視覚検索課題: 研究者のための包括的ガイド

視覚検索課題は、さまざまな気を散らす要素の中からターゲットを特定することを含み、人間が視覚情報を処理する方法を研究する上で重要な役割を果たします。これらの課題は、視覚検索の背後にある認知機能について貴重な洞察を提供します。

ここでは、視覚検索課題とそのバリエーションを説明し、関与する認知プロセス（注意から処理速度まで）について議論し、データ収集について掘り下げ、認知心理学および臨床心理学研究におけるその応用について説明します。

• 社会的シナリオと倫理的推論 – 心の理論と社会的認知 説明: インタラクティブなシナリオを通じて社会的理解を測定します。 (リンクプレースホルダー: “社会的課題を表示”)
• 子供向けのゲーミフィケーションされた認知タスク – エンゲージメント + データの質 説明: 注意を維持するための楽しくゲームのようなタスク。 (リンクプレースホルダー: “ゲーム化されたタスクを探る”)

視覚検索課題 - 説明

視覚検索課題は、参加者に対して視覚フィールド内の気を散らす要素の中から、存在と位置が不明なターゲット刺激をできるだけ速く、正確に検出するよう求める注意課題の一種です (Chesham et al., 2019)。

視覚検索課題の基本要素は (Wickens, 2023):

• ターゲット: 特定の刺激、オブジェクト、または識別または位置を特定する必要がある特徴。
• 気を散らす要素: 検索の難易度を上げる非ターゲット要素。
• 検索フィールド: 検索が行われる空間の領域。

視覚検索課題は、主に注意と知覚の異なる認知機能を研究することを目的としています。

心理学研究における一般的な視覚検索課題の種類

視覚検索課題は、広く二つのカテゴリに概念化できます:

• 特徴検索課題: 視覚検索課題の最も単純なバージョンで、参加者はユニークなターゲットを見つけるよう指示されます。このターゲットは通常、「カタツムリの中の蝶」のように「ポップアウト」します。
• 結合検索課題: 参加者はターゲット刺激を特定するのにかなり多くの時間と労力を要する、より高度なバージョンで、気を散らす要素と複数の特徴を共有するターゲットを特定しなければなりません。例えば、スタントダブルと一緒に写っている女優を特定することが挙げられます。

特徴検索課題（左）と結合検索課題（右）。

特徴検索課題

特徴検索課題は、周囲の気を散らす要素と共有されていないユニークな特徴を持つターゲットを検索することを含みます。ターゲットは視覚フィールド内でポップアウトし、あまり努力せずに特定できます。例えば、上の画像左のように、気を散らす青い円の中から赤い円を検出する場合です。

これらの特徴検索課題で採用される一般的な視覚検索のモードは、並列検索です。このモードでは、すべてのアイテムが同時に処理され、迅速な検出が可能です。検出時間は一般的に気を散らす要素の数には依存しません（したがって、気を散らす要素の数が増えても、ターゲットの特定にかかる時間に影響を与えません）。これは、以下で説明する結合検索課題が使用する系列検索モードとの大きな違いです。

結合検索課題

結合検索課題では、ターゲットが気を散らす要素と一つ以上の特徴を共有するため、特徴の組み合わせに基づいてターゲットを特定するためにより多くの努力が必要です。例えば、上の画像右のように、気を散らす青い円と赤い四角形の中から赤い円を特定することが挙げられます。

以下のLabvancedのオンライン視覚検索課題の例では、ターゲットは縦の赤い長方形で、周囲の気を散らす要素と共有する特徴は形、色、方向性です。

ここで使用される視覚検索のモードは、系列検索モードです。ターゲットが気を散らす要素と特徴を共有するため、各アイテムは一度に一つずつ処理され、ターゲットを特定するのが難しくなります。検出時間は一般的に気を散らす要素の数に依存します（気を散らす要素の数が増えるにつれて、ターゲットを特定するのにかかる時間も増加します）。

視覚検索研究におけるデータ収集

視覚検索課題を通じて収集されたデータは、さまざまな研究分野の発見に寄与します。

ここに収集される主なデータタイプを示します:

• 刺激表示番号: ターゲット刺激が画面上に表示される正確な位置（通常は行/座標番号）。
• 気を散らす要素の数: 視覚検索フィールド内の非ターゲット刺激の総数。
• 反応時間: 参加者がターゲットを特定して反応するまでの時間。
• 正確性: 通常、以下のように測定されます:
  • 正しい反応/ヒット: 見つけたターゲットの数。
  • 省略ミス: 見逃したターゲットの数。
  • 省略ミス: 偽のアラームの数。
• ステータス: 参加者の応答が正しい、誤っている、または遅すぎるかを示します。
• 眼球運動: フィキレーションの持続時間、サッケード、視線パターンなどのメトリックがアイ・トラッキングを使用して収集されます。

上の画像は、Labvancedでの視覚検索課題から記録されたデータの例を示しています。

考慮すべき可能性のある混乱要因

オンラインまたはラボで視覚検索課題を実施する場合、考慮すべきいくつかの混乱要因があります:

• エグゼクティブワーキングメモリの負荷: エグゼクティブワーキングメモリの負荷は、タスクを実行しながら複数の情報を同時に管理し操作する精神的な努力を指します。多くの気を散らす要素が存在する場合、視覚検索課題ではワーキングメモリが試され、参加者は効率的であり、同じエリアを二度スキャンしないよう努めなければなりません。ワーキングメモリが過負荷になると、ターゲットを見つけることに集中するのが難しくなり、エラーが増加し、その後のターゲットの記憶が減少します (Nachtnebel et al., 2023)。
• 検索の方向: 左右の検索を必要とする課題は、垂直、斜め、またはランダムな方向での他の検索に比べて、ターゲットを特定するのにかかる時間が通常短くなります (Radhakrishnan et al., 2022)。
• 音響の気を散らす要素: 音響の気を散らす要素が存在すると、視覚検索時間が大幅に増加し、バックグラウンドノイズが検索タスクを完了するために必要な集中を妨げる可能性があることを示します。この混乱は、視覚情報を処理し、聴覚刺激を管理するための認知リソースの競合から生じる可能性があります (Radhakrishnan et al., 2022)。
• 親しみやすさ: 視覚検索課題中に親しみのあるオブジェクトやロゴに出会った場合、検索時間が大幅に短縮される可能性があります。親しみやすさはアイテムの処理を迅速にし、ターゲットを特定するために必要なメンタルローディングも減少させるため、視覚検索時間が短縮されます (Qin et al., 2014)。 ## 関連する認知機能 認知機能は、視覚検索タスクの効率的かつ効果的な実行において重要な役割を果たし、したがって認知心理学の研究の主要な関心事項となっています。

以下は、これらのタスクに基づくいくつかの認知機能です。

• 知覚: 知覚は、関連する特徴に優先順位を付けることで感覚情報を整理するのに役立ち、迅速な認識と反応を可能にします。効率的な視覚知覚により、参加者はタスクパフォーマンスを向上させることができます（Lin & Qian, 2023）。
• 記憶
  • 短期記憶: 短期記憶（小さな情報を一時的に保存する能力）は、個人が情報を迅速に保存し、処理するのを可能にし、暗黙の記憶（短期記憶の一形態）を利用して、時間とともに記憶の痕跡を蓄積することによって、頻繁な刺激により早く反応することを可能にします（Maljkovic & Martini, 2005）。
  • 作業記憶: 高い作業記憶容量は、視覚検索タスク中に認知資源をより効果的に管理するのに役立ち、特に二重課題シナリオ（別の認知タスクと同時に行う視覚検索タスク）においてそうです（Redden et al., 2022）。
  • 長期記憶: 長期記憶（以前の出来事や知識の貯蔵）は、視覚検索タスク中に過去の視覚経験の取り出しを可能にし、これによって現在の検索行動を導きます。これにより、参加者は迅速に対象物を特定し、選択することができます（Friedman et al., 2018）。
• 注意
  • 選択的注意: 選択的注意は、個人がシーン内の特定のアイテムや特徴に焦点を当てることを可能にし、視覚検索タスクにおいて重要な役割を果たします。これにより、ターゲットの効率的な特定と無関係な刺激の除外が助けられます（Wolfe, 2021）。
  • 持続的注意: 視覚検索タスクには継続的な関与が必要であり、持続的注意はタスク全体にわたって一貫した注意資源の配分を保証します。これにより、ターゲットを見逃すといったエラーが最小限に抑えられ、視覚検索の効率が向上します（Adam & Serences, 2022）。
  • 切り替え注意: 検索セットサイズが増加するにつれて、複数の刺激を処理するための注意の逐次的な切り替えの需要も高まります。切り替え注意は、参加者が、並行または逐次的な方法で行われるかに関係なく、さまざまな刺激間で効果的に注意を移すことを可能にします（Lee & Han, 2020）。
  • 分割注意: 2つのターゲット刺激が広く離れた空間に位置している場合、両方の場所からの情報を処理する必要があります。分割注意は、複数の空間から同時に情報を処理する必要があるこれらのケースで、効率的な視覚検索パフォーマンスに重要です（Davis et al., 2003）。
• 流動的推論: 流動的知能としても知られ、これは過去の学習で解決できない問題を解決する能力を指します。研究により、視覚検索中に効率的な眼球運動行動を示すことができるということが示されています。高い流動的推論を持つ個人は、ターゲットを特定する際の精度と速度が向上することも示されています（Wagner et al., 2024）。
• 視覚処理: 視覚処理は、個人が視覚情報を解釈し理解することを可能にし、したがってパターンを認識し、気を散らすものを無視しながら関連する刺激に注意を集中させる認知機能です（Wagner et al., 2024）。
• 処理速度: これは視覚検索タスクにおいて重要な認知機能であり、個人が視覚情報を迅速に処理できるようにし、気を散らすものの中でのターゲットの迅速な特定につながります。処理速度が速いことは、迅速な意思決定を支援し、さらに実世界の視覚検索シナリオにおけるパフォーマンスを向上させます（Wagner et al., 2024）。

視覚検索タスクのデザインの変種

視覚検索タスクはオンラインまたは実験室で実施でき、使用される刺激の種類や数、およびターゲットと気を散らすものの類似性の違いにより、複雑さが大きく異なる可能性があります。

以下はいくつかのタスクの変種です：

• 連続視覚検索タスク: この変種では、検索領域には複数のターゲットと気を散らすものが含まれます（Hokken et al., 2022）。
• 単一フレーム検索タスク: このタスクでは、観察者はターゲットが存在するかどうかの単純なはい/いいえの判断を行う必要があります（Hokken et al., 2022）。
• 実世界の視覚検索タスク: これは、コンピュータ画面を使用するのではなく、実世界の空間で設定されたタスクを含みます。ある研究では、実際のLEGOブロックをタスクに使用しました（Sauter et al., 2020）。
• スカイサーチ: これはTEA-Ch評価バッテリーのサブテストです。このバリエーションでは、観察者は似たような見た目のだましの宇宙船でいっぱいの大きな紙の中で特定の宇宙船を見つける必要があります（Nasiri et al., 2023）。
• 文字キャンセレーションタスク: この視覚検索タスクの変種では、参加者は他の気を散らす文字の中に分散した60のターゲット文字『A』を特定し、マークする必要があります（Rorden & Karnath, 2010）。
• TMM3パズルゲーム: この変種は視覚検索とゲームを統合しています。ターゲットは常に存在し、プレーヤーは色や形などの特徴に基づいて同一のタイルを継続的にスキャンして一致させる必要があります（Chesham et al., 2019）。

視覚検索タスクの臨床応用

視覚検索タスクは、認知心理学の世界を超えて、臨床心理学においても重要な役割を果たし、さまざまな神経発達および心理的条件の背後にある注意および知覚プロセスを理解するために重要です。

以下はいくつかの例です：

• 注意欠陥多動性障害（ADHD）： 視覚検索タスクは、ADHDでよく障害される領域である選択的注意の優れた測定手段です。これらのタスクは、個人の反応に関連する欠如を特定し、ADHDにおける認知および行動的特性を理解するのに役立ちます（Mason et al., 2003）。
• 脳性視覚障害（CVI）： 視覚選択的注意機能不全（VSAD）は、CVIの子供にしばしば見られる状態です。視覚検索タスクは、CVIにおける反応時間の遅さや精度の低下の状態を明らかにし、この集団におけるターゲットを絞った介入を可能にします（Hokken et al., 2022）。
• ディスレクシア： ディスレクシア（書かれた言語や読解を処理するのが困難な学習障害）は、視覚検索タスクを使用して他の神経発達障害と区別できます。ディスレクシアの子供は、視覚情報の迅速かつ正確な処理においてしばしば困難を示し、これが視覚検索タスクにおけるパフォーマンスに影響を与える可能性があります（Hokken et al., 2022）。
• 自閉スペクトラム症（ASD）： 視覚検索タスクは、ASDの個人が直面する神経発達の課題を明らかにし、理解するのに役立ちます。ある研究では、ASDの個人は、視覚検索タスクのパフォーマンスにおいて、注視期間や検索プロセス後の状況にパターンを示しました（Canu et al., 2021）。
• 統合失調症： 研究により、統合失調症の個人は視覚検索タスクのパフォーマンスにおいて有意な障害を示し、注視時間の増加や検索パターンの変動が見られます。これらの知見は、統合失調症の注意および知覚特性を深く理解するのに役立ちます（Canu et al., 2021）。
• アルツハイマー病（AD）： アルツハイマーの人々における視覚検索タスクは、認知の低下や注意障害についての洞察を提供する可能性があります。研究によれば、ADを持つ個人は視覚検索の効率に著しい欠損を示し、反応時間が遅く、注視時間が増加し、気を散らす刺激の中でターゲット刺激を正確に特定するのが困難である（Pereira et al., 2020）。
• 不安: 視覚検索タスクは、不安がタスク中の注意制御や処理効率に与える影響を評価するために利用されています。これによって、不安が視覚注意や意思決定に関連するさまざまな認知機能にどのように影響するかについての洞察が提供されます（Vater et al., 2016）。

他の領域における応用

視覚検索タスクは臨床心理学の分野だけでなく、さまざまな他の分野にも重要な役割を果たしています。以下は、VSTがさまざまな領域でどのように利用されているかのいくつかの例です：* 神経科学: 視覚探索課題は、脳内の機能的相互作用を探るために広く利用されてきました。fMRIや近視矯正レンズのような神経イメージング装置を使用した研究では、研究者たちは視覚的疲労や認知的負荷に関連する脳ネットワークをデコードすることができました (Ryu et al., 2024)。

• 神経生理学: 視覚探索課題は神経生理学にも重要な意味を持ちます。眼球追跡技術を利用した研究では、動いている目標の速度と方向の視覚的認識が運動選択と密接に結びついていることが明らかになりました (Souto & Kerzel, 2021)。また、視線移動指標が視覚探索の障害を特定するのに有用であることも興味深いです。
• 法執行: ケンブリッジ顔記憶テスト (CFMT+) のような視覚探索課題 (個々の顔を認識する能力を測定) は、法執行機関で広く利用されており、実世界のシナリオにおいて警察官が不明な顔を探す際の個人差を予測するために使用されています (Thielgen et al., 2021)。
• 人間-コンピュータ相互作用: 視覚探索課題は人間-コンピュータ相互作用において重要な応用があります。これらは、ユーザーがどのように視覚的にスキャンし、表示と相互作用するかを理解するのに役立ち、ユーザーの視覚能力や制限に合ったインターフェース設計を支援します (Halverson & Hornof, 2007)。
• マーケティング: マーケティングの分野では、視覚探索課題が消費者がさまざまな製品表示とどのように視覚的に相互作用するかを理解するために使用されます。これにより、個人の注意を効果的に引き付け、消費者の意思決定に影響を与える製品デザインに関する洞察が得られます (Banović et al., 2014; Qin et al., 2014)。
• 航空: 航空セキュリティの分野では、視覚探索課題が、時間的圧力やターゲット期待などのさまざまな要因が検出性能、応答時間、視覚探索にどのように影響を与えるかを理解するのに役立ちます。これにより、空港セキュリティにおける安全-criticalなタスクの改善が期待されます。

全体として、視覚探索課題とその変種である 結合検索課題 は、認知心理学に関する多くの洞察を提供し、現実世界の多くのアプリケーションに関連付けられる可能性があります。

結論

視覚探索課題は、人々がどのように焦点を合わせ、情報を見つけ、環境内の情報を処理するかという認知心理学をよりよく理解するのに役立ちます。これらは、日常生活における注意力や意思決定の仕組みに関する多くのことを明らかにします。技術が進化するにつれて、視覚探索課題を使用して現実世界の問題を解決する方法も増えていきます。これにより、研究者にとってだけでなく、皆がより良く効率的な世界を作るための貴重なツールとなります！

参考文献

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