知覚のパラドックス

知覚パラドックスは、理論的予測の失敗を示すものです。 知覚理論は、感覚が刺激されたときに何が知覚されるかを研究者が予測するのに役立つはずです。

理論は通常、数学モデル（式）、モデルへの入力となる物理的測定値の収集規則、そしてモデルの出力をマッピングする物理的測定値の収集規則から構成されます。有効な入力データを任意に選択した場合、モデルはモデル化対象のシステムで測定されたデータと区別がつかない出力データを確実に生成する必要があります。

各理論は限定的な予測には役立つかもしれませんが、視覚、聴覚、触覚、嗅覚、味覚に関する理論は、感覚入力に基づく知覚の包括的なモデル化には一般的に信頼できません。パラドックスは、理論的予測がどこで失敗するかを示しています。予測理論が存在しない場合でも、知覚の特性が無意味に見えることがあります。

このページでは、知覚に関するいくつかのパラドックスと、一見不可能と思われる特性を列挙しています。議論において動物名が挙げられていない場合は、知覚に関する研究データの大部分が人間に当てはまるため、人間の知覚を前提とすべきです。

用語

S あなた 北 わ h 私 t e {\displaystyle SUN_{white}} ライト
通常の白い太陽光は、人間の視覚範囲全体をカバーする、幅広くてほとんど特徴のないスペクトルを含む黒体放射です。
R G B わ h 私 t e {\displaystyle RGB_{白}} ライト
テレビやコンピュータの画面は、業界標準（ただし不適切な名称）のR （赤）、G （緑）、B （青）光源からの光子の割合が白として認識されることが知られている 3 つの狭い波長帯域の光子を生成することによって、人間の目を欺きます。

意味

知覚パラドックスとは、その最も純粋な形では、 感覚が変換したものから私たちが知覚するものを予測する公式が機能しないことを示す文です。

例：標準的な情報理論では、空間周波数に基づく超視力は、光受容細胞の空間周波数の約4倍に制限されています。しかし、信頼できる科学誌では、10倍を超える超視力に関する報告が掲載されています。

一見無意味な特性とは、事実の観察に関する記述であり、その特性を説明する理論が提案されていないほど扱いにくいものである。

例：角膜から視細胞に至る眼球内の光路は、屈折する非球面角膜と水晶体、そして回折する非円形の開口部を通ります。そのため、正常な眼では、点光源の網膜像は、不規則な色彩の縁取りがあり、色彩が偏心した同軸の的のようなパターンとなり、多くの病的な特徴を伴い、中心の明るい部分が多くの視細胞を覆います。[1] しかし、点光源は明瞭に知覚され、視細胞の視角の1/10ほどの距離にある他の点光源と識別することができます。Roordaによれば、「完璧な」眼では、中心窩錐体は30秒角を覆い、中心の「エアリー」ディスクの直径は、10錐体（読書時に使用する1mm瞳孔）から約1.5錐体（闘争・逃走反応時に使用する8mm瞳孔）まで変化します。

数学モデリング

知覚に関する研究分野の一つは、感覚入力に公式を当てはめ、私たちが知覚するものと同様の出力を期待することで、私たちの知覚を説明しようとするものです。例えば、私たちが目で測定するものは、私たちの目を模倣した機器で測定するものに公式を当てはめることで予測できるはずです。

過去の研究者たちは、知覚現象の一部を、その感覚的起源から予測する公式を構築してきましたが、そのすべてを予測できるわけではありません。現代の研究者たちは、以前の公式の欠点を克服するために、公式を構築し続けています。

いくつかの式は、感覚機構の実際の構造と機能を模倣するために注意深く構築されています。他の式は、数学的曲線の相似性について大胆な推測によって構築されています。

重力や電気的な引力の法則のように「自然法則」の地位にまで高められた知覚公式は未だ存在しない。そのため、科学者たちが法則に求められる偉大な洞察を求めて努力する中で、知覚公式は活発な発展を続けている。

歴史

ノーベル賞受賞者の中には、優れた実践を明確に表明して道を切り開いた人もいます。

サンティアゴ・ラモン・イ・カハールは、著書『組織学』 [2] の序文で 、「専門家は、次の3つの質問に満足のいく答えが得られた場合のみ、組織学的観察の有効な説明が行われたと主張することができる。動物におけるその配置の機能的役割は何か、この機能の根底にあるメカニズムは何か、進化と発達の過程でどのような化学的・機械的な出来事の順序でこれらのメカニズムが生じたか？」と書いている。

Allvar Gullstrand 氏は、目の光学系にアプローチする際に生じる問題が、カメラの光学系と同じくらい予測可能であるかのように説明しました。

チャールズ・スコット・シェリントンは、脳を「反射システムの最高の成果」であると考えました（これは、複雑な分布で表現される単純な数式に知覚のあらゆる側面を開くものと解釈できます）。

感覚観察

  • 参照:ビジュアル
  • 聞く：聴覚
  • タッチ：触覚
  • 匂い：嗅覚
  • 味覚:味覚
  • 電気

知覚観察

  • 参照:ビジュアル
  • 聞く：聴覚
  • タッチ：触覚
  • 匂い：嗅覚
  • 味覚:味覚
  • 電気

パラドックスの声明

参照:ビジュアル

コントラストの不変性
2 つの強度の対数の比が一定であれば、明るい領域と暗い領域の境界は相対的なコントラストが一定に保たれているように見えます。 


  
    
      
        C
        o
        n
        t
        r
        1つの
        s
        t
        ∝
        
          
            
              l
              o
              グラム
              
                私
                
                  1つの
                
              
            
            
              l
              o
              グラム
              
                私
                
                  b
                
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle Contrast\propto {\frac {logI_{a}}{logI_{b}}}}

しかし、 のようなゼロになる可能性がある値に対しては対数の使用は禁止されており、 のようなゼロになる可能性がある値による除算は禁止されています。 私 1つの {\displaystyle I_{a}\,} l o グラム 私 b {\displaystyle logI_{b}\,}

コントラスト不変性の知覚を予測する神経解剖学的モデルは発表されていない。

10年間の伝達

ローカルコントラスト

色の恒常性：
ある場面で物体を観察すると、色は一定に見えます。リンゴはどこから見ても赤く見えます。明るい直射​​日光の下でも、太陽が隠れた青空の下でも、色鮮やかな夕焼けの下でも、緑の葉の天蓋の下でも、そしてほとんどの人工光源の下でも、リンゴの色は変化しません。

色覚は光の波長とは無関係であるように思われる。 エドウィン・ランドは、約500nmと520nm（どちらも不適切に「緑」と呼ばれている）の2つの波長の光で部屋を照らすことで、このことを実証した。部屋は510nmに近い2つの波長以外の光子が存在しないにもかかわらず、赤、オレンジ、黄、青、紫など、すべての色が減衰することなく、フルカラーで知覚された。光はRGBという用語を誤用している点に注意する必要がある。色は知覚の問題であり、赤、緑、青といった光子は存在しないからである。[要出典] R G B わ h 私 t e {\displaystyle RGB_{白}}

ジェローム・レットヴィンは、サイエンティフィック・アメリカン[3]に 、色の知覚における境界と頂点の重要性を示す 記事を寄稿しました 。

しかし、任意のシーン照明の単一画像内のオブジェクトの知覚される色を予測する公式は公開されていません。

横方向色収差：
眼球のような単純なレンズを通過する光は屈折し、色を分離します。眼球の中心からずれた点光源は、眼球の中心軸から放射状に伸びる線に沿って色を分離するパターンを形成します。色分離は、視細胞数個分の幅に及ぶことがあります。 R G B わ h 私 t e {\displaystyle RGB_{白}}

しかし、テレビやコンピュータの画面上のピクセルは、横から見ても白く見えます。 R G B わ h 私 t e {\displaystyle RGB_{白}}

発表されている神経解剖学的モデルでは、偏心した白いピクセルの知覚を予測するものはありません。

縦方向の色収差解消
横方向の色収差解消と同様に、色分割投影では、ピクセルの R、G、B コンポーネントを異なる焦点距離に投影し、視界の中心でも的のような光の色の分布を実現します。 R G B わ h 私 t e {\displaystyle RGB_{白}}

中央の白いピクセルの知覚を予測する神経解剖学的モデルは公開されていません。

球面収差
眼の角膜と水晶体は完全な球面ではありません。この不均一な形状により、網膜上の光子分布は非円形になります。

円形に分布していない白いピクセルの知覚を予測する神経解剖学的モデルは公開されていません。

超鋭敏性：
人は、光センサー間の感覚データを補間することで予測できるよりもはるかに微細な識別能力を報告します。一部の人では、単一の光受容体の半径の10分の1未満まで、超鋭敏な視力を示すことが測定されています。超鋭敏性の尺度としては、隣接する2本の線をバーニヤで識別することや、夜空に浮かぶ2つの星を識別することなどが挙げられます。

公開されている神経解剖学的モデルでは、単一の光受容体よりも近接する 2 つの白いピクセルの識別を予測することはできません。

瞳孔径の反転：
細かい文字を読むために瞳孔を約1mmに狭めると、中心の「エアリー」円板の大きさは光受容体10個分の直径にまで大きくなります。いわゆる「ぼやけ」は、読書のために大きくなります。闘争・逃走反応のために瞳孔を広げると、中心の「エアリー」円板の大きさは光受容体1.5個分の直径にまで小さくなります。いわゆる「ぼやけ」は、大きな動きを予測するために小さくなります。

瞳孔を狭めると識別力が向上することを予測する神経解剖学的モデルは発表されていない。

瞳孔の反転：
目には回折を引き起こす瞳孔（開口部）があります。点光源は網膜上に分布します。完全に円形の開口部の場合の分布は「エアリーリング」と呼ばれます。

人間の瞳孔は、ほとんどが完全な円形ではありません。猫の瞳孔は、ほぼ円形から縦に細長いものまで様々です。ヤギの瞳孔は、角が丸い横長の長方形が多いです。ヤモリの瞳孔は、円形から細長いもの、針穴が連なったものまで様々です。イカの瞳孔は複雑な形をしています。

公開されている神経解剖学的モデルでは、さまざまな瞳孔形状に分布する白いピクセルの知覚を予測することはできません。

聞く：聴覚

タッチ：触覚

匂い：嗅覚

嗅覚に関する逆説的な認識の一つに、嗅覚は人間自身の嗅覚能力であるという理論があります。嗅覚は生命活動に内在するものであり、遺伝的要因によるものであることさえ示されています。

味覚:味覚

電気

結論

参考文献

  1. ^ Roorda, A. 「光学レビュー」第2章『Wavefront Customized Visual Correction: The Quest for SuperVision II』（Macrae, SM, Krueger, RR, Applegate, RA編）Slack Inc. Thorofare, NJ (2004)
  2. ^ 神経系の組織学：スペイン語版
  3. ^ 1986年「物の色彩」サイエンティフィック・アメリカン、第255.3巻、pp. 84-91;（Brou、Philippe、Sciascia、Lindenと共著）
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