「錯視を起こす脳のメカニズムを考える」東北大学COE脳カフェ 2009

東北大学脳科学グローバルCOE・第３回脳カフェ　杜の都で脳を語る
せんだいメディアテーク
2009年7月12日（日）14:05-15:00

錯視を起こす脳のメカニズムを考える

北岡明佳立命館大学文学部心理学専攻　since July 5, 2009

本日のメニュー

　１.　色の恒常性　　

　２.　脳内処理時間を見る　

　３.　「蛇の回転」錯視　

　４.　美容に関係する（？）錯視　

　１.　色の恒常性　　

「目の色の恒常性４」

目は赤く見える。実際には R=87, G=97, B=98 なので、ややシアン味のある灰色である。

「目の色の恒常性３」

目は水色に見える。実際には R=96, G=88, B=87 なので、やや赤味のある灰色である。

↓

「目の色の恒常性３と色の対比」

上図の人物の目は水色に見えるが、ほぼ灰色である。これを色の対比の刺激配置で示すと下図のようになるが（正方形の色は目の色と同じ、正方形を囲む色は目の周りの色と同じ）、上図ほど水色に見えるようにはならない。

「目の色の恒常性」の作り方

おにいさんの絵でも目の色の恒常性は成立する。　当たり前？

「目の色の恒常性・総当たりの組み合わせの実験結果」

それぞれの画像において、左右の目の色は物理的には同じであるが、色が違って見える画像がある。それぞれの画像の右目（色のフィルターがかかっている側）の色が反対側の髪飾りのビーズと同じ色に見える場合は、色の恒常性が成立していることになる。使用した色は、目とフィルターの色ともに、赤、黄、緑、シアン、青、マゼンタであるから、6 x 6 = 36 個の画像がある。作者には青の恒常性がイマイチに見えるが、観察者によって違いがありそうである。PCディスプレー（MITSUBISHI Diamondcrysta RDT1713S）で見ると、右目が黄（左から2番目の縦の列）の色の恒常性がフィルターの色にかかわらず優れているが、カラーレーザープリンタ（XEROX DocuPrint C3540）で印刷してみたところ、フィルターが緑の画像（左から2番目で上から3番目）の効果が弱かった。

色の恒常性のデモを配布

2000 x 2642 pixel

「目の色の恒常性」の作り方で注意すること

画像のどこでも恒常性が起こるわけではない。

「目の色の恒常性８」

上図の人物の目は水色に見えるが、灰色である。この灰色は下図の背景の灰色と同じである。つまり、下図では錯視が起きていない。

キルシュマンの法則（色の対比の法則）

（1）誘導領域（取り囲む領域）と比較してテスト領域（ターゲット領域）が小さければ小さいほど、色の対比は大きい。

（2）色の対比は2つの領域が離れていても起こる。しかし、離れれば離れるほど対比の効果は減少する。

（3）色の対比の量は誘導領域の面積によって異なる。

（4）色の対比は、明るさの対比がないか少ないところで最大となる。（第３法則と呼ばれる）

（5）明るさが同じならば、色の対比は誘導する色の飽和度（彩度）に影響される。

Graham, C. H. and Brown, J. L. (1965) Color contrast and color appearance: Brightness constancy and color constancy. In C. H. Graham (Ed.), Vision and visual perception, New York: John Wiley & Sons (pp 452-478). (In this paper, the third and fourth laws are exchanged)

Kirschmann, A. (1891) Über die quantitativen Verhältnisse des stimultanen Helligkeits- und Farben-Contrastes. Phil. Stud., 6, 417-491.

Yund, E. W. and Armington, J. C. (1975) Color and brightness contrast effects as a function of spatial variables. Vision Research, 15, 917-929.

　以下は筆者がドイツ語の原文の要約部分（Kirschmann, 1891, p. 491）から直訳したものである。

(1) 純粋な同時的明るさ対比の強度と、おそらくは純粋な色の対比の強度も、静止した目における明確で大きい知覚の境界の内側において、誘導する網膜部位の範囲に線型に比例するか、あるいは同じ面積の平方根に比例して増大する。

(2) コントラスト効果の強さとは関係なく、コントラストが引き起こす強度を、対応する範囲を大きくすることによって、より弱い強度に変えることができる。つまり、コントラストにおいては、範囲と強度の間には相互関係もある。

(3) 同時色対比は、明るさの対比がないか最小限の場合に、最大の効果を発揮する。

(4) 色の印象と同じ明るさの灰色との同時コントラストは、誘導する色の飽和度が大きくなるほど、この後者に比例するというよりはむしろより小さい規模で、おそらくは対数比例的に増大する。

(5) 二つの色の間の同時コントラストは、二つの成分から成る。それらの定量的な関係は、二つの色の飽和度が同じように増加する場合や減少する場合に、同じようにではなく変わり、また矛盾したように変わる。

(6) 二つの色の間の相反するコントラストは、二つの色が中間の飽和度の場合に、最大に達する。

　キルシュマンの法則とキルシュマンの原文の要約部分を比較すると、内容が一致していないことがわかる。キルシュマンの法則は5つであるが、原文では項目は６つである。キルシュマンの法則の１番は原文の１番と一致している。注目のキルシュマンの法則の４番は原文では３番である。ということは、「キルシュマンの第三法則」とは、原文の順番で言っていることになる。キルシュマンの法則の２番は原文の要約には登場しない。３番には原文の１番と２番が対応する。５番に対応するのは、原文の４番、５番、６番である。

青の恒常性は図が大きい方が効果が強い？

灰色の恒常性は作りにくい？

右目は灰色には見えない。

そうかと思えば・・・

灰色の恒常性は服ならOK

さらに、そうかと思えば・・・

灰色の恒常性は背景なら全然ダメ。

３種類の場所の灰色を同時に示すと・・・

目も含めてグレースケールにすると、やっぱり目は灰色に見えず、着色されて見えるような・・・

色の付いた領域が灰色に見える錯視

「酒井の色の対比」

上の正方形の列は同じ灰色に見えるが、左の5つの正方形と右の5つの正方形を入れ換えて下の列に並べてみると、かなり違っていることがわかる。一番下の2つの正方形は外に出してみたところで、左の緑の正方形は右上の5つの正方形と同じで、右のピンクの正方形は左上の5つの正方形と同じである。誘導背景の色に最大の彩度を用いないことがポイントであった。

左上5列の「灰色」と右下5列の「青」は物理的には同じであり、右上5列の「灰色」と左下5列の「黄」は物理的には同じである。

酒井香澄（「Landの二色法による色再現とBelseyの仮説検証」立命館大学文学部哲学科心理学専攻2002年度卒業論文）の発見をベースにしている。

「彩度対比」

彩度（色の鮮やかさ）の高い色に囲まれた領域の彩度は低く見え（左図）、彩度の低い色の囲まれた領域の彩度は高く見える（右図）。

栗木一郎先生のデモ　　元のページ（NTT CS基礎研究所）　　そのコピー（アクセスできない場合に使用）　

「緑のタヌキ」と「ピンクの正方形」・・・色の恒常性の一種？色の対比の一種？

中央の灰色が緑に見える。こういう深い緑はモニターでは出せないはずだったのだが・・・

中心の小さい正方形はピンクに見えるが、実際には灰色（のグラデーション）である。

「色の恒常性による両眼闘争の抑制」

２つの図を両眼融合して見ると、左目はオレンジ色と緑色の間の両眼闘争を起こすが、右目は黄色に見えたままである。しかし、右目は左目と同じく、物理的にはオレンジ色と緑色なのである。

色の恒常性は高次な知覚という先入観が私にはあったが、本図は低次処理の証拠となるかもしれない。

「色の恒常性による両眼闘争」

２つの図を両眼融合して見ると、右目はシアン色（水色）と赤色の間の両眼闘争を起こすことがあるが、左目は灰色に見えたままである。しかし、どちらの右目も左目と同じく、物理的には灰色なのである。

両眼の情報が統合される前に色の恒常性が成立していないと両眼闘争はしないよね・・・その論理で果たしてよいのだろうか？？

　２.　脳内処理時間を見る　　

静止画が動いて見える錯視

カタログ

オオウチ錯視（蘆田最適化版）

内側の領域が動いて見える。

References

Ouchi, H. (1977) Japanese optical and geometrical art. Mineola, NY: Dover.

Spillmann, L., Heitger, F. and Schuller, S. (1986) Apparent displacement and phase unlocking in checkerboard patterns. Paper presented at the 9th European Conference on Visual Perception, Bad Nauheim

Ashida, H. (2002) Spatial frequency tuning of the Ouchi illusion and its dependence on stimulus size. Vision Research, 42, 1413-1420.

「踊るハート達」

ハートが動いて見える。めがねをかけている人は、めがねを動かすとよく見えるかもしれない。離れたところから見ると、明るくなった時のハートは白のランダムドットより手前に見え、暗くなった時のハートは奥に見える人が過半数と予想される。

モノクロでOK

配布物

「踊るハート達」　（MS-Word ファイル）
北岡明佳（2006）色が強くなる錯視　A・F・Tジャーナル, 31 (Summer), pp. 01.

文献

Kitaoka, A. and Ashida, H. (2007) A variant of the anomalous motion illusion based upon contrast and visual latency. Perception, 36, 1019-1035.

Kitaoka, A, Kuriki, I. and Ashida, H. (2006) The center-of-gravity model of chromostereopsis. Ritsumeikan Journal of Human Sciences, 11, 59-64. PDF

低輝度→脳内処理時間が長い
cf. プルフリッヒ効果

低輝度コントラスト→脳内処理時間が長い

cf. 踊るハート（fluttering-heart illusion）

(Helmholtz, 1867; Nguyen-Tri and Faubert 2003; von Grünau 1975a, 1975b, 1976; von Kries 1896)

中山（2008）によると、踊るハートは赤が重要。青不要。ピンクはダメ。

中山明子（2008）「踊るハート」錯視（1844）と「踊るハート達」錯視（2006）の比較検証　2008年度立命館大学文学部（人文学科心理学専攻）卒業論文

　３.　「蛇の回転」錯視　　

「蛇の回転」

蛇の円盤が勝手に回転して見える。

（配布物）

「光沢のある蛇の回転２」

ディスクが回転して見える。

　「蛇の回転」錯視は起きない人がいます。問題ありません。えらいすんまへん。

質問紙（調査票）

下図はこれまでの北岡が収集したデータである。

　
この累計における評定値の割合を示したのが下図である。いずれ、年齢層別のグラフも作成の予定である。

謝辞本研究は、平成18・19・20年度科学研究費補助金　基盤研究（A）（研究代表者・北岡明佳）　「静止画が動いて見える錯視群のメカニズムの研究」　課題番号18203036　の助成を受けた。　

「赤い蛇」

蛇が動いて見える。

「てんとう虫の回転」

てんとう虫のリングが回転して見える。

「影付きの左右に動く蛇」

蛇が左右に動いて見える。

「錠剤の回転」

錠剤のリングが回転して見える。

「赤い円盤の回転」

赤い円盤が回転して見える。

（北岡による勝手な）
最適化型フレーザーウィルコックス錯視の最新の分類

Type	Basic illusion that motion direction is from dark to light	Basic illusion that motion direction is from light to dark	Examples (click the thumbnail)
I
IIa
IIb
III
IV
V new!

(VSS DemoNight 2007)

参考　北岡明佳著　「だまされる視覚　錯視の楽しみ方」

拙著、錯視本「トリック・アイズ　メカニズム」もご参考に！

1. Fraser and Wilcox (1979)

Fraser, A. and Wilcox, K. J. (1979) Perception of illusory movement. Nature, 281, 565-566.

2. Faubert and Herbert (1999)

Faubert, J. and Herbert, A. M. (1999) The peripheral drift illusion: A motion illusion in the visual periphery. Perception, 28, 617-621.

3. Naor-Raz and Sekuler (2000)

Naor-Raz, G. and Sekuler, R. (2000) Perceptual dimorphism in visual motion from stationary patterns. Perception, 29, 325-335.

4. Kitaoka and Ashida (2003)

Kitaoka, A. and Ashida, H. (2003) Phenomenal characteristics of the peripheral drift illusion. VISION (Journal of the Vision Society of Japan), 15, 261-262

5. Following papers or articles

Kuriki, I., Ashida, H., Murakami, I., and Kitaoka, A. (2008) Functional brain imaging of the Rotating Snakes illusion by fMRI. Journal of Vision, 8(10):16, 1-10. PDF

Hisakata, R. and Murakami, I. (2008) The effects of eccentricity and retinal illuminance on the illusory motion seen in a stationary luminance gradient. Vision Research, 49, 1940-1948.

Chi, M-T., Lee, T-Y., Qu, Y., and Wong, T-T. (2008) Self-Animating Images: Illusory Motion Using Repeated Asymmetric Patterns. ACM Transaction on Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2008), 27, No.3. SIGGRAPH2008 --- Authors' page --- PDF (SIGGRAPH)

Scientific American Reports Special Edition on Perception (2008).

Kitaoka, A. and Ashida, H. (2007) A variant of the anomalous motion illusion based upon contrast and visual latency. Perception, 36, 1019-1035. PDF request to Akiyoshi Kitaoka

Newton Press (Ed.), A. Kitaoka (Supervisor) (2007) Newton magazine book: Special issue "How is the brain deceived? Perfect demonstration of visual illusions" Tokyo: Newton Press (in Japanese; published in October 2007).

Ramachandran, V. S. and Rogers-Ramachandran, D. (2007) A Moving Experience: How the eyes can see movement where it does not exist. Scientific American Mind, February/March, 14-16.

Kitaoka, A. (2007) Phenomenal classification of the “optimized” Fraser-Wilcox illusion and the effect of color. Poster presentation in DemoNight, VSS2007, GWiz, Sarasota, Florida, USA, May 14, 2007.

Murakami, I., Kitaoka, A. and Ashida, H. (2006) A positive correlation between fixation instability and the strength of illusory motion in a static display. Vision Research, 46, 2421-2431. PDF request should be sent to Dr. Murakami

Kitaoka, A. (2006) Anomalous motion illusion and stereopsis. Journal of Three Dimensional Images (Japan), 20, 9-14. PDF (manuscript but the same as the printed one)

Kanazawa, S., Kitaoka, A. and Yamaguchi, M. K. (2006) Infants see the “Rotating Snake” illusion. Dorsal and ventral streams in the visual system (Talk): Monday, 21 August 2006; 12:00-12:30 (29th European Conference on Visual Perception, St-Petersburg, Russia, 20th-25th August, 2006) Abstract

Kitaoka, A., Ashida, H., and Murakami, I. (2005) Does the peripheral drift illusion generate illusory motion in depth? Journal of Three Dimensional Images (Tokyo), 19, 6-8. PDF (scanned copy) (poor quality) --- MS-Word file (manuscript, the same as the paper) (high quality)

Conway, R. B., Kitaoka, A., Yazdanbakhsh, A., Pack, C. C., and Livingstone, M. S. (2005) Neural basis for a powerful static motion illusion. Journal of Neuroscience, 25, 5651-5656. PDF request should be sent to Dr. Conway

Backus, B. T. and Oruç, I. (2005) Illusory motion from change over time in the response to contrast and luminance. Journal of Vision, 5, 1055-1069. http://journalofvision.org/5/11/10/

"Dark to light" (in gradation) might be stronger.

"Light to dark" might be stronger.

"Dark to light"

"Light to dark"

"Dark to light" and "light to dark" in cooperation

I propose an empirical observation that color might enhance the illusion in some conditions.

Observation 1. The illusion from dark to light is enhanced by red or blue.

Observation 2. The illusion from light to dark is enhanced by yellow or green.

Observation 3. The illusion from dark to light is enhanced by red or blue, while the illusion from light to dark is enhanced by yellow or green. Both illusions work additively.

謎の赤と紫特有の錯視（タイプ V）

「赤い円盤の回転」

赤い円盤が回転して見える。

色は重要↓

　４.　美容に関係する（？）錯視　　

「顔色がよくなる錯視」

顔色がよくなった。

「目が光るとお肌が汚く見える錯視」

左右の人物は同じ色なのに、右のように目が光るとお肌が汚く見える。

目は光らせないようにしましょう。

「着物の明るさ恒常性」

左の図の着物（紋付）は白く見えるが、実際には右の図の着物の灰色と同じ輝度である。

透明に見える山（A）と普通の山（B）

「目が光るとお肌が汚く見える錯視に再現性がない例」

「美容に役立つ錯視学」はまだまだ遠い

「錯視コンテストの宣伝」

ディスクが回転して見える。2つのハートの赤は異なるように見えるが同じである。

錯視コンテストのホームページ

「メラノサイトの働きでお肌が黒くなる？」

黒い星形（メラノサイトのつもり）で肌が暗く見え、白い星形で明るく見える。

失敗！暗くはなるが、汚くはならない。

「水色メラノサイトの働きでお肌が汚くなる」

水色の星形で肌が汚く見える（右図）。

メラノサイトに水色はないし～（たぶん）

色の同化
（視覚の実験的研究でよく出てくるタイプ）

ある領域に、色の付いた細い線が乗ると、その色味が誘導されて見える現象。赤い領域に青線を乗せると赤紫に見え（左図）、同じ赤の領域に黄線を乗せるとオレンジ色に見える（右図）。

色の同化
（デザインの教科書等によく見かけるタイプ）

等間隔で細い縞模様を描くと、隣合った色相が誘導される。左の赤は青みがかって見え、右の赤は黄みがかかって見える。

ムンカー錯視（Munker illusion）

黄と青の縞の青部分に赤を乗せるとオレンジ色に見え、黄部分に赤を乗せると赤紫がかって見える。緑を乗せるとそれぞれ黄緑と青緑に見える。高空間周波数図形で錯視量が多い。

Munker, H. (1970) Farbige Gitter, Abbildung auf der Netzhaut und übertragungstheoretische Beschreibung der Farbwahrnehmung. München: Habilitationsschrift.

ムンカー錯視のページ

「赤の渦巻き」

赤紫がかった赤い螺旋とオレンジ色がっかった赤い螺旋があるように見えるが、どちらも同じ赤である。

「緑の渦巻き」

黄緑の螺旋と青緑の螺旋があるように見えるが、どちらも同じ緑である。

ムンカー錯視を用いた作品「水色と黄緑の渦巻き」↓

「水色と黄緑の渦巻き」

水色の螺旋と黄緑の螺旋があるように見えるが、どちらも同じ色（r = 0, g = 255, b = 150）である。この色の錯視はモニエ・シェベル錯視に近いと思うが、彼らの理論には合わないのかもしれない。

ムンカー錯視を用いた作品「レモン色の渦巻きとクリーム色の渦巻き」・・・被誘導領域は2つの誘導領域の明るさの中間になくてもよい↓

「レモン色の渦巻きとクリーム色の渦巻き」

渦巻きにはレモン色のとクリーム色のと２種類あるように見えるが、どちらも同じ黄色（R255, G255, B0）である。

「小家族」

左の鳩も右の鳩も同じ色なのだが、左の方は黄味がかって見える。

cf. ホワイト効果

White, M. (1979) A new effect on perceived lightness. Perception, 8, 413-416.

　ムンカー錯視の作り方　

「犬」

赤い犬は2種類、緑の犬も2種類いるように見えるが、それぞれ同じ赤と緑である。色の土牢錯視である。
別バージョン別バージョン2

「水色と黄緑色のハートの絨毯（部分）」

水色のハートと黄緑色のハートがあるように見えるが、どちらも同じ色である。

cf. Dungeon illusion: Bressan, P. (2001) Explaining lightness illusions. Perception, 30, 1031-1046.

「黄と白のハート」

黄色のハートと白のハートがあるように見えるが、物理的には同じ黄色である。*

*物理的には黄色、という表現は、厳密に言えば心理学的ではないなあ・・・

cf. Dungeon illusion: Bressan, P. (2001) Explaining lightness illusions. Perception, 30, 1031-1046.

土牢錯視（dungeon illusion）

左の「牢屋」の灰色のダイヤモンド形は右のよりも明るく見えるが、物理的には同じ明るさである。

Bressan, P. (2001) Explaining lightness illusions. Perception, 30, 1031-1046.

色の土牢錯視

左の「牢屋」のダイヤモンド形はオレンジ色に、右のは少し紫がかった赤に見えるが、物理的には同じ色である。

引用文献は調査中（ないかもしれない）

色の土牢錯視は雰囲気はムンカー錯視だが、普通に色の同化で説明することも可能だし、ゲシュタルト要因を考えて色の対比というのもあるのかもしれない。

次の犬年は11年後か・・・

「肌色錯視」

左のお肌は赤っぽく、右のお肌は黄色っぽく見える。ドット色錯視を適用。

ドット色錯視（dotted color illusion）

ドット色錯視・・・左右の赤い領域は同じ色であるが、左はオレンジに、右はマゼンタに見える。

ドット色錯視は、ホワイトのドット明るさ錯視の色バージョンである。

ホワイトのドット明るさ錯視・・・灰色の正方形は同じ明るさであるが、左は右よりも明るく見える。

White, M. (1982) The assimilation-enhancing effect of a dotted surround upon a dotted test region. Perception, 11, 103-106.

オマケ

ランダムドット色錯視・・・左右の赤い領域は同じ色であるが、左はオレンジに、右はマゼンタに見える。

cf. Anstis, S. M. (2005) White's Effect in color, luminance and motion. In Harris, L. and Jenkin, M. (Eds), Seeing Spatial Form. Oxford: Oxford University Press.

「ステュアートの環」

　これらの色の錯視の作り方　

「４種類の色の錯視の作り方」

物理的に同じ色（R=255, G=0, B=127）のハートが錯視によってピンクとオレンジのハートに見える。左から、ムンカー錯視（Munker illusion）、色の土牢錯視（chromatic dungeon illusion）、ドット色錯視（dotted color illusion）、デヴァロイス・デヴァロイス錯視（De Valois-De Valois illusion）である。上図の高解像度ファイルはこちら（8000 x 3262 pixel, 10MB）。

References

Munker illusion	Munker, H. (1970) Farbige Gitter, Abbildung auf der Netzhaut und übertragungstheoretische Beschreibung der Farbwahrnehmung. Habilitationsschrift, Ludwig-Maximilians-Universität, München.
chromatic dungeon illusion	For the dungeon illusion: Bressan, P. (2001) Explaining lightness illusions. Perception, 30, 1031-1046. Kitaoka (2007) http://www.psy.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/saishin22e.html
dotted color illusion	For the dotted brightness illusion: White, M. (1982) The assimilation-enhancing effect of a dotted surround upon a dotted test region. Perception, 11, 103-106. Kitaoka (2008) http://www.psy.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/color10e.html
De Valois-De Valois illusion	De Valois, R. L. and De Valois, K. K. (1988) Spatial Vision. New York: Oxford University Press.

cf.

「４種類の明るさの錯視の作り方」

物理的に同じ明るさ（R=127, G=127, B=127）のスペードが錯視によって暗いスペードと明るいスペードに見える。左から、ホワイト効果（White's effect）、土牢錯視（dungeon illusion）、ドット明るさ錯視（dotted brightness illusion）、デヴァロイス・デヴァロイス錯視（De Valois-De Valois illusion）である。上図の高解像度ファイルはこちら（8000 x 3262 pixel, 5MB）。

References

White's effect	White, M. (1979) A new effect on perceived lightness. Perception, 8, 413-416.
dungeon illusion	Bressan, P. (2001) Explaining lightness illusions. Perception, 30, 1031-1046.
dotted brightness illusion	White, M. (1982) The assimilation-enhancing effect of a dotted surround upon a dotted test region. Perception, 11, 103-106.
De Valois-De Valois illusion	De Valois, R. L. and De Valois, K. K. (1988) Spatial Vision. New York: Oxford University Press.