偏りのある競争理論

偏りのある競争理論は、視野内の各物体が皮質の表象と認知処理をめぐって競争するという考えを提唱しています。 [ 1 ]この理論は、視覚処理のプロセスは、ボトムアップシステムやトップダウン システムなど、物体の特定の特徴や項目全体を優先して注意を払い、さらなる処理を進める他の精神プロセスによって偏りが生じる可能性があることを示唆しています。偏りのある競争理論とは、簡単に言えば、処理をめぐる物体の競争です。この競争は、視野内で現在注目されている物体に偏る場合もあれば、行動に最も関連性の高い物体に偏る場合もあります

歴史

視覚知覚に関する注意メカニズムの研究は、視覚知覚を取り巻く機能原理と潜在的な制約をより深く理解するための試みとして行われました[ 2 ]。視覚探索課題は、実験者が視覚知覚の探求を助けるために一般的に使用されています

視覚的注意に関する古典的な見解では、前注意段階と注意段階という2つの基本原理があるとされています。[ 3 ]前注意段階では、個人は視野全体からの情報を同時に処理できる無制限の知覚能力を持っています。注意段階では、局所的な空間領域に対応する視覚情報の処理が行われます。[ 4 ]この視覚的注意に関する古典的な見解では、視野内に競合はないとされています。この理論では、個人は同時に提供されるすべての情報を処理できると想定されています。最近まで、個人には前注意段階があると考えられていました。これはもはや当てはまらず、現在では研究により、前注意段階の能力には限界があることが示唆されています。[ 5 ]

重要な情報を処理できる注意段階は、現在では選択性と呼ばれる段階へと変化しています。注意に関する古典的な見解は、視覚的注意の理解に役立つ2つの新しい原理の最近の出現の基礎を築いてきました。1つ目は、情報処理能力の限界に関するものです。これは、特定の時点で実際に保持して行動制御に使用できる情報はごくわずかであることを示唆しています。選択性の原理は、人が不要な情報をフィルタリングする能力を持っているという考えに基づいています。コッホとウルマン[ 6 ]は、注意選択は競争的な「勝者総取り」ネットワークによって実現できると提唱しました。

ロバート・デシモーネとジョン・ダンカン[ 7 ]はこの考えを拡張した。彼らは、物体の視覚入力と視野内の物体への反応の間には、何らかの競争、すなわち表象、分析、そして行動をめぐる競争が起こっていると提唱した。これは、刺激への注意は、注意を払われていない刺激よりも処理能力への要求が高いことを示唆している。[ 8 ]この競争の考えから、研究者たちは「偏りのある競争理論」と呼ばれる新しい注意理論を展開した。[ 9 ]この理論は、視覚的注意を導くプロセスとそれが脳の神経系に及ぼす影響を説明しようとするものである。[ 10 ]

機能

バイアスされた競争は、タスクに関連する情報を優先することで、視覚探索をより効率的にします。[ 11 ]大量の視覚情報が常に取り込まれ、処理に利用できる容量には限りがあります。したがって、視覚システムは関連する情報を選択し、無関係な刺激を無視する方法が必要です。視覚探索では通常、視覚環境内で探索される（タスクに関連する）ターゲット（例：コーヒーカップ）があり、タスクに無関係な情報は無視されます。神経メカニズムによるバイアスは、探索を論理的な空間的位置（例：テーブル）と、探索されているアイテムと類似した意味的または視覚的特徴を持つアイテムへと導きます。視覚システムの30以上の皮質領域が視覚刺激の処理に使用されており、この広範なネットワークの複数の領域で視野内の物体との競争が発生していることが示唆されています。[ 12 ] [ 13 ]

偏った競争モデル

デシモーネは、偏向競争モデルは5つの主要な原則から成り立つと示唆した。[ 14 ]

  1. 視野内に同時に提示された複数の物体は、視覚皮質の細胞反応を競い合います。2つの刺激が同時に提示されると、それぞれの神経細胞表象が活性化されます。そして、その反応は、これら2つの刺激が競合的に相互作用することによって決定されます。
  2. 皮質の同じ領域の細胞を活性化する 2 つの刺激は、最も強い競合的相互作用を生み出します。
  3. 競争的な相互作用は、様々な神経メカニズムによって、ある刺激が好まれるようにバイアスされる可能性があります。これはフィードバックバイアスと呼ばれます。これには、トップダウンフィードバック（例えば、ある刺激の方が状況的に重要になるなど）やボトムアップ影響（例えば、ある刺激が他の刺激よりも目新しいなど）が含まれます。
  4. フィードバックバイアスは、空間的な位置だけに起因するものではありません。処理中のバイアスは、刺激が特定の関連特徴（色、質感、形状など）を持つことに起因する場合もあります。
  5. トップダウンバイアスの主な原因は、作業記憶に関係する脳の構造、具体的には前頭前皮質に由来します。

神経メカニズム

視野内の情報を処理する2つの主要な神経経路、腹側皮質と背側皮質があります。2つの経路は並行して走行し、同時に働いています。腹側皮質は物体認識に重要であり、しばしば脳の「何」システムと呼ばれ、下側頭葉皮質に投射します。[ 15 ]背側皮質は空間知覚とパフォーマンスに重要であり、「どこ」システムと呼ばれ、 [ 16 ]後頭頂葉皮質に投射します。[ 17 ]偏りのある競合理論によれば、個人の視覚システムは、特定の時点で複数の物体に関する情報を処理する能力が限られています。例えば、個人が2つの刺激（物体）を提示され、同時にそれぞれの物体の属性を識別するように求められた場合、物体が別々に提示された場合と比較して、個人のパフォーマンスは低下します。これは、視野内に同時に提示された複数の物体は、限られた処理リソースのために神経表現をめぐって競合することを示唆しています

カストナーとウンガーライダーによる単一細胞記録研究では、偏りのある競争理論の背後にある神経メカニズムが検証された。[ 18 ]彼らの実験では、視覚皮質内のニューロンの受容野（RF）の大きさが調べられた。ニューロンのRFに単一の視覚刺激が単独で提示され、続いて同じRF内に別の刺激が同時に提示された。[ 19 ]単一の「効果的な」刺激は低い発火率を示したのに対し、2つの刺激が一緒に提示された場合は高い発火率を示した。ペアになった刺激に対する反応は低下した。これは、ニューロンのRF内に2つの刺激が一緒に提示された場合、刺激は独立して処理されるのではなく、相互に抑制的に処理されることを示唆している。[ 20 ]カストナーとウンガーライダーによると、この抑制プロセスは、認知処理能力の限界により、2つの刺激が同時に提示されたときに、神経表現をめぐって競合するために発生する。[ 21 ]

RF実験は、物体の数が増えると、神経負荷（抑制）の増加と認知能力の低下により、各物体に関する情報が減少することを示唆している。[ 22 ]視野またはRF内の物体を効率的に処理するには、これらの神経資源を物体に向ける方法が必要である。注意は課題に関連する物体を優先し、このプロセスにバイアスをかける。例えば、このバイアスは、視野またはRF内で現在注意が向けられている物体に向けられることもあれば、自分の行動に最も関連性の高い物体に向けられることもある。

機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、偏りのある競争理論が観察される注意効果を神経レベルで説明できることを示している。注意効果は、タスク関連特徴の内部的な重み（接続の強化）を、注目されている対象に偏らせる。これは、Reddy、Kanwisher、van Rullenによって示され、彼らは位置の手がかりに続いて特定のニューロンへの酸素化血液の増加を発見した。[ 23 ]さらなる神経学的裏付けは、神経生理学的研究によって、注意はトップダウンバイアスの結果であり、それが今度はニューロンのスパイクに影響を及ぼすことが示されている。[ 24 ]つまり、外部入力は注意のトップダウンガイダンスに影響を及ぼし、それが脳内の特定のニューロンに偏りをもたらすのである。

偏向競争理論の実証的証拠

偏向競争理論が開発されて以来、この理論の考え方を検証するための多くの研究が行われてきました。[ 25 ] [ 13 ]

研究では、実験環境で検証されるべき理論モデルに基づく予測が策定されています。トップダウンバイアスとボトムアップバイアスは、バイアス競争理論で説明されているように、視覚知覚と競争への影響の正当性を確認するために検証されています。これらの実験は、デシモンの5つの中心原則で説明されているフィードバックバイアスの概念を裏付ける証拠を提供しています。[ 26 ]

ボトムアッププロセスの証拠

ボトムアップ処理は、感覚処理における高次の指示がないことを特徴とします。主に感覚情報に依存し、入ってくる感覚情報がすべてのボトムアップ処理の出発点となります。ボトムアップとは、視覚探索において特徴が際立つことを指します。これは一般に「ポップアウト」効果と呼ばれます。[ 27 ]明るい色、動き、大きな物体などの顕著な特徴は、視覚探索において物体を「飛び出させる」ようになります。「ポップアウト」特徴は、意識的な処理がなくても注目を集めることがよくあります。目立つ物体は、処理において優先（バイアス）されることがよくあります。ボトムアップ処理はデータ駆動型であり、これに従って刺激は感覚を通して経験されているデータに基づいて知覚されます。[ 28 ]

証拠によれば、同時に提示された刺激は実際には視覚皮質に表象されるために競合しており、刺激同士がこの表象を得るために互いを抑制し合っている。[ 29 ]これはレイノルズらによって調査され、彼らは視覚皮質内のニューロンの受容野の大きさを調べた。単一の刺激の提示では発火率が低いのに対し、2つの刺激を同時に提示すると発火率が高くなることが判明した。[ 30 ]レイノルズらはまた、個々に提示された視覚刺激の神経反応と、同時に提示された刺激から収集された反応を比較した場合、同時に提示された刺激の反応は、各刺激が単独で提示されたときに収集された反応の合計よりも小さいことを発見した。[ 31 ]これは、2つの刺激を同時に提示すると、注意に必要な神経作業負荷が増加することを示唆している。この神経負荷の増加によって抑制プロセスが生じ、脳内で刺激が神経表象をめぐって競合するようになる。 ProulxとEgethは、明るい物体は、その物体を優先する方向に注意を偏らせると予測しました。また、大きな物体は、その物体を優先する方向に注意を偏らせると予測しています。[ 32 ]この実験は、コンピュータベースの視覚探索課題で、参加者は気を散らすものの中から標的を探しました。研究の結果、無関係な刺激が大きく明るい場合、無関係な物体に注意が偏り、認知処理においてそれらの物体が優先されることが示唆されました。[ 33 ]この研究は、ボトムアップ（刺激駆動型）処理が偏向競争理論に与える影響を示しています。

トップダウンプロセスの証拠

トップダウンプロセスは、より多くの認知によって感覚処理の高度な方向付けを特徴としています。トップダウン処理は、感覚情報を解釈する際に既存の知識に基づいています。[ 34 ] [ 13 ]

トップダウンによる注意の誘導とは、物体の特性（色、形など）が活性化され、作業記憶に保持されて、その物体の視覚探索を促進することである。[ 35 ]これは、目標となり得る物体にのみ注意を誘導し、無関係な物体への注意を避けることで、視覚探索を制御する。トップダウンのプロセスは物体の完全な表現ではなく粗いため、無関係な物体を識別する過程で、色、形、意味が似ている物体に注目が集まることが多い。空間選択視覚課題において、偏りのある競争から利益を得られる場所を、観察者がトップダウンで制御していることを示す証拠がある。観察者は、どの場所を選択するか[ 36 ]、または刺激駆動型で注意を引く特徴について自発的に決定できることを裏付ける証拠もある。[ 37 ]

神経生理学的研究では、トップダウン処理の神経メカニズムが注意力や作業記憶にも見られることが示されており、トップダウン処理がこれらの機能でも重要な役割を果たしていることを示唆している。[ 38 ]さらに、トップダウン処理は、ボトムアップ処理の「ポップアウト」機能が視覚探索を妨げないように抑制することで、ボトムアップ処理を調整することができる。

fMRI研究では、バイアス競争理論に関与するトップダウンとボトムアップのプロセスが調査されている。[ 39 ] fMRIの結果は、ボトムアップとトップダウンの両方のプロセスがバイアス競争に並行して機能することを示唆している。[ 40 ]複数の研究で、視野内の刺激は一緒に提示された場合は互いに抑制し合うが、それぞれの刺激が単独で提示された場合は抑制されないことがわかっている。カストナーらはまた、刺激の特定の場所に注意を向けると抑制効果が減少することを発見した。視覚皮質の活動の増加も観察されたが、これは注目された場所を好むことによるトップダウンバイアスの結果であった。[ 41 ]

さらなる証拠

偏向競争理論のもう一つの仮説、すなわち競争は脳の複数のシステム（例えば、視覚システムとワーキングメモリ）に統合されているという仮説は、ほとんど研究されていない。[ 42 ]しかし、この主張の信憑性を確認するための経験的証拠がなされてきた。研究では、神経画像研究を行うことで、この異なる脳システムの統合が示されている。被験者が動く顔に注意を向けるように指示されたとき、中側頭葉と紡錘状顔面領域の活性化が見られた。[ 43 ]中側頭葉は動きの知覚に関与し、紡錘状顔面領域は顔の認識に関与しており、偏向競争理論における脳の統合システムを示している。フェレーラとリスバーガー[ 44 ]は、滑面追跡眼球運動 のターゲット選択における競合的相互作用の証拠を示した。

参考文献

  1. ^ Desimone, R., Duncan, J. (1995). 選択的視覚注意の神経メカニズム. Annual Review of Neuroscience, 18, 193-222.
  2. ^ Rolls, ET (2008). 記憶、注意、意思決定：統合計算神経科学アプローチ; オックスフォード大学出版局, オックスフォード.
  3. ^ Rolls, ET (2008). 記憶、注意、意思決定：統合計算神経科学アプローチ; オックスフォード大学出版局, オックスフォード.
  4. ^ Rolls, ET (2008). 記憶、注意、意思決定：統合計算神経科学アプローチ; オックスフォード大学出版局, オックスフォード.
  5. ^ Rolls, ET (2008). 記憶、注意、意思決定：統合計算神経科学アプローチ; オックスフォード大学出版局, オックスフォード.
  6. ^ Koch C, Ullman S (1985) 選択的視覚注意の変化：その根底にある神経回路の解明 Human Neurobiology 4:219-227.
  7. ^ Desimone, R., Duncan, J. (1995). 選択的視覚注意の神経メカニズム. Annual Review of Neuroscience, 18, 193-222.
  8. ^ Desimone, R., Duncan, J. (1995). 選択的視覚注意の神経メカニズム. Annual Review of Neuroscience, 18, 193-222.
  9. ^ Desimone, R., Duncan, J. (1995). 選択的視覚注意の神経メカニズム. Annual Review of Neuroscience, 18, 193-222.
  10. ^ Rolls, ET (2008). 記憶、注意、意思決定：統合計算神経科学アプローチ; オックスフォード大学出版局, オックスフォード.
  11. ^ Desimone, R., Duncan, J. (1995). 選択的視覚注意の神経メカニズム. Annual Review of Neuroscience, 18, 193-222.
  12. ^ Desimone R, Ungerleider LG. (1989). サルの視覚処理における神経メカニズム. 神経心理学ハンドブック第2巻, F Boller, J Grafman編, pp. 267-99. ニューヨーク: Elsevier.
  13. ^ a b c Baldauf D, Desimone R (2014年3月). 「オブジェクトベース注意の神経メカニズム」 . Science . 344 (6182): 424– 427. Bibcode : 2014Sci...344..424B . doi : 10.1126 / science.1247003 . PMID  24763592. S2CID 34728448  .
  14. ^ 4. Desimone, R. (1998). 視覚的注意は、外線条体視覚皮質における偏向した競争によって媒介される. 『Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 353』、1245-1255ページ。
  15. ^ Ungerleider, LG, & Haxby, JV (1994). 人間の脳における「何」と「どこ」. Current Opinion in Neurobiology, 4, 157-165.
  16. ^ Ungerleider, LG, & Haxby, JV (1994). 人間の脳における「何」と「どこ」. Current Opinion in Neurobiology, 4, 157-165.
  17. ^ Desimone, R., Duncan, J. (1995). 選択的視覚注意の神経メカニズム. Annual Review of Neuroscience, 18, 193-222.
  18. ^ Kastner, S., L, G., Ungerleider. (2001). ヒト視覚皮質における偏向競争の神経基盤. Neuropsychologia. 39, 1263-1276.
  19. ^ Kastner, S., L, G., Ungerleider. (2001). ヒト視覚皮質における偏向競争の神経基盤. Neuropsychologia. 39, 1263-1276.
  20. ^ Kastner, S., L, G., Ungerleider. (2001). ヒト視覚皮質における偏向競争の神経基盤. Neuropsychologia. 39, 1263-1276.
  21. ^ Kastner, S., L, G., Ungerleider. (2001). ヒト視覚皮質における偏向競争の神経基盤. Neuropsychologia. 39, 1263-1276.
  22. ^ Kastner, S., L, G., Ungerleider. (2001). ヒト視覚皮質における偏向競争の神経基盤. Neuropsychologia. 39, 1263-1276.
  23. ^ Reddy, L., Kanwisher, NG, & VanRullen, R. (2009). 複数ボクセルオブジェクト表現における注意とバイアス競合. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106, 50, 21447-21452.
  24. ^ Deco, G., & Rolls, ET (2005). 注意をめぐるバイアスのある競争と協力の神経ダイナミクス：スパイキングニューロンを用いたモデル. Journal of Neurophysiology, 94, 295-313.
  25. ^ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). ヒト脳における競争バイアスのトップダウンとボトムアップのメカニズム．『Vision Research』49, 1154-1165.
  26. ^ Desimone, R., Duncan, J. (1995). 選択的視覚注意の神経メカニズム. Annual Review of Neuroscience, 18, 193-222.
  27. ^ Gleitman, H., & Jonides, J. (1978). 視覚探索におけるカテゴリー化に対するセットの効果. 知覚と心理物理学, 24(4), 361-368.
  28. ^ 「ボトムアップ処理とトップダウン処理 | 心理学の概念」 2011年11月28日。2019年9月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  29. ^ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). ヒト脳における競争バイアスのトップダウンとボトムアップのメカニズム. 『Vision Research』49, 1154-1165.
  30. ^ Reynolds, JH, Chelazzi, L., & Desimone, R. (1999). マカクのV2野とV4野における競争メカニズムが注意を補助する. Journal of Neuroscience, 19, 1736–1753.
  31. ^ Reynolds, JH, Chelazzi, L., & Desimone, R. (1999). マカクのV2野とV4野における競争メカニズムが注意を補助する. Journal of Neuroscience, 19, 1736–1753.
  32. ^ Proulx, MJ, & Egeth, HE (2008). バイアス競争と視覚探索：輝度とサイズコントラストの役割. 心理学研究, 72, 106-113.
  33. ^ Proulx, MJ, & Egeth, HE (2008). バイアス競争と視覚探索：輝度とサイズコントラストの役割. 心理学研究, 72, 106-113.
  34. ^ 「ボトムアップ処理とトップダウン処理 | 心理学の概念」 2011年11月28日。
  35. ^ Hollingworth, A., & Luck, SJ (2009). 視覚探索における視線制御における視覚ワーキングメモリ（VWM）の役割. 注意・知覚・心理物理学, 71, 4, 936-949.
  36. ^ Jonides, J. (1980). 心の眼球運動のモデル化に向けて. Canadian Journal of Psychology, 34, 103–112.
  37. ^ Gazzaley, A., Nobre, AC (2012). 「トップダウン変調：選択的注意とワーキングメモリの橋渡し」認知科学の動向, 16, 2, 129-135.
  38. ^ Hollingworth, A., & Luck, SJ (2009). 視覚探索における視線制御における視覚ワーキングメモリ（VWM）の役割. 注意・知覚・心理物理学, 71, 4, 936-949.
  39. ^ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). ヒト脳における競争バイアスのトップダウンとボトムアップのメカニズム．『Vision Research』49, 1154-1165.
  40. ^ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). ヒト脳における競争バイアスのトップダウンとボトムアップのメカニズム. 『Vision Research』49, 1154-1165.
  41. ^ O'Craven, KM, Downing, P., Kanwisher, N. (1999). fMRIによる物体が注意選択の単位である証拠. Nature, 401, 584–587.
  42. ^ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). ヒト脳における競争バイアスのトップダウンとボトムアップのメカニズム. 『Vision Research』49, 1154-1165.
  43. ^ Kastner, S., Pinsk, M., De Weerd, P., Desimone, R., & Ungerleider, L. (1999). 視覚刺激がない状態での指向性注意におけるヒト視覚皮質の活動増加. Neuron. 22, 751-761.
  44. ^ Ferrera VP, Lisberger SG (1995) 滑らかな追跡眼球運動における注意と目標選択 Journal of Neuroscience 15(11);7472-7484.
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