２００３年度森泰吉郎記念研究振興基金 研究報告書

政策・メディア研究科 修士課程２年
内田 淳（uchida@sfc.keio.ac.jp）
学籍番号：８０２３１３１３

研究の目的

視覚における興味深い現象として、幾何学的錯視がある。幾何学的錯視に関して、これまでに数多くの研究が行われてきた。また、様々な種類の幾何学的錯視が報告されている。しかし、それがどのような要因によって起こるのかという点に関しては、いまだに不明な点が多い。また、幾何学的錯視現象という、従来の視覚モデルでは説明のできない現象を研究することで、視覚情報処理の特徴を明確にできるのではないかと期待される。

そこで、本研究では、心理実験およびモデル構築とシミュレーションによって、線分の傾きが誤って知覚されるような幾何学的錯視について心理実験及びモデルシミュレーションを行った。これは、この幾何学的錯視がどのような要因によって起こるのかを調べる事を目的としている。

Ebbinghaus錯視図形

図１
Ebbinghaus錯視図形

本研究で使用する錯視図形はEbbinghaus錯視図形の類似の図形である。Ebbinghausの錯視図形では、直線上にある２線分が直線上に無いように知覚される。（図１）心理学的には、この現象は、線分が交差している場合、その線分の傾きが、２線分間の鋭角が拡大する方向に誤って知覚されるような視覚の性質のために起こると説明される。心理実験から、Ebbinghausの錯視と同様の原因により起こるとされる錯視は数多く報告されているが、Ebbinghausの錯視図形はそれらの錯視の最も基本的なものとされている。

心理実験とモデル、シミュレーションの関係

図２
心理実験、モデル、シミュレーションの関係

本研究では、心理実験および、モデル構築とシミュレーションによる研究を行った。各手法の関係は図２のようになる。本研究では、まず心理実験を行った。その結果を用いてシミュレーションモデルを構築し、心理実験と同様の条件によるシミュレーションでその有効性を検証した。

心理実験

本研究における心理実験に用いた画面のスクリーンキャプチャを図３に示す。ただし、ただし、数字は説明のために付け加えたものである。 被験者に与えられる課題は、３の点を移動させ、１の線の延長線上に３が存在するように見えるようにすることである。３は上下にのみ移動可能であり、キーボードの上下のボタンを押すことによって移動させる。以上の実験を、２の線の位置を変化させるなどの全６４条件において、被験者に行わせた。

図３
心理実験に用いた画面

1. 条件線が、判断の基準として被験者が参照する点（判断点）の側の主線の端点に近いほど、大きな錯視が起こる。
2. 判断点側の主線の端点と条件線の端点が接している場合には、錯視量はやや小さくなる。
3. 主線と条件線が鋭角をなす条件では、主線と条件線がやや離れている場合でも大きな錯視量となる。
4. 一方、主線と条件線が鈍角をなす条件では、主線と条件線が離れている場合には錯視はほぼ消滅する。

モデルの構成

次に、心理実験の結果を説明し得るようなモデルを構築する。モデルは３層構造よりなる。（図４）第１層は入力層である。線が存在する位置に存在するニューロンが発火する。第２層は、線分の傾き検出層であり、局所的な線分の傾きに特異的に反応する。第３層では第２層の発火が統合される。

図４
モデルの概念図

従来のモデルと比較した場合、本モデルでは、第２層でのニューロン間の距離に応じた抑制を特徴とする。また、心理実験の結果から、線分の端点を重視して、第３層の端点の位置のニューロンに注目することとした。

シミュレーション結果

上記のモデルによるシミュレーションを行った。シミュレーションに用いた入力図形は、本研究の心理実験などと類似の物である。その結果、モデルの有効性を確認できた。結果の一部を表１に示す。ただし、それぞれの条件は図５に示したような物である。

表１

		分離条件	端点接触条件	線接触条件
鋭角	心理実験との適合	○	△	△
	モデルの錯視量	大	中	中
	心理実験の錯視量	大	小	大
鈍角	心理実験との適合	○	○	○
	モデルの錯視量	小	小	大
	心理実験の錯視量	小	小	大

図５
分離条件、端点接触条件、線接触条件

今後の課題

今後は、第１にモデルの出力を線分の傾きとするように拡張し、定量的な線分の傾きとの比較が必要であろう。また、他の錯視図形への適用が可能なモデルへの拡張が考えられる。さらに、このモデルについてもより多くの条件でのシミュレーションを行い、それを基に新たな生理実験、心理実験の提案を行いたい。