どのように視野闘争を作成および使用方法

通常、左右の目はそれぞれわずかに異なる画像を見ており、脳はこれら2つの画像を組み合わせて、単一の整合性のある表現として認識しています。しかし、両眼に十分に異なる画像が提示されると、知覚的な交互作用のパターンが生じ、一方の画像が意識を支配し、もう一方が抑制されます。この支配状態は、通常数秒ごとに2つの画像の間で交互に入れ替わります。

この知覚現象は両眼競合として知られています。両眼競合刺激を作成するには、知覚される同一の位置に、左右それぞれの眼に異なる画像を提示します。このビデオでは、両眼競合を作成し利用するための、安価で簡単な方法をいくつか説明します。

こんにちは、デビッド・カーメルです。ニューヨーク大学心理学部のポストドクターを務めています。こんにちは、マイク・アルカです。プリンストン大学心理学部の大学院生です。

このビデオでは、両眼競合を誘発し利用するための、安価でシンプルな方法をいくつか説明します。両眼競合は、左右の眼に不変の入力が与えられても視覚的な意識が交互に切り替わるため、ヒトおよび動物モデルの両方において、知覚的な選択や意識を研究するのに有用であると考えられています。両眼競合を誘発する方法はいくつかありますが、この分野の初心者は、自身の特定のニーズにどの方法が最適であるか判断に迷うことがよくあります。

ここでの目的は、最も一般的な手法の利点と欠点を説明することです。それでは始めていきましょう。両眼競合は、単一の統合された画像ではなく、対応する網膜位置に互いに相容れない異なる画像を各眼に提示することで誘発されます。観察者が通常見るのは知覚的な交互交代のパターンであり、一方の眼の画像が一定期間、意識的な知覚を支配し、その間もう一方の画像は抑制されます。

優位と抑制の期間は周期的に入れ替わり、混合知覚が起こる時間は極めて短いです。双眼競合を用いることで、視覚処理階層のどの段階において神経イベントが意識体験と相関するのか、また、脳が刺激間の競合をどのように解決し、どちらを意識に上らせるかを選択するのかといった、いくつかの重要な疑問を検討することができます。

意識から抑制された画像であっても、どのような側面であれば処理することができ、またそのような処理がどのように行動に影響を与えるのでしょうか。両眼競合提示を作成するための簡便な手法はいくつか存在します。本ビデオでは、それぞれの利点と欠点を含め、最も一般的な手法について概説します。

手法の説明に入る前に、双眼競争実験において安定した注視を維持するという課題について述べる必要があります。競争を誘発するための具体的な手法に入る前に、これから説明するすべての手法において極めて重要な検討事項である、安定した注視の問題について言及しておくことが重要です。通常、私たちの目は、注視している同一の像がそれぞれの中心窩に落ちるように、回転したり注視運動を行ったりします。

しかし、視差（binocular disparity）の成功は、両眼が同じものを捉えているかどうかに依存します。それぞれの眼に全く異なる画像が提示された場合、脳が正しい視差角を決定するための十分な情報を得られないため、視差は消失します。これにより、2つの画像が網膜の対応点に投影されない可能性があるため、両眼競合（binocular rivalry）が妨げられることがあります。

したがって、異なる画像に加えて、ディスプレイには両眼で共通となる同一の要素を含める必要があります。これにより、画像の競合する要素間に差異があるにもかかわらず、両眼で安定した視線を維持することが可能になります。通常、安定化のための同一要素には、競合する画像の中央に配置された注視点や、画像周囲のフレームなどが含まれます。

フレームは均一であるかテクスチャ付きであるかのどちらでもよく、両眼で同一であればどのような形状でも構いません。垂直方向よりも水平方向の非相関的な眼球運動が起こりやすいため、フルフレームの代わりに各画像の左右にテクスチャ付きのバーを配置して使用することが可能です。

最後に、研究によってはフレームが不適切である場合があります。例えば、刺激を均一な背景に表示させる必要がある実験などの場合、NUNUsラインや、ダーツボードのような刺激の外側に配置される画像を使用することが可能です。それでは、双眼競争を誘発する方法について見ていきましょう。

ここでは、赤青ゴーグル、ミラーステレオスコープ、プリズムゴーグルという、安価で簡単な3つの選択肢について検討します。赤、青、または赤緑のクロマティックゴーグルを使用する方法は、多くの研究者に好まれている一般的な手法です。なぜなら、多くの玩具店で入手可能なセロファン製のゴーグルを用意するだけで済むため、導入が最も簡単で安価だからです。ここでは赤青ゴーグルを使用し、モニターの青色ガンのみで表示される画像と、画面上の同じ位置に赤色ガンのみで表示される画像の2つを用意して設定を行います。各レンズは一方の画像のみを透過させるため、2つの異なる画像が両眼の対応する網膜位置に投影され、相互に競合し始めます。

安定した視覚刺激を確保するため、2つの画像にはフレームや注視点など、同一の情報が含まれている必要があります。これらの共通要素は、黒や白のように、両方のレンズを透過する色である必要があります。なお、この手法は色覚とは関係ありません。

色は単に2つの画像をそれぞれ左右の目に分離させるために使用されます。これは、色覚異常のある観察者であっても有効です。赤青ゴーグルを使用する利点としては、装置が非常に安価であること、および刺激の準備が非常に容易であることが挙げられます。

赤青色ゴーグルは、MRIを含むすべての神経イメージング法で容易に使用できます。また、赤青色ゴーグルは頭部の固定や、観察者ごとの視聴装置の個別の調整を必要としません。デメリットとしては、各画像が単色の陰影しか含めることができないため、色的な刺激を提示できないことが挙げられます。

レンズは完全ではないため、常にいくらかのクロストークが発生し、それぞれの眼がもう一方の眼の像をある程度見ることになります。このため、抑制された像が完全に不可視であったと主張することに問題が生じます。クロストークは、複数のフィルターを使用することで低減できます。

例えば、ゴーグルを2重に重ねて装着したり、最終的に赤青色眼鏡を使用したりしても、現在のほとんどのアイトラッカーではうまく機能しません。それでは、鏡面ステレオスコープ法に進みましょう。鏡を使用すれば、観察者の左右それぞれの目に異なる画像を提示する設定を簡単に構築できます。

まず、いくつかの同一の要素を持つ2つの異なる画像を用意し、モニター上に並べて表示します。鏡面ステレオスコープは簡単に製作でき、必要なものは4枚の鏡と、それらを固定するためのスタンドのみです。2枚の鏡を、それぞれが片方の目の近くにあり、その目の視線に対して45度の角度になるように配置し、チンレストを使用して観察者の頭の位置を固定します。

最初の2枚のミラーそれぞれの両側に、刺激に向かって45度の角度で別のミラーを配置し、それぞれの像が各眼の対応する位置に落ちるようにします。これで、異なる像同士が競合するはずです。多くの場合、市販されているいくつかのステレオスコープ（立体視鏡）のいずれかを使用するのが便利です。

観察者によって目の状態がわずかに異なるため、ディスプレイの前に観察者を配置する際、安定した仮想像を得るためにミラーの角度を調整する必要がある場合があります。ミラーステレオスコープを使用する場合は、各眼が本来見るべき画像のみを捉え、かつその画像がもう一方の画像と重なり合う位置でのみ見えていることを確認することが重要です。多くの場合、各眼からもう一方の眼用の画像への視線も存在することになります。

この不要な視線を遮断するために、仕切りを設置します。例えば、ステレオスコープの中央線から、観察者の両眼の間を通ってディスプレイの中心に向かって延びる段ボール板を置き、もう一方の眼への刺激への視線を遮るようにします。また、各眼が本来見るべき画像を、鏡を通して一度、そして直接もう一度というように、二重に見えてしまうという問題が発生する可能性があります。

これにより、ライバルリーが発生する場所の隣に、各刺激の追加画像が表示されてしまいます。これを避けるには、画像の配置と観察者からスクリーンまでの距離との関係を調整してください。実験開始前にこれらの調整を行うため、両方の画像で同一であるディスプレイ部分のみを表示する画像を用意し、ライバルリー刺激を提示する前に、各観察者のステレオスコープの設定に使用してください。

ミラーステレオスコープを使用する利点は、画像が分離しているため、色刺激を利用できることです。画像は完全に分離しており、互いに混ざり合うことがありません。また、刺激の準備が容易で簡便です。

並べて提示された任意の2枚の画像は、互いに競合する可能性があります。また、ステレオスコープはアイトラッキングと組み合わせて使用することも可能です。欠点としては、視覚野の半分しか各画像の提示に使用できないため、ステレオスコープではかなり小さな刺激しか提示できないことが挙げられます。

ステレオスコープは、すべての構成部品を非磁性にする必要があり、さらにスキャナー内で刺激を視認する際に通常使用されるミラーの傾斜分をセットアップに組み込まなければならないため、MRIスキャナー内での使用は容易ではありません。また、ステレオスコープを使用するには、頭部の固定と観察者ごとの個別の調整が必要です。それでは、プリズムゴーグルの使用方法について見ていきましょう。

プリズムゴーグル法は、ミラーの代わりにプリズムレンズを用いたゴーグルを使用したステレオスコープの概念を応用した手法です。ミラーを使用する場合と同様に、ステレオスコープ画像はモニター上に並べて表示されます。プリズムレンズは、プラスチックフレームとともに、任意の光学機器サプライヤーから購入可能です。

それぞれのプリズムが光を屈折させることで、側方にある物体が正面にあるように見えます。このようなプリズムを2つ、互いに逆方向に配置すると、鏡と同様の働きをします。ステレオスコープ（立体視鏡）では、実際には物理的に横に並んでいる2つの画像が、空間内で重なっているかのような錯覚を作り出すのでしょうか？

プリズムゴーグルを使用する場合でも、左右の目が互いの画像を見てしまうため、依然としてデバイダー（遮光板）を使用する必要があることに注意してください。ただし、各画像から各眼への視線は1本のみとなるため、ディスプレイの距離やサイズを調整する必要はありません。プリズムゴーグルの利点と欠点は、1つの大きな違いを除いて、ミラーステレオスコープと同様です。

プリズムゴーグルはプラスチック製にすることができ、ミラーステレオスコープよりもコンパクトであるため、MRIスキャナー内で容易に使用できます。次に、抑制された画像の処理に関する研究課題に取り組むために、画像の完全な抑制をどのように確保するかを確認しましょう。両眼競合実験では、連続フラッシュ抑制（略してCFS）として知られる強力な形態の競合が、CFS刺激を作成するのに最も適しています。

一方の目に相対的に低コントラストの画像を提示します。これが抑制される画像となります。もう一方の目には、高コントラストで急速に変化する画像を提示します。

これが支配的なCFSマスクとなり、最大限の効果を発揮します。CFSマスクは10～20 Hzの速度で変化させる必要があります。ミラーステレオスコープまたはプリズムゴーグルを使用する場合、本ビデオの前半で説明したすべての競合手法を用いてCFSを誘発させることができます。

多くの小さく色鮮やかな要素で構成されたCFSマスクは非常に効果的です。しかし、赤青メガネを使用する場合、グレースケールの要素で構成されたCFSマスクも有効です。また、CFSマスクはすべて同じ色の多数の要素で構成することも可能です。

赤青メガネでこのビデオを視聴する場合、完全な抑制の可能性を最大化するためのビデオ圧縮により、ゴースト（色混ざり）が多く発生する可能性があります。実験を開始する前に、抑制された画像のコントラストレベルを調整してください。また、優位画像と抑制画像の切り替えは通常、緩やかでかなり遅い場合があり、視聴時間のかなりの部分が混合相に費やされることになります。

混合相の具体的な形式は、観察者や刺激によって異なります。ここでは、混合相の2つの一般的な形式を示します。まず、断片的なライバルry（piecemeal rivalry）では、混合相は、刺激全体にわたって支配的なパッチの数が増加することにより、抑制されていた像が徐々に支配的になることで構成されます。

次に、画像全体に支配的な波が広がることで混合相が生じる場合もあります。このような波を誘発するには、抑制された画像の一部にコントラストの増加を導入します。両眼競合の交代は、ランダムで独立した持続時間の間隔で発生します。

これは、直前の優位期間の長さが、次の優位期間の長さを予測しないことを意味します。優位期間を等間隔のビンに分割した場合、各長さの優位期間が何回発生したかを示すヒストグラムは、ガンマ関数として知られる歪んだ分布によく適合する傾向があります。

実験的な操作が持続時間およびライバル関係に及ぼす影響は、各条件における最適合ガンマ関数の形状として現れる傾向があります。さまざまな支配持続時間が発生しますが、これらの確率は、2つの画像などの操作因子によって変化する可能性があります。低次レベルの特徴は、支配期間と抑制期間の相対的な持続時間に影響を与えます。

例えば、2つの画像がコントラストにおいて異なる場合、コントラストが高い画像ほど支配持続時間が長くなり、結果として中央値がより大きい最良適合ガンマ分布となります。さらに、同一の刺激セットを用いても、観察者によって異なるガンマ分布が得られる可能性があります。実験においてガンマ関数のパラメータを従属変数として使用することは可能ですが、これらのパラメータと分布の形状との関係は、容易に把握できるものではありません。

したがって、より扱いやすい中心傾向の指標が有用な場合があります。しかし、ガンマ分布は非常に歪んでいる可能性があるため、平均値よりも中央値の方が結果をより適切に代表することが多いです。また、非ガウス分布の中央値を用いるということは、データ数が十分に多くない限り、適切な統計検定としてノンパラメトリック検定を用いる必要があることを意味します。

このビデオでは、両眼競合の性質、それを誘発するためのいくつかの方法、およびこの手法を用いる際に考慮すべき点について説明しました。この魅力的な現象を活用する上で、私たちの導入解説がお役に立てば幸いです。