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英語名：spatial [[perception]], spatial recognition, spatial representation | 英語名：spatial [[perception]], spatial recognition, spatial representation | ||
{{box|text= | {{box|text= 空間知覚は、生体が視覚、聴覚、前庭覚、体性感覚、化学感覚（嗅覚）などほぼすべての感覚を動員して統合し、３次元的な外界空間を脳内で表現する過程である。脳内では、空間情報は主に頭頂葉に向かう背側視覚経路で処理され、奥行き、位置、大きさ、傾き、構造、動きなどの要素が処理される。複数の脳領域で、網膜、眼球位置、頭部、身体軸、外部物体、外部環境などのいずれかに原点をもつ複数の空間座標系が並列処理されている。単一の空間のコピーが、単一の領域で表現されるわけではない。また、多種感覚が統合される場合もある。再現された空間は、眼球、四肢運動、体幹などの身体運動の制御や、空間記憶・注意に使われる。運動時の自らの運動の情報（遠心性コピー・随伴発射）を使い、より精緻な空間知覚を可能にする。また、運動によって変化する空間も、遠心性コピー・随伴発射を使って不必要な感覚情報を遮断し、安定した空間として知覚できる。}} | ||
}} | |||
[[image:空間知覚.jpg|thumb|400px|'''図．サルの脳の空間知覚に関わる神経回路'''<br>PS：主溝, AS：上弓状溝, AI：下弓状溝, CS：中心溝, IPS：頭頂間溝， PO：頭頂後頭溝, LF：外側溝, LS：月状溝, STS：上側頭溝 CiS : 帯状溝. 頭頂間溝と月状溝、上側頭溝、帯状溝は、広げて内側面を見えるようにしてある。文献<ref name=ref31>'''Murata, A. and H. Ishida'''<br>Representation of bodily self in the multimodal parieto-premotor network<br>in Representation and Brain, S. Funahashi, Editor. 2007, Springer. p. 151-176.</ref>より許諾転載]] | [[image:空間知覚.jpg|thumb|400px|'''図．サルの脳の空間知覚に関わる神経回路'''<br>PS：主溝, AS：上弓状溝, AI：下弓状溝, CS：中心溝, IPS：頭頂間溝， PO：頭頂後頭溝, LF：外側溝, LS：月状溝, STS：上側頭溝 CiS : 帯状溝. 頭頂間溝と月状溝、上側頭溝、帯状溝は、広げて内側面を見えるようにしてある。文献<ref name=ref31>'''Murata, A. and H. Ishida'''<br>Representation of bodily self in the multimodal parieto-premotor network<br>in Representation and Brain, S. Funahashi, Editor. 2007, Springer. p. 151-176.</ref>より許諾転載]] | ||
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== 空間知覚とは== | == 空間知覚とは== | ||
空間知覚とは、[[視覚]]、[[聴覚]]、[[前庭覚]]、[[体性感覚]]、[[化学感覚]]（[[嗅覚]]）などほぼすべての感覚を動員して統合し、３次元的な外界空間を脳内で表現する過程である。動物種によって、使われる感覚種は異なるが、[[霊長類]]では主に視覚が使われる。脳内では、単一の空間のコピーが、単一の領域で表現されているわけではない。複数の領域によって異なる形で空間が表現されおり、いわば原点の異なる複数の空間[[座標系]]が並列処理されている<ref name=ref2><pubmed> 21415848</pubmed></ref>。静的な空間表現にとどまらず、動きの知覚も含まれている。さらに、動物が運動することによって脳内で空間表現がぶれてしまう可能性がある。脳内に安定した空間を表現するために、脳は運動の情報（[[遠心性コピー]]・[[ | 空間知覚とは、[[視覚]]、[[聴覚]]、[[前庭覚]]、[[体性感覚]]、[[化学感覚]]（[[嗅覚]]）などほぼすべての感覚を動員して統合し、３次元的な外界空間を脳内で表現する過程である。動物種によって、使われる感覚種は異なるが、[[霊長類]]では主に視覚が使われる。脳内では、単一の空間のコピーが、単一の領域で表現されているわけではない。複数の領域によって異なる形で空間が表現されおり、いわば原点の異なる複数の空間[[座標系]]が並列処理されている<ref name=ref2><pubmed> 21415848</pubmed></ref>。静的な空間表現にとどまらず、動きの知覚も含まれている。さらに、動物が運動することによって脳内で空間表現がぶれてしまう可能性がある。脳内に安定した空間を表現するために、脳は運動の情報（[[遠心性コピー]]・[[随伴発射]]）から運動の結果を予測し、不必要な感覚情報を遮断する。さらに、脳内の空間表現のためには奥行き、位置、大きさ、傾き、構造、動きやその方向などの空間表現のための要素を知覚する必要があるが、これらは脳内で異なる領域で表現され、場合によっては階層的に処理され統合される。 | ||
== 二つの視覚経路== | == 二つの視覚経路== | ||
脳内では、[[網膜]]から[[ | 脳内では、[[網膜]]から[[一次視覚野]]を経由して[[視覚連合野]]に至る主に二つの平行した視覚処理系がある。 | ||
一つは、[[頭頂連合野]]に至る[[ | 一つは、[[頭頂連合野]]に至る[[背側視覚経路]]であり、もう一つは側頭連合野に至る[[腹側視覚経路]]である。この二つの経路は、網膜の[[神経節細胞]]の段階から時間，空間分解能や色に関する感受性が異なる二つの経路に分かれており、さらに一次視覚野([[V1]])から[[視覚前野]]では大きく異なる経路を経由する。背側経路に関しては、[[外側膝状体]]の[[大細胞層]]から、V1の4cα－4B層、さらに[[V2]]の太い縞、[[V3]]あるいは[[MT]]/[[MST]]、[[V6]]経由で、頭頂連合野へ視覚情報が伝達される('''図'''）<ref name=ref3>'''Kandel ER, et al.,'''<br>eds. Principles of Neural Science. 5th ed. 2012, McGraw-Hill.</ref>。これらの結合は皮質においては双方向性である。一方、腹側経路は、外側膝状体の[[小細胞層]]から、V1の[[4cβ層]]、さらにV2の細い縞あるいは明るい縞を経由して、あるいは経由せずに[[V4]]へ投射し、[[TEO]] [[IT]] など[[側頭連合野]]へ至る。 | ||
これら二つの経路の破壊症状は、その役割をよく表している<ref name=ref4>'''L.G. Ungerleider, M. Mishkin'''<br>Two cortical visual systems, in Analysis of Visual Behavier.<br>D.J. Ingle, M.A. Goodale, and R.J.W. Mansfield, Editors. <br>1982, MIT Press: Cambridge, MA. p. 549-586.</ref>。背側経路にある頭頂連合野の損傷では、場所の[[認知障害]]が起こり、whereの経路(where pathway)と呼ばれる。一方、腹側視覚経路の損傷では、物体の形や色の認知障害が起こるため、whatの経路(what pathway)と呼ばれる。その後、D.F.という腹側視覚経路の障害を持った患者が、報告された。この患者は、物体の形がわからないにも関わらず、それをつかむときには、その大きさや、形や傾きなどに手を正確に合わせることができた<ref name=ref5><pubmed>7953534</pubmed></ref>。また、背側視覚経路に損傷のある患者では、形を見分けることができるにも関わらず、物体を適切につかむことができないことが明らかにされている<ref name=ref5 />。そのため、背側視覚経路は、場所のみならず、そのほかの空間的な情報も処理するHow の経路(How pathway)とも呼ばれるようになった。結局のところ空間[[知覚]]については、背側経路の役割が非常に大きいことがわかっているが、物体の3次元的表現は腹側経路にもあることが明らかになっている。 | これら二つの経路の破壊症状は、その役割をよく表している<ref name=ref4>'''L.G. Ungerleider, M. Mishkin'''<br>Two cortical visual systems, in Analysis of Visual Behavier.<br>D.J. Ingle, M.A. Goodale, and R.J.W. Mansfield, Editors. <br>1982, MIT Press: Cambridge, MA. p. 549-586.</ref>。背側経路にある頭頂連合野の損傷では、場所の[[認知障害]]が起こり、whereの経路(where pathway)と呼ばれる。一方、腹側視覚経路の損傷では、物体の形や色の認知障害が起こるため、whatの経路(what pathway)と呼ばれる。その後、D.F.という腹側視覚経路の障害を持った患者が、報告された。この患者は、物体の形がわからないにも関わらず、それをつかむときには、その大きさや、形や傾きなどに手を正確に合わせることができた<ref name=ref5><pubmed>7953534</pubmed></ref>。また、背側視覚経路に損傷のある患者では、形を見分けることができるにも関わらず、物体を適切につかむことができないことが明らかにされている<ref name=ref5 />。そのため、背側視覚経路は、場所のみならず、そのほかの空間的な情報も処理するHow の経路(How pathway)とも呼ばれるようになった。結局のところ空間[[知覚]]については、背側経路の役割が非常に大きいことがわかっているが、物体の3次元的表現は腹側経路にもあることが明らかになっている。 | ||
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== 脳内の空間表現 == | == 脳内の空間表現 == | ||
===[[座標系]]=== | ===[[座標系]]=== | ||
脳内では、空間は[[座標系]]として表現されている。その座標表現は単一ではなく、以下の様な原点の異なる複数の座標が、主に頭頂葉や運動前野など肢運動、眼球運動に関わる領野など複数の脳領域に存在する。 | |||
====[[ | ====[[網膜座標系]]==== | ||
中心窩（fovea）を原点に、網膜の何処に像を結ぶかによって表現される座標系のことである。脳内の視覚領野には、網膜の部位がその領野内の位置と点対点の対応関係にある領野が存在する。特にこれを[[網膜部位局在性]]というが、結果として[[座標系|網膜座標系]]としての情報表現が見られる。網膜部位局在性がはっきりしないが、網膜座標系を表現する脳領域もある。 | 中心窩（fovea）を原点に、網膜の何処に像を結ぶかによって表現される座標系のことである。脳内の視覚領野には、網膜の部位がその領野内の位置と点対点の対応関係にある領野が存在する。特にこれを[[網膜部位局在性]]というが、結果として[[座標系|網膜座標系]]としての情報表現が見られる。網膜部位局在性がはっきりしないが、網膜座標系を表現する脳領域もある。 | ||
====[[ | ====[[眼球中心座標系]]==== | ||
眼球の現在の位置を原点にした空間座標。現在の眼球の位置情報を必要とし、眼球が動いたとしても、眼球の位置とターゲットのずれを基にして、ターゲットの位置ベクトルが表現される。[[座標系|網膜座標系と眼球中心座標系]]は、いずれも眼球の位置に影響を受けるが区別される。眼球運動や到達運動に関わる領域に表象される。 | 眼球の現在の位置を原点にした空間座標。現在の眼球の位置情報を必要とし、眼球が動いたとしても、眼球の位置とターゲットのずれを基にして、ターゲットの位置ベクトルが表現される。[[座標系|網膜座標系と眼球中心座標系]]は、いずれも眼球の位置に影響を受けるが区別される。眼球運動や到達運動に関わる領域に表象される。 | ||
====[[ | ====[[頭部中心座標系]]・[[身体中心座標系]]==== | ||
眼球の位置によらない頭の軸を中心した座標系を頭部中心座標系という。眼球や頭部の向きによらない身体軸を中心にした座標系を身体中心座標系という。到達運動や全身の移動等の運動に必要である。 | 眼球の位置によらない頭の軸を中心した座標系を頭部中心座標系という。眼球や頭部の向きによらない身体軸を中心にした座標系を身体中心座標系という。到達運動や全身の移動等の運動に必要である。 | ||
====[[ | ====[[身体部位中心座標系]]==== | ||
身体の部位を中心とした座標系。 身体部位が動くと座標原点はその部位と共に動く。主に体性感覚や視覚を統合した[[多種感覚ニューロン]]によって表現される。[[身体周辺空間]]の知覚にも関わる。 | 身体の部位を中心とした座標系。 身体部位が動くと座標原点はその部位と共に動く。主に体性感覚や視覚を統合した[[多種感覚ニューロン]]によって表現される。[[身体周辺空間]]の知覚にも関わる。 | ||
====[[ | ====[[物体中心座標系]]==== | ||
物体の中での目標の相対的位置（前後左右上下）。物体の構造の知覚や物体内のある部分に働きかけるな場合に必要とされる。生体へ動作の可能性を提供するという[[アフォーダンス]]とも関連性がある。 | 物体の中での目標の相対的位置（前後左右上下）。物体の構造の知覚や物体内のある部分に働きかけるな場合に必要とされる。生体へ動作の可能性を提供するという[[アフォーダンス]]とも関連性がある。 | ||
====[[ | ====[[環境中心座標系]]==== | ||
環境の中での自己の位置。移動においては、自己が環境の中でどの位置にいるかを脳内では表現される必要がある。[[Allocentric reference frame]]とも呼ばれる。 これに対し、自己を中心した座標系を[[Egocentric reference frame]]という。 | 環境の中での自己の位置。移動においては、自己が環境の中でどの位置にいるかを脳内では表現される必要がある。[[Allocentric reference frame]]とも呼ばれる。 これに対し、自己を中心した座標系を[[Egocentric reference frame]]という。 | ||
===奥行知覚・立体視=== | ===奥行知覚・立体視=== | ||
立体的に視空間を知覚するためには、[[両眼視]]の手がかり（[[両眼視差]]、[[輻輳角]] | 立体的に視空間を知覚するためには、[[両眼視]]の手がかり（[[両眼視差]]、[[輻輳角]]）とともに単眼視の手がかり（線遠近、肌理の勾配、[[調節反射]]、[[キアロスクーロ]]、重なり、相対的大きさ、空気遠近法など）をもとに、網膜上に映る視覚像を3次元的に再現する。単眼視の手がかりは調節反射以外のものは、絵画的手がかりと呼ばれる。こうした[[立体視]]には、脳内のいくつかの領域が関わっており、例えば両眼視差に影響を受けるニューロンは、V1、V2、V3、[[V3A]]、MT、MST等の視覚前野や頭頂連合野にある[[CIP]]、[[AIP]]などの背側経路にある領域にあることが知られている<ref name=ref15><pubmed>15710485</pubmed></ref> <ref name=ref16><pubmed>15707901</pubmed></ref>。また、腹側経路にも両眼視差に反応するニューロン活動が知られている<ref name=ref17><pubmed>10899190</pubmed></ref>。 | ||
===注視ニューロン=== | ===注視ニューロン=== | ||
物体を注視したときの眼球の位置をもとに、物体を定位することができる。眼球で物体を注視（[[固視]]）し、ある位置で固定されているときに活動するニューロンを注視ニューロンと呼ぶ。[[注視ニューロン]]の位置選択性は、前額平面だけではなく、[[輻輳反射]]による奥行き位置にも選択性を持つ。下頭頂小葉の[[頭頂間溝]] | 物体を注視したときの眼球の位置をもとに、物体を定位することができる。眼球で物体を注視（[[固視]]）し、ある位置で固定されているときに活動するニューロンを注視ニューロンと呼ぶ。[[注視ニューロン]]の位置選択性は、前額平面だけではなく、[[輻輳反射]]による奥行き位置にも選択性を持つ。下頭頂小葉の[[頭頂間溝]]の中あるいは[[7a野]] <ref name=ref18><pubmed>7411181</pubmed></ref>や、[[前頭眼野]]（[[FEF]]）<ref name=ref19><pubmed>19675294</pubmed></ref>、上丘で記録される。 | ||
===傾きの選択性=== | ===傾きの選択性=== | ||
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物体の動きをとらえる[[運動視]]も、空間知覚の重要な要素である。運動視は、外界の物体そのもの動きと観察者自身の動きによってもたらされる網膜の上の像の動きがもとになる。水平面の動きとともに、3次元空間内での動き（前後、回転、並行運動）などがある。 | 物体の動きをとらえる[[運動視]]も、空間知覚の重要な要素である。運動視は、外界の物体そのもの動きと観察者自身の動きによってもたらされる網膜の上の像の動きがもとになる。水平面の動きとともに、3次元空間内での動き（前後、回転、並行運動）などがある。 | ||
運動視に関する心理物理的手がかりとして、静止した視覚刺激を場所と時間をずらして提示する時に起こる[[仮現運動]]、背景の動きによって物体が動いて見える[[誘導運動]]がある。また、奥行きの動きには、両眼視差の変化と大きさの変化が手がかりとなる。網膜上での視覚像の流れは、[[オプティックフロー]](optic flow)と呼ばれるが、オプティックフローが視野内で大きな範囲を占め、ある一定の法則を満たしていると、観察者自身の動きとして感じるが、これも誘導運動の一つである。また、対象の動きや観察者の動きによって物体の3次元的構造（structure form motion）や前後の遠近の知覚([[運動視差]])をすることもできる。こうした運動視には、MT/MSTと呼ばれる[[上側頭溝]]内に存在する領域が関わっていて<ref name=ref21><pubmed>6864242</pubmed></ref> | 運動視に関する心理物理的手がかりとして、静止した視覚刺激を場所と時間をずらして提示する時に起こる[[仮現運動]]、背景の動きによって物体が動いて見える[[誘導運動]]がある。また、奥行きの動きには、両眼視差の変化と大きさの変化が手がかりとなる。網膜上での視覚像の流れは、[[オプティックフロー]](optic flow)と呼ばれるが、オプティックフローが視野内で大きな範囲を占め、ある一定の法則を満たしていると、観察者自身の動きとして感じるが、これも誘導運動の一つである。また、対象の動きや観察者の動きによって物体の3次元的構造（structure form motion）や前後の遠近の知覚([[運動視差]])をすることもできる。こうした運動視には、MT/MSTと呼ばれる[[上側頭溝]]内に存在する領域が関わっていて<ref name=ref21><pubmed>6864242</pubmed></ref>、動きの方向と速度に関する選択性あるいは、誘導運動、視差などに選択性を持つニューロン活動が知られている。また、奥行きの運動には、下頭頂小葉（頭頂間溝の外側壁やその外側の[[PFG]]・[[PG]]）や[[VIP]]、[[F4]]などでも記録されている<ref name=ref22><pubmed>9246729</pubmed></ref> <ref name=ref23><pubmed>8836215</pubmed></ref>。 | ||
一方で、動くことによる感覚情報の変化に対して、より安定した外部空間を脳内に表現するために、脳は自らの運動の指令のコピー（[[遠心性コピー]]・[[ | 一方で、動くことによる感覚情報の変化に対して、より安定した外部空間を脳内に表現するために、脳は自らの運動の指令のコピー（[[遠心性コピー]]・[[随伴発射]]）を使って、感覚情報に調整を加える<ref name=ref1 />。例えば、眼球がサッケードをおこしたときには、網膜上の像は大きく揺れることになるが、脳内ではその視覚入力に対し眼球運動のための運動司令を使って、視覚入力に影響を及ぼす。 | ||
===身体周辺空間=== | ===身体周辺空間=== | ||
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===視覚以外の感覚による空間知覚=== | ===視覚以外の感覚による空間知覚=== | ||
空間の中で、身体と重力との関係や身体の動きに基づく加速度の知覚などには、[[前庭]]入力も重要である。[[前庭器官]]からの情報は、[[脳幹]]、[[小脳]]のみならず[[大脳皮質]]でも処理される。背側経路では、頭頂葉の[[2V]]（頭頂間溝の最も吻側部分）、MST、VIP等が知られている。また、そのほかにもシルビウス裂内部の島皮質にある[[PIVC]]（[[Parieto-Insular Vestibular Cortex]]）、[[ | 空間の中で、身体と重力との関係や身体の動きに基づく加速度の知覚などには、[[前庭]]入力も重要である。[[前庭器官]]からの情報は、[[脳幹]]、[[小脳]]のみならず[[大脳皮質]]でも処理される。背側経路では、頭頂葉の[[2V]]（頭頂間溝の最も吻側部分）、MST、VIP等が知られている。また、そのほかにもシルビウス裂内部の島皮質にある[[PIVC]]（[[Parieto-Insular Vestibular Cortex]]）、[[3a野]]、[[弓状溝]]周辺などにも認められる<ref name=ref25><pubmed>15826966</pubmed></ref>。 | ||
また、聴覚の入力も空間知覚には重要である。[[音源の定位]]に、[[聴覚皮質]]のニューロン活動が関わっていることが知られている<ref name=ref26><pubmed>19471271</pubmed></ref>。また、身体周辺空間の表現に関わる頭頂葉のVIPや腹側運動前野にも、聴覚刺激に反応するニューロン活動が知られている。近年、聴覚皮質からの経路は、視覚と同様、頭頂葉を経由して[[背外側前頭前野]]に投射する経路と、頭頂葉は経由せずにそのまま吻側に向かい[[腹外側前頭前野]]に投射する経路の二つがあり、それぞれ空間知覚と音の持つ意味の処理をしていると考えられている<ref name=ref26/>。 | また、聴覚の入力も空間知覚には重要である。[[音源の定位]]に、[[聴覚皮質]]のニューロン活動が関わっていることが知られている<ref name=ref26><pubmed>19471271</pubmed></ref>。また、身体周辺空間の表現に関わる頭頂葉のVIPや腹側運動前野にも、聴覚刺激に反応するニューロン活動が知られている。近年、聴覚皮質からの経路は、視覚と同様、頭頂葉を経由して[[背外側前頭前野]]に投射する経路と、頭頂葉は経由せずにそのまま吻側に向かい[[腹外側前頭前野]]に投射する経路の二つがあり、それぞれ空間知覚と音の持つ意味の処理をしていると考えられている<ref name=ref26/>。 | ||
===環境の中での場所の表現（第3の視覚経路）=== | ===環境の中での場所の表現（第3の視覚経路）=== | ||
近年、頭頂葉から、[[内側側頭皮質]]に向かう経路をもう一つの空間情報処理の経路とする考え方が出てきている( | 近年、頭頂葉から、[[内側側頭皮質]]に向かう経路をもう一つの空間情報処理の経路とする考え方が出てきている('''図'''）<ref name=ref2/> 。この経路は後頭頂葉(Opt, PG)から直接あるいは、内側頭頂葉、[[後部帯状回皮質]]([[31野]]・[[23野]]）や[[脳梁膨大部後部領域]]([[29野]]・[[30野]])を経由して、[[海馬]](hippocampus)や[[海馬傍回]](parahippocampus)などの内側側頭葉に投射している<ref name=ref27><pubmed>19620622</pubmed></ref>。 | ||
[[ | [[ヒト]]でのこの経路の損傷は、地誌的[[見当識]]の障害となって現れる。また、サルでは、内側頭頂葉、後部帯状回皮質や脳梁膨大部後部領域ではオプティックフローや環境内の場所に選択的に反応するニューロンや、環境中心座標系の表現が知られている<ref name=ref2 /> <ref name=ref27 />。また、サルや[[ラット]]の内側側頭葉においても[[場所細胞]](place cell)という環境内のある場所で反応するニューロン活動が知られている([[空間記憶]]参照）。以上のことから、この経路は環境の中を移動するときに必要なナビゲーションの機能を持っていると考えられている<ref name=ref2 />。 | ||
==空間知覚の障害== | ==空間知覚の障害== | ||
| 96行目: | 94行目: | ||
===手操作運動障害=== | ===手操作運動障害=== | ||
両側の[[頭頂連合野|上頭頂小葉]]の障害あるいは、サルのAIP | 両側の[[頭頂連合野|上頭頂小葉]]の障害あるいは、サルのAIP に相当する[[hAIP]]と呼ばれるヒトの[[下頭頂小葉]]の損傷で[[把持運動障害]]が知られている<ref name=ref30><pubmed> 18219055</pubmed></ref>。 | ||
==関連項目== | ==関連項目== | ||