ケーキですか？私たちの脳がどのように材料を解読するか

o現代の最大の質問は次のとおりです。それはケーキですか？のように：それはエスプレッソマシンですか、それともケーキですか？ペンキ、またはケーキ？エアフライヤー、または…？数百万人の視聴者が、ティクトクのパン屋がふわふわした霜で満たされた内臓で食べられる見た目のあるオブジェクトに噛み付くように、ラップを見ています… ケーキですか？、適切に名前が付けられたNetflixショー。なぜ？エンターテイメントの形として、この種の視覚的なトリックはほとんど新しいものではありません。何世紀にもわたって、アーティストは私たちをだまして、ある素材が別の素材であると考えて喜んできました。ミケランジェロの大理石から デビッド、 ジョバンニ・ストラッツァに、彼のサインワイの柔らかい肉体と一緒に ベールに包まれた処女、ゴッサマーが薄く見える大理石のベールで覆われています。これらの幻想が魅惑的なのはなぜですか？たぶん、これらの古典的な芸術作品とこれらの現代のソーシャルメディアは、私たちの種の生存に不可欠な過小評価されたスキルを使用する能力をテストするからです。

過去1世紀にわたって、神経科学は、脳がマグカップ、木、顔のようなオブジェクトを視覚的に識別する方法を理解する上で大きな進歩を遂げました。しかし、これらのオブジェクトがどのように作られているか（滑らかな磁器、荒い樹皮、柔らかい肉）で作られていることをどのように認識するかという問題は、比較的最近まで見落とされてきました。 「私たちの世界には両方のものが含まれていますが、物事は注目を集める傾向があります」と、2001年の挑発的な論文のMIT神経科学者であるエドワード・H・アデルソンは書いています。¹

「それでも、材料はオブジェクトと同じくらい重要です」と彼は書いています。 「私たちの世界には、鋼鉄とガラス、紙とプラスチック、食べ物と飲み物、革とレース、氷と雪が含まれます。

私物質的な知覚の分野が非常に新しいことは、物事が何で作られているかを解読する能力がどれほど不可欠であるかを考えると、奇妙です。 「私たちが世界を見回すと、すべてが材料でできています」と、国立衛生研究所の国立精神衛生研究所のポスドクであるアレクサンドラ・シュミットは言います。 「そして、その世界と対話する方法を知るためにその情報が必要です。」オブジェクトが作られていることを認識することで、先祖が言ったように、どのように対話できるかを伝えます。それを絞ることができますか？食べる？火傷やひっかき傷を負わずに触れますか？それを拾いますか？ （そして、もしそうなら、どれだけの力を使っていますか？）物質的な知覚は、潜在的に飲みやすい水のかすかな光を見つけ、しわが寄った腐ったものから硬くて新鮮な果物を選別するのに役立ちます。チンパンジーのような人間は、硬度のような材料特性を使用して、岩が適切な武器か道具かを判断します。そして、この種の決定を効率的かつ正確に行うことに最適に調整された脳は、特に私たちの進化的な前任者が初期の人類の歴史の苦境をナビゲートしたため、生存と生殖の成功に不可欠です。

私たちが素材を見ていないときでさえ、私たちの心はそれがどのように見えるべきかの空白を埋めることができます。

20年前にアデルソンの挑発的な論文以来、物質的知覚の研究は爆発しました。最近の研究では、木材や金属などの特定の材料をどのように分類し、硬度、色、弾力性を含む孤立した材料特性を分類しています。数十の論文だけが「光沢」の認識だけに取り組んでいます。しかし、神経科学的進歩にもかかわらず、私たちの脳がこの狭い材料と特性をどのように理解するかを研究することにもかかわらず、最近まで、研究者は人間が認識している材料のスパンや範囲の最も霧の感覚を持っていませんでした。

現在、最近公開された論文 国立科学アカデミーの議事録 物質的知覚を理解するための抜本的な一般化されたアプローチを提案します。² ほとんどの以前の研究では、科学者が、光沢、硬度、色など、知覚にとって重要であると事前に決定された特定の材料の品質のテストに焦点を当てています。シュミットと彼女の共著者 pnas 紙は別のアプローチを取りました：行動データからパターンを自然に現れるようにします。機械学習から借りた方法を使用して、彼らは私たちの脳が材料を理解するために考慮している36の基本的な次元を明らかにすることができました。

「私たちはボトムアップのアプローチを取りたいと思っていました」と、論文を共同執筆したJustus Liebig University Giessenの研究者であるMartin Hebart氏は言います。 「より大きな絵を撮って、実際にどのようなことを気にかけ、勉強すべきかを理解するため。」

チームは、レンガ、ベルベット、サンドペーパー、プラスチックなど、200種類の材料の600枚の画像のデータセットを収集することから始めました。次に、彼らは何千人もの参加者に3つの画像のセットを提示し、2つの画像のどれが3番目の（参照）画像に最も類似しているかを評価するように依頼しました。約200万の評価を収集した後、彼らは機械学習から借りた手法を使用して、36の「物質的知覚のコアディメンション」を導き出しました。これらは本質的に、人間が材料をソートするために使用する認知軸です。たとえば、「ミネラル」の次元を使用して、粗く、岩が多く、硬い、または鉱物が表示されていることで画像を並べ替えます。その他の寸法は、布地yやメタリックの見た目によってオブジェクトを評価します。一部の寸法は、テクスチャや色など、以前の実験者が調査したカテゴリと一致しました。 「クリスタル」、「スモール」、「スポンジ」など、その他は小説でした。理論的には、これらの36の寸法は、研究者が人間の脳が、たとえばふわふわした毛布よりも鏡に似ていると判断したときに、人間の脳が何をキーにしているのかを理解するのに役立ちます。

「彼らの論文は、私たちが実際に物事をどのように認識するかを理解するために本当に私たちをさらに連れて行っています」と、この研究に関与していなかったダーラム大学の教授であるロバート・ケントリッジは言います。 「それは本当に、ビジョンがどのように機能するか、どのようにして高次の表現に到達するかを解決するさまざまな方法について考えさせます。」

sシエンティストは、人間の脳がどのように材料を識別するかを理解し始めたばかりです。それは一見単純な作業であり、目の瞬きで起こる複雑な計算に基づいています。石鹸の泡を考えてみましょう。光沢のある表面は、どんな環境であってもミラーリングします。視覚的には、ある設定から別の設定とはまったく異なるように見えます。しかし、私たちの脳は、毎回同じ光沢のある映画のようなオブジェクトとしてそれを識別するのに困難はありません。外観の劇的な変化にもかかわらず、私たちは一貫性を認識します。どうやって？

オブジェクトが作られているものを認識することは、それと対話する方法を教えてくれます。それを絞ることはできますか？食べる？

最初、研究者は、脳には光沢などの特定の材料の品質を検出するために専用の領域があるかもしれないと仮定しました。彼らは、神経回路が「逆光学の問題」を解決している可能性があることを提案しました。これは、光のパターンを分析することにより、表面の物理的特性を網膜に分析することにより、表面の物理的特性を受け入れています。ただし、そのアプローチは計算上扱いにくいことが判明しました。現在、この分野は、物質的な認識をゲシュタルトプロセスと見なすようになりました。単一の専門的な「材料認識」領域に依存するのではなく、私たちの脳は、コンテキスト、メモリ、タッチ、現実世界の経験など、低レベルの視覚的特徴をより高次の知識と統合するシステムのネットワークを利用して、何かが何であるかを決定します。 「私たちは間違いなく分散ネットワークを見ています」とシュミットは私に言います。 「「もの」エリアはありません。あちこちにあります。」

2021年 ニューロイメージ 紙、シュミット、コラボレーターは、視覚表面のテクスチャーがなく、布の羽ばたきやゼリーのぐらつきなど、物質的な動きを検出したときに脳で何が起こるかを見たいと思っていました。³ これをテストするために、彼らは彼女が「ダイナミックドットマテリアル」と呼ぶものを作成しました。これは、材料の動きをシミュレートした灰色の背景にある黒い点のアニメーションです。研究参加者がこれらの動くドットだけを見たとき、彼らはゼリーや液体など、彼らが表す材料を推測することができました。さらに、脳のスキャンは、視覚経路、体性感覚領域、さらには運動領域全体で活性化を示しました。 「驚くべきことでした。歴史的に動きを処理するとは考えられていなかった地域で活性化が見られたからです。オブジェクトとパターンのテクスチャを処理すると考えられていた領域を含めて、シュミットは言います。

これはすべて、私たちが素材を見ていないときでさえ、私たちの心は、ある程度、それがどのように見えるべきか、そしてそれがどのように振る舞うべきかの空白を埋めることができることを意味します。脳は「オブジェクトを風の中で羽ばたく布として識別し、重力の下で物体の重量を誘い、材料に手を伸ばして触れることがどのように感じるかを予測します」と研究の著者は書いています。脳は材料を見るだけではありません。複数の感覚次元にわたってそれらを経験します。

これらの最近の調査はすべて、私たちが何が作られているかを認識するために、そして複雑で驚くべき方法で私たちがどれほど深く配線されているかを明らかにしています。これは、この能力に挑戦する幻想に私たちがとても魅了されている理由を説明するかもしれません。私たちの材料認識システムのグリッチは、世界と適切かつ生産的に相互作用する能力を台無しにする可能性があります。したがって、永続的な質問：それはケーキですか？

参照

1。アデルソン、ええ、物を見ることについて：人間と機械による材料の認識。 SPIEの議事録 – 国際光学工学協会 4299（2001）。

2。Schmidt、F.、Hebart、MN、Schmid、AC、＆Fleming、RW人間の物質的知覚のコア寸法。 国立科学アカデミーの議事録 E2417202122（2025）。

3。Schmid、AC、Boyaci、H。、およびDoerschner、K。ダイナミックドットディスプレイは、人間の脳の材料モーションネットワークを明らかにします。 ニューロイメージ 117688（2021）。

リード画像：Ciciliana / Shutterstock

• デール・マルコウィッツ

  投稿しました 2025年7月3日

  Dale Markowitzは、テキサス州オースティンに拠点を置く作家およびソフトウェアエンジニアです。