期β波パワーと関連していた。

EEGデータの記録と分析

記録：64電極キャップを使用して連続的なEEGデータを記録。

分析：EEGLABを使用してEEGデータを分析し、1Hz未満および40Hz以上の活動をフィルタリング。イベント関連スペクトル摂動（ERSP）は、錯覚図形出現後にベースライン補正を行った。高速フーリエ変換（FFT）法によりEEGデータを時間-周波数領域に変換し、α波（8–13 Hz）とβ波（14–25 Hz）の振幅を別々に抽出。

研究結果

深度手がかりが大きさの錯覚効果を減少させる

深度手がかり条件下（実験1）では、錯覚効果が有意に減少した。高視差、低視差条件下でも錯覚効果は有意に減少した。実験3では、4つの誘導刺激が異なる深度平面に表示されたとき、錯覚効果が消失した。

神経振動とエビングハウス錯覚の関連

中心頭頂部位での早期α波パワーの低下は錯覚効果と負の相関を示した。ゼロ視差条件下では、より大きな知覚サイズが後期の時間窓（200–300 ms）で頭頂後頭部位においてより高いβ波パワーを生成し、β波パワーは行動的錯覚効果と正の相関を示した。研究結果は、誘発されたα波とβ波の振動がそれぞれ低次の輪郭相互作用と高次の大きさ比較に関連していることを示唆した。

結論

この研究は、異なる周波数帯の神経振動が視覚処理の異なる側面を動的にサポートすることを明らかにすることで、エビングハウス錯覚を支える2つの認知メカニズムの神経生理学的証拠を提供しました。早期α波パワーは低次の輪郭相互作用に関連し、比較的遅いβ波パワーは高次の大きさ比較に関連していました。この発見は、一次視覚皮質と頭頂後頭部位の局所回路における異なる周波数帯の神経振動が、視覚知覚の様々な側面を動的に相互支援していることを示唆しています。

研究の意義

この研究は、視覚知覚における低次および高次の認知メカニズムの神経基盤を明らかにしただけでなく、将来的に神経振動の調整による視覚強化や知覚補償の潜在的な応用可能性を提供しています。さらに、研究で使用された実験方法とデータ分析技術は、視覚神経科学分野に新しい研究パラダイムを提供しています。