視線の動きが視覚処理をどう形作るか
研究によると、目の動きが視覚情報に対する脳の反応に影響を与えるらしい。
Carmen Amme, P. Sulewski, E. Spaak, M. N. Hebart, P. Koenig, T. C. Kietzmann
― 1 分で読む
周りを見回すと、目が素早く動いて視覚情報を集めるよね。サッカードって呼ばれる小さな動きをたくさんして、その後にフィキセーションっていう短い休止がある。私たちが見るものをどう処理するかの研究は、目を動かさずにいろんな画像を見せる方法で行われてきた。これにより、脳の活動がその画像に応じて測定される。でも、これが私たちが普段世界を見る方法じゃないんだ。現実では、目は常に動いていて、その動きが私たちの視覚処理に影響を与えるんだ。
最近の研究では、もっと自然な状況で脳がどのように働くかを調べ始めて、目が自由に動きながらいろんなシーンを見ることができるようになった。目が動き始めた時に、脳が視覚情報を処理し始めるかどうかを見たいんだ。
実験
最近の実験では、研究者たちが5人の参加者から4,080の異なる自然なシーンを見てもらってデータを集めた。主に使ったツールは、脳の活動を追跡するMEGと、参加者がどこを見ているかを追う目の追跡技術。これにより、約200,000の眼球運動のデータを集められたんだ。
研究者たちは、視覚処理の初期のサインの一つであるM100という特定の脳の反応が、目が動き始めた（サッカード）直後に起こることを発見したんだ。つまり、視線をどこかに固定する前から、脳は視覚情報の処理を始めているってこと。
眼球運動に関する発見
これを調べるために、研究者たちはM100の反応をサッカードの持続時間と比較して詳しく見た。彼らは、M100の反応のタイミングがサッカードの始まりにもっと関連していることを発見した。フィキセーションの段階でも脳の反応を測定したとき、目が止まった時に関係している脳の活動もあったけど、大部分は動いている時に起こっていた。
彼らはM100をフィキセーションではなくサッカードのタイミングに関連付けた。この観察は全ての参加者にわたって一貫していた。さらなる分析では、サッカードの持続時間が長くなるにつれて、M100の反応が現れるまでの時間が短くなり、脳が眼球運動に基づいて反応を調整していることが示された。
視覚処理の要素
研究者たちは、サッカードの反応が視覚シーンの提示によって引き起こされる反応とどう比較されるかも調べた。シーンが初めて現れたときの脳の反応は、ゼロ持続時間のサッカードの反応にいくらかの類似点があったけど、重要な違いも見られた。特に、これら二つの出来事に対して脳の活動が逆方向になっていて、視覚シーンにどう反応するかと自分の眼球運動にどう反応するかの間で異なるプロセスが働いていることを示唆している。
高度な技術を使って、研究者たちは脳のどこでこれらの活動が起こるかを可視化することができた。サッカードとフィキセーションへの反応が時々似ていることもあったけど、視覚刺激によって引き起こされる反応とは一般的には異なることがわかった。この情報は、脳がこれらの異なるタイプの視覚入力を異なる方法で処理していることを示唆している。
発見の意義
この結果は、視覚処理の研究を改めて考える必要があることを示している。多くの研究は、何かに視線を固定する瞬間を視覚刺激が提示される瞬間と同じだと扱ってきた。だけど、この研究の結果は、目を動かす時に起こることも考慮に入れるべきだと示している。
これは、私たちの脳がただ受動的に画像が現れるのを待っているわけじゃないことを意味する。むしろ、私たちの視覚処理は動きによって、そして過去の経験に基づいて見たいものを期待していることに影響を受けている。脳は次に何が来るかについての予測を使っているようで、これは事前の知識に基づいて情報を処理するという理論と一致している。
アクティブビジョンの重要性
アクティブビジョンって考え方は、私たちが見るものが行動によって形作られるってこと。私たちがする眼球運動はただのランダムじゃなくて、見たいものや以前に見たものによって導かれている。これらの観察は、視覚情報を処理する新しい方法を示唆している。
今後の研究では、これらのプロセスがどう働くかをより深く探って、私たちが環境をどのようにアクティブに探索するかに焦点を当てることができる。この理解は、視覚処理のモデルを改善するのに役立つかもしれなくて、人工知能などの分野で人間の視覚を模倣しようとする機械に進展をもたらすかもしれない。
結論
この研究は、自然な環境で視覚情報をどう処理するかに光を当てている。眼球運動が脳の活動にどう影響するかに焦点を当てることで、行動を理解する際にその重要性を強調している。脳を受動的な情報受け取り手として見るのではなく、目の動きを使って次に何があるかを予測し解釈するアクティブな参加者として見ることができる。この分野でのさらなる研究は、私たちが周りの世界をどう見るか、そしてこれらのメカニズムが伝統的な実験室の設定とどう異なるかを理解するのに役立つかもしれない。
タイトル: Saccade onset, not fixation onset, best explains early responses across the human visual cortex during naturalistic vision
概要: Visual processing has traditionally been investigated using static viewing paradigms, where participants are presented with streams of randomized stimuli. Observations from such experiments have been generalized to naturalistic vision, which is based on active sampling via eye movements. In studies of naturalistic vision, visual processing stages are thought to be initiated at the onset of fixations, equivalent to a stimulus onset. Here we test whether findings from static visual paradigms translate to active, naturalistic vision. Utilizing head-stabilized magnetoencephalography (MEG) and eye tracking data of 5 participants who freely explored thousands of natural images, we show that saccade onset, not fixation onset, explains most variance in latency and amplitude of the early sensory component M100. Source-projected MEG topographies of image and saccade onset were anticorrelated, demonstrating neural dynamics that share similar topographies but produce oppositely oriented fields. Our findings challenge the prevailing approach for studying natural vision and highlight the role of internally generated signals in the dynamics of sensory processing.
著者: Carmen Amme, P. Sulewski, E. Spaak, M. N. Hebart, P. Koenig, T. C. Kietzmann
最終更新: 2024-10-30 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.25.620167
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.25.620167.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。