これは、脳が世界を混乱として認識しないようにする方法です

携帯電話のカメラで同じことをした場合、結果として得られるビデオは、ぼやけた画像と突然のジャンプの目まぐるしい混乱となるでしょう。実際、目は世界を網膜に直接投影するので、目が動くたびに視覚的なシーンがどのように突然変化するかを見る必要があります。 私たちにとって世界は不安定に見えるはずです絶え間なく続く視覚的な地震。しかし、実際はそうではありません。脳は、そのようなことが起こらないように、信じられないほど洗練されたメカニズムを使用しているからです。しかし、彼はどうやってそれを達成するのでしょうか？答えは幽霊の中にあるようです。もちろん、視覚的な幽霊です。

で発表されたばかりの新しい研究科学の進歩「実際、彼は、明るい光を見た後に誰もが見るこの輝点（いわゆる「残像」）が、脳がどのようにしてこの奇跡的な安定性を達成するかを理解するためのユニークな窓となることを発見しました。この研究は、Cluster of Excellence のメンバーである研究者の Richard Schweitzer、Thomas Seel、Jörg Raisch、Martin Rolfs によって行われました。知性の科学」は他のヨーロッパの機関と緊密に連携してベルリンで開催されました。

そこで研究者らは、これらの残像を実験ツールとして使用し、脳が引き起こす眼球運動が視覚に与える影響を脳がどのように予測するかを正確に測定しようと試みた。そして、それらの予測は体系的で計算された誤差を伴うものの、非常に正確であることがわかりました。後で説明するように、エラーには正当な理由があって存在します。

網膜の中の幽霊

どこを見ても残像が私たちを追ってくる現象は、新しいものではありません。それはすでに2000年以上前にアリストテレス自身によって文書化されており、驚くべき解離を明らかにしています。目の動きによって網膜上の現実が絶えず変化しているにもかかわらず、私たちにとって世界は安定しているように見えますが、残像はその中で固定されて動かないにもかかわらず、場面の中を浮遊して移動しているように見えます。したがって、これらの明るい「幽霊」の視覚的な安定性と見かけの動きは、同じコインの表裏である可能性があります。つまり、私たちの脳が自らの動きを正当化して処理しようとする必死の試みである可能性があります。

これらのメカニズムを完全に調べるために、科学者たちは脳を通常の参照元から隔離する必要がありました。したがって、実験は完全な暗闇の中で行われました。実際、私たちの日常の視覚では、私たちが見ているものの豊かさが、脳がそれぞれの動きを計算するのを助ける絶え間ないフィードバックを提供します。しかし暗闇の中ではその「助け」は存在せず、脳は孤独です。

実験中、参加者は暗闇の中に座り、強い残像を生み出す明るいフラッシュを見つめた。次に、彼らは 2 番目の光源の方を見つめ、それが短時間点灯しました。残像が視界にはっきりと見えるようになると、テストライトが特定の位置に現れ、ボランティアは、発光する「ゴースト」がそれらのテストライトと左に見えるか、右に見えるか、または完全に揃って見えるかを示さなければなりませんでした。この独創的なデザインと視線追跡技術のおかげで、研究者らは参加者が実際に見ている場所と残像を知覚した場所を比較することができました。

脳を過小評価している

肝心なのは、歴史的に、この点に関して科学は脳の能力を過小評価してきたということだ。実際、以前の研究では、残像の動きは実際の目の動きの振幅の 50% から 85% の間にしか達していないと推定されていました。ブリッジマン氏やスターク氏などによる他の古典的な研究では、「利益」はわずか 62.5% であったと報告されています。つまり、脳は目の移動距離をうまく計算せず、動きを大幅に過小評価していると何十年も信じられていたのです。

しかし、新しい研究は非常に異なる、そして何よりもはるかに正確な結果を示しています。実際、残像は目を厳密に追跡しました。目の動きが大きくなるほど、残像は空間内でより遠くに移動しているように見えました。しかし、奇妙なことに、この偶然は絶対的なものではありませんでした。

研究論文の筆頭著者であるリチャード・シュバイツァー氏は、「平均すると、残像の知覚変位は実際の眼球運動の約94パーセントに達した。実際には、完全ではないにせよ、知覚は眼球運動に非常に厳密に追従する」と説明する。

この 6% という小さな差、つまり計算上のわずかな不足は「ハイポメトリ」と呼ばれます。そして最も興味深いのは、それが個人間でも、目の動きの方向や大きさが異なっても一定のままであったことです。つまり、これはランダムなエラーやシステムの一時的な障害ではありません。それは脳の予測における体系的な不正確さです。

見る前に予測する

しかし、光る幽霊が現れる場所を正確に決定するものは何でしょうか?これをよりよく理解するには、郵便で荷物を送りますが、到着する前に、WhatsApp 経由で受信者に荷物が配送中であることを通知すると想像できます。脳もこれと非常に似たようなことを行い、「エフェレンスコピー」と呼ばれる信号を使ってそれを行います。

発泡は、血液、リンパ、または他の物質などの神経インパルスが中心部（神経系または器官など）から末梢に輸送されるプロセスです。

研究者らが行ったのは、残像の知覚が、動いた後に目が受け取る視覚情報に依存しないことを実証したことだ。実際、脳が目の筋肉に送られたコマンドの内部コピーを使用して、視覚的なシーンをどのように変更するかを予測するという強力な証拠があります。言い換えれば、その信号は脳に「目はまさにこの距離を移動した」と伝え、知覚が新しい視覚情報が到着して修正されるのを受動的に待つのではなく、動きの結果を予測できるようにします。

研究者らが参加者の心をもてあそんで「衝動性適応」（脳をだまして標的を移動させることで目の動きを短くさせる）を誘発したときでさえ、6％という小さな「不一致」は揺るぎないままだった。これは、目の動きが変化すると、知覚もそれに連動して変化しますが、その非常にわずかな欠陥は常に維持されることを示しました。

進化的な成功

そして、なぜこのように誤差の範囲を維持することに固執するのでしょうか?この 6% の不一致は、一種の「工場欠陥」のように見えるかもしれませんが、研究者らによると、進化の観点からは世界では非常に理にかなっています。自然界では、素早い目の動きは常に実際の目標に少し届かない傾向があります。脳は、その無限の統計的知恵において、進化を通じてこれを内面化してきました。安定した視覚環境を前提として、目が自然に垂れる傾向がある場合、視覚的な変化がわずかに小さいと予想するのは完全に論理的です。私たちが生き残るために重要なのは、正確な数学的精度ではなく、知覚が目の動きと確実に一致し続けることです。

「残像は、脳が自らの動きの感覚的影響を予測することによって視覚世界をどのように安定に保つかを研究するための有用なツールになる」とシュバイツァー氏は結論付けている。

この発見は、基礎的な視覚科学を超えた新たな境地を開くものであり、より精密なロボットの設計、めまいを引き起こさない没入型仮想現実環境の構築、そしてもちろん臨床分野において、眼球運動障害の診断に役立つ目覚ましい進歩が期待される。